恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文聲明本人鄭重聲明：1 .此畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除了特別加以標(biāo)注地方外，本文不包含他人或其它機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人與集體均已在文中作了明確標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。2 .本人完全了解學(xué)校、學(xué)院有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校與學(xué)院保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交此論文的復(fù)印件和電子版，允許此文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)學(xué)院可以將此文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本文。3 .若在大學(xué)學(xué)院畢業(yè)論文審查小組復(fù)審中，發(fā)現(xiàn)本文有抄襲，一切后果均由本

2、人承擔(dān)，與畢業(yè)論文指導(dǎo)老師無關(guān)。4 .本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)布或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究成果做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在論文中已明確的方式標(biāo)明。學(xué)位論文作者（簽名）：年月太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）關(guān)于畢業(yè)論文使用授權(quán)的聲明本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的資料（包括圖紙、實(shí)驗(yàn)記錄、原始數(shù)據(jù)、實(shí)物照片、圖片、錄音帶、設(shè)計(jì)手稿等），知識產(chǎn)權(quán)歸屬華北電力大學(xué)。本人完全了解大學(xué)有關(guān)保存，使用畢業(yè)論文的規(guī)定。同

3、意學(xué)校保存或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的紙質(zhì)版或電子版，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用任何復(fù)制手段保存或編匯本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關(guān)成果，一定征得指導(dǎo)教師同意，且第一署名單位為大學(xué)。本人畢業(yè)后使用畢業(yè)論文或與該論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí)，第一署名單位仍然為大學(xué)。本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存或匯編本學(xué)位論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本學(xué)位論文全文或者部分

4、的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入學(xué)校有關(guān)數(shù)據(jù)庫和收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息服務(wù)。在不以贏利為目的的前提下，學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動。論文作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：目錄摘要IVI太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractV.第1章工藝描述1.1.1 前景11.2 國內(nèi)外研究概況11.3 總體策略和知識點(diǎn)21.4 恒壓供水工藝圖31.5 工藝描述總結(jié)4第2章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡介5.2.1 水泵供水的主要參數(shù)52.1.1 流量5.2.1

5、.2 揚(yáng)程 全揚(yáng)程 實(shí)際揚(yáng)程 損失揚(yáng)程 管阻5.2.2 供水系統(tǒng)的基本特性52.3 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理62.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)82.5 變頻恒壓供水控制方式的選擇92.6 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理92.6.1 系統(tǒng)的構(gòu)成 工作原理1.12.7 變頻調(diào)諫原理11第3章硬件選型及介紹1.33.1 PLC簡介133.1.1 PLC的特點(diǎn) PLC的工作過程1.43.2 S7-200簡介153.3 EM235簡介183.4 調(diào)節(jié)閥19II太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.5 液位計(jì)203.6 電機(jī)水

6、泵213.7 變頻器223.7.1 變頻器的型式選擇223.7.2 變頻器容量選擇233.7.3 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用233.8 電磁閥263.9 逆止閥263.10 遠(yuǎn)傳壓力表263.11 原件表273.12 恒壓供水配電電路圖283.13 系統(tǒng)電氣控制主電路圖29第4章數(shù)字PID及系統(tǒng)編程304.1 PID調(diào)節(jié)原理304.2 PID參數(shù)設(shè)置314.3 PID設(shè)定值的調(diào)整324.4 STEP7-Micro/Win32簡介334.5 系統(tǒng)程序344.5.1 主程序.344.5.2 初始化程序354.5.3 控制程序.364.5.4 自動程序.374.5.5 手動程序.39第5章總結(jié)41.參考文

7、獻(xiàn)42致.43iii太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本論文分析變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過研究和比較，本論文采用變頻器和PLC實(shí)現(xiàn)恒壓供水，對系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，然后用數(shù)字PID對系統(tǒng)中的恒壓控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。包壓供水系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，完成供水壓力的恒定控制，使管網(wǎng)流量變化達(dá)到穩(wěn)定供水壓力的目的。系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入PLC運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。關(guān)鍵字：變頻調(diào)速；恒壓供水；

8、PLCIV太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ConstantpressurewatersupplysystemAbstractThispaperanalyzesthestructureofVFspeedregulatingconstant-pressurewatersupplyandproposesseveralcontrolmethods.Bycarefulstudyandcomparison,PLCandinverter'smethodfitswatersupplysystemverywell.Finallythepapershowsthedesignofconstantpressure

9、supplywatercontrolleraccordingtoPIDdataanddetailedintroductionofitssoftwareandhardware.Inthispaper,WaterSupplySystemofthebasiccontrolstrategyis:Themotordrivedeviceandtheprogrammablelogiccontroller(PLC)controlsystemconstituteacompletewaterpressureconstantcontroltoachievestableflowchangepipewaterpress

10、urepurposes.Watersupplysystemsetpressure,andthefeedbackofthemainspressuretocomparetheactualvalue,thedifferencebetweentheinputtransduceroperationprocessing,theissuecontrolinstructionstocontrolthemotorspeed,soastoachievestablewatersupplymainspressuretothepressurevalueontheset.Keyword:Speed-frequencyva

11、riableConstantpressurewatersupplyPLC第1章工藝描述1.1前景隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。1.2 國內(nèi)外研究概況變頻包壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻包壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提

12、供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。即196孫，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器（丹佛斯是傳動產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一）后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像瑞士的ABB集團(tuán)推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司推出了恒壓供水基板，備有變頻泵固定方式”，變頻泵循壞方式”兩種模式

13、。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機(jī)（泵）的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)（如BA系統(tǒng)）和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻包壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器（P

14、LC）及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為（現(xiàn)已更名為艾默生）電氣公司和成都希望集團(tuán)（森蘭牌變頻器）也推出了恒壓供水專用變頻器（2.2kw-30kw）,無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺水泵的循壞切換、定時(shí)起動、停止和定時(shí)循環(huán)（丹麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺水泵機(jī)組的切換）。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的

15、供水場所。可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動，電機(jī)起動電流從零逐漸增至額定電流，起動時(shí)間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機(jī)械轉(zhuǎn)矩對于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)的使用壽命。這種調(diào)控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管（市政來水管）進(jìn)口壓力保持恒定為條件，實(shí)際上給水泵站的出口壓力允許在一定

16、范圍內(nèi)變化。因此這種調(diào)控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài)。變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式（如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、用級調(diào)速等），是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù).它采用微機(jī)控制技術(shù)；電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動機(jī)的無級調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點(diǎn)。1.3 總體策略和知識點(diǎn)恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行

17、對水泵電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力的目的。系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。本設(shè)計(jì)中自動恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用PLC控制器。因PLC不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字PID調(diào)節(jié)功能，可對系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的CRT畫面顯示、故障報(bào)警等功能，所以在一些高標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)中被廣泛使用。在市政供水管網(wǎng)中：自動包壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市

18、供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生活水平的提高，加上居住小區(qū)推行一戶一表供水以后，對市政管網(wǎng)供水的可靠性（壓力、流量）要求越來越高，各種分散或集中加壓設(shè)施也逐漸增多。在這些加壓設(shè)施中，采用調(diào)節(jié)水池加上變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)變量供水方式已顯現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)主要用到以下硬件：調(diào)節(jié)閥、投入式液位計(jì)、浮球式液位計(jì)、電機(jī)水泵、電磁閥、逆止閥、遠(yuǎn)程壓力表等。主要涉及的知識點(diǎn)有：S7-200PLC的模擬模塊EM235,CPU226編程軟件，PID數(shù)字化算法，調(diào)節(jié)閥，電磁閥，壓力變送器，等。1.4

19、 恒壓供水工藝圖圖1.1恒壓供水工藝圖上圖中（1）為調(diào)節(jié)閥、（2）為投入式液位計(jì)、（3）為浮球式液位計(jì)、（4）為電機(jī)水泵、（5）為電磁閥、（6）為逆止閥、（7）為遠(yuǎn)程壓力表。1.5 工藝描述總結(jié)變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動機(jī)驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供

20、水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。第2章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡介2.1 水泵供水的主要參數(shù)2.1.1 流量流量是單位時(shí)間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水量，符號是Q,常用單位是m3/s、m3/min、m3/h等.供水系統(tǒng)的基本任務(wù)是滿足用戶的流量需求。2.1.2 揚(yáng)程揚(yáng)程是單位質(zhì)量的水被上揚(yáng)時(shí)所獲得的能量，符號是H,常用單位是m0揚(yáng)程主要包括三個(gè)方面：第一是提高水位所需的能量；第二是克服水在管網(wǎng)中流動時(shí)所需的能量；第三是使水流具有一定流速所需的能量。由于在同一管路中

21、，上述的第二和第三是基本不變的，在數(shù)值上也相對較小?？梢哉J(rèn)為，提高水位所需的能量是揚(yáng)程的主體部分。因此，在同一管路內(nèi)進(jìn)行分析時(shí)，常簡略地把水從一個(gè)位置上揚(yáng)”到另一位置時(shí)，用水位的變化量(即水位差)代表揚(yáng)程。2.1.3 全揚(yáng)程全揚(yáng)程也稱為總揚(yáng)程或水泵揚(yáng)程，全揚(yáng)程是說明水泵的泵水能力的物理量。包括把水從水池的水面上揚(yáng)到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，符號是Ht02.1.4實(shí)際揚(yáng)程實(shí)際揚(yáng)程即通過水泵提高的水位所需的能量，符號是Hao2.1.5 損失揚(yáng)程全揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程之差，即損失揚(yáng)程，符號是Hl,Ht、Ha和Hl之間的關(guān)系是：Ht=Ha+Hl(2-1)2.1.6 管阻

22、管阻是管道系統(tǒng)包括水管、閥門等對水流阻力的物理量，符號是Ro通常用揚(yáng)程與流量間的關(guān)系曲線來描述。2.2 供水系統(tǒng)的基本特性供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線f(Q),如圖2.1所示。由圖2.1可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qu間的關(guān)系。而管阻特性是以水泵轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系H=f(Qu)。管阻特性反映了水泵的能量用來克服水泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體

23、在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由圖可知，在同一閥門開度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量Qg之間的關(guān)系H=f(Qg)。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖2.1中A點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qg處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。QaQ(m3/s)圖2.1供水系統(tǒng)的基本特性曲線2.3 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制對象，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門

24、開度的大小來調(diào)節(jié)流量，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。其實(shí)質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不變。由于實(shí)際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。因此，揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時(shí)電機(jī)加速，用水量減小時(shí)電機(jī)減速。圖2.2為管網(wǎng)及水泵的特性曲線。圖2.2水泵的H-Q

25、特性曲線當(dāng)用閥門控制時(shí)，若供水量高峰期水泵工作在E點(diǎn)，流量為Q1,揚(yáng)程為H0,當(dāng)供水量從Q1減小到Q2時(shí)，必須關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從B移到B1揚(yáng)程特性曲線不變。而揚(yáng)程則從H0上升到H1,運(yùn)行工況點(diǎn)從E點(diǎn)移到F點(diǎn)，此時(shí)水泵輸出功率用圖形表示為(0,Q2,F,H1)圍成矩形部分，其值為：Pf=H1*?*Q2/102?(2-2)當(dāng)用調(diào)速控制時(shí)，若采用恒壓(H0)、變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為BZ揚(yáng)程特性變?yōu)榍€n2,工作點(diǎn)從E點(diǎn)移到D點(diǎn)。此時(shí)水泵輸出功率用圖形表示為(0,Q2,D,H0)圍成的矩形面積，其值為：Pd=H0*?*Q2/102?(2-3)可見改用調(diào)速控制，節(jié)能

26、量為(H0,D,F,H1)圍成的矩形面積，其值為：P=pf-Pd=?(H1-H0)Q2/102?(2-4)所以，當(dāng)用閥門控制流量時(shí)，有功率4P功率被浪費(fèi)掉。并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是H1增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后流量Q、揚(yáng)程H,功率P與4SN之間關(guān)系為：Q2/Q1=N2/N1;H2/H1=(N2/N1)2;P2/P1=(N2/N1)3(2-5)式中，Q1、H1、P1為變速前的流量、揚(yáng)程、功率，Q2、H2、P2為變速后的流量、揚(yáng)程、功率。由公式(2-5)可以看出，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流

27、量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗功率與流量成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。2.4變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。(2)用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要

28、具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強(qiáng)的多變性。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運(yùn)行)是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時(shí)時(shí)變化的。)電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專門的故障(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，等工況點(diǎn)自動進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供

29、水。(6)水泵的電氣控制柜，具有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等功能。(7)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。2.5 變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有：1、邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)。因此，控制精度較低、水泵切換時(shí)水壓波動大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動時(shí)有沖擊、

30、抗干擾能力較弱，但其成本較低。2、單片微機(jī)電路控制方式這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)，調(diào)試較麻煩；追加功能時(shí)往往要對電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。3、帶PID回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器(PLC)的控制方式該方式變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入PI

31、D回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號?？紤]以上三種方案后，此次設(shè)計(jì)采用第三種方案。2.6 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理2.6.1 系統(tǒng)的構(gòu)成圖2.3系統(tǒng)原理圖如圖2.3所示，整個(gè)系統(tǒng)由一臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個(gè)壓力變送器及若干輔助部件構(gòu)成。水泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力采用壓力變送器(反饋420mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、以及報(bào)警

32、裝置等部分組成。(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由水泵組成，它用于將水供入用戶管網(wǎng)，水泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。(2)信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報(bào)警信號：水壓信號：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。報(bào)警信號：它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。(3)控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分供水控制器：它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工

33、況、壓力、報(bào)警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)（即水泵）進(jìn)行控制。變頻器：它是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成手/自動切換。（4）通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)

34、等。（5）報(bào)警裝置作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測，由PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失。2.6.2 工作原理合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動運(yùn)行狀態(tài)，PLC中程序首先接通QS1,并起動變頻器。根據(jù)壓力設(shè)定值（根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定）與壓力實(shí)際值（來自于壓力傳感器）的偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器

35、。變頻器根據(jù)頻率給定信號控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。2.7 變頻調(diào)速原理變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由鼠籠式異步電動機(jī)驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。異步電動機(jī)的變頻調(diào)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的義為：S=1-(n/n1)(2-6)異步電機(jī)的同步速度為：n1=60f/p(2-7)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n=60f(1-S)/p(2-8)其中：n1為

36、異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速；n為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；f是異步電機(jī)的定子電源頻率；p為異步電機(jī)的極對數(shù)。從上式可知，當(dāng)電機(jī)電極對數(shù)p不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、與定子電源頻率f成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機(jī)供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速時(shí)，從高速到低速，都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速只有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速性能可與直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相媲美。變頻調(diào)速可用普通的異步電機(jī)，異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠，適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。特別是近年來出現(xiàn)的高性能、高精度的變頻器，變頻調(diào)速完全可以達(dá)到直流調(diào)速一樣的性能

37、。從設(shè)備投資來看，變頻調(diào)速系統(tǒng)與同容量的直流調(diào)速系統(tǒng)可節(jié)省投入的20%左右。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機(jī)一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用十對水泵(風(fēng)機(jī))電機(jī)的調(diào)速。第3章硬件選型及介紹3.1 PLC簡介可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當(dāng)時(shí)稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController),簡稱PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器是一種用弱電信號控制強(qiáng)電信號的電磁開關(guān)，但在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應(yīng)于工藝要求發(fā)生變化的場合。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)

38、技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的簡單編程語句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。可編程控制器具有豐富的輸入/輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。在實(shí)際應(yīng)用中，其硬件可根據(jù)實(shí)際需要選用配置，具軟件則需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。2T作模塊輸入模塊圖3.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖可編程邏輯控制器，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。隨著微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動化控制愈來愈高的需求，PLC無論在

39、功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高?，F(xiàn)在的PLC已不只是開關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。美國電氣制造冏協(xié)會（NEMA）將其正式命名為可編程控制器（ProgrammableController）,簡稱PC,但是為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）勺簡稱PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡稱為PLC。事實(shí)上與所有的器件一樣，PLC本身也有其局限性，它無法向操作者顯示動態(tài)的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，無法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉(zhuǎn)化，尤其是當(dāng)系統(tǒng)工藝改變時(shí)，無法方便、快速地改變相關(guān)參數(shù)、配方。因此，在現(xiàn)今

40、的稍微復(fù)雜一些的控制系統(tǒng)中，PLC通常與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)完整的控制功能。3.1.1 PLC的特點(diǎn)現(xiàn)代可編程控制器不僅能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)學(xué)處理、運(yùn)動控制、模擬量PID控制、通信網(wǎng)絡(luò)等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，可編程控制器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：1）編程方法簡單易學(xué)2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4）無觸點(diǎn)免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少6）維修工作量小，維修方便7）體積小，

41、能耗低3.1.2 PLC的工作過程,掃描苣案r:I部人采樣階段I程序兼行階段附出刷加段.'.=1T圖3.2PLC的掃描工作過程PLC是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的工作方式，其工作過程就是程序的執(zhí)行過程，它分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，如圖3.2所示。PLC在I/O處理方面必須遵守的規(guī)則如下：輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板在上一個(gè)刷新時(shí)間的狀態(tài)；程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需軟元件的狀態(tài)；輸出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中）的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)刷新時(shí)間輸出映像

42、寄存器的狀態(tài)決定；輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存器中的狀態(tài)決定。3.2 S7-200簡介S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控

43、制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。CPU單元選擇：CPU221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，CPU222具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU224XP具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU226具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU221,222具有180mA輸出，CPU224,CPU224XP,CPU226分別輸出280,400mA。可用作負(fù)載電源。本設(shè)計(jì)中使用了CPU22

44、6,下面簡單介紹一下CPU226:CPU226有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。下圖為CPU226的I/O圖：CPU326DCDCDC(GES7216-2

45、AD23*OXBO)000000000000000600000000H1L*口口0.1口工口二50L60.T叫到1.D1.1131.c1S1gIML*&C|6K_1_JE1.SJ|IaM1.5;E72口之1225之473211TML門0000000000003000000000000000243圖3.3CPU226接線圖表3.1本設(shè)計(jì)中的PLCI/O分配表地址編碼名稱I0.0自動啟動I0.1自動停止I0.2復(fù)位I0.3自動/手動I0.4電磁閥打開I0.5電磁閥關(guān)閉I0.6手動啟動I0.7手動停止I1.0電磁閥開到位I1.1電磁閥關(guān)到位I1.2液位低信號I1.3液位高信

46、號I1.5回路接觸器KM1I1.6回路接觸器KM2I2.1變頻器運(yùn)行信號I2.2變頻器故障信號I2.3變頻器頻率信號Q0.0水泵運(yùn)行Q0.1電磁閥打開Q0.2電磁閥關(guān)閉Q0.4液位低故障報(bào)警Q0.5液位高故障報(bào)警Q0.6變頻器故障報(bào)警Q0.7壓力低故障報(bào)警Q1.0壓力高故障報(bào)警Q1.1變頻器啟動Q1.2工頻/變頻切換3.3EM235簡介工業(yè)控制中，有些由傳感器送來的輸入量（如壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等）是模擬量，一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如晶閘管調(diào)速裝置、電動調(diào)節(jié)閥和變頻器等）要求可編程序控制器輸出模擬信號，而可編程序控制器的CPU只能處理數(shù)字量，這就需要有AD及DA轉(zhuǎn)換單元。S7-200有三種模擬量擴(kuò)展模

47、塊，及EM231、EM232、EM235,我們使用的是EM235。EM235模塊有四路輸入一路輸出，是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC420mA（通過250Q電阻轉(zhuǎn)換DC15V或通過500Q電阻轉(zhuǎn)換DC210V）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號，連續(xù)輸送到接收裝置（計(jì)算機(jī)或顯示儀表）。EM235模塊采用印制板直插安裝型結(jié)構(gòu)，便于空間緊奏的機(jī)箱布局與安裝，原副邊高度絕緣隔離，兩線制輸出接線，輔助工作電源+24V與輸出信號線DC420mA共用，具有精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗

48、干擾、國內(nèi)首創(chuàng)4種補(bǔ)償措施和6大全面保護(hù)功能，兩線端口防感應(yīng)雷能力強(qiáng)，具有雷擊波和突波的保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)。為了方便的將水位信號、電機(jī)頻率信號和同相比較信號傳輸給PLC,經(jīng)比較計(jì)算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號，選擇了EM235模擬量擴(kuò)展模塊。該模塊有4個(gè)模擬輸入（AIW）,1個(gè)模擬輸出（AQW）信號通道。輸入輸出信號接入端口時(shí)能夠自動完成A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長（16bit）的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時(shí)能夠自動完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長（16bit）的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。RA41A-RBB-E-RCC&#

49、39;$C-RD口D-口弼哇.，6ES7235-CKE22-0XA0EM23福H-hEMOVO10GAINDFF5EFCENFIGURA-XN”_,I,0|0|0|0|010|0|0|0|0|0|0I0|0圖3.4EM235接線系統(tǒng)中PLC的選型包括一個(gè)CPU226主模塊，一個(gè)EM235模擬量擴(kuò)展模塊。如此PLC總共有24個(gè)數(shù)字信號輸入，16個(gè)數(shù)字信號輸出，以及4個(gè)模擬輸入信號，1個(gè)模擬輸出信號。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求。SIMENSOSFORUNO3TLPCPU22610,0-：2,7Q0,I1-Q17SLDT2EM235AVQO圖3.5系統(tǒng)CPU模塊3.4調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥

50、是用來調(diào)節(jié)水流量的。調(diào)節(jié)閥有電動、液動、氣動三種，在這里使用電動調(diào)節(jié)閥。電動調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量。通過接收工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的信號(如：420mA)來驅(qū)動閥門改變閥芯和閥座之間的截面積大小控制管道介質(zhì)的流量，實(shí)現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)功能。工作電源為AC22V380V等電壓等級。流通能力Cv是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一，調(diào)節(jié)閥的流通能力的定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時(shí)，閥兩端壓差為0.1MPa,流體密度為1g8m3時(shí)，每小時(shí)流徑調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，稱為流通能力，也稱流量系數(shù)，以Cv表示，單位為t/h,液體的Cv值按下式計(jì)算。根據(jù)流通能力Cv值大小查表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑DN0調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差

51、保持恒定的條件下，介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對流量與它的開度之間關(guān)系。調(diào)節(jié)閥的流量特性有線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。三種注量特性的意義如下：(1)等百分比特性(對數(shù))等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關(guān)系，在行程的每一點(diǎn)上單位行程變化所引起的流量的變化與此點(diǎn)的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優(yōu)點(diǎn)是流量小時(shí)，流量變化小，流量大時(shí)，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調(diào)節(jié)精度。(2)線性特性(線性)線性特性的相對行程和相對流量成直線關(guān)系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時(shí)，流量相對值變化小，流量小時(shí),則流量相對值變化大。(3)拋物線特性流量按行程的二方

52、成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。從上述三種特性的分析可以看出，就其調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為最優(yōu)，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。而拋物線特性又比線性特性的調(diào)節(jié)性能好，可根據(jù)使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。在設(shè)計(jì)中采用等百分比特性，通過用戶對水的需求量來控制電動調(diào)節(jié)閥打開大程度，打開的百分比越大自來水流量的越多。3.5 液位計(jì)液位計(jì)是測量地下蓄水池液位的，為了安全、可靠，設(shè)計(jì)要采用投入式和浮球式兩個(gè)液位計(jì)。投入式液位計(jì)是一種測量液位的壓力傳感器。是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信

53、號，再經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號（一般為420mA/05VDC）。浮球式液位指示計(jì)是利用浮力來測量液位的。浮球內(nèi)磁鐵隨液位變化，來改變連桿內(nèi)的電阻與磁簧開關(guān)所組成的分壓電路，分壓信號可經(jīng)過轉(zhuǎn)換器變成420mA或其它不同之標(biāo)準(zhǔn)信號。磁簧開關(guān)的間隙愈小，精度愈高。指示計(jì)可配合其它表頭作遠(yuǎn)距離指示，是一種原理簡單，可靠性極佳的液位指示計(jì)。3.6 電機(jī)水泵電機(jī)水泵調(diào)速方式有調(diào)壓調(diào)速、變級調(diào)速、用級調(diào)速、變頻調(diào)速等等，在設(shè)計(jì)中選用變頻調(diào)速。在供水中用戶用水量一般是動態(tài)的，因此供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少

54、而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量，因此通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水時(shí)非常必要的。電機(jī)根據(jù)壓力反饋信號，通過PID運(yùn)算自動調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到恒壓供水的目的。工作水泵型號的選擇，應(yīng)根據(jù)逐時(shí)、逐日、逐季的用水量變化，要求的水壓，機(jī)組的效率和功率因素等確定。水泵和電動機(jī)是供水系統(tǒng)的重要組成部分，水泵選擇恰當(dāng)與否和動力費(fèi)用有很大的關(guān)系，故須加以重視。選泵時(shí)，首先要滿足供水系統(tǒng)的要求：1、水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度；2、水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量；3、水泵能力足以供應(yīng)最高用水

55、量時(shí)的用水量，揚(yáng)程應(yīng)在該泵特性曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，以減少耗電量；4、水泵型號應(yīng)使泵站建筑面積和泵站的基礎(chǔ)埋深為最小，以降低泵站造價(jià)；5、水泵構(gòu)造應(yīng)使泵站內(nèi)管線簡單，以減少水頭損失；6、安裝管理方便。安裝臥式離心泵的泵站，平面尺寸較大而高度較低；立式軸流泵的泵站，情況正好相反，泵站的高度較大而平面尺寸較小。因此在深埋式的地下泵站可優(yōu)先考慮立式泵，半地下式和地面式泵站可用臥式泵。綜合上述，對水泵進(jìn)行選用時(shí)，要根據(jù)供水系統(tǒng)對流量的大小、揚(yáng)程的高低和實(shí)際需要進(jìn)行選擇。在此水泵選用山東淄博博山大通水泵有限公司生產(chǎn)的型號為500LX5的離心式清水泵，揚(yáng)程61m,流量12.6立方米每小時(shí)，軸功率5.5KW;

56、電機(jī)型號為Y132S-4,容量為5.5KW,額定電壓為380V，額定電流為11.6A,轉(zhuǎn)速為1450r/min。3.7 變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，其電路由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制四個(gè)部分組成。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交-直-交方式。先通過整流將工頻50Hz的交流電變?yōu)橹绷麟?，然后再將直流電逆變成為所需要頻率的交流電。在工業(yè)控制領(lǐng)域，變頻調(diào)速普遍適用于各種調(diào)速系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機(jī)的啟動、運(yùn)行、調(diào)速和控制的特性，系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機(jī)等設(shè)備的控制任務(wù)。變頻器的選擇包括變頻器的型式選擇、容量選擇和變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選擇三個(gè)方面。其總的原則是首先保證可靠地滿足工藝要求，再盡可能節(jié)省資金。3.7.1 變頻器的型式選擇根據(jù)控制功能可將通用變頻器分為三種類：普通功能型U/F控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高性能U/F控制變頻器知矢量控制高性能型變頻器。變頻器類型的選擇要根據(jù)負(fù)載的要求進(jìn)行。對于