1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹了恒壓供水系統(tǒng)的控制策略，分析了典型的恒壓供水系統(tǒng)控制方案,闡述了應(yīng)用該恒壓供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。本次設(shè)計(jì)是通過(guò)管網(wǎng)瞬間壓力變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速和三臺(tái)水泵的投入及退出，使管網(wǎng)主干管出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)，經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)與反復(fù)調(diào)試，設(shè)計(jì)出一套自動(dòng)化程度

2、高，測(cè)量準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣，界面豐富的三泵恒壓供水系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：恒壓供水 變頻器 可編程控制器</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　生活及生產(chǎn)都離不開(kāi)水，當(dāng)水源離用水場(chǎng)所較遠(yuǎn)，而將水送到較遠(yuǎn)或較高的地方，管路中是需要有一定水壓的，水壓高才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層，生產(chǎn)水壓的設(shè)備是水

3、泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越高，傳統(tǒng)的維持水壓的方法是建造水塔，但是，建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問(wèn)題，通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需做出相反的調(diào)節(jié)，這就是恒壓供水的基本思路。這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但是今天辦到這一點(diǎn)以變化得很容易了，交流

4、變頻器的誕生和PLC的運(yùn)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。</p><p>　　恒壓供水系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分組成，傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)采用的繼電器邏輯控制由于觸點(diǎn)多、故障率高、可靠性差、體積大等缺點(diǎn)，正逐漸被淘汰，目前恒壓供水設(shè)計(jì)使用可編程控制器(PLC)，要求功能變化靈活，編程簡(jiǎn)單，故障少，噪音低，維修保養(yǎng)方便，節(jié)能省工，抗干擾能力強(qiáng)，控制箱占地面積少?？刂葡到y(tǒng)進(jìn)行下列運(yùn)作：根據(jù)水的壓力判定工作泵

5、的個(gè)數(shù)和變頻器的頻率,保證用戶的用水壓力。</p><p>　　我們利用PLC，配以傳感器，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過(guò)變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置，另外水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省很多，結(jié)合使用可編程控制器，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動(dòng)，具有短路保護(hù)、

6、過(guò)流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進(jìn)入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置，隨著產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，使得交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場(chǎng)巨大的技

7、術(shù)革命。</p><p>　　目前自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻調(diào)速技術(shù)，而系統(tǒng)的控制單元多采用PLC，因PLC不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門(mén)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(duì)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，與觸摸屏計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)可完成系統(tǒng)運(yùn)行工況現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示、多種故障報(bào)警模式及報(bào)表打印等功能。</p><p>　　現(xiàn)在先進(jìn)的PLC大多具有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)快速

8、網(wǎng)絡(luò)通訊接口，可做為智能控制終端與供水系統(tǒng)的上位管理或控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊上傳系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)，這樣就為系統(tǒng)使用方針對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化控制和管控一體化預(yù)留了很大的技術(shù)空間，也為供水系統(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。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要..................,,,,,...............

9、.............................................…………………….2</p><p>　　關(guān)鍵詞. ...................,,,....................................…………………………………2. </p><p>　　引言..........................,,..........

10、........................................…………………….…2</p><p>　　第1章 緒論 ...............................................................................................,,5</p><p>　　1.1系統(tǒng)的功能特點(diǎn)及發(fā)展的意義.

11、..............................................................,,6</p><p>　　1.2本次課題設(shè)計(jì)的目的及要求..................................................................,,.6</p><p>　　1.3本次課題設(shè)計(jì)所用的器材..........

12、.......... ………………..……………,,....8</p><p>　　第2章 硬件系統(tǒng).....................................................................................,....9</p><p>　　2.1恒壓供水系統(tǒng)的工作原理.............................

13、...........................................9</p><p>　　2.2 三菱ＰＬＣ介紹.................……………………………………….……11</p><p>　　2.2.1三菱PLC的工作原理..............................…………………….……...11</p><p>

14、　　2.2.2三菱FX2N PLC內(nèi)部軟元件及其編號(hào)..........…….……………….....14</p><p>　　2.2.3PLC的梯形圖與常用指令.....................………………… ………......15</p><p>　　2.2.4三菱可編程控制器在生產(chǎn)中的應(yīng)用.............................................

15、.....16</p><p>　　2.3變頻器介紹......................………………………………….………...….17</p><p>　　2.3.1變頻器的控制……………………………………………………....…17</p><p>　　2.3.2變頻器的基本結(jié)構(gòu).......................................

16、.........................................18</p><p>　　2.3.3變頻器的分類及控制方式....................................................................20 </p><p>　　2.3.4變頻調(diào)速的特點(diǎn)及分析.............................

17、.........................................21</p><p>　　2.3.5恒壓供水的變頻應(yīng)用方式..................................................................21</p><p>　　2. 4 A/D及D/A模塊...…………………………………………………......22<

18、;/p><p>　　2.4.1變換原理...............................................................................................22</p><p>　　第３章 雙泵恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì).…………………..…………..…....23</p><p>　　3. 1 系統(tǒng)硬

19、件的連接.…………………………………………………....23</p><p>　　3. 2 系統(tǒng)的I/O口及地址分配…………………………………………..23</p><p>　　3. 3 變頻器參數(shù)的設(shè)置……………………………………………….…24</p><p>　　3. 4 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)………………………………………………….…24</p>

20、<p>　　3. 5 系統(tǒng)程序的調(diào)試………………………………………………….....26</p><p>　　第4章 總結(jié)與分析…………………………………………………..…….26</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)................................................................…………………………........32&

21、lt;/p><p>　　附錄.................................................................………………………………...32</p><p>　　致謝......................................................................…………………………......34&

22、lt;/p><p>　　參考文獻(xiàn)............................................................………………………………35</p><p>　　第1章 緒 論</p><p>　　1.1系統(tǒng)的功能特點(diǎn)及發(fā)展的意義</p><p>　　恒壓供水控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)和先進(jìn)的智能供水控

23、制邏輯，在用水量變化的過(guò)程始終保持管網(wǎng)壓力的恒定，并能最大限度的節(jié)水節(jié)電。</p><p>　　恒壓供水控制系統(tǒng)一般采用的水泵專用變頻器。此變頻器是一個(gè)非常成熟的產(chǎn)品，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，沒(méi)有非常復(fù)雜的中間連線，連接線大大減少，所有的供水控制程序和變頻調(diào)速程序全部由高速DSP完成，變頻器的調(diào)速過(guò)程完全是按照供水的壓力反饋?zhàn)詣?dòng)完成的，達(dá)到了空前的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，穩(wěn)定性可靠性經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的系統(tǒng)測(cè)試并經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)應(yīng)用的檢驗(yàn)。</p

24、><p>　　本系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行臺(tái)數(shù)，使供水管網(wǎng)的壓力保持設(shè)定的壓力和所需流量，從而達(dá)到提高供水品質(zhì)和高效節(jié)能的目的。</p><p>　　本系統(tǒng)可取代高水位水箱、水塔等設(shè)施及閥門(mén)調(diào)節(jié)等措施，提高供水自動(dòng)化程度及居民飲用水質(zhì)量，防止二次污染，是一種理想的現(xiàn)代化供水設(shè)備。</p><p><b>　　特點(diǎn)</b></p>

25、<p><b>　?。?）高效節(jié)能</b></p><p>　　按需求設(shè)定壓力，根據(jù)用水量的變化來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)泵的轉(zhuǎn)速和水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，使設(shè)備變流量變壓或變流量恒壓供水，使設(shè)備運(yùn)行在高效節(jié)能的最佳狀態(tài)，達(dá)到真正節(jié)能的目的。</p><p><b>　?。?）供水壓力穩(wěn)定</b></p><p>　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，能

26、自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)定壓力和系統(tǒng)反饋壓力的差值，使壓力保持恒定。</p><p><b>　?。?）操作穩(wěn)定</b></p><p>　　設(shè)定壓力直接由變頻器鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置，操作極為簡(jiǎn)單。</p><p><b>　?。?）泵循環(huán)啟動(dòng)</b></p><p>　　各泵循環(huán)啟動(dòng)，水泵不會(huì)因長(zhǎng)久不用而生銹或使用頻繁

27、而磨損。</p><p>　　（5）完善的保護(hù)功能</p><p>　　具有短路、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)載等多種保護(hù)，水泵運(yùn)行如有故障，自動(dòng)停止工作并報(bào)警輸出；系統(tǒng)具有自檢、故障判斷、故障記憶、故障顯示、自動(dòng)啟動(dòng)備用泵等功能。</p><p>　?。?）小流量睡眠功能</p><p>　　可配接附屬小泵，使系統(tǒng)運(yùn)行在夜間或其它小流量情況下，自動(dòng)

28、關(guān)閉主泵，開(kāi)啟附屬小泵，從而避免因開(kāi)大功率水泵而造成的浪費(fèi)。</p><p>　?。?）備有手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，可以保證設(shè)備的安全連續(xù)運(yùn)行。</p><p>　?。?）通過(guò)串行口能和計(jì)算機(jī)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)直徑控制。</p><p>　　（9）唯一帶有實(shí)時(shí)時(shí)鐘的變頻器，在不同的時(shí)間段內(nèi)可按不同的壓力運(yùn)行，定時(shí)啟、停，最大限度的節(jié)水節(jié)電。</p><p

29、>　　（10）水池低水位報(bào)警停機(jī)、水位恢復(fù)時(shí)自動(dòng)開(kāi)機(jī)、水池高水位報(bào)警</p><p><b>　　適用范圍</b></p><p>　?。?）城鄉(xiāng)居民生活小區(qū)、高層建筑、軍事設(shè)施、院校、賓館、飯店及較大型建筑生活供水及消防用水。</p><p>　?。?）各類型的水廠泵站、增壓泵站，輸油管道系統(tǒng)。</p><p>

30、　　（3）熱水供應(yīng)、采暖、空調(diào)、通風(fēng)的供水系統(tǒng)。</p><p>　?。?）油田輸油管道、油庫(kù)、泵站、油港恒壓輸油系統(tǒng)</p><p>　?。?）老式供水系統(tǒng)、舊泵房改造改造。</p><p>　　（6） 污水泵站、污水處理中的污水提升。</p><p>　?。?）工業(yè)鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。</p><p>　?。?）農(nóng)業(yè)排灌

31、、噴灌及音樂(lè)噴泉等。</p><p>　?。?）工業(yè)用水：特別適合要求恒定的生產(chǎn)流程用水（循環(huán)水、冷卻水等）。</p><p>　　（10）深井泵房升壓供水。</p><p>　　1.2本次課題設(shè)計(jì)的目的及要求</p><p>　?。?）恒壓供水的控制目的</p><p>　　設(shè)計(jì)一三泵恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬

32、間壓力變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)某臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速和三臺(tái)水泵的投入及退出，使管網(wǎng)主干管出口端保持在恒定的設(shè)定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。</p><p>　?。?）恒壓供水的控制要求</p><p>　　首先 , 系統(tǒng)通過(guò)供水管網(wǎng)壓力繼電器的壓力上限接點(diǎn)與壓力下限接點(diǎn)的變化獲得輸入信號(hào)傳入到 PLC 的輸入端 , 進(jìn)行程序運(yùn)算后 , 將得到的輸出信號(hào)去控制變頻器的

33、RL 、 RM 、 RH 及 STF 、 STR 、 SD 等端子的通與斷 , 產(chǎn)生七段變頻調(diào)速信號(hào)去控制每臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行。這樣系統(tǒng)就能根據(jù)工廠的用水情況 , 通過(guò) PLC 與變頻器的調(diào)節(jié) , 達(dá)到恒壓供水的目的。如圖1所示</p><p>　　圖表 1 題目：恒壓供水系統(tǒng)原理圖</p><p>　　其具體控制要求如下 : </p><p>　　(1) 共有 3

34、臺(tái)水泵 , 按設(shè)計(jì)要求 , 系統(tǒng)工作時(shí) 2 臺(tái)運(yùn)行 ,1 臺(tái)備用 , 運(yùn)行與備用的電機(jī)每 10 天輪換一次 ,如圖2所示</p><p>　　圖表 2 題目：恒壓供水系統(tǒng)原理圖</p><p>　　(2) 用水高峰時(shí) ,1 臺(tái)工頻全速運(yùn)行 ,1 臺(tái)變頻運(yùn)行 ; 用水低谷時(shí) , 只需 1 臺(tái)變頻運(yùn)行。 </p><p>　　(3)3 臺(tái)水泵分別由電動(dòng)機(jī) M1 、

35、M2 、 M3 拖動(dòng) , 而 3 臺(tái)電動(dòng)機(jī)又分別由變頻接觸器 KM1 、 KM2 、 KM3 和工頻接觸器 KM4、 KM5、KM6 控制。 </p><p>　　(4) 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器的七段調(diào)速來(lái)控制 , 七段速度與變頻器的控制端子的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 : </p><p>　　表1-1七段速度與變頻器的控制端子的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　(5) 變頻器的七

36、段速度及變頻的切換由供水管網(wǎng)壓力繼電器的壓力上限開(kāi)關(guān)與下限開(kāi)關(guān)控制。其七段速的切換如圖 4所示 </p><p>　　圖表 4 七段速的切換</p><p>　　(6) 水泵投入工頻運(yùn)行時(shí) , 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載由熱繼電器保護(hù) , 并有報(bào)警信號(hào)指示。 </p><p>　　1.3 本次課題設(shè)計(jì)所用的器材 </p><p>　　三菱PLC FR-

37、A700，壓力傳感器，可編程控制器(PLC)，水泵，3臺(tái)三菱通用變頻器FR-A700，3臺(tái)三相交流異步電動(dòng)機(jī)，導(dǎo)線若干。</p><p><b>　　第2章 硬件系統(tǒng)</b></p><p>　　2.1 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　圖表 5 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　系統(tǒng)是由三臺(tái)水

38、泵進(jìn)行供水 , 它分別由電動(dòng)機(jī) M1 、 M2 、 M3 進(jìn)行拖動(dòng)。而三臺(tái)電動(dòng)機(jī)又分別由三個(gè)變頻器接觸器 KM1 、 KM2 、 KM3 和三個(gè)工頻接觸器 KM4、 KM5、 KM6 控制 , 如圖5。每一臺(tái)電動(dòng)機(jī)都是先變頻低速啟動(dòng) , 然后根據(jù)供水的需要 , 由低速向高速逐漸增高。當(dāng)?shù)竭_(dá)最高速時(shí) , 若供水量還是不足 , 則轉(zhuǎn)變成工頻全速運(yùn)行。變頻器工作的七段速度的轉(zhuǎn)換及變頻與工頻 的切換 , 由供水管網(wǎng)壓力繼電器的上限壓力開(kāi)關(guān)與下

39、限壓力開(kāi)關(guān)控制。</p><p><b>　　工作過(guò)程 ：</b></p><p>　　啟動(dòng)程序流程圖 模擬調(diào)節(jié)圖</p><p>　　(1) 初始狀態(tài)。步進(jìn)定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的自動(dòng)復(fù)位 , 供水管網(wǎng)壓力繼電器的壓力上、下限接點(diǎn)開(kāi)關(guān)自動(dòng)檢測(cè)水壓狀態(tài) , 以確定水的壓力情況。 </p>

40、;<p>　　(2) 啟動(dòng)操作。按下啟動(dòng)按鈕 X0, 系統(tǒng)進(jìn)入步進(jìn)工作的初始狀態(tài)。根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)的壓力上、下限的狀態(tài) , 選擇水泵電機(jī)的運(yùn)行速度。當(dāng)壓力下限接點(diǎn) SQ1 閉合 , 表示水壓不夠 , 水泵電機(jī)要加大運(yùn)行速度。如果運(yùn)行到變頻的最高速時(shí) , 水壓還是不夠 , 則水泵電機(jī)自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)到工頻運(yùn)行 , 以最高速抽水。同時(shí) , 啟動(dòng)另一臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行 , 這樣用水高峰時(shí)就有兩臺(tái)水泵同時(shí)運(yùn)行抽水。當(dāng)達(dá)到水壓上限時(shí) , 壓力上

41、限接點(diǎn) SQ2 閉合 , 兩臺(tái)水泵電機(jī)中 , 變頻運(yùn)行的水泵自動(dòng)停止 , 工頻運(yùn)行的水泵自動(dòng)轉(zhuǎn)為七段速變頻運(yùn)行。水泵由高速向低速轉(zhuǎn)換運(yùn)行 , 直到水壓平衡時(shí) , 電機(jī)由變速轉(zhuǎn)為恒速運(yùn)行。 </p><p>　　(3) 停止操作 : 在任何時(shí)候按下停止按鈕 SB1, 水泵電機(jī)、定時(shí)器、步進(jìn)程序全部復(fù)位歸零 , 回到初始狀態(tài)。</p><p>　　所有水泵電機(jī)從停止到啟動(dòng)及從啟動(dòng)到停止都由變頻

42、器來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)大電流給水泵電機(jī)帶來(lái)沖擊，相對(duì)延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。同時(shí)，系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開(kāi)先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定死，這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，有效地防止因?yàn)閭溆帽瞄L(zhǎng)期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費(fèi)用。</p><p>　　以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時(shí)，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切

43、換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中，直接停工頻泵，同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實(shí)現(xiàn)泵組的無(wú)沖擊切換，使水壓過(guò)渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)缺水現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。 故障處理（1）故障報(bào)警　　當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)；特別是當(dāng)出現(xiàn)

44、缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)，通知維修人員前來(lái)維修。此外，變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，此時(shí)可切換至手動(dòng)方式保證系統(tǒng)不間斷供水。（2）水泵檢修　　為維護(hù)和檢修水泵，要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下，在一段時(shí)間間隔內(nèi)使某一臺(tái)水泵停運(yùn)，系統(tǒng)設(shè)有水泵強(qiáng)制備用功能（硬件備用），可隨意備用某一臺(tái)水泵，同時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；為了使水泵進(jìn)行輪休，系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能（鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)），工作泵與備用

45、N泵具有周期定時(shí)切換功能，周期間隔由時(shí)間</p><p>　　2.2三菱PLC的介紹</p><p>　　2.2.1三菱PLC的工作原理</p><p>　　FX2N系列可編程控制器是日本三菱公司近幾年研究生產(chǎn)的主要機(jī)型之一，它功能強(qiáng)大，故障率底，能用三種不同方法對(duì)其編程，程序之間可相互轉(zhuǎn)換。內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器能進(jìn)行數(shù)千赫茲計(jì)數(shù)，該器件性能穩(wěn)定易于使用，用于自動(dòng)化控制時(shí)

46、不需要太多的外圍設(shè)備，并且能對(duì)編寫(xiě)的程序進(jìn)行加密。 1 可編程控制器的特點(diǎn)</p><p>　　可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC ,是為替代繼電器--接觸器系統(tǒng)而研制的。由于引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)，它的功能在許多方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)繼電器--接觸器系統(tǒng)的范圍。主要有日本的歐姆龍.三菱.德國(guó)的西門(mén)子等許多國(guó)家的品牌。現(xiàn)許多機(jī)床、紡織設(shè)備以及生產(chǎn)線都采用PLC技術(shù)。它仍保留著繼-接系統(tǒng)某些原有的特點(diǎn)，同時(shí)又表現(xiàn)出它許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

47、由于采取了屏蔽和光電隔離等一系列抗干擾措施，使其具有更高的可靠性和較長(zhǎng)的適應(yīng)壽命，并且本身具有完善的自診斷功能，使檢查判斷故障迅速方便，有助于對(duì)故障的快快速修復(fù)。硬件雖然和計(jì)算機(jī)基本相同，但使應(yīng)的語(yǔ)言卻完全不同?？删幊炭刂破鞑捎锰菪螆D和指令表編程，方便易學(xué)，就連不懂計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握。需要改變流程時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，便于編程。它不但具有強(qiáng)大的功能，而且具有良好的通用性，數(shù)據(jù)處理速度快、控制精度高，不僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、

48、計(jì)數(shù)等順控功能，也能完成數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量控制。既可構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，也可構(gòu)成集中式控制系統(tǒng)。它體積小、重量輕、功耗底、環(huán)境適用性強(qiáng)，能在高溫、震動(dòng)大等惡劣環(huán)境下正常工作，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化較理想的設(shè)備，是工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)不可缺少的一部分。下</p><p>　　2 三菱可編程控制器硬件組成</p><p>　　傳統(tǒng)的繼--接系統(tǒng)是由三個(gè)部分組成，其輸入部分是有外部的各種開(kāi)關(guān)和按

49、扭，邏輯部分有若干懂得繼電器和其觸點(diǎn)組成有一定控制功能的電路，輸出部分是各種執(zhí)行元件，如線圈電磁閥指示燈。根據(jù)被控制對(duì)象發(fā)出的開(kāi)關(guān)信息，邏輯電路就按規(guī)定的動(dòng)作要求，判斷該做什么動(dòng)作驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電器。它最大的缺點(diǎn)是：它按固定方式接線，不能靈活更改動(dòng)作程序。和傳統(tǒng)的繼--接裝置相似，三菱可編程控制器也具有輸入、輸出、邏輯控制部分。輸入部分采用光電隔離的光電偶合器件，經(jīng)過(guò)隔離，使外部控制和PLC接口電路實(shí)現(xiàn)真正意義上的電隔離，故互不影響工作點(diǎn)。

50、邏輯部分采應(yīng)大規(guī)模集成電路（CPU）和存儲(chǔ)器（ROM,RAM),通過(guò)對(duì)程序的編寫(xiě)和更改能隨心所欲地控制設(shè)備的工作狀態(tài)，相當(dāng)于在繼--接電路中更改控制電路的連線，但要比更改連線要簡(jiǎn)單得多 。 (1) 主機(jī)部分：fx2n--16三菱PLC輸入輸出接口采應(yīng)螺釘壓接，上邊為交流電源供電端和機(jī)內(nèi)輸出+24伏電源。com接口和輸入接口。輸入接口，符號(hào)X,編號(hào)為X1--X7,以八進(jìn)制數(shù)分配，輸出部分符號(hào)為Y,分配編號(hào)為Y0--Y7,也以八進(jìn)制

51、數(shù)分配。左下角防護(hù)蓋內(nèi)有九針編程電纜插口，用來(lái)編寫(xiě)程</p><p>　　2.2.2三菱FX2N PLC內(nèi)部軟元件及其編號(hào) </p><p>　　三菱可編程控制器內(nèi)部有很多軟元件常用的主要有以下幾種：</p><p>　　(1) 輸入繼電器：專門(mén)用于接收外部開(kāi)關(guān)及按扭或傳感器發(fā)送的信號(hào)，它與PLC的輸入端相接。每個(gè)輸入端都有本身提供的+24V電源，一旦接在某一輸入端

52、的外部信號(hào)與公共端接通或斷開(kāi)，相應(yīng)的輸入繼電器立即投入運(yùn)行工作，它提供無(wú)數(shù)的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，供編程時(shí)使用，軟件編號(hào)，以不同型號(hào)的點(diǎn)數(shù)不同而不同，再系列中，輸入點(diǎn)數(shù)=輸出點(diǎn)數(shù)=1/2總點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　(2) 輸出繼電器：將PLC輸出的信號(hào)傳遞給外部負(fù)載，并有一定的負(fù)載能力。（MR系列為2000mA 、MS 系列為500mA 、 MT系列為500mA）。通過(guò)輸出接線端與被控制負(fù)載連接，根據(jù)被控對(duì)象的外加電

53、壓，且輸入信號(hào)滿足某種要求時(shí)，輸出繼電器動(dòng)作，控制負(fù)載開(kāi)停。符號(hào)Y，和輸入繼電器一樣可提供無(wú)數(shù)的常開(kāi)常閉觸點(diǎn)。以不同PLC點(diǎn)數(shù)不同而有不同。再梯形圖中，它相當(dāng)于繼--接電路中的中間繼電器。</p><p>　　(3) 定時(shí)器與計(jì)數(shù)器:FX2N內(nèi)部有多種定時(shí)器供用戶選擇。主要有100ms、10ms和1ms三種.符號(hào)，編號(hào)T0--T199。當(dāng)程序中定時(shí)設(shè)置到達(dá)時(shí)，輸出繼電器動(dòng)作，帶動(dòng)外部負(fù)載斷開(kāi)或閉合。在編制梯形圖和

54、程序時(shí)，后面必須加有常數(shù)K，以十進(jìn)制表示定時(shí)時(shí)間。如果K=100，選用100ms 定時(shí)器時(shí)，則定時(shí)時(shí)間為10s；計(jì)數(shù)器符號(hào)為C,從C0--C234共235點(diǎn)，也要加有十進(jìn)制常數(shù)K。 (4) 內(nèi)部輔助繼電器：內(nèi)部有許多輔助繼電器，符號(hào)它有無(wú)數(shù)的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，再編程時(shí)可隨意使用。它不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)是由輸出繼電器來(lái)完成的。</p><p>　　另外，其內(nèi)部還有供停電保持用的輔助繼電器和積

55、算型定時(shí)器計(jì)數(shù)器用于電路控制時(shí)不經(jīng)常應(yīng)用。</p><p>　　2.2.3PLC的梯形圖與常用指令 </p><p>　　繼--接電路以被廣大電器工作人員所熟悉，梯形圖就是繼--接電路的延伸，是由繼--接電路演變而來(lái)的。程序的編寫(xiě)主要有兩種編寫(xiě)方法：梯形圖和指令表。 </p><p>　　(1) 梯形圖：它形象直觀，是繼--接電路的延伸，也是編程的主要方法之

56、一。</p><p>　　工作方式不同：繼--接電路中，電路接通時(shí)，線路中各電器都處于受約束狀態(tài)，該吸合的即吸合，不吸合的都有于某種條件限制不能吸合。在PLC梯形圖中，各軟件都處于周期性循環(huán)掃描狀態(tài)而且繼--接電路繼電器觸點(diǎn)數(shù)量有限，梯形圖中每只軟繼電器數(shù)量不受限制可以隨意調(diào)用。 (2) 指令表：FX2N系列PLC編程指令最多可達(dá)8000條，以滿足各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的需要。用圖1說(shuō)明指令的編寫(xiě)方法：（指令表見(jiàn)

57、附頁(yè)）。</p><p>　　程序由若干行組成，每一行就是一條指令，每條指令可讓PLC執(zhí)行某方面的操作功能，每條指令由三部分組成，第一部分為指令序號(hào)，第二部分為指令助記符，它規(guī)定執(zhí)行某一特定的操作，執(zhí)行輸出繼電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和設(shè)計(jì)功能，第三部分為數(shù)據(jù)，指明各軟件的編號(hào)和設(shè)置。</p><p>　　LD：指的是程序設(shè)計(jì)中常開(kāi)觸點(diǎn)的輸入。如輸入接點(diǎn)X0閉合，則 PLC程序開(kāi)始運(yùn)行輸出接點(diǎn)Y0輸出

58、控制信號(hào)，控制外部繼電器接通電機(jī)電源，電機(jī)按星型啟動(dòng)，原理同繼--接電路。</p><p>　　LDI:是程序中常閉觸點(diǎn)的輸入，如輸入接點(diǎn)X1斷開(kāi)，則程序停止運(yùn)行。輸出繼電器Y0停止輸出。LD、 LDI 都接在梯形圖的母線上。</p><p>　　AND:用于常開(kāi)觸點(diǎn)的串聯(lián)，而常閉觸點(diǎn)串聯(lián)用 ANI 指令。串并聯(lián)觸點(diǎn)在梯形圖中的數(shù)量不受限制可多次重復(fù)使用。 OR指令為并聯(lián)連接的常開(kāi)觸點(diǎn)，O

59、RI為常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)連接。</p><p>　　ANB：在并聯(lián)電路指令后面用，作為串聯(lián)電路的結(jié)束，但分支電路的起點(diǎn)要用LD或LDI指令。若多個(gè)并聯(lián)電路指令按順序和前邊的電路串聯(lián)連接時(shí)，ANB指令可無(wú)限次使用。</p><p>　　另外，還有許多指令如空循環(huán)指令NOP.結(jié)束指令END.復(fù)位指令RST等。</p><p>　　設(shè)計(jì)程序時(shí)的注意事項(xiàng)</p>

60、<p>　　PLC的設(shè)計(jì)以繼--接電路為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)過(guò)程中的控制要求和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，結(jié)合實(shí)際情況，確定控制系統(tǒng)的控制過(guò)程和功能，確定使用類型和點(diǎn)數(shù)，正確選用。避免造成浪費(fèi)，F(xiàn)X2N 輸入/輸出 每多一點(diǎn)，價(jià) 格價(jià)格便會(huì)高出人民幣500元左右。畫(huà)出梯形圖，也可用程序指令清單。在三菱指令表和梯形圖之間它們可以相互轉(zhuǎn)換，將所有輸入信號(hào)列表，按內(nèi)部軟元件編號(hào)范圍編制?？刂齐娫醇粗绷髂妇€畫(huà)在最左側(cè)，且輸出繼電器右側(cè)不能有控制指令.即不能有控

61、制符號(hào)。將有串聯(lián)電路符號(hào)多的電路編寫(xiě)在上方和左邊。</p><p>　　2.2.4三菱可編程控制器在生產(chǎn)中的應(yīng)用</p><p>　　我公司有空調(diào)有兩臺(tái)15KW空調(diào)用風(fēng)機(jī)，要求其中一臺(tái)電動(dòng)機(jī)損壞后，另外一臺(tái)備用電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)，并且任何一臺(tái)也能單獨(dú)運(yùn)行。</p><p>　　設(shè)計(jì)思路：由于電動(dòng)機(jī)功率較大，使用降壓?jiǎn)?dòng)。用三只按鈕進(jìn)行啟動(dòng)與停止操作，兩只啟啟動(dòng)按鈕，一只

62、停止按鈕，用兩只熱繼電器常開(kāi).常閉點(diǎn)作切換輸入元件。由于控制功能較簡(jiǎn)單，可選用MR繼電器輸出型.梯形圖如附圖。</p><p>　　元件編號(hào)及功能定義如下：</p><p>　　X00 停止按鈕 Y0 運(yùn)行電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng) </p><p>　　X01 備用電機(jī)熱保護(hù) Y1 運(yùn)行電機(jī)全壓運(yùn)行</p><p>　　X02 運(yùn)行電機(jī)熱保護(hù) Y2 備用

63、電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)</p><p>　　X03 運(yùn)行電機(jī)啟動(dòng)按鈕 Y3 備用電機(jī)全壓運(yùn)</p><p>　　X04 備用電機(jī)熱保護(hù)： T0.T1 內(nèi)部定時(shí)器</p><p>　　由于可編程控制器功能強(qiáng)大、體積小，當(dāng)應(yīng)用于特種設(shè)備控制時(shí)，其指令有待于大家共同研究開(kāi)發(fā)。</p><p>　　PLC通電以后,需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化的工作,為了PLC

64、的輸出即使響應(yīng)各種輸入信號(hào),初始化后反復(fù)不停地分階段處理不同的任務(wù)。這種周而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式.</p><p>　　2.3.變頻器的介紹</p><p>　　2.3.1變頻器的控制</p><p>　　用變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比，節(jié)能效果十分顯著（可根據(jù)具體情況計(jì)算出來(lái)）。其優(yōu)點(diǎn)是： </p><p

65、>　　（1）起動(dòng)平衡，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； </p><p>　?。?）由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等的使用壽命； </p><p>　?。?）可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)； </p><p>　　一般地說(shuō)，當(dāng)由一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺(tái)變頻器

66、同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載時(shí)的用水量比兩臺(tái)水泵全速供水量相差很多時(shí)，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的容量。 </p><p>　　雖然水泵在低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。因此，電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)是必需的。對(duì)于這種由

67、于頻繁地升、降速而積累起來(lái)的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)。 </p><p>　　在主要功能預(yù)置方面，最高頻率應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時(shí)間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時(shí)間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時(shí)，只要在預(yù)置時(shí)設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速

68、時(shí)間將自動(dòng)失效</p><p>　　交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國(guó)是每秒50周。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為： </p><p>　　n＝60 f(1－s)/p (1) </p><p>　　式中 n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；&

69、lt;/p><p>　　f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率； </p><p>　　s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率； </p><p>　　p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 </p><p>　　由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)

70、的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段</p><p>　　2.3.2變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　從頻率變換的形式來(lái)說(shuō)，變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的電流電，稱為直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過(guò)整流變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，又稱間接式變頻器。市售通用變頻器多是

71、交-直-交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下：</p><p>　　圖表6 變頻器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu) </p><p>　　(1)整流器：電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相（也可以是單相）交流整流成直流。</p><

72、p>　　(2)直流中間電路：直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。由于逆變器的負(fù)載多為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無(wú)論是電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)其功率因數(shù)總不會(huì)為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件（電容器或電抗器）來(lái)緩沖。所以又常稱直流中間環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。</p><p>　　(3

73、)逆變器：負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率及電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。</p><p>　　(4)控制電路:變頻器的控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制及完成各種功能?？刂齐娐肥亲冾l器的核心部分，性能的優(yōu)劣決定

74、了變頻器的性能。</p><p>　　一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成，直流中間電路的儲(chǔ)能元件在整電路是電壓源時(shí)是大容量的電解電容，在整流電路是電流源時(shí)是大容量的電感。為了電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻及一些輔助電路。逆變電路最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用6個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成的三橋式逆變電路。有規(guī)律的控制逆變器中主開(kāi)關(guān)的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是

75、微型計(jì)算機(jī)，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障。下圖為電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)</p><p>　?。╝）電壓型變頻器主電路 （b）電流型變頻器主電路</p><p>　　2.3.3變頻器的分類及控制方式</p><p>　　變頻器較詳細(xì)的工作原理

76、還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類如下：</p><p>　　(1)U/f控制。U/f控制即電壓與頻率成比例變化控制。由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動(dòng)機(jī)，處于電機(jī)磁場(chǎng)恒定的考慮，在變頻的同時(shí)都要伴隨著典雅的調(diào)節(jié)。U/f控制由于忽略了電機(jī)漏阻抗的作用，在低頻段的工作特性不理想。因而實(shí)際變頻器中常采用E/f控制，采用U/f控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。</p><p>

77、;　　(2)轉(zhuǎn)差率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是在E/f控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差率控制的一種控制方式。從電機(jī)的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。更重要的是，在E/f=常數(shù)條件下，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)差頻率的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。采用轉(zhuǎn)差率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。</p><p>　　(3)矢量控制。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電機(jī)磁場(chǎng)電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別

78、控制的啟發(fā)而設(shè)計(jì)的一種控制方式。矢量控制將交流電機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計(jì)算出定子電流的磁場(chǎng)分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。</p><p>　　通用變頻器按工作方式分類的工程意義在于各類變頻器對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性。普通功能型變頻器適用泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。</p>

79、<p><b>　　控制方式:</b></p><p>　　(1)操作面板控制方式。這是通過(guò)操作面板的按鈕手動(dòng)設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。具體操作又有兩種方法：一個(gè)按面板上頻率上升或頻率下降的按鈕調(diào)節(jié)輸出頻率；另一種方法是通過(guò)直接設(shè)定頻率數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。</p><p>　　(2)外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式。變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能。各段頻率

80、值通過(guò)功能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過(guò)外部端子選擇。變頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端。</p><p>　　(3)外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式。為了方便與輸出量為模擬電流或電壓的調(diào)節(jié)器、控制器的連接，變頻器還沒(méi)有模擬量輸入端，如圖1-5中的C1端為電流輸入端，11、12、13端為電壓輸入端，當(dāng)接在這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內(nèi)平滑變化時(shí)，變頻器的輸出頻率在一定范圍內(nèi)平滑變化。</p>&l

81、t;p>　　(4)通信數(shù)字量操作方式。為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都通過(guò)通信方式接收頻率變化指令。</p><p>　　變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成的。</p><p>　　2.3.4變頻調(diào)速的特點(diǎn)及分析</p><p>　　用戶用水的多少是經(jīng)常變動(dòng)的，因此供水不足

82、或供水過(guò)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。 </p><p>　　恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如

83、發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 </p><p>　　隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(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(mén)等東西的使用壽命；

84、可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。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)到高效率的運(yùn)行目的。</p><p>　　2.3.5恒壓供水的變頻應(yīng)用方式</p><p>　　通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開(kāi)，供水量小時(shí)開(kāi)一臺(tái)或兩臺(tái)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其

85、二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過(guò)PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復(fù)雜，是未來(lái)的發(fā)展方向.</p><p>　　2.3.6 PID控制原理</p><p>　　根據(jù)反饋原理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個(gè)物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系

86、統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。但被控制的系統(tǒng)特點(diǎn)是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動(dòng)較大時(shí)使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時(shí)采用PID來(lái)保持靜態(tài)精度。這通過(guò)PLC加智能儀表可時(shí)現(xiàn)該算法，同時(shí)對(duì)PLC的編程來(lái)時(shí)現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實(shí)踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價(jià)也不高。 </p><p>　　要想維持供水網(wǎng)

87、的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而采用PLC參與控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。</p><p>　　2.4.A/D和D/A模塊</p><p>　　在科研、生產(chǎn)中，要經(jīng)常進(jìn)行模擬量的測(cè)量和控制。為了對(duì)溫度、壓力、流量、速度、位移等物理量進(jìn)行測(cè)

88、量和控制，都是通過(guò)各種傳感器把上述物理量轉(zhuǎn)換成模擬物理量的電信號(hào)，即模擬電信號(hào)；將模擬電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量，送進(jìn)計(jì)算機(jī)，這就是A/D變換過(guò)程或稱為數(shù)據(jù)采集。目前大部分傳感器輸出的仍是電壓或電流等模擬信號(hào)，所以往往需要將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于處理和存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)，這時(shí)就需要一個(gè)接口電路把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，能完成這項(xiàng)任務(wù)的接口部件就是A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。</p><p><b>　　2

89、.4.1變換原理</b></p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換為一定進(jìn)制的數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器大多是將電壓量轉(zhuǎn)換為正比的二進(jìn)制數(shù)字量，乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)后可獲得電壓的數(shù)值量，也有先將電壓量轉(zhuǎn)換為時(shí)間或頻率，然后再經(jīng)計(jì)數(shù)得到電壓的數(shù)值量。D/A轉(zhuǎn)換器相反。D/A轉(zhuǎn)換器按照工作原理的不同，可以分為兩大類，即直接D/A轉(zhuǎn)換器和間接D/A轉(zhuǎn)換器。直接D/A轉(zhuǎn)換器的工作方式是指直接將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出

90、的模擬信號(hào)；而間接D/A轉(zhuǎn)換器的工作方式是先將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為某種中間量，然后再將這種中間量轉(zhuǎn)換成為輸出的模擬量。 </p><p>　　第3章 三泵恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件的連接</p><p>　　變頻器多功能端SC接PLC的COM端，PLC的24v接PLC的COM端, PLC輸出端Y00接變頻器多功能端S1端，中間有個(gè)點(diǎn)動(dòng)按

91、扭SB1，PLC輸出端Y01接變頻器多功能端S2端，中間也有個(gè)點(diǎn)動(dòng)按扭SB2，變頻器多功能端FR接D/A模塊的輸出端Uout, 變頻器多功能端FC接D/A模塊的COM端,直流穩(wěn)壓電源的正極接A/D模塊的輸入端Vin1端，直流穩(wěn)壓電源的負(fù)極接A/D模塊的COM1端，變頻器的U/V/W端接電機(jī)，變頻器的R/S/T端接電源。（直流穩(wěn)壓電源的量程是9V）</p><p>　　3.2系統(tǒng)的I/O口及地址分配</p&g

92、t;<p>　　X0: 起動(dòng)按鈕 X1: 水壓下限 X2: 水壓上限 </p><p>　　X3: 停止按鈕 X4:FR1( 常閉 )X5:FR2( 常閉 ) </p><p>　　X6:FR3( 常閉 ) </p><p>　　Y0: 運(yùn)行 (STF)Y1: 多段速度 (RH) </p><p>　　Y2: 多段速度 (RH)

93、Y3: 多段速度 (RL) </p><p>　　Y4~Y11:KM1~KM6Y12:FR 動(dòng)作報(bào)警</p><p>　　根據(jù)控制要求及 I/O 分配 , 其系統(tǒng)接線如圖所示。</p><p>　　圖表 6 I/O 分配</p><p>　　3.3變頻器參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　上限頻率 Pr1=50Hz 下

94、限頻率 Pr2=0Hz </p><p>　　基底頻率 Pr3=50Hz 加速時(shí)間 Pr7=5s </p><p>　　減速時(shí)間 Pr8=5s </p><p>　　電子過(guò)電流保護(hù) Pr9= 電動(dòng)機(jī)的額定電流 </p><p>　　操作模式選擇 Pr79=3 起動(dòng)頻率 Pr13=0.5Hz </p><p>　　多段速

95、度設(shè)定 Pr4=15Hz 多段速度設(shè)定 Pr5=20Hz </p><p>　　多段速度設(shè)定 Pr6=25Hz </p><p>　　多段速度設(shè)定 Pr24=30Hz </p><p>　　多段速度設(shè)定 Pr25=35Hz </p><p>　　多段速度設(shè)定 Pr26=40Hz </p><p>　　多段速度設(shè)定 Pr

96、27=45Hz </p><p>　　3.4系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)工作原理,將壓力傳感器測(cè)量值（直流穩(wěn)壓電源的電壓信號(hào)）經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送到三菱PLC模塊上,CPU模塊對(duì)送來(lái)的數(shù)據(jù)掃描,再把編好的程序也送到PLC的寄存器里,和設(shè)定壓力值進(jìn)行PID運(yùn)算，比較后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換送給變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。根據(jù)上述原理得出下圖程序方框圖,并在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上調(diào)試。雙泵恒壓供水系統(tǒng)的

97、程序：</p><p>　　圖表7 雙泵恒壓供水系統(tǒng)</p><p>　　3.5系統(tǒng)程序的調(diào)試</p><p>　　(1) 設(shè)定參數(shù) , 按上述變頻器的設(shè)定值定變頻器的參數(shù)。 </p><p>　　(2) 輸入程序 , 按上圖所示的梯形圖正確輸入程序。 </p><p>　　(3)PLC 模擬調(diào)試 , 按圖 6所示的

98、控制電路正確連接好輸入設(shè)備 , 進(jìn)行 PLC 的模擬調(diào)試 , 觀察 PLC 的輸出指示燈是否按要求指示 , 否則檢查并修改程序 , 直至指示正確。 </p><p>　　(4) 空載調(diào)試 , 按圖 6所示的控制電路圖 , 將 PLC 與變頻器連接好 ( 不接電動(dòng)機(jī) ), 進(jìn)行 PLC 、變頻器的空載調(diào)試 , 通過(guò)變頻器的操作面板觀察變頻器的輸出頻率是否符合要求 , 否則檢查系統(tǒng)接線、變頻器的參數(shù)、 PLC 的程序

99、 , 直至變頻器按要求運(yùn)行。 </p><p>　　(5) 系統(tǒng)調(diào)試 , 正確連接好全部設(shè)備 , 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試 , 觀察電動(dòng)機(jī)能否按控制要求運(yùn)行 , 否則 , 檢查系統(tǒng)接線、變頻器參數(shù)、 PLC 程序 , 直至電動(dòng)機(jī)按控制要求運(yùn)行。</p><p><b>　　第4章 總結(jié)與分析</b></p><p>　　用戶用水的多少及流量是經(jīng)常變動(dòng)的，因

100、此供水不足或供水過(guò)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。 </p><p><b>　　4.1 原理概述</b></p><p>　　恒壓變流量供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用

101、電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與單片機(jī)、可編程控制器（PLC）或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）等控制單元構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，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)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。</p><p>　　系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，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，其差值輸入到控制單元的CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變

102、量泵電動(dòng)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。</p><p><b>　　4.2 控制方案</b></p><p>　　在高層樓宇或生活小區(qū)的供水管網(wǎng)系統(tǒng)中由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力以滿足管網(wǎng)中壓力最不利點(diǎn)的壓力損失ΔP和流量Q之間存在著如下關(guān)系：ΔP=KQ2；式中K為系數(shù)。</p><p

103、>　　設(shè)定PL為壓力最不利點(diǎn)所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力P應(yīng)為：P=PL+ΔP= PL+ KQ2；此時(shí)可滿足用戶用水的需求壓力值又可以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。因此供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力值應(yīng)根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值，這種恒壓供水技術(shù)稱為變量恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)的供水壓力為恒定值而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　典型的自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)具有控制水泵出口總管壓力恒定、變流量供水功能。系統(tǒng)

104、通過(guò)安裝在出水總管上的壓力變送器和流量傳感器實(shí)時(shí)將壓力和流量非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流弱電信號(hào)，輸入到系統(tǒng)控制單元—PLC的模擬信號(hào)輸入模塊，信號(hào)經(jīng)CPU運(yùn)算處理后與設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算得出最佳的運(yùn)行工況參數(shù)，由PLC的輸出模塊輸出邏輯控制指令和控制變頻器輸出頻率的信號(hào)值控制泵站投運(yùn)水泵的臺(tái)數(shù)及變量泵的運(yùn)行工況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)水泵根據(jù)CPU指令實(shí)施軟啟動(dòng)、軟切換及變頻運(yùn)行。系統(tǒng)可根據(jù)用戶終端用戶用水量的變化，自動(dòng)控制泵組水泵的循環(huán)運(yùn)行以提

105、高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及供水的質(zhì)量。</p><p>　　考慮到高層樓宇存在生活供水和消防供水兩組管網(wǎng)，我們?cè)谶M(jìn)行高層樓宇全自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和施工時(shí)，可根據(jù)用戶的實(shí)際需要設(shè)計(jì)綜合控制系統(tǒng)，一般來(lái)說(shuō)控制系統(tǒng)有兩種控制實(shí)現(xiàn)手段：1、將兩套系統(tǒng)的控制合二為一，即生活供水分部的壓力、流量傳感變送單元檢測(cè)管網(wǎng)過(guò)程信號(hào)轉(zhuǎn)換為保證電流信號(hào)傳輸至控制單元由控制單元控制管網(wǎng)維持恒壓變流運(yùn)行，當(dāng)遇到緊急情況需要進(jìn)行消防供水時(shí)，控制單元檢測(cè)到

106、傳輸過(guò)來(lái)的自動(dòng)消防運(yùn)行指令或由人工操作運(yùn)行將消防供水回路打開(kāi)，同時(shí)變頻器切換至拖動(dòng)消防水泵運(yùn)行（系統(tǒng)先將消防供水回路的電動(dòng)閥門(mén)打開(kāi)或人工開(kāi)啟手動(dòng)閥門(mén)），此時(shí)生活供水回路暫停運(yùn)行；2、兩套系統(tǒng)分開(kāi)控制和運(yùn)行，生活供水控制系統(tǒng)依舊如前所述，消防供水控制系統(tǒng)與消防報(bào)警控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，一旦消防報(bào)警控制系統(tǒng)檢測(cè)到險(xiǎn)情，則消防供水控制系統(tǒng)立即開(kāi)始運(yùn)行，同時(shí)發(fā)送指令到生活供水控制系統(tǒng)將該系統(tǒng)立即停止，運(yùn)行的方式可以設(shè)計(jì)為單獨(dú)的消防供水變頻器拖動(dòng)水泵自動(dòng)

107、或手動(dòng)運(yùn)行。</p><p><b>　　系統(tǒng)功能</b></p><p>　　助泵工頻運(yùn)行、當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到最小頻率時(shí)則停止最后啟動(dòng)的輔助泵，由此控制增減工頻運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)。</p><p><b>　　方式B</b></p><p>　　固定驅(qū)動(dòng)某臺(tái)泵，并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻率使輔助泵工頻運(yùn)行，