基于PLC控制變頻器驅(qū)動(dòng)的高層分段接力式恒壓供水控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

第第頁目錄TOC\o"1-3"\h\u15274第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研 330701第二部分設(shè)計(jì)說明 424085第三部分設(shè)計(jì)成果 2026293第四部分結(jié)束語 2414266第五部分致謝 2528527第六部分參考文獻(xiàn) 25第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)1、設(shè)計(jì)并繪制高層分段接力PLC控制電路、變頻器驅(qū)動(dòng)主電路、流量檢測(cè)與水壓檢測(cè)控制電路；2、編寫（1~5）并仿真運(yùn)行控制程序；3、撰寫設(shè)計(jì)說明書。1.2設(shè)計(jì)的思路本設(shè)計(jì)針對(duì)恒壓供水控制系統(tǒng)包括軟硬件方面在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中具體作用進(jìn)行詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)的將PLC、變頻器（含PID）、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來，并發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，這個(gè)操作方便的自動(dòng)控制系統(tǒng)，以變頻調(diào)速為核心，以智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。使得系統(tǒng)調(diào)試和使用都十分方便，而且大大簡(jiǎn)化了水廠在管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析等方面的工作量。變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。1.3變頻恒壓供水的現(xiàn)狀1.3.1國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀變頻恒壓分段接力供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后發(fā)展起來的。目前國(guó)外的恒壓供水系統(tǒng)恒壓控制變頻器相對(duì)于更成熟可靠。國(guó)外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主要采用一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)水泵機(jī)組。優(yōu)點(diǎn)變壓方式更靈活。缺點(diǎn)投資高?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)在從事研制推廣變頻恒壓供水，變頻器大多采用進(jìn)口組裝或變頻器成品，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒壓供水。在小級(jí)別變頻供水領(lǐng)域，變頻器發(fā)展較快并以低廉的價(jià)格占據(jù)了小級(jí)別變頻恒壓供水市場(chǎng)。在大功率大容量變頻器上，國(guó)產(chǎn)變頻器還是感到乏力。1.3.2變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)(2)國(guó)內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)目前，國(guó)內(nèi)除了高壓變頻供水系統(tǒng)，大多數(shù)變頻供水系統(tǒng)均聲稱只要改變?nèi)萘烤涂梢酝ㄓ糜诟鞣N供水范圍。但在實(shí)際運(yùn)用中，供水環(huán)境對(duì)變頻器要求是不一致的，變頻器大多不能真正通用。所以在部分條件復(fù)雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實(shí)踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認(rèn)識(shí)到這一情況，并針對(duì)實(shí)際情況對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善。第二部分設(shè)計(jì)說明2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理2.1.1系統(tǒng)的構(gòu)成圖3.1系統(tǒng)原理圖整個(gè)系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻調(diào)速器，一臺(tái)PLC和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺(tái)泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測(cè)管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號(hào))或壓力變送器(反饋4～20mA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(dòng)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(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，圖2.3中的3個(gè)水泵分為二種類型:調(diào)速泵: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。恒速泵:水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。(2)信號(hào)檢測(cè)在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括自來水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào):①水壓信號(hào):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(hào)。②報(bào)警信號(hào):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(hào)為開關(guān)量信號(hào)。(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。①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(duì)系統(tǒng)中的工況、壓力、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)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(duì)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(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵)進(jìn)行控制。②變頻器:它是對(duì)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(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。③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對(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換等。(4)人機(jī)界面人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。通過人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時(shí)使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)示，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。(5)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等(6)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(dòng)、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(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失2.1.2工作原理合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動(dòng)、自動(dòng)開關(guān)打到自動(dòng)上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，PLC中程序首先接通KM6，并起動(dòng)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(hào)給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)及預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)間控制水泵的轉(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。同時(shí)變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限，會(huì)將頻率到達(dá)信號(hào)送給PLC，PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號(hào)和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號(hào)，由程序判斷是否要起動(dòng)第2臺(tái)泵(或第3臺(tái)泵)。當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到頻率上限值，并保持一段時(shí)間，則PLC會(huì)將當(dāng)前變頻運(yùn)行泵切換為工頻運(yùn)行，并迅速起動(dòng)下1臺(tái)泵變頻運(yùn)行。此時(shí)PID會(huì)繼續(xù)通過由遠(yuǎn)傳壓力表送來的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。增泵工作過程：假定增泵順序?yàn)閘、2、3泵。開始時(shí)，1泵電機(jī)在PLC控制下先投入調(diào)速運(yùn)行，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時(shí)變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，并穩(wěn)定運(yùn)行后，如果供水壓力仍沒達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過程。在PLC的邏輯控制下將1泵電機(jī)與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開，1泵電機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器與2泵電機(jī)連接，控制2泵投入調(diào)速運(yùn)行。如果還沒到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時(shí)，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺(tái)水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時(shí)，當(dāng)最后一臺(tái)正在運(yùn)行的主泵處于低速運(yùn)行時(shí)，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機(jī)并啟動(dòng)輔泵投入調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能效果。2.1.3變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺(tái)調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少恒速水泉來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時(shí)進(jìn)行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時(shí)使機(jī)組不過于頻繁的切換。盡管通用變頻器的頻率都可以在0-400Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，只能在50Hz時(shí)進(jìn)行。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達(dá)50Hz時(shí)，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0Hz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0Hz,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20Hz左右。由于在變頻運(yùn)行狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電機(jī)的運(yùn)行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個(gè)下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時(shí)判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時(shí)間（比如1-2分鐘），如果在這一段延時(shí)的時(shí)間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行實(shí)際的機(jī)組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時(shí)時(shí)間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時(shí)的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。2.1.4主電路接線圖圖2-4水泵主回路接線圖圖3.2主電路圖電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。KM1、KM3、KM5分別為電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器，KM0、KM2、KM4分別為電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。熔斷器（FU）是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。2.2相關(guān)器件的選型及接線2.2.1PLC的選型水泵M1、M2，M3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需PLC的6個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由PLC的1個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要1個(gè)輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共9個(gè)?？刂破饎?dòng)和停止需要2個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測(cè)信號(hào)占用PLC2個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)起動(dòng)需1輸入點(diǎn)，手動(dòng)控制電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行需6個(gè)輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需1個(gè)輸入點(diǎn)，檢測(cè)電機(jī)是否過載需3個(gè)輸入點(diǎn)，共需15個(gè)輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為24個(gè)點(diǎn)。本系統(tǒng)選用FXos-30MR-D型PLC。2.2.2PLC的接線圖4.1PLC的接線圖Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行。X0接起動(dòng)按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同時(shí)控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。2.2.3變頻器的選型根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用FR-A540系列變頻器，如下圖所示：圖4.2FR-A540的管腳說明2.2.4變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。圖4.3變頻器接線圖2.2.5PID調(diào)節(jié)器僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的PI控制。用PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動(dòng)等引起的偏差。但是，I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小。控制對(duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動(dòng)作用的負(fù)載。利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)(即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié))效果比較好圖4.4PID控制框圖通過對(duì)被控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機(jī))上做PID控制器此次使用硬件型控制形式。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。圖4.5PID控制接線圖2.2.6壓力傳感器的接線圖壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對(duì)壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。該傳感器的量程為0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60℃，供電電源為28±3V（DC）。圖4.6壓力傳感器的接線圖2.2.7原件表水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數(shù)見表3.1所示。熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過載保護(hù)熱繼電器FR，F(xiàn)R1FR2可選用規(guī)格其型號(hào)為TK-E02T-C，額定電流5－8A，F(xiàn)R3可選用規(guī)格其型號(hào)為TK-E02U-C，額定電流為6－9A熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。接觸器的選擇：對(duì)于接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw按鈕SB的選擇：PLC各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對(duì)常開觸點(diǎn)，按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0.3A，含1對(duì)常開和1對(duì)常閉觸點(diǎn)。元件符號(hào)型號(hào)個(gè)數(shù)可編程控制器PLCFXos-30MR-D1變頻器FR-A540系列5.5型1接觸器KMSC-E03-C7水泵M1,M240-160(I)A2M340-160(I)1閘刀開關(guān)QSHD11-100/181熔斷器FU1，F(xiàn)U2RT186A2FU3RT188A1熱繼電器FR1FR2TK-E02T-C2FR3K-E02U-C1按鈕SBLAY3—1110表4.1元件表總圖水泵符號(hào)型號(hào)流量(m3/h)揚(yáng)程

(m)轉(zhuǎn)速

(r/min)電機(jī)功率

(kw)M1,M240-160(I)A112829002.2M340-160(I)12.53229003.0表4.2水泵的參數(shù)變頻器適用電機(jī)容量（KW)輸出額定容量(KVA)輸出額定電流（A）過載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式FR-A540系列5.5型（三菱）5.59.112150%60s,200%0.5s(反時(shí)限特性)3相，380V至480V50Hz/60Hz強(qiáng)制風(fēng)冷表4.3變頻器的參數(shù)2.3PLC控制及編程2.3.1PLC控制PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖5.1所示。圖5.1PLC程序流程圖系統(tǒng)起動(dòng)之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果是手動(dòng)運(yùn)行模式則進(jìn)行手動(dòng)操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動(dòng)模式主要是解決系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問題在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號(hào)，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號(hào)就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。2.3.2手動(dòng)運(yùn)行當(dāng)按下SB7按鈕，用手動(dòng)方式。按下SB10手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過大時(shí)，可以手動(dòng)按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止三臺(tái)水泵.該方式僅供自動(dòng)故障時(shí)使用.2.3.3自動(dòng)運(yùn)行由PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制.升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行;同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行.當(dāng)最后一臺(tái)水泵M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警.降壓控制：當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的一臺(tái)水泵關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。2.2.4編程及介紹（1）總程序的順序功能圖系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩部分圖5.2總程序的順序功能圖（2）自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式，順序功能圖如5.3所示。圖5.3自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，KM1閉合，#1泵以變頻方式運(yùn)行。當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率超出一個(gè)上限信號(hào)后，PLC通過這個(gè)上限信號(hào)后將1#水泵有變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起動(dòng)第2#水泵。如果再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動(dòng)。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動(dòng)。再次接到下限信號(hào)就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同是控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。圖5.1PLC程序流程圖系統(tǒng)起動(dòng)之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果是手動(dòng)運(yùn)行模式則進(jìn)行手動(dòng)操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動(dòng)模式主要是解決系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問題在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號(hào)，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號(hào)就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。（3）手動(dòng)運(yùn)行當(dāng)按下SB7按鈕，用手動(dòng)方式。按下SB10手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過大時(shí)，可以手動(dòng)按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止三臺(tái)水泵.該方式僅供自動(dòng)故障時(shí)使用.（4）自動(dòng)運(yùn)行由PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制.升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運(yùn)行;同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行.當(dāng)最后一臺(tái)水泵M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警.降壓控制：當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的一臺(tái)水泵關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。第三部分設(shè)計(jì)成果（1）總程序的順序功能圖系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩部分圖5.2總程序的順序功能圖（2）自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式，順序功能圖如5.3所示。圖5.3自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，KM1閉合，#1泵以變頻方式運(yùn)行。當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率超出一個(gè)上限信號(hào)后，PLC通過這個(gè)上限信號(hào)后將1#水泵有變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起動(dòng)第2#水泵。如果再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動(dòng)。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動(dòng)。再次接到下限信號(hào)就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同是控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。起動(dòng)1#，2#，3#泵：再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動(dòng)。起動(dòng)1#泵：接到下限信號(hào)就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。起動(dòng)1#，2#泵：輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動(dòng)。（3）手動(dòng)運(yùn)行部分按下手動(dòng)起動(dòng)按鈕SB10，手動(dòng)起動(dòng)變頻器。按下SB2,斷開KM0，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在變工頻電源下運(yùn)行。按下SB4,斷開KM2，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在變頻電源下運(yùn)行。按下SB6,斷開KM4，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在變頻電源下運(yùn)行。按下SB1,斷開KM1，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在工頻電源下運(yùn)行。按下SB3,斷開KM3，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在工頻電源下運(yùn)行。按下SB5,斷開KM5，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在工頻電源下運(yùn)行。（4）公用部分當(dāng)熱繼電器斷開系統(tǒng)報(bào)警。電機(jī)只能在一種頻率下運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)工頻/變頻同時(shí)打開時(shí)將發(fā)出警報(bào)且電機(jī)停止運(yùn)行。輔助繼電器M1,M2,M3,…M9依次控制輸出繼電器Y0,Y1,Y2,…