恒壓變頻供水控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書(共42頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 2014屆畢業(yè)設(shè)計說明書 恒壓變頻供水控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要近幾年我國城市建設(shè)發(fā)展迅猛，同時在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面提出了跟高的要求。城市高樓居民用水，一直是困擾城市發(fā)展的一個難題，供水的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟+性直接影響這人們的正常工作和生活。隨著人們生活方式的變化和生活水平的提高，供水系統(tǒng)的個項性能要求不斷提高。利用高效的自動化技術(shù)，設(shè)計低能耗、高效率、能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)。本文首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過研究和比較，得出結(jié)論:變頻調(diào)速是當(dāng)今國際上一項效益最高、性能最好、應(yīng)

2、用最廣、最有發(fā)展前途的電機調(diào)速技術(shù)。因此本文以采用變頻器和PLC 組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動機控制系統(tǒng)為對象，逐步闡明如何實現(xiàn)水壓恒定供水。通過對本系統(tǒng)I/O點數(shù)的統(tǒng)計，得出本系統(tǒng)有15個輸出點數(shù)，9個輸入點數(shù)，依據(jù)PLC選型留有10%的裕量的原則，系統(tǒng)選用了三菱FX2N系列PLC。水泵選型時，從流量、功率、揚程三方面進行綜合考慮，水泵揚程應(yīng)是實際揚程的1.11.2倍，本次設(shè)計選用了80DL2型號的水泵。變頻器選用了FR-F700，可接電機功率為15(kW)，在變頻控制過程中，由變頻器內(nèi)部的PID控制方式完成。在程序設(shè)計時結(jié)合硬件電路，選用順序功能控制設(shè)計方法進行程序設(shè)計。程序由

3、GX-Developer編寫完成，通過MCGS進行該系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計，最后分析該系統(tǒng)的供水效益，結(jié)果顯示具有明顯的節(jié)能效益。 關(guān)鍵詞：PLC；變頻調(diào)速；恒壓供水；設(shè)計；MCGSABSTRACT Fast development of city construction in China in recent years, at the same time, in the aspect of infrastructure construction is proposed with high requirements. City high-rise residential water, has alw

4、ays been a difficulty in urban development, water supply reliability, stability and economy directly affects the normal work and life of people. As people lifestyle changes and improvement of living standards, increasing water supply system of a performance requirements. Efficient automation technol

5、ogy is used to design low power consumption, high efficiency, can adapt to the complex environment of constant pressure water supply system. In this paper, first of all, according to the operation of the pipe network and pump characteristic curve illustrates the principle of frequency control of mot

6、or speed and energy saving water supply system; Analyzes the composition of the principle of variable frequency constant pressure water supply and system structure, through research and comparison, draw the conclusion: frequency control of motor speed is a benefit is the highest in the world, and th

7、e best performance, the most widely used, the most promising motor speed control technology. So this article, in the form of combination of the frequency converter and PLC system, with a water pump motor control system in residential area as an object, expounds how to realize the constant pressure w

8、ater supply gradually. This system for PLC output has 15 points, nine input points. Based on the principles of type selection of PLC, the system selects the mitsubishi FX2N series PLC, mitsubishi and dedicated FR - F700 series inverter, the inverter can be a very good drive pump motor startup. In th

9、e process of frequency conversion control, performed by frequency converter internal PID control method. When programming combined with hardware circuit, selects the sequential function control design method for program design. Programs are written by GX - Developer complete, through the MCGS config

10、uration design of the system, in the final analysis the system of water supply benefits, results showed that has obvious energy saving efficiency. Keywords: PLC;frequency control;constant pressure water supply;MCGS專心-專注-專業(yè)目 錄 1 緒論1.1 本課題產(chǎn)生的背景和意義這些年城市建設(shè)和城鄉(xiāng)結(jié)合發(fā)展迅速，但市政供水、工業(yè)供水，高層建筑供水，居民生活供水在我國一直落后，這種局面嚴(yán)重

11、惡影響我國城市建設(shè)的發(fā)展和小康社會的發(fā)展。電機供水和水塔二次供水時我國傳統(tǒng)供水方式，傳統(tǒng)供方式是靠建在高處的水塔來儲存水的，然后通過水塔的高度形成一個壓力差實現(xiàn)供水。傳統(tǒng)的電機供水，電網(wǎng)由于電機頻繁啟動首到很大影響，設(shè)備壽命受到影響。水塔供水，修建水塔要占據(jù)很大面積且投資成本大，而水長期儲存在水塔內(nèi)，對水質(zhì)有嚴(yán)重的影響容易受到污染。因傳統(tǒng)供水存在各方面的不足，人們開始尋求一種更好的供水方式。恒壓變頻供水，是隨著變頻器的發(fā)展而興起的，恒壓變頻供水的出現(xiàn)，彌補了傳統(tǒng)供水個方面的缺陷，給供水方式帶來一場變革。在恒壓變頻供水中，電機運行穩(wěn)定，占地面積小，電機也不需要電機頻繁啟動，不會像水塔二次供水一樣

12、帶來二次污染。這種自動化程度高的供水方式，在生產(chǎn)中有效的提高了勞動者的生產(chǎn)效率，降低了管理難度，在生活中，有效的供水方式，提高了人們的生活質(zhì)量。明顯可以看出恒壓變頻供水有傳統(tǒng)供水方式。在國內(nèi)恒壓變頻供水還有很好的發(fā)展前景，能帶來更高的社會效益。1.2 變頻恒壓供水的現(xiàn)況變頻變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，促使了恒壓變頻技術(shù)的快速發(fā)展，恒壓供水在國外已經(jīng)相當(dāng)成熟可靠，變頻技術(shù)也十分先進。在國外有不少變頻器生產(chǎn)商，專門針對變頻供水研發(fā)變頻器。日本的Samco公司，開發(fā)了一種集成的基板具有兩種變頻方式，固定式和循環(huán)式。一臺變頻器只驅(qū)動一臺水泵，是國外的主要設(shè)計方式。單一驅(qū)動這種設(shè)計，安全可靠，更加靈活。變頻器本

13、身就比較昂貴，采取一對一控制，投資成本很高。在國內(nèi)做恒壓變頻供水有不少公司，但在各方面的性能，都很難滿足用要求。國內(nèi)有用PLC實現(xiàn)的，也有用單片機實現(xiàn)的，在某些方面落后與國外，主要是因為國內(nèi)變頻技術(shù)沒國外先進。國內(nèi)的艾默生和程度希望集團，也專門設(shè)計了應(yīng)用于供水變頻器，該變頻器把PLC和PID集成在一起，這種變頻器在安裝的時候比較方便。但由于國產(chǎn)變頻器技術(shù)的限制，該變頻器適應(yīng)于供水量小，而且供水要求較低的地方。隨著變頻器技術(shù)的不斷創(chuàng)新、國內(nèi)科研人員的不斷完善，恒壓供水一定會有更好的發(fā)展前景和更大的發(fā)展空間。最終將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，從而改善人民生活質(zhì)量，提高人們的生活水平。1.3 變頻供水系統(tǒng)

14、的應(yīng)用在很多行業(yè)中都用到了變頻恒壓供水，大致可分為三類依據(jù)適用范圍：（1）小型供水系統(tǒng) 工廠，高層建筑，小型加壓站都適用該供水系統(tǒng)，適用的原因是，功率小成本低，操作簡單。這些場所在國內(nèi)應(yīng)用的最多，而用戶群比較大。（2）中小型水供水系統(tǒng)中小供水廠、輔助供水廠常常用到此類型系統(tǒng)。此類供水系統(tǒng)，供水能力比較強，一般功率有135kV320kW。由于該種系統(tǒng)對控制要求不是很高，所以一般有國產(chǎn)的變頻器控制。（3）大型供水系統(tǒng)大中型城市的供水往往采用的就是這種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)供水能力強，供水范圍廣。供水能力強和供水范圍廣，使得該系統(tǒng)的能耗大、水泵機組多和需要采用高壓供電。這種系統(tǒng)控制要求高，一版采用國外的變頻

15、器控制1。1.4 本人的主要工作恒壓變頻供水主要由PLC和變頻器控制實現(xiàn)。本次設(shè)計中，進行了系統(tǒng)主電路、控制電路設(shè)計，首先要對PLC進行選型，選型是根據(jù)PLC的輸入輸出點數(shù)來選擇，我們的系統(tǒng)有15個輸入點，和9個輸出點，所以PLC選用了三菱的FX2N系列PLC(FX2N-32MR)，變頻器選用了三菱變頻器系列變頻器。程序由GX-Developer編寫完成，系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計由MCGS設(shè)計完成。在控制過程中，電控系統(tǒng)由FX2N完成，變頻器完成PID控制。2 變頻恒壓供水的理論分析2.1 水泵的工作原理水主要由離心泵從深水區(qū)抽出地表在送往用戶，離心泵的工作示意圖如圖1所示：水泵在電機的帶動下，使泵軸隨著

16、電機一起轉(zhuǎn)動，半軸帶動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪將水從深水區(qū)吸上來達到抽水的效果。詳細(xì)過程為：液體灌滿水泵后，啟動時電機帶動泵軸轉(zhuǎn)動，泵軸帶動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪帶動液體流動。液體在離心力的作用下，獲得能量往外流動，最后在壓力的作用下排出管道。排出管道后，送至用戶。圖1 離心泵工作示意圖2.2 供水電機的搭配電機主要是給水泵通過能量，所以電機的備置取決于供水負(fù)載。電動機要盡量在額定負(fù)載下運行。電機選擇時應(yīng)注意功率的選擇：電動機功率過大，將造成電機長期過載，損壞絕緣層，甚至燒毀電機；電動功率過小，可能出現(xiàn)電機堵死情況，功率過小電機的機械輸出功率低，功率因素低和效率低，嚴(yán)重影響用戶和電網(wǎng)，還造成較大浪費2。電機功率

17、的選擇，負(fù)載一定時，負(fù)載的功率(kW)，可以通過1計算所需電機功率(kW): （1） 式中，機械效率是，電動機效率是。2.3 離心泵的調(diào)節(jié)方式（1）變速調(diào)節(jié)改變水泵的轉(zhuǎn)速n，使水泵的性能發(fā)生變化，從而使水泵的工況點發(fā)生變化，這種方法稱為變速調(diào)節(jié)。 （2）變徑調(diào)節(jié)葉輪經(jīng)過車削以后，水泵的性能將按照一定的規(guī)律發(fā)生變化，從而使水泵的工況點發(fā)生改變。我們把車削葉輪改變水泵工況點的方法，稱為變徑調(diào)節(jié)。（3）變角調(diào)節(jié)改變?nèi)~片的安裝角度可以使水泵的性能發(fā)生變化，從而達到改變水泵工況點的目的。這種改變工況點的方式稱為水泵的變角調(diào)節(jié)。（4）節(jié)流調(diào)節(jié)對于出水管路安裝閘閥的水泵裝置來說，把閘閥關(guān)小時，在管路中增加了

18、局部阻力，則管路特性曲線變陡，其工況點就沿著水泵的Q-H曲線向左上方移動。閘閥關(guān)得越小，增加的阻力越大，流量就變得越小。這種通過關(guān)小閘閥來改變水泵工況點的方法，稱為節(jié)流調(diào)節(jié)或變閥調(diào)節(jié)。關(guān)小閘閥，管路局部水頭損失增加，管路系統(tǒng)特性曲線向左上方移動，水泵工況點也向左上方移動。閘閥關(guān)得越小，局部水頭損失越大，流量也就越小。由此可見節(jié)流調(diào)節(jié)不僅增加局部水頭損失，而且減少了出水量，很不經(jīng)濟。但由于其簡便易行，在小型水泵裝置和水泵性能試驗中應(yīng)用較多3。2.4 恒壓供水系統(tǒng)供水特性分析 本系統(tǒng)的供水特性曲線如圖2所示。由圖可知，水流量Q越大，揚程H月小。在水泵電機轉(zhuǎn)速和供水系統(tǒng)閥門開度不變的情況下，居民用水

19、決定了流量的大小，所也揚程特性去先反應(yīng)了揚程與流量的關(guān)系。水泵轉(zhuǎn)速一定，管阻特性描述的是，閥門開度在某一值，流量與揚程的關(guān)系。管組特性反應(yīng)了水泵克服管壁阻力及水泵系統(tǒng)壓力差時，管道中流體流動的變化規(guī)律。圖2中揚程特性和管阻特性的交點，是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的工作點，在這點供水量與用水量基本處于平衡，這點符合揚程特性，也符合管組特性4。 對整個供水系統(tǒng)而言，最終要達到的目的是，滿足用戶對水量的需求。流量越大水量也就越大，對系統(tǒng)而言只能對流量進行控制。由此看來，系統(tǒng)的基本控制對象是水的流量。在系統(tǒng)動態(tài)情況下，系統(tǒng)供水能力、用戶用水量、管道水壓大小之間的平衡關(guān)系如下： 供水量 > 用水量時，管道壓力變

20、大； 供水量 < 用水量時，管道壓力變小； 供水量 = 用水量時，管道壓力不變； 由上面的關(guān)系可知，管道的壓力變化反應(yīng)了供水量與用水量之間的關(guān)系。由此可以通過壓力傳感器，取得管道壓力變化的參數(shù)，壓力的變化可以做為控制流量的參變量。通過壓力傳感器反饋回來的信號，可有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水的壓力值5。 圖2 供水特性曲線2.5 水錘效應(yīng)水錘效應(yīng)是指水泵在起動和停止時，水流沖擊管道，產(chǎn)生的一種嚴(yán)重的水擊。異步電動機在全壓起動時，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，水量從零猛增到額定流量。流體不像氣體有那么大可壓縮性，水量猛增時流體具有動量和一定的可壓縮性，極短時間內(nèi)管道里的水量巨增，水會對管道產(chǎn)生過高的壓強。

21、管壁受到巨大壓力的撞擊，管壁發(fā)受力發(fā)出噪聲，聲音就像錘子敲擊管道一樣，這就稱為水錘效應(yīng)6。水錘效應(yīng)對供水系統(tǒng)具有極大的破壞性，過高的壓強容易引起管道爆裂，在空化時，壓強過低可能導(dǎo)致管道癟塌。除此之外，閥門和其他固定器件也可能因水錘效應(yīng)而損壞。防止水錘效應(yīng)的幾種措施：（1）采取恒壓變頻控制技術(shù)（2）采取泄壓保護技術(shù) （3）采取控制流技術(shù)（4）在管道中的峰點，安裝可靠的排氣閥。2.6 供水系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)的主要組成部分是變頻器，壓力傳感器，恒壓調(diào)控單元，水泵機組和低壓電器7。各部分功能如下： （1）變頻器，變頻器用于接收傳感器返回的壓力信號，通過PID調(diào)節(jié)器可以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力和

22、水量的目的。 （2）壓力傳感器，壓力傳感器能將得到的壓力信號，轉(zhuǎn)變成電信號的形式。 （3）PLC，PLC對水泵進行切換、控制等。 （4）水泵，實現(xiàn)從低處往高處供水，用來提高水壓。（5）低壓電器，低壓電器與設(shè)計外圍電路，當(dāng)控制系統(tǒng)自動運行出現(xiàn)故障時，可以同過人工調(diào)節(jié)維持系統(tǒng)的運行，以保供水的可靠性。3 恒壓變頻供水控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1 恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的設(shè)計方案從系統(tǒng)的原理依據(jù)來看，系統(tǒng)由五個部分組成，變頻器即恒壓控制單元；PLC，即系統(tǒng)控制單元；敏感器件壓力傳感器，即信號檢測單元；水泵機組，即執(zhí)行機構(gòu)；低壓電器，即電控單元，有低壓繼電器，接觸器等。這五部分組成了一個完整恒壓變頻系統(tǒng)8。

23、圖3 系統(tǒng)構(gòu)成框圖PLC能夠很好的是模塊化控制，而且通用性強，用戶可以靈活的設(shè)計適合具體環(huán)境的控制系統(tǒng)。由于PLC是可編程控制設(shè)備，在硬件修改和維護上也十分簡便，很多時候只要重新編寫程序，就可以改變功能來適應(yīng)新的硬件電路。PLC能在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定運行，所以系統(tǒng)在穩(wěn)定性和可靠性方面大大提高9。3.2 選擇供水設(shè)備的原則在供水設(shè)備的選擇上主要考慮的依據(jù)是用戶的水量需求，用戶量大供水量也就大。有關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)統(tǒng)計在表1中。 按照城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50331-2002，得到我國人均日用水量標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。表1 居民人均日用水量統(tǒng)計表分類拘謹(jǐn)型(L/d)(%)節(jié)約型(L/d)(%)一般型(L

24、/d)(%)沖廁3034.83532.14029.1淋浴21.825.332.429.739.628.8洗衣7.328.48.557.89.326.8廚用21.3824.80252329.621.5飲用1.82.121.832.2澆花22.332.885.8衛(wèi)用22.332.885.8合計86.21100108.95100137.52100 用水規(guī)模換算，不同的小區(qū)有不同的用戶數(shù)量，表2是在給定用戶量時的用水規(guī)模表。表2 供水規(guī)模換算表人數(shù)拘謹(jǐn)型 ()節(jié)約型()一般型 ()45038.8049.0261.8860051.7265.3782.5170060.3476.2796.2680068.9

25、787.16110.01100086.21108.95137.52小區(qū)供水的水泵功率計算公式： （2） 式中Q是流量，t1時間，=10×103Kg/m3 。 （3） 式中h是供水高度，g=10m/s2 系統(tǒng)水泵根據(jù)以下原則設(shè)計： （3）蓄水池的最大容量應(yīng)大于每小時用戶對水的需求量； （4）水泵揚程應(yīng)是實際供水高度的1.11.2倍10。 （5）水泵最大流量總和應(yīng)大于實際最供水的最大流量。3.3 供水設(shè)備的選擇3.3.1 水泵的參數(shù)計算與型號的選擇 （1）由水泵的設(shè)計原則，人均每天的用水量，應(yīng)以用水情況一般的住戶為準(zhǔn)。 （2）針對用戶人600人的住宅小區(qū)設(shè)計時，由水泵的設(shè)計原則可知，該住

26、宅區(qū)一小時內(nèi)的用戶最大的需求量Q為82.51(m3/h)。 （3）樓層 高度一般3.5米，那么10層樓為35米，由公式（2）和公式（3） （Kg）（kW）根據(jù)功率，揚程等要求，本設(shè)計中選擇80DL2，水泵參數(shù)如下表3表3 水泵參數(shù)型號流量(m3/h)揚程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)電機功率(kW)80DL232.4422900113.3.2 變頻器 本系統(tǒng)采用三菱FR-F700系列變頻器，適應(yīng)電機容量15(kW)，圖4 變頻器端子功能介紹各端子的功能如表4所示。表4 FR-F700端子功能表端子端子功能STF正轉(zhuǎn)起動STR反轉(zhuǎn)起動STOP起動RH，RM，RL多段速度選擇JOG電動模式選擇RT第二/

27、減速時間選擇MRS輸出停止RES復(fù)位AU電流輸入選擇CS瞬停再啟動選擇SD公共輸入端(漏型)PC直流24V電源和外部晶體管公共端接入點10E頻率設(shè)定電源10頻率設(shè)定電源2頻率設(shè)定(電壓)4頻率設(shè)定(電流)1輔助頻率設(shè)定5頻率設(shè)定公共端A,B,C異常輸出RUN變頻器正在運行SU頻率到達OL過負(fù)荷報警IPF瞬時停電FU頻率檢測SE集電極開路輸出公共端FM指示儀表用AM模擬信號輸出PUPU接口3.3.3 壓力傳感器的選擇CYYB-120的參數(shù)如表5所示應(yīng)用范圍廣，在航空航天、石油化工、科學(xué)試驗、制冷設(shè)備、工程機械、污水處理等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品中都能選用CYYB-12進行壓力檢測。CYYB-120幾乎所有壓

28、力測控領(lǐng)域都可以適應(yīng)11。主要特點：（1）精度高、穩(wěn)定性高、工作溫度范圍大。（2）耐震動、防水、抗沖擊、體積小。（3）良好的互換性、抗干擾能力強、標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。（4）價格低矩有價格優(yōu)勢。表5 CYYB-120的參數(shù)參數(shù)類型參數(shù)值電源電壓24V零點輸出（20）4.000滿量程輸出（20）20.000靜態(tài)精度（20）0.2%F.S靈敏度溫度系數(shù)0.02%F.S零點溫度系數(shù)0.02%F.S工作溫度-25+85響應(yīng)時間1ms3.4 PLC的選型3.4.1 PLC選型的基本原則PLC是系統(tǒng)主要的控制元件，PLC系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計中，PLC選型很重要的一步。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，大多都能實現(xiàn)恒壓變頻

29、供水系統(tǒng)的設(shè)計。在PLC選型時，應(yīng)考慮以到下幾個方面12。（1）輸入輸出點的規(guī)模要適當(dāng)，。（2）功能，結(jié)構(gòu)要合理。（3）輸入，輸出功能及負(fù)載能力的選擇要正確。（4）要考慮運行環(huán)境條件。（5）在設(shè)計I/O時應(yīng)留有10%裕量，確保其有良好的可擴展性。（6）考慮可投入的成本支出3.4.2 輸入輸出點的統(tǒng)計 本系統(tǒng)設(shè)計有15個輸入點，9個輸出點。輸入輸出點的統(tǒng)計結(jié)果如表6所示。由I/O統(tǒng)計表，表5和PLC的選型原則，這次設(shè)計選擇三菱PLC，F(xiàn)X2N-32MRFX2N系列是三菱PLC中最先進的系列。有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊，靈活性和控制能力強，可擴展到256點。輸入點：啟動按鈕（

30、SB1），停止按鈕（SB2），M1工頻（SB3），M1變頻（SB4），M2工頻（SB5），M2變頻（SB6），M1工頻（SB7），M1變頻（SB9），自動手動選擇（SB10），手動變頻啟動（SB16），上限增泵（FU），下限減泵（OL），M1過載檢測（S2），M2過載檢測（S3），M3過載檢測（S4）。輸出點數(shù)：M1變頻（KM0），M2工頻（KM1），M3變頻（KM2），M4工頻（KM3），M5變頻（KM4），M6工頻（KM5），電機正轉(zhuǎn)（KM6），接變頻器（KM7），報警信號（KM8）。表6 I/O統(tǒng)計表 輸入器件輸出器件編號符號作用編號符號作用1SB1啟動按鈕1KM0M1變頻2SB2停止按

31、鈕2KM1M1工頻3FU上限增泵3KM2M2變頻4OL下限減泵4KM3M2工頻5S2M1過載檢測5KM4M3變頻6S3M2過載檢測6KM5M3工頻7S4M3過載檢測7KM6電機正轉(zhuǎn)8SB3M1工頻8KM7接變頻器9SB4M1變頻9KM8報警信號10SB5M2工頻11SB6M2變頻12SB7M3工頻13SB9 M3變頻14SB10自動手動選擇15SB16手動變頻器啟動3.4.3 I/O的分配 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，我們進行了輸入輸出點的分配。恒壓變頻供水系統(tǒng)的分配表如表7所示。根據(jù)PLC口的分配原則和系統(tǒng)的控制要求以及合理利用I/O口的原則，對系統(tǒng)I/O進行合理的分配。輸入分配：X0X7分別分配SB

32、1，SB2，F(xiàn)U，OL，S1，S2，S3，SB3；X10X16分別分配SB4，SB5，SB6，SB7，SB9，SB10，SB16。輸出分配：Y0Y10分別分配KM1，KM2，KM3，KM4，KM5，KM6，KM7，KM8，表7 I/O分配表I/O地址外接端子作用I/O地址外接端子作用X0SB1啟動按鈕Y0KM0M1變頻X1SB2停止按鈕Y1KM1M1工頻X2FU上限增泵Y2KM2M2變頻X3OL下限減泵Y3KM3M2工頻X4S1M1過載檢測Y4KM4M3變頻X5S2M2過載檢測Y5KM5M3工頻X6S3M3過載檢測Y6KM6電機正轉(zhuǎn)X7SB3M1工頻Y7KM7接變頻器X10SB4M1變頻Y10

33、KM8報警信號X11SB5M2工頻X12SB6M2變頻X13SB7M3工頻X14SB9 M3變頻X15SB10自動手動選擇X16SB16手動變頻器啟動3.5 系統(tǒng)硬件線路設(shè)計 系統(tǒng)主電路設(shè)計如圖7所示。 水泵有兩種工作模式，一種是在工頻下運行，另一種是在變頻下運行。KM1、 KM3、 KM5 接觸器分別控制著水泵M1、M2、M3工頻運行時與電源的通斷。KM0、 KM2 、KM4接觸器分別控制著水泵M1、M2、 M3 變頻運行與電源的通斷。圖5 主電路 PLC接線如圖6所示。 圖6 主控制電路接線圖4 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 PLC編程設(shè)計方法4.1.1 經(jīng)驗設(shè)計法對于有經(jīng)驗的設(shè)計

34、者而言，經(jīng)驗設(shè)計方法是一種有效的設(shè)計方法。設(shè)計者在十分熟悉，低壓繼電器電路控制設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，并且能輕易地理解各種指令功能，憑著經(jīng)驗?zāi)軌驕?zhǔn)確地使用各種指令，設(shè)計出相應(yīng)的程序。設(shè)計步驟如下： （1）了解輸入點有哪些；（2）輸入、輸出點的統(tǒng)計；（3）選擇選擇合適PLC 并編程；（4）將每個環(huán)節(jié)的程序，合理的鏈接起來。經(jīng)驗設(shè)計編程方法，這種方法一般只用于很簡單的梯形圖設(shè)計。因為這種設(shè)計方法可靠性不高，程序的質(zhì)量得不到保證，跟設(shè)計者的經(jīng)驗有很大關(guān)系13。4.1.2 繼電器電路直接轉(zhuǎn)換為梯形圖法它是直接把電路中繼電器接觸器翻譯成梯形圖，設(shè)計步驟如下14：（1）將系統(tǒng)的輸入點(各種開關(guān)和按鈕)統(tǒng)計出來并

35、合理的安排。（2）將系統(tǒng)的輸出點統(tǒng)計出來，并合理的鏈接到PLC。（3）用梯形圖中的軟元件，依次把輸入輸出對應(yīng)起來。4.1.3 邏輯代數(shù)設(shè)計方法邏輯代數(shù)設(shè)計方法，在程序設(shè)計中是最常用的一種設(shè)計方法。因為該設(shè)計容易得出合理的設(shè)計方案，并且設(shè)計出的系統(tǒng)可靠性高且經(jīng)濟合理15。設(shè)計步驟如下（1）首先要了解系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，才能確定輸入輸出之間的關(guān)系狀態(tài)表。（2）寫出輸入輸出之間的邏輯表達式。（3）化簡邏輯表達式，根據(jù)化簡出的邏輯表達式進行梯形圖設(shè)計。4.2 編程軟件的簡單介紹 GX Developer編程軟件是一款基于Windows的工具軟件，是三菱公司開發(fā)的專用軟件。GX Developer

36、功能完善，為程序設(shè)計者提供了很大的便利。只要是三菱的PLC，都可以通過GX Developer來設(shè)計程序。該軟件工能強大，指令表、梯形圖、SFC、ST及FB、Lable語言程序設(shè)計都能在GX Developer上實現(xiàn)設(shè)計。4.3 恒壓供水系統(tǒng)程序的設(shè)計 本系統(tǒng)采用順序控制方法設(shè)計程序。該系統(tǒng)整個是進行一個閉環(huán)控制，閉環(huán)控制有變頻器和壓力變送器實現(xiàn)。該程序設(shè)計的關(guān)鍵，巧妙的利用輸入的開關(guān)信號和水池信號，來判斷系統(tǒng)的工作情況和控制低壓器件和變頻器等，最后達到控制該系統(tǒng)的要求。工頻和變頻的切換有PLC控制完成16。4.3.1 程序流程圖在系統(tǒng)中PLC的作用是控制繼電器實現(xiàn)工頻變頻的轉(zhuǎn)換，還有水泵數(shù)量

37、的增減。PLC的工作流程圖如圖7所示。圖7 程序流程圖 系統(tǒng)啟動后，系統(tǒng)將自動檢測運行模式，手動還是自動。如果是手動模式，工作人員可以根據(jù)自己的要求起動相應(yīng)電機的工作模式，手動運行主要是為了系統(tǒng)在出現(xiàn)故障是還能有效供水。自動運行時，系統(tǒng)將通過傳感器和變頻器的調(diào)節(jié)實現(xiàn)自動運行，PLC接受到上限頻率信號和下限頻率信號后，分別執(zhí)行增泵和減泵程序。4.3.2 程序設(shè)計根據(jù)流程設(shè)計程序如下：自動啟動部分：1#泵起動： 起動按鈕按下后，系統(tǒng)將自動匹配運行模式。SB7沒輸入信號，則系統(tǒng)選擇自動運行。1#水泵變頻起動。如圖8所示圖8 系統(tǒng)自動啟動1#,2#泵起動： 變頻器發(fā)出上限信號，PLC接收到上限信號后，

38、PLC控制繼電器等低壓器件是1#水泵轉(zhuǎn)為工頻運行，KM1常閉斷開，KM0常開吸合,同時KM3常開吸合2#水泵變頻起動。如圖9所示。圖9 1#泵起動1#泵起動： PLC通過下限信號控KM3，KM0斷電，KM1常開閉合，1#水泵單獨變頻運行。如圖10所示。圖10 1#,2#泵起動1#，2#水泵起動： PLC接受到下限信號后關(guān)閉KM5,KM2,開啟KM3,變頻起動2#水泵，如圖11所示。圖11 1#泵起動1#泵起動： PLC接受大下限信號后關(guān)閉KM3、KM0，閉合KM1，1#水泵單獨變頻運行，圖12 1#2#水泵起動 通過按鈕SB10使變頻器啟動，如圖13所示。手動運行部分圖13 1#泵起動 SB2

39、按下后KM0斷開，計數(shù)器開始計時，計時時間到后，1#在變頻電源下運行。如圖14所示。 圖14 手動啟動變頻器 SB4按下后KM0斷開，計數(shù)器開始計時，計時時間到后，M2在變頻電源下運行。如圖15所示。圖15 M1換變頻運行 SB6按下后KM0斷開，計數(shù)器開始計時，計時時間到后，M3在變頻電源下運行。如圖16所示。 圖16 M2切換到變頻運行 SB1按下后KM0斷開，計數(shù)器開始計時，計時時間到后，M1在變頻電源下運行。如圖17所示。圖17 M3切換變頻運行 SB3按下后KM0斷開，計數(shù)器開始計時，計時時間到后，M2在變頻電源下運行。如圖18所示。 圖18 M1變頻運行 SB5按下后KM0斷開，計

40、數(shù)器開始計時，計時時間到后，M3在變頻電源下運行。如圖19所示。 圖19 M2變頻運行 熱繼電器只要一斷開系統(tǒng)就就會自動報警。如圖20所示。 圖20 M3變頻運行 一臺電機工作狀態(tài)只能有一種，只要系統(tǒng)中有一臺電機，同時打開著工頻和變頻時，系統(tǒng)報警而且將自動停止。如圖21所示。 圖21 自動報警 輸出繼電器Y0-Y7和Y10輔助繼電器M1-M9依次控制。如圖22所示。 圖22 報警控制 圖23 輸出繼電器與輔助繼電器 5 組態(tài)的設(shè)計 5.1 MCGS軟件簡介 MCGS是基于Windows的一套可以快速開發(fā)上位機系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。MCGS是由昆侖通態(tài)自動化有限公司開發(fā)的，MCGS具有簡便的操作、

41、完善的功能、好的可視性、易于維護的特點，該系統(tǒng)可以完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測，還可以完成前端數(shù)據(jù)的處理與控制，與微軟的的Windows操作系統(tǒng)能夠很好的兼容。5.2 恒壓供水系統(tǒng)的MCGS界面設(shè)計工程的建立步驟： （1）選中文件菜單的“新建工程”。軟件自動會在默認(rèn)目錄下生成一個新建工程。默認(rèn)目錄為：根目錄：MCGSWORK新建工程。默認(rèn)工程名為“工程名X.MCE。 （2）將所建工程另存為“變頻恒壓供水系統(tǒng)”，點擊“保存”按鈕，工程就創(chuàng)建成功。圖24 創(chuàng)建工程制作工程畫面步驟：（1）在工作臺“用戶窗口”下選擇“新建窗口”，建立“窗口0”。（2）在用戶窗口界面下，選擇“窗口0”，選中“窗口屬性”。設(shè)置

42、窗口屬性，將屬性窗口中的，窗口名稱和窗口標(biāo)題改為“變頻恒壓供水系統(tǒng)”，其他不變。設(shè)置完窗口屬性后界面如圖25所示。圖25 工程畫面窗口 雙擊變頻恒壓供水系統(tǒng)或者單擊動畫組態(tài)，進入組態(tài)設(shè)計界面。 組態(tài)設(shè)計界面如圖26所示。圖26 組態(tài)設(shè)計界面 在圖27中的小框是工具箱，變頻恒壓供水系統(tǒng)所需的元件，都能在工具箱中找到，單擊工具箱中的“插入元件”圖標(biāo)，將彈出對象元件庫，如圖27所示。圖27 對象元件庫雙擊對象元件庫中的泵對象，將彈出如圖28所示窗口。圖28 泵對象庫元件 元件庫中可選擇水泵、閥門、管道、按鈕等相應(yīng)元件，設(shè)計恒壓變頻供水系統(tǒng)組態(tài)如圖29所示。圖29 組態(tài)系統(tǒng)整體畫面 定義數(shù)據(jù)對象，數(shù)據(jù)

43、對象的定義主要包括制數(shù)據(jù)變量的名稱，初始值，類型，數(shù)值變化范圍。在MCGS中的實時數(shù)據(jù)庫中，可對數(shù)據(jù)對象進行定義。在實時數(shù)據(jù)庫中單擊“新增對象”，添加的數(shù)據(jù)對象雙擊，彈出數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置窗口，對該元件進行屬性設(shè)置。定義數(shù)據(jù)對象如圖30所示。圖30 數(shù)據(jù)定義 運行策略設(shè)計，即編寫控制流程。在編寫腳本時用的語言，與普通Basic語言類似，但在用法上比Basic語言簡單直觀。在策略窗口，單擊新建策略，彈出窗口中有多中策略用戶策略、循環(huán)策略、報警策略、事件策略，熱鍵策略。雙擊窗口中的循環(huán)策略，進入策略組態(tài)設(shè)計窗口，在該窗口中右擊鼠標(biāo)，選擇“新增策略行”。然后在策略工具箱中選擇“腳本程序”,并拖如新增策

44、略行，雙擊策略行進入腳本編輯。如圖31所示。圖31 腳本編寫 變頻恒壓供水系統(tǒng)模擬工作，變頻方式起動1#泵界面如圖32所示.圖32 變頻運行1#泵畫面1#泵工頻運行，2#泵變頻運行界面如圖33.圖33 1#泵工頻，2#變頻泵畫面1#泵出現(xiàn)故障、2#泵變頻運行的組態(tài)界面如圖34。圖34 1#泵發(fā)生故障，變頻運行2#泵，#3泵工頻運行畫面結(jié)束語總結(jié) 本論文針對入住人數(shù)在600人左右的小區(qū)進行供水系統(tǒng)設(shè)計，恒壓變頻工水系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的水塔二次供水。恒壓變頻供水系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)供水方式在效率、自動化程度、和可靠性方面的而不足。恒壓供水在我們的生產(chǎn)生活中具有非常重要的意義，通過PLC和變頻器設(shè)計的恒壓供水

45、系統(tǒng)具有高效率、良好的節(jié)能效果、自動調(diào)節(jié)能力強和可靠性高等優(yōu)點。在實現(xiàn)了恒壓供水后，工作人員減少了頻繁的操作工作，提高了供水的效率和質(zhì)量，減輕了勞動者的勞動強度。PLC的可編程性，使得整個系統(tǒng)具有良好的可擴展性。在不同的季節(jié)，用戶對水的需求也有所不同，這樣使得管網(wǎng)壓力在不同的季節(jié)也有差異，變頻器很好的解決了這一問題，變頻器可以進行不同壓力范圍的設(shè)置，這樣同時節(jié)約了水資源和電能。變頻恒壓供水系統(tǒng)在節(jié)約成本、節(jié)能，供水質(zhì)量上都有很大的優(yōu)勢。恒壓變頻供水時水泵電機在工頻方式下啟動時，由于啟動電流過大會對電網(wǎng)造成很大沖擊，所以系統(tǒng)應(yīng)帶有降壓啟動裝置。系統(tǒng)啟動時，容易出現(xiàn)水錘效應(yīng)，防止水錘效應(yīng)的出現(xiàn)能延

46、長水泵的壽命。展望目前實現(xiàn)供水系統(tǒng)的能還有一定的局限性，通過管網(wǎng)壓力的反來控制系統(tǒng)的自動運行。隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，可以同過上位機開發(fā)來管理，上位機可以對多種數(shù)據(jù)，進行集中處理。如果把電流變化、電壓變化、功率變化、水壓變化、水位變化和流量變化的參數(shù)進行綜合處理，這樣從多方面對供水系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，使得供水系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性等方面更加完善。隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會越來越普及，當(dāng)然對恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。如對系統(tǒng)采用基于GPRS 的無線方式進行數(shù)據(jù)的傳輸、通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程診斷和維護

47、等。另外本文的設(shè)計、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進而實現(xiàn)風(fēng)機的變頻節(jié)能，因為風(fēng)機和水泵的能耗大約占整個電能能耗的三分之一左右。所以變頻恒壓供水技術(shù)在逐漸走向成熟的過程中，仍然有必要對其進行更深入的研究。參考文獻1 史國生.電氣控制與可編程控制技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.52-60Shi Guosheng,Electrical control and programmable control technologyM. Bei Jing: Chemical industry press, 2010.52-602 盧建勤.PLC及變頻器在恒壓變頻供水系統(tǒng)中的應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版

48、社，2009.40-54Lu Jianqing.PLC and inverter in the application of the constant pressure frequency conversion water supply systemM.Bei Jing: Electronic industry press,2009.40-54 3 姚厚偉.變頻器供水系統(tǒng)中的應(yīng)用與節(jié)能M. 北京：航空航天大學(xué)出版社，2003.66-74Yao Houwei. The application of inverter water supply system with energy saving M

49、. Beijing: university of aeronautics and astronautics press, 2003.66-744 厲無咎.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)M. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.23-43Li Wujiu. Frequency conversion velocity modulation constant pressure water supply system M. Beijing: electronic industry press, 2005.23-435 廖常初.PLC編程及應(yīng)用M，北京：機械工業(yè)出版社，2007.65-70Liao Changchu.

50、 PLC programming and application M, Beijing: mechanical industry press, 2007.65-706 韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用(第二版)M.北京:北京機械工業(yè)出版社，2000.20-22Han Anrong. General frequency converter and its application (second edition) M. Beijing: mechanical industry press, 2000.20-227 陳伯時.陳敏遜，交流調(diào)速系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，2002.55-57 Chen Boshi. Chen Minxun, ac speed regulation system M. Beijing: mechanical industry publishing house, 2002.55-578 陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社，2003.62-64Chen Boshi. Electric drive automatic control syste