《2022年PLC在恒压供水系统中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年PLC在恒压供水系统中的应用.docx（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习北京理工高校毕业论文PLC在恒压供水系统中的应用The Operating Theory of Essential Truth in Journalism作 者 姓 名： 学科、专业 ： 学 号 ：指 导 教 师：完 成 日 期：Shandong Universit摘要本论文依据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于 PLC 的变频调速恒压供水系统 ,并利用组态软件开发良好的运行治理界面；变频恒压供水系统由可编程掌握器、变频器、水 泵机组、压力传感器、工控机等构成；本系统包含三台水泵电机，它们组成变频循环运行方式； 采纳变频器实现对三相水泵电机的
2、软启动和变频调速，运行切 换采纳“先启先停”的原就；压力传感器检测当前水压信号， 送入 PLC 与设定值比较后进行 PID 运算，从而掌握变频器的输出电压和频率，进而转变水泵电机的转速来转变供水量，最终保持管网压力稳固在设定值邻近；通过工控机与PLC 的连接，采纳组态软件完成系统监控，实现了运行状态动态显示及数据、报警的查询；关 键 词 ： 变 频 调 速 ,恒 压 供 水 ， PLC ， 组 态 软 件目录1 绪论 11.1 课题的提出 11.2 变频恒压供水系统的国内外争论现状21.3 本课题的主要争论内容42 系统的理论分析及掌握方案确定52.1 变频恒压供水系统的理论分析 52.2 变
3、频恒压供水系统掌握方案的确定83 系统的硬件设计 163.1 系统主要设备的选型 163.2 系统主电路分析及其设计 193.3 系统掌握电路分析及其设计 204 系统的软件设计 错误！未定义书签；4.1 系统软件设计分析 224.2 PLC程序设计 235 终止语 28参考文献 48致谢 49符号说明输出功率 P 出水流量 Q 水压 H水泵的转速 n f 表示电源频率p 表示电动机极对数s 表示转差率上限频率下限频率设定压力反馈压力1 绪论1.1 课题的提出水和电是人类生活、生产中不行缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特点的现实条件下，我们这个水资源和电能源短缺的国家，长期以来在市政供水、
4、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术始终比较落 后，自动化程度较低，而随着我国社会经济的进展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深化，城市中各类小区建设进展非常迅 速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求；小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的牢靠性、稳固性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活，也直接表达了小区物业治理水平的高低；传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式；供水系统是国民生产生活中不行缺少的重要一环；传统供水方式占地面积大，水质易污染，传统的供水方
5、式普遍不同程度的存在铺张水力、电力资源；效率低；牢靠性差；自动化程度不高等缺点，严峻影响了居民的用水和工业系统中的用水基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作；变频调速技术是一种新型成熟的沟通电机无极调速技术，它以其特殊优良的掌握性能被广泛应用于速度掌握领 域，特殊是供水行业中；由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深化的应用；恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作便利、运行牢靠、节约电能、自动化程度高；目前的供水方式朝向高效节能、自动牢靠的方向进展，变频调速技术2以其显着的节能成效和稳固牢靠的掌握方式，在风机、水
6、泵、空气压缩 机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特殊是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能成效尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗；基于 PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体；采纳该系统进行供水可以提高供水系统的稳固性和牢靠 性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今日尤为重要，所以争论设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义；1.2 变频恒压供水系统的国内外争
7、论现状1.2.1 变频调速技术的国内外进展与现状变频器的快速进展得益于电力电子技术、运算机技术和自动掌握技术 及电机掌握理论的进展；从 20 世纪 80 岁月后半期开头，美、日、德、英等发达国家的基于VVVF技术的通用变频器已商品化并广泛应用；在我 国， 60%的发电量是通过电动机消耗掉的，因此如何利用电机调速技术进行电机运行方式的改造以节约电能，始终受到国家和业界人士的重视；现 在，我国约有 200 家左右的公司、工厂和争论所从事变频调速技术的工作，但自行开发生产的变频调速产品和国际市场上的同类产品相比，仍有 比较大的技术差距；随着改革开放和经济的高速进展，我国实行要么直接 从发达国家进口现
8、成的变频调速设备，要么内外结合，即在自行设计制造 的成套装置中采纳外国进口或合资企业的先进变频调速设备，然后自己开 发应用软件的方法，很好地为国内重大工程工程供应了电气传动掌握系统的解决方法，适应了社会的需要；总之，虽然国内变频调速技术取得了较好的成果，但是总体上来说国内自行开发、生产相关设备的才能仍比较 弱，对国外公司的依靠仍很严峻；1.2.2 变频恒压供水系统的国内外争论与现状变频恒压供水是在变频调速技术的进展之后逐步进展起来的；在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率掌握、升降速掌握、正反转掌握、起动掌握以及制动掌握、压频比掌握以及各种爱护功能；应用在变频恒压供水系统中，变频器仅
9、作为执行机构，为了满意供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部供应压力掌握器和压力传感器，对压力进行闭环掌握；电磁接触器工作，可构成最多7 台电机 泵的供水系统；这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接 口的扩展功能缺乏敏捷性，系统的动态性能和稳固性不高，与别的监控系 统 如 BA 系统 和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范畴将会受到限制3 ；目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采纳国外的变频器掌握水泵的转速，水管管网压力的闭环调剂及多台水泵的循环掌握，有的采纳可编程掌握器PLC 及相应的软件予以实现；有的采纳单片机及相应
10、的软件予以实现；但在系统的动态性能、稳固性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来 说，仍远远没能达到全部用户的要求；目前在国内外变频调速恒压供水控 制系统的争论设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代掌握技术、 网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性EMC的变频恒压供水系统的水压闭环掌握争论得不够；因此，有待于进一步争论改善变频恒压供水系 统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践4 ；1.3 本课题的主要争论内容本设计是以小区供水系统为掌握对象，采纳PLC和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用运算机对供水系统进行远程监控和治理保证整个系统运行牢靠，安全节能，获
11、得正确的运行工况；PLC 掌握变频恒压供水系统主要有变频器、可编程掌握器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调剂系统，本设计中有3 个贮水池， 3 台水泵，采纳部分流量调剂方法，即3 台水泵中只有 1 台水泵在变频器掌握下作变速运行，其余水泵做恒速运行；PLC 依据管网压力自动掌握各个水泵之间切换，并依据压力检测值和给定值之间偏差进行PID 运算，输出给变频器掌握其输出频率，调剂流量，使供水管网压力恒定；各水泵切换遵循先起先停、先停先起原就；2 系统的理论分析及掌握方案确定2.1 变频恒压供水系统的理论分析2.1.1 电动机的调速原理水泵电机多采纳三相异步电动机，而其转速公式为：
12、2-1式中： f 表示电源频率， p 表示电动机极对数， s 表示转差率；从上式可知，三相异步电动机的调速方法有：l转变电源频率(2) 转变电机极对数(3) 转变转差率转变电机极对数调速的调控方式掌握简洁，投资省，节能成效显著， 效率高，但需要特地的变极电机，是有级调速，而且级差比较大，即变速 时转速变化较大，转矩也变化大，因此只适用于特定转速的生产机器；改 变转差率调速为了保证其较大的调速范畴一般采纳串级调速的方式，其最 大优点是它可以回收转差功率，节能成效好，且调速性能也好，但由于线 路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗7 ，且成本高而影响它的推广价值；下面重点分析转变电源频率调速的方法及
13、特点；依据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n 基本上与电源频率 f成正比；连续调剂电源频率，就可以平滑地转变电动机的转速；但是，单一地调剂电源频率，将导致电机运行性能恶化；随着电力电子技术的进展，已显现了各种性能良好、工作牢靠的变频调速电源装置， 它们促进了变频调速的广泛应用；2.1.2 变频恒压供水系统的节能原理供水系统的扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程 H与流量 Q之间的关系曲线，如图 2.1 所示；由于在阀门开度和水泵转速都不变的情形下，流量的大小主要取决于用户的用水情形，因此，扬程特性所反映的是扬程H 与用水流量 Qu 间的关系H=
14、fQu ；而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，说明阀门在某一开度下扬程 H 与流量 Q之间的关系曲线，如图 2.1 所示；管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流淌阻力的变化规 律；由于阀门开度的转变，实际上是转变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水才能；因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc 之间的关系 H=fQc ；扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图 2.1 中 A 点；在这一点，用户的用水流量Qu 和供水系统的供水流量 Qc 处于平稳状态，供水系统既满意了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳固运行；图 2-1 恒压供水系统的基本特点
15、变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成；通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一 体，通过变频器调剂异步电机的转速，从而转变水泵的出水流量而实现恒压供水的；因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速；异步电动机的变频调速是通过转变定子供电频率来转变同步转速而实现调速的；在供水系统中，通常以流量为掌握目的，常用的掌握方法为阀门掌握法和转速掌握法；阀门掌握法是通过调剂阀门开度来调剂流量，水泵电机转速保持不变；其实质是通过转变水路中的阻力大小来转变流量，因此， 管阻将随阀门开度的转变而转变，但扬程特性不变；由于实际用水中，需水量是变化的，如阀门开度在一段
16、时间内保持不变，必定要造成超压或欠压现象的显现；转速掌握法是通过转变水泵电机的转速来调剂流量，而阀门开度保持不变，是通过转变水的动能转变流量；因此，扬程特性将随水泵转速的转变而转变，但管阻特性不变；变频调速供水方式属于转速控 制；其工作原理是依据用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速，使管网压力始终保持恒定，当用水量增大时电机加速，用水量减小时电机减速；由流体力学可知，水泵给管网供水时，水泵的输出功率P 与管网的水压 H 及出水流量 Q的乘积成正比；水泵的转速 n 与出水流量 Q成正比；管网的水压 H 与出水流量 Q的平方成正比；由上述关系有，水泵的输出功率P与转速 n 三次方成正比，即：（
17、2-2 ）（2-3 ）2-42-5式中 k、k1、k2、k3 为比例常数；图 2-2管网及水泵的运行特性曲线当用阀门掌握时，如供水量高峰水泵工作在E 点，流量为 Q1，扬程为 H0，当供水量从 Q1 减小到 Q2 时，必需关小阀门，这时阀门的摩擦阻力变 大，阻力曲线从 b3 移到 b1，扬程特性曲线不变；而扬程就从H0 上升到 H1，运行工况点从 E 点移到 F 点，此时水泵的输出功率正比于H1Q2；当用调速掌握时，如采纳恒压H0 ，变速泵 n 2 供水，管阻特性曲线为b2 ，扬程特性变为曲线 n2，工作点从 E 点移到 D点；此时水泵输出功率正比于H0 Q2，由于 H1H0 ，所以当用阀门掌
18、握流量时，有正比于H1H0 Q2 的功率被铺张掉，并且随着阀门的不断关小，阀门的摩擦阻力不断变大，管阻特 性曲线上移，运行工况点也随之上移，于是H1 增大，而被铺张的功率要随之增加；所以调速掌握方式要比阀门掌握方式供水功率要小得多，节能效 果显著；2.2 变频恒压供水系统掌握方案的确定2.2.1 掌握方案的比较和确定恒压变频供水系统主要有压力变送器、变频器、恒压掌握单元、水泵机组以及低压电器组成；系统主要的任务是利用恒压掌握单元使变频器掌握一台水泵或循环掌握多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时仍要能对运行数据进行传输和监控；依据系统的设计任务要求，有
19、以下几种方案可供挑选 8 ：(1) 有供水基板的变频器 +水泵机组 +压力传感器这种掌握系统结构简洁，它将PID 调剂器和 PLC可编程掌握器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和 PID 等电控系统的功能；它虽然微化了电路结构，降低了设备成本，但在压力设定和压力反馈值的显示方面比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时， PID 调剂参数寻优困难，调剂范畴小，系统的稳态、动态性能不易保证；其输出接口的扩展功能缺乏敏捷性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合；(2) 通用变频器 +单片机 包括变频掌握、调剂器掌握 + 人机界面
20、+压力传感器这种方式掌握精度高、掌握算法敏捷、参数调整便利，具有较高的性价比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的敏捷性差，同时变频器在运行时，将产生干扰，变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必需实行相应的抗干扰措施来保证系统的牢靠性；该系统适用于某一特定领域的小容量的变频恒压供水中；(3) 通用变频器 +PLC包括变频掌握、调剂器掌握+ 人机界面 +压力传感器这种掌握方式敏捷便利；具有良好的通信接口，可以便利地与其他的系统进行数据交换，通用性强；由于PLC产品的系列化和模块化，用户可 敏捷组成各种规模和要求不同掌握系统；在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和 I/O
21、的外部接线，当掌握要求发生转变时，可以便利地通过PC 机来转变存贮器中的掌握程序，所以现场调试便利；同时由于PLC 的抗干扰才能强、牢靠性高，因此系统的牢靠性大大提高；该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关；通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出第三种掌握方案更适合于本系统；这种掌握方案既有扩展功能敏捷便利、便于数据传输的优 点，又能达到系统稳固性及掌握精度的要求；2.2.2 变频恒压供水系统的组成及原理图PLC 掌握变频恒压供水系统主要有变频器、可编程掌握器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调剂系统，该系统的掌握流程图如图 2-3 所示：图
22、 2-3 变频恒压供水系统掌握流程图从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、掌握机构三大部分，具体为：l执行机构：执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，其中由一台变频泵和两台工频泵构成，变频泵是由变频调速器控 制、可以进行变频调整的水泵，用以依据用水量的变化转变电机的转速， 以爱护管网的水压恒定；工频泵只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很大（变频泵达到工频运行状态都无法满意用水要求时）的情形下投入工作；(2) 信号检测机构：在系统掌握过程中，需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和报警信号；管网水压信号反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水掌握的主要反馈信号
23、；此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行 A/D 转换；另外为加强系统的牢靠性，仍需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测，检测结果可以送给PLC，作为数字量输入；水池水位信号反映水泵的进水水源是否充分；信号有效时，掌握系统要对系统实施爱护掌握，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵；此信号来自安装于水池中的液位传感器；报警信号反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有反常，该信号为开关量信号；(3) 掌握机构：供水掌握系统一般安装在供水掌握柜中，包括供水掌握器PLC 系统 、变频器和电控设备三个部分；供水掌握器是整个变频恒压供水掌握系统的核心；供水掌握器直接对系统中的压力、液位、
24、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施掌握算法，得出对执行机构的掌握方案，通过变频调速器和接触器对执行机构 即水泵机组 进行掌握；变频器是对水泵进行转速掌握的单元，其跟踪供水掌握器送来的掌握信号转变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速掌握；依据水泵机组中水泵被变频器拖动的情形不同，变频器有两种工作方式即变频循环式和变频固定式，变频循环式即变频器拖动某一台水泵作为 调速泵，当这台水泵运行在50Hz 时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，将该泵切换为 工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机；变频固定式是变频器拖动某一 台水泵
25、作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz 时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不9做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以挑选，本设计中采纳前者；作为一个掌握系统，报警是必不行少的重要组成部分；由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、牢靠、平稳的运行，防 止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断造成故障，因 此系统必需要对各种报警量进行监测，由PLC判定报警类别，进行显示和爱护动作掌握，以免造成不必要的缺失；变频恒压供水系统以供水出口管网水压为掌握目标，在掌握上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力；设定的供
26、水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数；所以，在某个特定时段内，恒压掌握的目标就是使出口总管网的实际供水压2.410力爱护在设定的供水压力上；变频恒压供水系统的结构框图如图所示：图 2-4 变频恒压供水系统框图恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为420mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数；由于电信号为模拟量，故必需通过PLC 的 A/D 转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行 PID 运算，再将运算后的数字信号通过D/A 转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，
27、掌握变频器的输出频率，从而掌握电动机的转速， 进而掌握水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频 恒压供水；2.2.3 变频恒压供水系统掌握流程变频恒压供水系统掌握流程如下:l系统通电，依据接收到有效的自控系统启动信号后，第一启动变 频器拖动变频泵 M1 工作，依据压力变送器测得的用户管网实际压力和设定压力的偏差调剂变频器的输出频率，掌握Ml 的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平稳时，转速才稳固到某肯定值，这期间Ml工作在调速运行状态；(2) 当用水量增加水压减小时，压力变送器反馈的水压信号减小，偏差变大， PLC 的输出信号变大，变频器的输出频率变大，所以水泵的转
28、速增大，供水量增大，最终水泵的转速达到另一个新的稳固值；反之，当用水量削减水压增加时，通过压力闭环，减小水泵的转速到另一个新的稳固值；(3) 当用水量连续增加，变频器的输出频率达到上限频率50Hz 时，如此时用户管网的实际压力仍未达到设定压力，并且满意增加水泵的条件 在下节有具体阐述 时，在变频循环式的掌握方式下，系统将在PLC 的掌握下自动投入水泵 M2变速运行 ，同时变频泵 M1 做工频运行，系统复原对水压的闭环调剂，直到水压达到设定值为止；假如用水量连续增加，满足增加水泵的条件，将连续发生如上转换，将另一台工频泵M3 投入运行，变频器输出频率达到上限频率50Hz 时，压力仍未达到设定值时
29、，掌握系统就会发出水压超限报警；(4) 当用水量下降水压上升，变频器的输出频率降至下限频率，用户管网的实际水压仍高于设定压力值，并且满意削减水泵的条件时，系统将工频泵 M2 关掉，复原对水压的闭环调剂，使压力重新达到设定值；当用水量连续下降，并且满意削减水泵的条件时，将连续发生如上转换，将另一台工频泵 M3关掉；2.2.4 水泵切换条件分析在上述的系统工作流程中，我们提到当变频泵己运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力，此时需要增加水泵来满意供水要求， 达到恒压的目的；当变频泵和工频泵都在运行且变频泵己运行在下限频 率，此时管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要削减工频泵来削减供水流
30、量，达到恒压的目的；那么何时进行切换，才能使系统供应稳固牢靠的供水压力，同时使机组不过于频繁的切换呢.由于电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50HZ 成为频率调剂的上限频率；另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是0HZ；其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不行能降到0HZ；由于当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在肯定程度上阻挡源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时， 水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降；这个频率在实际应用中就是电机运行的下限频
31、率；这个频率远大于0HZ，具体数值与水泵特性及系统所使用的场全部关，一般在 20HZ 左右；所以挑选 50HZ和 20HZ作为水泵机组切换的上下限频率；当输出频率达到上限频率时，实际供水压力在设定压力上下波动；如显现时就进行机组切换，很可能由于新增加了一台机组运行，供水压力一下就超过了设定压力；在极端的情形下，运行机组增加后，实际供水压力超过设定供水压力，而新增加的机组在变频器的下限频率运行，此时又满意了机组切换的停机条件，需要将一个在工频状态下运行的机组停掉；假如用水状况不变，供水泵站中的全部能够自动投切的机组将始终这样投入切出再投入再切出地循环下去，这增加了机组切换的次数，使系统始终处于不
32、稳固的状态之中，实际供水压力也会在很大的压力范畴内震 荡；这样的工作状态既无法供应稳固牢靠的供水压力，也使得机组由于相互切换频繁而增大磨损，削减运行寿命；另外，实际供水压力超调的影响以及现场的干扰使实际压力的测量值有尖峰，这两种情形都可能使机组切换的判别条件在一个比较短的时间内满意；所以，在实际应用中，相应的判别条件是通过对上面两个判别条件的修改得到的，其实质就是增加了回滞环的应用和判别条件的延时成立；实际的机组切换判别条件如下 11 ：加泵条件：且延时判别成立 2-6减泵条件：且延时判别成立 2-7式中：上限频率：下限频率：设定压力：反馈压力3 系统的硬件设计3.1 系统主要设备的选型依据基
33、于 PLC的变频恒压供水系统的原理，系统的电气掌握总框图如图 3.1 所示：图 3-1系统的电气掌握总框图由以上系统电气总框图可以看出 , 该系统的主要硬件设备应包括以下几部分： 1 PLC及其扩展模块、 2变频器、 3水泵机组、 4压力变送器、 5液位变送器；主要设备选型如表3.1 所示：主要设备表3-1本系统主要硬件设备清单型号及其生产厂家可编程掌握器（PLC）Siemens CPU 226模拟量扩展模块Siemens EM 235变频器水泵机组Siemens MM440SFL 系列水泵 3 台（上海熊猫机械有限公司）压力变送器及显示外表一般压力表 Y-100 、XMT-1270 数显仪液
34、位变送器分体式液位变送器DS26淄博丹佛斯公司3.1.1 PLC 及其扩展模块的选型PLC 是整个变频恒压供水掌握系统的核心，它要完成对系统中全部输入号的采集、全部输出单元的掌握、恒压的实现以及对外的数据交换；因 此我们在挑选 PLC时，要考虑 PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的才能和编程软件的便利与否等多方面因素；由于恒压供水自动掌握系统掌握设备相对较少，因此PLC选用德国 SIEMENS公司的 S7-200 型；S7-200 型 PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型掌握系统；SIEMENS公司的 PLC具有牢靠性高，可扩展
35、性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简洁等优12点； PLC 可以上接工控运算机，对自动掌握系统进行监测掌握； PLC 和上位机的通信采纳 PC/PPI 电缆，支持点对点接口 PPI 协议， PC/PPI 电缆可以便利实现 PLC的通信接口 RS485到 PC机的通信接口 RS232的转换， 用户程序有三级口令爱护，可以对程序实施安全爱护 ；依据掌握系统实际所需端子数目，考虑 PLC端子数目要有肯定的预留量，因此选用的S7-200 型 PLC的主模块为 CPU22，6 其开关量输出为16点，输出形式为 AC220V继电器输出；开关量输入 CPU226为 24 点，输入形式为+24V 直流输入
36、；由于实际中需要模拟量输入点 1 个，模拟量输出点 1 个，所以需要扩展，扩展模块挑选的是 EM235，该模块有 4 个模拟输入AIW ，1 个模拟输出 AQW信 号通道；输入输出信号接入端口时能够自动完成 A/D 的转换，标准输入信号能够转换成一个字长16bit的数字信号；输出信号接出端口时能够自动完成D/A 的转换，一个字长 16bit的数字信号能够转换成标准输出信号； EM235模块可以针对不同的标准输入信号，通过 DIP 开关进行设置；3.1.2 变频器的选型变频器是本系统掌握执行机构的硬件，通过频率的转变实现对电机转速的调剂，从而转变出水量；变频器的挑选必需依据水泵电机的功率和电流进
37、行挑选；本系统中要实现监控，所以变频器仍应具有通讯功能；依据掌握功能不同，通用变频器可分为三种类型：一般功能型U/f掌握变频器、具有转矩掌握功能的高功能型U/f 掌握变频器以及矢量掌握高功能型变频器；供水系统属泵类负载，低速运行时的转矩小，可选用价格相对便宜的 U/f 掌握变频器；由于本设计中 PLC挑选的西门子 S7-200 型号，为了便利 PLC和变频器之间的通信，我们挑选西门子的MicroMaster440变频器；它是用于三相沟通电动机调速的系列产品，由微处理器掌握，采纳绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件，具有很高的运行牢靠性和很强的功能；它采纳模块化结构，组态敏捷，有多种完善的变频器和
38、电动机爱护功能，有内置的RS-485/232C 接口和用于简洁过程掌握的PI 闭环掌握器，可以依据用户的特殊需要对 I/O端子进行功能自定义；快速电流限制实现了无跳闸运 行，磁通电流掌握改善了动态响应特性，低频时也可以输出大力矩；MicroMaster440 变频器的输出功率为 0.7590KW，适用于要求高、功率大的场合，恰好其输出信号能作为75KW的水泵电机的输入信号；另外挑选西门子的变频器可以通过RS-485 通信协议和接口直接与西门子PLC 相连，更便于设备之间的通信；3.1.3 水泵机组的选型水泵机组的选型基本原就，一是要确保平稳运行；二是要常常处于高 效区运行，以求取得较好的节能成
39、效；要使泵组常处于高效区运行，就所 选用的泵型必需与系统用水量的变化幅度相匹配；本设计的要求为：电动 机额定功率 75KW，供水压力掌握在 0.3 0.01Mpa；依据本设计要求并结合实际中小区生活用水情形，最终确定确定采纳3 台上海熊猫机械有限公司生产的 SFL系列水泵机组（电机功率 75KW）；SFL型低噪音生活给水泵在外壳、轴上采纳不锈钢材质，叶轮、导叶采纳铸造件，经过静电喷塑处 理，效率可提高 5%以上；采纳低噪音电机，机械密封，前端配有泄压爱护装置，噪声更低 室外噪音 60 分贝 、磨损小、寿命更长；下轴承采纳柔性耐磨轴承，噪音低，寿命长；采纳低进低出的结构设计，水力模型先 进，性能
40、更牢靠；它可以输送清水及理化性质类似于水的无颗粒、无杂质 不挥发、弱腐蚀介质，一般用在城市给排水、锅炉给水、空调冷却系统、消防给水等；因此本设计中挑选电机功率为75KW的上海熊猫机械有限公司生产的 SFL系列水泵 3 台；3.1.4 压力变送器的选型压力变送器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口，压力传 感器和压力变送器是将水管中的水压变化转变为15V或 420mA的模拟量信号，作为模拟输入模块 A/D 模块 的输入，在挑选时，为了防止传输过程中的干扰与损耗，我们采纳420mA输出压力变送器；在运行过程中， 当压力传感器和压力变送器显现故障时，系统有可能开启全部的水泵，而13此时的用水量
41、又达不到，这就使水管中的水压上升，为了防止爆管和超高 水压损坏家中的用水设备 热水器、抽水马桶等 ，本文中的供水系统使用电极点压力表的压力上限输出，作为PLC的一个数字量输入，当压力超出上限时，关闭全部水泵并进行报警输出；依据以上的分析，本设计中选用一般压力表 Y-100 和 XMT-1270数显仪实现压力的检测、显示和变送；压力表测量范畴 01Mpa，精度 1.0 ；数显仪输出一路 420mA电流信号，送给与 CPU226连接模拟量模块 EM235，作为 PID 调剂的反馈电信号，可设定压力上、下限，通过两路继电器掌握输出压力超限信号；3.1.5 液位变送器选型考虑到水泵电机空载时会影响电机
42、寿命，因此需要对水池水位作必要 的检测和掌握；本设计要求贮水池水位：2m5m，所以要通过液位变送器将检测到的水位转换成标准电信号（420mA电压信号），再将其输入窗口比较器，用比较器输出的高电平作为贮水池水位的报警信号，输入PLC；3.2 系统主电路分析及其设计基于 PLC的变频恒压供水系统主电路图如图3.2 所示：三台电机分别为 M1、M2、M3，它们分别带动水泵 1#、2#、3#；接触器 KM1、KM3、KM5分别掌握 M1、M2、M3的工频运行；接触器 KM2、KM4、KM6分别掌握 M1、 M2、M3的变频运行； FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载爱护用的热继电器； QS1、
43、QS2、QS3、QS4 分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关； FU为主电路的熔断器；本系统采纳三泵循环变频运行方式，即3 台水泵中只有 1 台水泵在变频器掌握下作变速运行，其余水泵在工频下做恒速运行，在用水量小的情况下，假如变频泵连续运行时间超过3h，就要切换下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，防止某一台水泵工作时间过长；因此在同一时间内只 能有一台水泵工作在变频下，但不同时间段内三台水泵都可轮番做变频泵；图 3-2变频恒压供水系统主电路图三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器的R、S、T 端，变频器的输出端 U、V、W通过接触器的触点接至电机；当电机工频运行时，连接至变频器的隔离开
44、关及变频器输出端的接触器断开，接通工频运行的接触器和隔离开关；主电路中的低压熔断器除接通电源外，同时实现短路保护，每台电动机的过载爱护由相应的热继电器FR 实现；变频和工频两个回路不答应同时接通；而且变频器的输出端肯定不答应直接接电源，故必 须经过接触器的触点，当电动机接通工频回路时，变频回路接触器的触点 必需先行断开；同样从工频转为变频时，也必需先将工频接触器断开，才答应接通变频器输出端接触器，所以KM1和 KM2、KM3和 KM4、KM5和 KM6肯定不能同时动作，相互之间必需设计牢靠的互锁；为监控电机负载运行情形，主回路的电流大小可以通过电流互感器和变送器将420mA电流信号送至上位机来
45、显示；同时可以通过通过转换开关接电压表显示线电压；并通过转换开关利用同一个电压表显示不同相之间的线电压；初始运行 时，必需观看电动机的转向，使之符合要求；假如转向相反，就可以转变电源的相序来获得正确的转向；系统启动、运行和停止的操作不能直接断开主电路 如直接使熔断器或隔离开关断开 ，而必需通过变频器实现软启动和软停；为提高变频器的功率因数，必需接电抗器；当采纳手动掌握时，必需采纳自耦变压器降压启动或软启动的方式以降低电流，本系统采纳软启动器；3.3 系统掌握电路分析及其设计系统实现恒压供水的主体掌握设备是PLC，掌握电路的合理性，程序的牢靠性直接关系到整个系统的运行性能；本系统采纳西门子公司S
46、7- 200 系列 PLC，它体积小，执行速度快，抗干扰才能强，性能优越；PLC 主要是用于实现变频恒压供水系统的自动掌握，要完成以下功能：自动掌握三台水泵的投入运行；能在三台水泵之间实现变频泵的切换；三台水泵在启动时要有软启动功能；对水泵的操作要有手动/ 自动掌握功能，手动只在应急或检修时暂时使用；系统要有完善的报警功能并能显示运行状况；如图 3-3 为电控系统掌握电路图；图中 SA为手动/ 自动转换开关， SA 打在 1 的位置为手动掌握状态；打在 2 的状态为自动掌握状态；手动运行时，可用按钮SB1SB6掌握三台水泵的启 / 停；自动运行时，系统在PLC 程序掌握下运行；图中的 HL10 为自动运行状态电源指示灯；对变频器频率进行复位是只供应一个干