變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設計

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市建設發(fā)展十分迅速，同時也對基礎(chǔ)設施建設提出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到用戶的正常工作和生活。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設計出高性能、高節(jié)能、能適應供水廠復雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。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)速是當今國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、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。進行了控制系統(tǒng)的主電路設計，控制電路設計。對輸入輸出點進行了統(tǒng)計，共有13個輸入輸出點，根據(jù)PLC的選型原則，設備選用了在生產(chǎn)中應用最為廣泛的西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列(CPU222)的PLC和MM430泵類專用的變頻器，利用變頻器的本身自有的軟啟動功能實現(xiàn)水泵電機的啟動。在控制過程中，電控系統(tǒng)由S7-200完成，PID控制由變頻器的內(nèi)置PID控制方式完成，根據(jù)控制系統(tǒng)軟硬件設計和控制要求，結(jié)合變頻器的功能參數(shù)表預置了相關(guān)的參數(shù)。在介紹了PLC的編程方法的基礎(chǔ)上，選用了適合初學者的邏輯代數(shù)編程，寫出了恒壓變頻供水的邏輯代數(shù)，并設計了梯形圖，利用PLCSIM仿真軟件進行了仿真，仿真的結(jié)果表明了設計程序的正確性。利用了WinCC組態(tài)軟件設計了高樓變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的界面，界面可動態(tài)反映水泵變頻供水的工作狀態(tài)。最后對恒壓供水進行了經(jīng)濟效益分析，分析的結(jié)果表明具有明顯的節(jié)能效益。關(guān)鍵詞：恒壓供水，變頻調(diào)速，PLC，設計，仿真ABSTRACTAsChina'ssocialandeconomicdevelopment,urbanconstructionanddevelopmentveryquickly,butalsotheconstructionofinfrastructurefacilitieshasputforwardhigherrequirements.Citywatersupplysystemconstructionisoneoftheimportantaspectsofthewatersupplyreliabilityandstability,theeconomyofadirectimpactontheuser'snormalworkandlife.Aspeopleonthewaterqualityandwatersupplysystemsinthecontinuousimprovementofreliabilityrequirements,theuseofadvancedautomationtechnology,controltechnologyandcommunicationtechnology,designahigh-performance,high-energy,watersupplyplantstoadapttothecomplexenvironmentofconstantpressurewatersupplySystemsbecomeaninevitabletrendInthispaper,pipenetworkandpumpsundertheoperationofthecurve,clarifythewatersupplysystemforenergy-savingFrequencyControlPrinciple;specificanalysisofthefrequencyoftheprincipleofconstantpressurewatersupplysystemandthecompositionofthestructure,throughresearchandcomparison,concluded:FrequencyControlisthehighestinternationalone-effectiveness,performance,thebestandmostwidely,themostThefuturedevelopmentoftheMotortechnology.ThereforethispapertoadoptthePLCandinvertercombinationofasystematicapproachtoasmallresidentialareapumpmotorcontrolsystemforthetarget,andgraduallyclarifiedhowtoachieveaconstantsupplypressure.Acontrolsystemforthemaincircuitdesign,controlcircuitdesign.Theinputandoutputpointstothestatistics,atotalof13inputandoutput,thePLCinaccordancewiththeprincipleofselection,equipmentselectionintheproductionofthemostwidelyproducedbySiemensS7-200series(CPU222)ofthePLCandpumpsforMM430Theconverter,usingitsownfrequencyconverteritselftoachievethesoft-startthepumpmotorlaunch.Inthecontrolprocess,theelectroniccontrolsystemcompletedbytheS7-200,PIDcontrolbytheconverterbuilt-inPIDcontrolmanner,inaccordancewithcontrolsystemsoftwareandhardwaredesignandcontrolrequirements,combiningthefunctionsofconvertertablepresetparametersoftherelevantparameters.AftertheintroductionofthePLCprogrammingIImethods,basedonthechoiceofthelogicofalgebraforbeginnersprogramming,theconstantpressuretowritethelogicofalgebrafrequencyofwatersupplyanddesignoftheladder,useofsimulationsoftwarePLCSIMthesimulation,simulationTheresultsshowthatthecorrectnessofthedesignprocess.WinCCuseoftheconfigurationsoftwaredesignedhighfrequencyconstantpressurewatersupplycontrolsysteminterface,dynamicinterfacemayreflecttheworkofpumpingfrequencyofwatersupplystatus.Finally,theconstantpressureofwatersupplyfortheeconomicbenefitanalysis,analysisoftheresultsshowedthatasignificantenergyefficiency.Keywords:ConstantpressureWaterSupply,VariablevelocityVariablefrequency,PLC,Design,SimulationiiiTOC\o"1-5"\h\z第一章緒論 1引言 1本課題產(chǎn)生的背景和意義 2變頻恒壓供水的現(xiàn)況 2國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 3變頻供水系統(tǒng)應用范圍 3本人的主要工作 4第二章變頻恒壓供水的理論分析 4水泵的工作原理 4供水電機的搭配 5水泵的調(diào)節(jié)方式 6恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析 7供水系統(tǒng)的安全性問題 9水錘效應 9水錘效應的消除 10延長水泵壽命的其他因素 11第三章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設計 12變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案 12變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案 13供水設備的選擇原則 14參數(shù)的計算與供水設備選型 16水泵的參數(shù)計算與型號的選擇 16變頻器的選擇 17壓力傳感器的選擇 19水位傳感器的選擇 19其他低壓電器的選擇 20PLC的選型 20IVTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"I/O點的統(tǒng)計 20PLC選型的基本原則 21I/O 的分配 22系統(tǒng)硬件線路設計 22PID參數(shù)的預置 23第四章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設計 26常用編程方法 26經(jīng)驗設計法 26翻譯設計法 26邏輯代數(shù)設計法 27編程軟件的簡單介紹 29恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設計 30程序的仿真與調(diào)試 34仿真軟件的簡介 34恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試 35恒壓變頻供水系統(tǒng)的WinCC界面設計 38WinCC軟件簡介 38恒壓供水系統(tǒng)的WinCC界面設計 39經(jīng)濟效益分析 43第五章總結(jié)與期望 45總結(jié) 45展望 45參考文獻 47致謝 48附錄語句表 49//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙第一章緒論引言水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動機帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機泵的效率、確保供水機泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟意義。我國供水機泵的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術(shù)水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡量供水質(zhì)量的重要標準之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，會造成更大的經(jīng)濟損失或人員傷亡.但是用戶用水量是經(jīng)常變動的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上：用水多而供水少，則供水壓力低；用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機運行的安全可靠性。變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用。利用變頻技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行.變頻恒水壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，

我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時可達到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以設計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)（簡稱變頻恒壓供水，如圖L2），對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。供水主管網(wǎng)供水主管網(wǎng)圖1.1傳統(tǒng)供水機示意圖 圖1.2變頻供水機示意圖本課題產(chǎn)生的背景和意義我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，工業(yè)自動化程度低。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負荷造成影響，設備不斷啟停會影響設備壽命；后者則需要大量的占地與投資。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。變頻恒壓供水的現(xiàn)況了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進。國外變頻供水系統(tǒng)在設計時主要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點必是電機數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求低的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進一步改進和完善。變頻供水系統(tǒng)應用范圍變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應用，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)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在135kW以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻器、電機功率在135kV?320kW之間，電網(wǎng)電壓通常為220V或380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于320kW)、//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。目前，國內(nèi)除了高壓變頻供水系統(tǒng)，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，但在實際運用中，不同供水環(huán)境對變頻器的要求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實現(xiàn)通用。所以在部分條件復雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并不能完全滿足實踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認識到這一情況，并針對實際情況對變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進和完善[1]⑵[3][4]本人的主要工作本課題主要通過研究PLC來控制變頻器實現(xiàn)恒壓供水，通過設計解并熟悉了PLC的工作原理，編程原理以及編程方法。進行了控制系統(tǒng)的主電路設計、控制電路設計，系統(tǒng)的控制設備選用S7-200系列的PLC（CPU222），變頻器選用西門子泵類專用的變頻器MM430。進行了控制程序（梯形圖）的設計。在控制過程中，電控系統(tǒng)由S7-200完成，PID控制由變頻器完成。最后，對變頻恒壓供水系統(tǒng)進行調(diào)試，對該系統(tǒng)在供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力、保護管網(wǎng)等進行了總結(jié)，指出變頻技術(shù)在供水領(lǐng)域所取得的成果及局限性。第二章變頻恒壓供水的理論分析水泵的工作原理供水所用水泵主要是離心泵，普通離心泵如圖2.1所示，葉輪安裝在泵2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液

我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙體經(jīng)底閥6和吸入管進入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8與排出管9連接。在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出［5］。1-葉輪2-1-葉輪2-泵殼3-泵軸4-吸入口5-吸入管6-單頂?shù)组y7-濾網(wǎng)8-排出口9-輸出管10-調(diào)節(jié)閥圖2.1離心泵結(jié)構(gòu)示意圖供水電機的搭配供水電機驅(qū)動離心泵運行，和離心泵共同組成了供水系統(tǒng)的整體，電機的配置主要以水泵供水負載來決定。電動機的功率應根據(jù)生產(chǎn)機械所需要的功率來選擇，盡量使電動機在額定負載下運行。選擇時應注意以下兩點：(1)如果電動機功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機長期過//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機被燒毀。(2)如果電動機功率選得過大，就會出現(xiàn)“小馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費。因此，要正確選擇電動機的功率，對恒定負載連續(xù)工作方式，如果知道負載的功率(生產(chǎn)機械軸上的功率)j&亞)，可按式(2.1)計算所需電動機的功率［6］p(kW)：p=p1/(nj2) ⑵1)式中，n1為生產(chǎn)機械的效率，n2為電動機的效率，即傳動效率。按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電動機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。水泵的調(diào)節(jié)方式水泵的調(diào)速運行，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的需要，人為的改變運行工作狀況點(簡稱工況點)的位置，使流量、揚程、軸功率等運行參數(shù)適應新的工作狀況的需要。水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進行調(diào)節(jié)。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運行中需要進行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因此，研究并設計它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關(guān)鍵所在。水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)。詳細劃分如下［6］：

我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙節(jié)流調(diào)節(jié)液力耦合器的變速調(diào)節(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式《I變速調(diào)節(jié)「恒速調(diào)節(jié)j混流式，軸流式泵的動葉調(diào)節(jié)

液力耦合器的變速調(diào)節(jié)水泵的調(diào)節(jié)方式《I變速調(diào)節(jié)廠改變傳動裝置《油膜轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié)〔電磁轉(zhuǎn)差離合器的變速調(diào)節(jié)「調(diào)壓調(diào)速異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速I改變原動機的轉(zhuǎn)研異步電機的變極調(diào)速異步電機的串極調(diào)速［變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的能耗分析在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。因此，要討論節(jié)能問題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對水壓流量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實現(xiàn)壓力或流量的自動控制，同時可獲得大量節(jié)能。閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設施及閥門調(diào)節(jié)。(1)閥門控制法：通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變。閥門控制法的實質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強行改變流量，以適應用戶對流量的要求。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚程特性不變。如圖2.3所示，設用戶所需流量Qx為額定流量的60%(即Qx=60%Qn)。當通過關(guān)小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點移至E點，這時，流量減小為4(=Qx)；揚程增加為耳；供水功率Pc與面積ODEJ成正比。了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙圖2.3調(diào)節(jié)流量的方法與比較(2)恒壓控制法：即通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，也稱為轉(zhuǎn)速控制法。轉(zhuǎn)速控制法的實質(zhì)是通過改變水泵的供水能力來適應用戶對流量的要求。當水泵的餓轉(zhuǎn)速改變時，揚程特性將隨之改變，而管阻特性不變。以用戶所需流量等于60%Qn為例，當通過降低轉(zhuǎn)速使得Qx=60%Qn時，揚程特性仍為曲線②，故工作點移向C點。這時流量減小為Qe(=Qx)，揚程減小為Hc，供水功率Pc與面積0DCK成正比。比較上述兩種調(diào)節(jié)流量的方法可以看出，在所需流量小于額定流量(Qx<100%Q)的情N況下，轉(zhuǎn)速控制時的揚程比閥門控制方式小得多，所以轉(zhuǎn)速控制方式所需的供水功率也比閥門控制方式小得多。兩者之差4P便是轉(zhuǎn)速控制方式節(jié)約的供水功率它與面積KCEJ成正比。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果最基本的方面。對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根結(jié)底是為了滿足用戶對流量的要求。所以，流量是供水系統(tǒng)的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚程，但是揚程難以進行具體測量和控//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙制?？紤]到動態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力（由流量Q表示）和用水要求（由G流水量Q表示）之間的平衡情況有關(guān)。U如：供水能力QG＞用水需求Q/則壓力上升（Pt）；如：供水能力Qg〈用水需求%,則壓力上升（PI）；如：供水能力Qg=用水需求4,則壓力上升（P不變）?？梢姡┧芰εc用水需求之間的矛盾具體地反映在流體壓力的變化上。從而，壓力就成為了用來作為控制流量大小的參變量。就是說，保持供水系統(tǒng)中某處的壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達到的目的⑺網(wǎng)。供水系統(tǒng)的安全性問題⑼水錘效應異步電動機在全電壓啟動時，從靜止狀態(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速所需要的時間只有在0.25S。這意味著在0.25S的時間里，水的流量從零增到額定流量。由于水具有動量和不可壓縮性，因此，在極短時間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，故稱為水錘效應。水錘效應具有極大的破壞性，壓強過高，將引起管道的破裂，反之，壓強過低又會導致管道的癟塌。此外，水錘效應也可能破壞閥門和固定件。在直接停機時，供水系統(tǒng)的水頭將克服電動機的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。這也同樣會引起壓力沖擊和水錘效應。水錘效應的產(chǎn)生原因

了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙產(chǎn)生水錘效應的根本原因，是在啟動和制動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩太大.在啟動過程中，異步電動機和水泵的機械特性如圖2.4a所示，圖中曲線1是異步電動機的機械特性，曲線2是水泵的機械特性，陰影部分是動態(tài)轉(zhuǎn)矩Tj（即兩者之差）。TTTnTTTTnT（a）全壓啟動（（a）全壓啟動圖2.4水泵的全壓啟動與變頻啟動在拖動系統(tǒng)中，決定加速過程的是動態(tài)轉(zhuǎn)矩TjT=TM-t由圖2.4a可知，水泵在直接啟動過程中，拖動系統(tǒng)動態(tài)轉(zhuǎn)矩寫的大小如陰影部分所示，是很大的。所以，加速過程很快。水錘效應的消除采用了變頻調(diào)速后，可以通過對升速時間的預置來延長啟動過程，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，如圖2.4b命所示。圖中，曲線簇1是異步電動機在不同頻率下的機械特性，曲線2是水泵的機械特性，中間的鋸齒狀線是升速過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩（即不同頻率時電動機機械特性與水泵機械特性之差）。在停機過程中，同樣可以通過對降速時間的預置來延長停機過程，使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為第10頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙減小，從而徹底消除了水錘效應。延長水泵壽命的其他因素水錘效應的消除，無疑可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命。此外，由于水泵平均轉(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使：(1)葉片承受的應力大為減小。(2)軸承的磨損也大為減小。所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長。第11頁我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙第三章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件的設計變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的構(gòu)成方案從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設計任務要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本次設計才用通用變頻器+PCL（包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制）+人機界面+壓力傳感器的構(gòu)成方案。系統(tǒng)的構(gòu)成框圖如圖3.1所示。備用泵圖3.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設計上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當控制要求第12頁//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)［10。變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺變頻器控制一臺水泵的簡單控制方案，也有一臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面重點介紹一臺變頻器控制幾臺水泵的特點。利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應用中比較先進的一種方案。下面以單臺變頻器控制2臺水泵的方案來說明。該控制方案的控制原理如圖3.2所示。12431243圖3.2控制原理框圖控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1—2—3—4—1的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有1號泵在變頻器控制下運行，2號泵處于停止狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)1。當用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動2號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2。第13頁//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙當系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，可將1號泵電機停運，2號泵電機仍由變頻器電源供電，這時控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。當用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動1號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器啟動1號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號泵電機停運，1號泵電機仍由變頻器供電，這時，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往復的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要［11。供水設備的選擇原則在做供水系統(tǒng)時，應先選擇水泵和電機，選擇依據(jù)是供水規(guī)模（供水流量）。而供水規(guī)模和住宅類型以及用戶數(shù)有關(guān)。有關(guān)選擇依據(jù)原則使用表格如下。.不同住宅類型的用水標準。不同住宅類型的用水標準，根據(jù)《城市居民生活用水標準》GB/T50331-2002,節(jié)錄如表3.1。第14頁

了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙表3.1不同住宅類型的用水標準住宅類型給水衛(wèi)生器具完善程度用水標準（m3/人日）小時變化系數(shù)1僅有給水龍頭0.04?0.082.5?2.02有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設備0.085?0.132.5?2.03有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設備0.13?0.192.5?1.84有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設備和集中熱水供應0.17?0.252.0?1.62.供水規(guī)模換算表。不同住宅類型的用水標準，根據(jù)《城市居民生活用水標準》GB/T50331-2002,節(jié)錄如表3.2。上面一行為用水標準（m3/人日），中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模（m3/h）。表3.2供水規(guī)模換算表戶數(shù) 用水標準（m3/人日）00.2545039.4059.0078.7098.4050043.8065.6087.50109.4060052.5078.80105.00131.3070061.3091.90122.50153.1080070.00105.00140.00175.00100087.50131.30175.00218.803.根據(jù)供水量和高度確定水泵型號和臺數(shù),并對電動機進行選型,見表3.3。第15頁

我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙表3.3水泵，電機和變頻器選型表4080LG50-20X211 116080LG50-20X315 1550xN 8080LG50-20X418.5 18.510080LG50-20X522 2212080LG50-20X630 3040100DL218.5 18.560100DL330 30100xN 80100DL437 37100100DL545 45120注：N為水泵臺數(shù)100DL655 554.設定供水壓力經(jīng)驗數(shù)據(jù)：平方供水壓力P=0.12MPa；樓房供水壓力[12]P=（0.08+0.04X樓層數(shù)）MPa ⑶1）（5）系統(tǒng)設計還應遵循以下的原則：①蓄水池容量應大于每小時最大供水量；②水泵揚程應大于實際供水高度；③水泵流量總和應大于實際最大供水量。參數(shù)的計算與供水設備選型水泵的參數(shù)計算與型號的選擇第16頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙(1)根據(jù)表3.1確定用水量標準為0.19m3/人日。(2)根據(jù)表3.2確定每小最大用水量為175.00m3/h。(3)根據(jù)10層樓高度350,按照式(3.1)計算得P=(0.08+0.04X樓層數(shù))MPa=0.48MPa可確定設置供水壓力值為0.48MPa。根據(jù)表3.3確定水泵型號為100DL3,工3臺(其中一臺做備用)，水泵自帶電動機功率為30kW。變頻器的選擇本系統(tǒng)中，采用MciorMaster430系列變頻器，型號為HVAC(風機和水泵節(jié)能型)EC01—4500/3,額定電壓為380V—500V,額定功率35kW。MicroMaster430系列變頻器是全新一代標準變頻器中的風機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專家，功率范圍7.5kW至250麻。它按照專用要求設計，并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(BiCo)技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性，牢固的EMC(電磁兼容性)設計；控制軟件可以實現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等［14。MM430變頻器介紹MciorMaster430變頻器的端子接口分布如圖3.3所示。第17頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙31J：L1—32"L233，L31工+10V2工0V3工AIN1+4 S—"JAIN1-5“IDIN16DIN2——?丁DIN38工DIN4 9+24V—10111；AIN2+AIN2-12,「AOUT1+-13-TAOUT1-—14-PTCA15PTCBUVWN-P+PE0VAOUT2-AOUT2+RL3-CRL3-BRL3-ARL2-CRL2-BRL1-CRL1-BRL1-ADIN6DIN5苛寸爭為卻28步JXC-2521042322■2049-母針廿圖3.3MM430端子接口分布圖2.端子功能介紹各端子的功能如表3.4所示。表3.4端子功能表引腳序號引腳名稱功能引腳序號引腳名稱功能+10V電源電壓12AOUT1+模擬輸出113AOUT1-AIN1+模擬輸入114PTCAAIN1-15PTCBDINN1數(shù)字輸入16DIN5數(shù)字輸入DINN217DIN6DINN326AOUT2+模擬輸出2DINN427AOUT2-+24V電源電壓28PERS-48510AIN2+模擬輸入229P+第18頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計(論文)紙11AIN2-30P-18RL1-A輸出繼電器的觸頭22RL2-C輸出繼電器的觸頭19RL1-B23RL3-A20RL1-C24RL3-B21RL2-B25RL3-C3.4.3壓力傳感器的選擇CYYB-120系列壓力變送器為兩線制4?20mA電流信號輸出產(chǎn)品。它采用CYYB-105系列壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進行放大、溫度補償及非線性修正、V/I變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有4?20mA標準信號輸出。一對導線同時用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導線電阻無關(guān)，抗干擾性強、便于電纜鋪設及遠距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、A/D轉(zhuǎn)換器及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。CYYB-120系列壓力變送器新增加了全密封結(jié)構(gòu)帶現(xiàn)場數(shù)字顯示的隔爆型產(chǎn)品。可廣泛應用于航空航天、科學試驗、石油化工、制冷設備、污水處理、工程機械等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品及所有壓力測控領(lǐng)域［13。主要特點：(1)高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；(2)抗沖擊、耐震動、體積小、防水；(3)標準信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強；(4)最具有競爭力的價格。水位傳感器的選擇SL980-投入式液位變送器，廣泛用于儲水池、污水池、水井、水箱的水位測量，油池、油罐的油位測量，江河湖海的深度測量。接受與液體深度成正比的液壓信號，并將第19頁//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙其轉(zhuǎn)換為開關(guān)量輸出，送給計算機、記錄儀、調(diào)節(jié)儀或變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)以實現(xiàn)液位的全自動控制。主要特點是：安裝簡單，精度高，可靠性高，性能穩(wěn)定，能實現(xiàn)自身保護等［14。其他低壓電器的選擇.斷路器的選擇（1）QF2,。^選擇。斷路器具有隔離,過電流及欠電壓等保護功能，當變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過低等故障時，可迅速進行保護?？紤]變頻器允許的過載能力為150%，時間為1min。所以為了避免誤動作，斷路器QF2的額定電流In應選I2（1.3?1.4）I*62=87（A） （3.2）式中In為變頻器的額定輸出電流所以QF2，QF3選90A。（2）斷路器QF選擇。在電動機要求實現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動的電路中，斷路器1應按電動機在工頻下起動電流來考慮，斷路器QF的額定電流I應選1 qnI>2.5*I=2.5x60=150（A）式中1ml為電動機的額定電流，In=60AO所以QF選160A。12.接觸器的選擇接觸器的選擇應考慮到電動機在工頻下的起動情況，其觸點電流通?？砂措妱訖C的額定電流再加大一個檔次來選擇，由于電動機的額定電流為60A，所以接觸器的觸點電流選70A即可。PLC的選型I/O點的統(tǒng)計第20頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點的統(tǒng)計如表3.5所示。表3.5I/O統(tǒng)計表輸入器件 輸出器件編號符號名稱編號符號名稱1SB1啟動1KM11#泵變頻2SB2停止2KM22#泵變頻3S1液位傳感器3KM31#泵工頻4S2變頻器達到上限4KM42#泵工頻5S3變頻器達到下限5KM5備用泵工頻6S41#水泵故障6L1報警指示燈7S52#水泵故障8SS6變頻器故障PLC選型的基本原則這是PLC應用設計中很重要的一步，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時應考慮以下幾個方面［15。（1）規(guī)模要適當；（2）功能要相當，結(jié)構(gòu)要合理；（3）輸入，輸出功能及負載能力的選擇要正確；（4）要考慮環(huán)境條件。根據(jù)以上原則，這次設計選擇西門子S7-200系列的CPU222AC/DC。第21頁//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙I/O的分配根據(jù)功能要求和工藝流程，我們統(tǒng)一了I/O接點的分配，分配表如表3.6所示。根據(jù)PLC口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用I/O口的原則［16。表3.6I/O分配表輸入器件 輸出器件I0.0啟動（SB0）Q0.0驅(qū)動KM1（1#泵變頻）I0.1停止（SB1）Q0.1驅(qū)動KM2（2#泵變頻）I0.2液位傳感器Q0.2驅(qū)動KM3（1#泵工頻）I0.3變頻器達到上限Q0.3驅(qū)動KM4（2#泵工頻）I0.4變頻器達到下限Q0.4驅(qū)動長乂5（備用泵工頻）I0.51#水泵故障Q0.5報警指示燈I0.62#水泵故障I0.7變頻器故障系統(tǒng)硬件線路設計供水系統(tǒng)主電路設計如圖3.4所示，采用了一臺變頻器同時連接兩臺電動機，所以必須確保開關(guān)KM1和KM2電氣連鎖，連鎖功能由軟件和硬件實現(xiàn)。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊急情況下，可以起用備用水泵。第22頁我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙FUFU圖3.4主電路圖系統(tǒng)的控制線路如圖3.5所示。KM1IL1叫!衛(wèi)冬KM5KM1IL1叫!衛(wèi)冬KM5中|L5有「KM3KM424V24VDC24V24VDC松 0 望3 蟲0 0CPU222AC/DC2O00000000a-M1 100 104 10^ 10.3 10.4 105———6^ 10^ M——L+ ^Km2/kmi^Km2<ri SB2 接液 接變 接變FRli FR21sb1e-x SB2e\ 位傳頻器頻器 n 十感器 21號 22號1 端子 端子接變頻器20號端口圖3.5控制線路圖PID參數(shù)的預置由于SIEMENSMM430變頻器自帶了PID模塊，我們不需要進行PID調(diào)節(jié)器的設計，第23頁

了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙只需進行簡單的參數(shù)設置就可以了。首先將設置模擬輸入的DIP開關(guān)1撥到ON位置，選擇為4?20mA輸入，將DIP開關(guān)2撥到OFF位置選擇電動機的頻率，OFF位置為50Hz。其它參數(shù)的設置如表3.7所示［17。表3.7MM430參數(shù)預置表參數(shù)名稱參數(shù)名稱P0003=2用戶訪問級別為專家級P2255-100PID的增益系數(shù)P0004=22參數(shù)濾過，選擇燈口應用宏P(guān)2256=100PID微調(diào)信號的增益系數(shù)P0700=2選擇命令源選擇為端子控制P2257=10SPID設定值的斜坡加速時間P1000=2頻率設定選擇為模擬設定值P2258=10SPID設定值的斜坡減速時間P1080=5Hz最小頻率R2260=100%顯示內(nèi)口的總設定值P1082=50Hz最大頻率R2261=3SPID設定值的濾波時間常數(shù)P2200=1閉環(huán)控制選擇，PID功能有效R2262=100%顯示濾波后的燈口設定值P2231=1允許存儲P2240的設定值P2265=3SPID反饋立場撥時間常數(shù)P2240=75%鍵盤給定的PID設定值P2267=10PID反饋信號的上限值第24頁

了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙0P2253=2250:0選擇P2240的值作為PID給定P2268=0PID反饋信號的下限值P2250=100%顯示「2240的設定值輸出P2269=100%PID反饋信號的的增益P2254=0.0缺省值，對微調(diào)信號沒有選擇P2291=100PID輸出的上限P2292=0.00PID輸出的下限P2280=3.00PID的比例增益系數(shù)P2285=7.00SPID的微分時間P2294=100%實際的PID控制器輸出第25頁襄〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙

第四章變頻恒壓供水控制系統(tǒng)軟件的設計~~常用編程方法經(jīng)驗設計法在熟悉繼電器控制電路設計方法的基礎(chǔ)上，如能透徹地理解PLC各種指令的功能，憑著經(jīng)驗比較準確地使用PLC的各種指令，而設計出相應的程序。設計步驟如下：（1）確定輸入、輸出電器；（2）確定輸入、輸出點數(shù)；（3）選擇PLC并編程；（4）將各個環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來。這種編程方法沒有普遍的規(guī)律可循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果也不是唯一的，設計所用的時間、設計的質(zhì)量與設計者的經(jīng)驗有很大關(guān)系，它一般只用于簡單的梯形圖設計（如手動程序）。翻譯設計法它是把繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的電器原理圖直接翻譯成PLC梯形圖。.翻譯設計法的設計步驟如下：（1）將檢測元件、控制元件（如行程開關(guān)、按鈕等）合理安排，接入PLC的輸入口；（2）將被控對象（如電磁閥線圈、接觸器線圈等）接入PLC的輸出口；（3）把由繼電器一接觸器完成的控制功能由PLC的軟件（即梯形圖）來完成。.應用舉例例如：電動機正反轉(zhuǎn)控制電路,原理線路如圖4.1所示。改用PLC控制后，其I/O接線和梯形圖分別如圖4.2，圖4.3所示。第26頁

了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙 1-rSBl SB2_ |KM2 KM1i1^1dL_lFR1KM1l-'KMl 1KM2MB3i1iL_I7""0121圖4.1電氣原理圖I0.0Q0.0I0.2Q0.1I0.1COMCOMSB17-山SB2KM1KM2SB3圖4.2I/O接線圖Network1電機正轉(zhuǎn)NetworkComTientIU.1IU.UUU.lUU.UQO.OIU.1IU.UUU.lUU.UQO.ONetwork2 電機反轉(zhuǎn)|10.0□0.0Q0.110.0□0.0Q0.1圖4.3電機正反轉(zhuǎn)梯形圖邏輯代數(shù)設計法在繼電器一接觸器控制線路中用邏輯代數(shù)設計法比較容易獲得設計方案。設計出來的控制線路既符合工藝要求，又達到工作可靠、經(jīng)濟合理，因而得以廣泛的應用。.邏輯代數(shù)設計法的設計步驟如下第27頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙（1）根據(jù)控制要求，列出輸入輸出及輔助繼電器等之間關(guān)系的狀態(tài)表；（2）根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達式，并化簡；（3）根據(jù)化簡后的邏輯表達式畫出梯形圖。.應用舉例例如：某系統(tǒng)中4臺通風機，要求在以下幾種運行狀態(tài)下應發(fā)出不同的顯示信號：三臺及三臺以上開機時，綠燈常亮；兩臺開機時，綠燈以5Hz的頻率閃爍；一臺開機時，紅燈以5Hz的頻率閃爍；全部停機時，紅燈常亮。為討論方便，設4臺通風機分別為A、B、C、D，現(xiàn)以綠燈常亮的設計原理為例，其余類推。綠燈閃爍的程序設計：設燈常亮為“1”，滅為“0”，風機開為“1”，停為“0”，綠燈常亮有5種情況，則其狀態(tài)表如表4.1所示。表4.1綠燈閃爍狀態(tài)表ABCDF0111110111110111110111111由狀態(tài)表可得F的邏輯函數(shù)表達式為：F=ABCD+ABCD+ABCD+ABCD化簡為： F=AB(C+D)+CD(A+B)選擇西門子公司S7-200系列的PLC。其I/O分配如表4.2所示。第28頁我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙表4.2I/O分配表I OABCDFI0.0I0.1I0.2I0.3Q0.0其它常用的編程方法還有順序控制設計法，功能模塊設計法等，在此不再一一詳細介紹［18。本設計采用的是邏輯代數(shù)設計法。編程軟件的簡單介紹STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，由西門子公司專為S7-200系列PLC設計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進行操作，用戶使用起來更加方便。STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應用軟件的任務，例如創(chuàng)建用第29頁

//頻〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單的語法檢查功能。同時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設置PLC的工作方式，參數(shù)和運行監(jiān)控等。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。軟件的功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式（在線方式）下進行，部分功能的實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進行。S7-200PLC使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。單擊圖4.5所示的編程軟件圖標可圖4.5STEP7編程軟件圖標程序編制后單擊保存，再單擊下載，程序即可供PLC使用。進入如圖圖4.5STEP7編程軟件圖標程序編制后單擊保存，再單擊下載，程序即可供PLC使用。圖4.6STEP7-Micro/WIN32操作界面恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設計第30頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙在控制系統(tǒng)中，變頻器通過對電機出廠壓力點處設置的壓力變送器反饋信號，進行單閉環(huán)控制。PLC程序設計的主要任務是接受外部開關(guān)信號的輸入以及水池水位信號，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應的控制任務，PLC主要控制任務就是根據(jù)實際情況實現(xiàn)工頻和變頻的切換。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過化簡后的各變量的邏輯表達式如下：M0.0=10,0I0.1I0,2I0.5TOC\o"1-5"\h\zM0「I0.3I0,1I0,2I0,6 (4,2)M0.3=J0,1I0,2I0,5 害)M04=I04/ (4.4)M0,5=C0I0,1I0,2I0,5 (4.5)M0,=44I0,1I0,2I0,6 (4,6)M13=C1[ (4.7)Q00=(M00M02+M05斤 (4.8)Q01=M01M06I07 (4.9)Q02=M03M04I07 (4.10)Q03=M07M13I07 (4.11)Q0.4=I.JI0,6 (4,12)Q0,5=I0JI0,6 (4,13)根據(jù)邏輯表達式（4.1）?（4.13），設計的梯形圖如圖4.7所示。第31頁繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙NetworkI10.11Vo.口<)Network2變頻器達到上限二噫蹴II0.GM0.110.1M0.1Network3IU.1M0.2<Network4變頻器達到上限2疏變頻M0.2INIUNPT10rrrsT93+200-Network5 變頗割六至I上限2朦妥城10.3M11CUCTLIPVKntwnrkI；時口|前1師..胤in.5MD.3MU；J第32頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙NhIwihL7皆頸器認可下限1呷陣||IQ4MU.4MD.4IQ4MU.4MD.4<3Nprwnrk8充疝柒刃下眼.I嗝停止ILE L1 1 | [UU~M'.2—I I 「-2-rvNetwork9 變頊器耳杖達到上限;陳變頻luIb/u.bluIb/u.b<)Network10變題器再為ii到上限；晦停止101h/0.6<)101h/0.6<)Network11變頻器再次達到上限啟動定時M0.5 10.2 10.5 T34 1 | 1/| 1/| pNTON+200-PT10msNetwork12變頻器再發(fā)達到上限.1嚎變頻biriR第33頁我了大滓繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙NetworkU時I回到，2驚二城T3410.2IO.GMU.7MU.7T3410.2IO.GMU.7MU.7Notwork14 圣師而TTd.?沃向I：FR」作T降11ICUICU3kis 火胸537T出讓到I：限」什示嚀止M1.2Network16 III充■中頻MO.OM0.2MO.5QU.0MO.OM0.2MO.5QU.0NttlWHH.k1/ 他一頻搟法到_1_眼:，弘出頡MOiM0.610.7□n.iMOiM0.610.7□n.iNttlWHHlklit :由司學1.1聽工頻MO.3MO.410.7□n.zMo.rM1.3I0.7MO.3MO.410.7□n.zMo.rM1.3I0.7HetworK20I耍，2播靈故PS，后砌ffi■用整井報咨□0.4□0.4圖4.7主程序程序的仿真與調(diào)試仿真軟件的簡介第34頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙由于實驗室的條件有限，本次設計采用S7-PLCSIM進行仿真。S7-PLCSIM是STEP7中的一個非常實用的軟件。我們可以把它作為一臺仿真的PLC,用于運行和測試用戶程序。因為這中仿真完全是用STEP7軟件進行，因此無需連接任何S7硬件，就可以在PG/PC上仿真一個完整的S7-CPU，包括地址和I/O。S7-PLCSIM提供了一個簡潔的操作界面，可以監(jiān)視或者修改程序中的參數(shù)，比如直接對數(shù)字量進行操作。下面我進行仿真的地一步，打開軟件，如圖4.8所示。0123A5接對數(shù)字量進行操作。下面我進行仿真的地一步，打開軟件，如圖4.8所示。0123A5圖4.8S7-PLCSIM軟件的界面恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試在編程窗口中把程序下載到仿真PLC中，如圖4.9所示。第35頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙nrjnnnrinnnnrinnn0I2345GT□I2345SIEMENSRUHl：3TfiP□123455IMATICsr-200口?"圖4.9程序裝載界面點擊開始按鈕，1#泵開始變頻運行，如圖4.10所示。第36頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙Frogr：dJTiVi_ewJmEi曰irati口工lRLCViet//HideHelp備品|瘟離|卜■|.里|"l.⑻|甫司而：笛|曾SIEMENSShl.ATICS7-200srRUNchenjieUUISTOP01234567 0123^5CPU224■LnnnnnnnnnnnnnnnnjuSIEMENSShl.ATICS7-200srRUNchenjieUUISTOP01234567 0123^5CPU224■Lnnnnnnnnnnnnnnnnju01234567 012345圖4.101#泵變頻運行變頻器達到上限，1#泵工頻運行，2#泵變頻運行，如圖4-11所示。蓋蓋瑁畫篇曾SIEMENSSIMATICS7-200■￡「FLCView/HidtHeltRUHchenjieODSTOP34567012345"""unnn"口二門⑦門CPU224蓋蓋瑁畫篇曾SIEMENSSIMATICS7-200■￡「FLCView/HidtHeltRUHchenjieODSTOP34567012345"""unnn"口二門⑦門CPU224D1231567 0123 5圖4.11 1#泵工頻運行，2#泵變頻運行當水泵出現(xiàn)故障，啟動備用泵，圖4-12為1#泵出現(xiàn)故障的界面。第37頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙Erogr：iniVieivQanfigiarationELCVieY'/HidwHelp品盤I照鱷I卜■I旦廈Iw6皿I網(wǎng)密11招需I9nnnnnLjntjnnnnnnSIEMENSD1234S67STOP3IMATK2：57-200■5FUI23J56IUI23』nnnnnLjntjnnnnnnSIEMENSD1234S67STOP3IMATK2：57-200■5FUI23J56IUI23』5CPU224圖4-121#泵出現(xiàn)故障恒壓變頻供水系統(tǒng)的WinCC界面設計WinCC軟件簡介工控組態(tài)軟件WinCC是一個集成的人機界面（HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理（SCADA）系統(tǒng)。WinCC是WindowsControlCenter視窗控制中心）的簡稱。它集成了SCADA、組態(tài)、腳本語言和OPC等先進技術(shù)，提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息歸檔、以及報表等功能模塊。首先創(chuàng)建通訊驅(qū)動程序：建立S7-200與WinCC之間的通訊。其次建立變量標簽：每個標簽需要對每個變量的標簽名，數(shù)據(jù)類型，地址進行設置。最后建立過程畫面。使用WinCC中的圖形編輯器可以繪制各種元素和圖形。該控制系統(tǒng)畫面主要有主畫面、參數(shù)設置、供電回路、實時曲線、報表統(tǒng)計、歷史記錄查詢、故障報警等畫面組成，在上位機上可以顯示各個電機的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運行的時間以及各泵的運行狀態(tài)等參數(shù)。建立好WinCC和PLC的通訊聯(lián)系后，PLC上的事件順序?qū)⑹强梢暫涂傻?8頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙操作的。組態(tài)軟件畫面主要由以上七塊組成。在實際運行中為了防止有人誤操作而對系統(tǒng)產(chǎn)生傷害，我們對不同的操作者的權(quán)限作出規(guī)定，對不同的操作人員設定不同的操作密碼和相應的操作權(quán)限，這樣可以防止有人誤操作而對系統(tǒng)產(chǎn)生傷害［19。恒壓供水系統(tǒng)的WinCC界面設計監(jiān)控主畫面的簡單繪制過程如下:從“開始”菜單里啟動WinCC的資源管理器窗口，如圖4.13所示。圖4.13WinCC資源管理器窗口在資源管理器窗口里點擊新建按鈕，出現(xiàn)如圖4.14所示的窗口，輸入項目的名稱，并選擇好保存的路徑，單擊“創(chuàng)建”按鈕，一個新的工程就建立了。第39頁

少大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙TxnGC貨源省理謠—C:\,Ss\ff3.xiEUC\VjLxi^CProjccts^chcnjicXcjricikji...■□X交沖?編輯⑥（Y）編強粥工具?幫助Q）國金|■A品跑）包|外:卜注璧囪|\?ch朝J1111+nalj^w.1C算量“*杉智量去片本廣工面計變結(jié)陰報變報全文用交J頁目名橋?：nJ艮使用札時/花豐劃座新的Hch朝J1111+nalj^w.1C算量“*杉智量去片本廣工面計變結(jié)陰報變報全文用交J頁目名橋?：nJ艮使用札時/花豐劃座新的H二ML：國目.;.i..XwiiLJU^iui“L=甘甘亞(T)空r充，X?汨串出）眼洎[￡]互看起動活及F：健.引川互看起動活及F：健.外缽變是：口』汗可正演不 匚All：圖4.14創(chuàng)建新項目窗口新項目建立好后，就要進行變量的添加，以便在以后的過程中隨時調(diào)用這些變量。添加變量的方法是在圖4.13所示的窗口中雙擊變量管理器，出現(xiàn)如圖4.15所示的窗口。在窗口的右半部分右擊，再新建變量，并選擇好變量的類型，最后保存即可。圖4-15新建變量窗口第40頁

了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙?zhí)砑雍米兞亢?，就要進行主畫面的繪制了。在圖4-13所示的窗口中雙擊圖形編輯器，出現(xiàn)4.16所示的窗口，在該窗口中，可以對主畫面的名稱進行更改，在本設計中，把它啜爾梯■"-Th，:h，iqmimFHl 口寸|■>|工電IS|建日三啜爾梯■"-Th，:h，iqmimFHl 口寸|■>|工電IS|建日三急I固I於型變坦曲理毋筆構(gòu)變好警國擊局本戶出

限注根〒中制殳記ir警國擊局本戶出

限注根〒中制殳記ir箭碼庫笆索L>lL>lL3|<| IIH-1日\團出編輯器二1-1日\團出編輯器二4.16新建主畫面窗口在圖4.16所示窗口中雙擊“zhuhuamian”，在彈出的窗口中即可進行主畫面繪制。完整的主畫面如圖4.17所示。第41頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙圖4.17監(jiān)控主畫面1#泵變頻的界面如圖4.18所示。圖4.181#泵變頻畫面第42頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙1#工頻、2#變頻的界面如圖4.19所示。圖4.191#泵工頻，2#泵變頻畫面1#泵故障、2#變頻的界面如圖4.20所示。第43頁了火繼續(xù)繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙圖4.201#泵故障，2#泵變頻畫面4.6經(jīng)濟效益分析從流體力學原理知道，水泵供水流量與電動機轉(zhuǎn)速及功率的關(guān)系為nTn2H-2H-iH2PP2一(1)2

nJI、

JI、

二(1)3

n2式中Q為供水流量，H為揚程，P為電動機軸功率，n為電動機轉(zhuǎn)速。本設計系統(tǒng)共有2臺30KW的水泵電動機，假設沒天運行16h,其中4h為額定轉(zhuǎn)速，其余12h為80%額定轉(zhuǎn)速運行，一年365天節(jié)約電能為W=W=30x12x1-x365kW-h=64124kW?h若每1kW-h電價為0.60元，一年可節(jié)約電費為0.60X64124元=38474.4元通過市場調(diào)查，本套恒壓供水系統(tǒng)的成本約為5萬元左右，兩年即可收回投資，運行多年經(jīng)濟效益將十分可觀。第44頁襄〉大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）紙第五章總結(jié)與期望總結(jié)本課題主要研究的是某小區(qū)的恒壓供水。為此設計了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來代替原有的手動啟動、閥門控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點是根據(jù)系統(tǒng)運行的需求，自動調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動機的轉(zhuǎn)速，從而保持系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動的電機可實現(xiàn)無級調(diào)速。減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時，可自動關(guān)閉電動閥門，系統(tǒng)退出變頻式運行，以避免中斷供水。在工頻方式運行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動裝置，在工頻啟動時，由于啟動電流過大，而避免對電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長電機的使用壽命。裝置啟動時，電動機與電動閥門同時開啟，停止時先關(guān)閉電動閥門，電動機延時停止，防止水錘現(xiàn)象，延長水泵使用壽命。展望現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設備狀態(tài)監(jiān)控功能，將來還可以通過對更多現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采