1、<p>　　畢 業(yè) 論文（設(shè) 計） </p><p>　　題目：恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　姓 名 ： </p><p>　　學(xué) 號 ： </p><p>　　專 業(yè) ： </p><p>　　班 級 ： </p>

2、;<p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　摘要 本論文設(shè)計了以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合運用變頻調(diào)速技術(shù)以及自動控制技術(shù)，實現(xiàn)了恒壓供水的控制，保證了供水系統(tǒng)隨時維持在最佳運行狀況。系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、壓力變送器以及泵組等組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量，采用變頻調(diào)速方式自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速或加、減泵，自動完成泵組軟

3、啟動及無沖擊切換，這樣的切換過程有效地減少了泵的頻繁起停。</p><p>　　關(guān)鍵詞 變頻調(diào)速 恒壓供水 PLC </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 前

4、 言- 1 -</p><p>　　1.1 選題背景- 1 -</p><p>　　1.2 研究意義- 1 -</p><p>　　1.3 主要設(shè)計內(nèi)容- 2 -</p><p>　　2 變頻供水技術(shù)- 2 -</p><p>　　2.1 供水的模式- 2 -</p><p>　　2

5、.1.1 傳統(tǒng)供水模式- 2 -</p><p>　　2.1.2 變頻調(diào)速供水- 3 -</p><p>　　2.2 供水系統(tǒng)的基本特性- 3 -</p><p>　　2.3 變頻調(diào)速原理- 4 -</p><p>　　2.4 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理- 5 -</p><p>　　2.5 電機變頻轉(zhuǎn)工頻原理

6、- 6 -</p><p>　　3 PID在恒壓供水中的應(yīng)用- 7 -</p><p>　　3.1 PID控制原理- 7 -</p><p>　　3.2 經(jīng)典PID控制及調(diào)節(jié)- 7 -</p><p>　　4 系統(tǒng)設(shè)計- 10 -</p><p>　　4.1設(shè)計原理- 10 -</p><

7、p>　　4.2 系統(tǒng)方案- 10 -</p><p>　　4.3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計- 12 -</p><p>　　4.3.1主回路設(shè)計- 12 -</p><p>　　4.3.2 PLC的 I/O點分配- 13 -</p><p>　　4.3.3 控制回路設(shè)計- 13 -</p><p>　　4.4 變

8、頻器- 14 -</p><p>　　4.5 軟件設(shè)計- 16 -</p><p>　　5 結(jié)論- 24 -</p><p>　　參 考 文 獻- 25 -</p><p>　　致 謝- 26 -</p><p><b>　　恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計</b></p><

9、;p><b>　　1 前 言</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p><p>　　近年來，隨著居民區(qū)的不斷擴建與改造，樓房層數(shù)的不斷加高，我國居民用水難問題越來越突出，特別是高層建筑居民，原有的自來水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)不足，大部分地區(qū)普遍存在著用水高峰期高層供水壓力不夠，高層居民經(jīng)常出現(xiàn)用水難問題，給生活帶來極大

10、的不便，特別在大城市這類問題特別突出。針對上述問題，本文設(shè)計了恒壓供水系統(tǒng)。 </p><p>　　1.2 研究意義 </p><p><b>　?。?）提高供水質(zhì)量</b></p><p>　　用戶用水的多少是經(jīng)常變動的

11、，因此供水不足和供水過剩的情況時有發(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，即用水多則壓力小，用水少則壓力大。保持供水系統(tǒng)的壓力恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，壓力保持恒定，從而提高了供水的質(zhì)量。</p><p><b>　?。?）節(jié)約能源</b></p><p>　　用變頻調(diào)速來實現(xiàn)恒壓供水，與調(diào)節(jié)出水口閥門來實現(xiàn)

12、恒壓供水相比較，節(jié)能的效果是非常顯著的。以下是一凈水站的節(jié)能計算資料（采用單臺變頻器控制大泵）：配用變頻器前U1=380V，I1=526A，P1=200KW，配用變頻器后U1=380V，I1=421A，P1=160KW。 </p><p><b>　　1>電動機節(jié)能計算</b></p><p>　　配用變頻器前

13、年消耗電能（按每天工作16h，每年工作300天計）</p><p>　　W1=200*16*300=960000KW.h 用變頻器后年消耗電能</p><p>　　W1=160*16*300=768000KW.h </p

14、><p><b>　　年節(jié)約電能</b></p><p>　　W=960000-768000=192000KW.h </p><p><b>　　2>年節(jié)能總計</b></p><p>　　如果每千瓦時電能的電費按0.5元計

15、，則年節(jié)約電費Y=0.5*192000=96000元。 </p><p>　　我國的資源目前已處于非常緊張的狀態(tài)，由以上分析可知，研究恒壓供水系統(tǒng)是非常有經(jīng)濟意義的。 </p><p>　　1.3 主要設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　本設(shè)計了解了建筑物供水的基本方法，了解恒壓供水的原則、需要檢測的

16、參數(shù)及控制方式。選擇通用變頻器及PLC與壓力變送器等配置了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，通過FX2N系列PLC實現(xiàn)異步電機的調(diào)速控制。在了解了控制要求的情況下完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，包括控制系統(tǒng)的I/O點分配和電氣控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計等，另外還完成了軟件的編制調(diào)試。 </p><p><b>　　2 變頻供水技術(shù)</b></p><

17、p><b>　　2.1 供水的模式</b></p><p>　　2.1.1 傳統(tǒng)供水模式 </p><p>　　傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)可分為重力供水和壓力供水。重力供水方式有水箱和水塔供水，壓力供水方式有氣壓供水。</p><p>　?、?對于氣壓式供水方式，壓力供水系統(tǒng)在地下室或某些空余之處設(shè)置水泵機組和氣壓罐等設(shè)備，采用壓力給水來滿足建筑物的

18、供水要求。氣壓供水系統(tǒng)是以氣壓罐利用密閉壓力將罐內(nèi)貯水送到管網(wǎng)中去，其優(yōu)點是靈活性大，建設(shè)快，污染少，有利于抗震，可消除管道中的噪聲。缺點是需要用金屬制造，其體積和投資大，壓力變化大，運行效率低，還需使用張力膜或空氣壓縮機充氣，維護費用高。 </p><p>　?、?對于水箱供水方式，需要將水箱置于屋頂?shù)淖罡咛?，在大型建筑中即使如此，還常常不能滿足供水要求，同時由于其存水量較大，增加了結(jié)構(gòu)的承重和占用了樓層建筑面

19、積，有礙美觀。此外，屋頂水箱必須高出屋面幾米，建筑立面較難處理，投資大，周期長。 </p><p>　　⑶ 對于水塔供水方式，水塔供水在無人值守時，總要開啟一個泵運行，而且多個水泵不能自動循環(huán)使用，不能均衡泵的使用壽命。此外，水塔供水容易造成二次污染，需要定期清理、消毒，周期性維護投入多。水塔供水需要專門的泵房，要有人值班，在用水高峰期要開備用泵，而且只能人工調(diào)整壓力。該供水方式常造成水壓不穩(wěn)，水量不足。水塔供水

20、建筑投資和空間占有都比較大，且在火災(zāi)時不能很快起動到消防所需壓力，不適合對壓力有特殊要求的場合[1]。</p><p>　　2.1.2 變頻調(diào)速供水 </p><p>　　自從通用變頻器問世以來，變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速供水有

21、別于水塔式供水、高位水箱式供水、壓力罐式供水等各種傳統(tǒng)的供水方式。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，保持水壓恒定，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速供水方式消除了高位水箱儲水環(huán)節(jié)，避免了水質(zhì)的二次污染。泵組及控制系統(tǒng)集中設(shè)在泵房，占地面積小，安裝快，投資省。采用閉環(huán)式供水方式，根據(jù)管網(wǎng)壓力信號調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變量供水，水質(zhì)

22、穩(wěn)定，可靠性高。變頻調(diào)速供水方式中，水泵的轉(zhuǎn)速隨著管網(wǎng)流量的變化而變化且管網(wǎng)壓力恒定，能減少水能的消耗?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng)的運行方式是可節(jié)電 40％～60％，節(jié)水15％～30％。另外，變頻調(diào)速水泵的啟動為軟啟動，減少了對水泵及電網(wǎng)的沖擊，且多臺泵組采用先投入，先退出的運行方式，確保每臺泵的運行時間相同，能夠有效延長泵組的使用壽命。 這種供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，

23、運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自</p><p>　　2.2 供水系統(tǒng)的基本特性 </p><p>　　供水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以供水系統(tǒng)管的管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(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，

24、揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Qu之間的關(guān)系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，揚程H與流量Q之間的關(guān)系曲線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、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律[2]，由圖2.1可知，在同一閥門開度下，揚程H越大，流量Q也越小。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，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程與供水流量Qc之間的關(guān)系H=f(Qc

25、)。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖1中A點。在這一點，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 </p><p>　　圖1 供水系統(tǒng)基本特性</p><p>　　2.3 變頻調(diào)速原理 </p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等

26、構(gòu)成。通常由鼠籠式異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的[3]。 </p><p>　　異步電機的轉(zhuǎn)差率定義為： S=1-(n/n1)</p><p>　　異步電機的同步速度為： n1=

27、60f/p </p><p>　　異步電機的轉(zhuǎn)速為： n=60f(1-s)/p</p><p>　　其中：n1為異步電機的理想空載轉(zhuǎn)速； </p><p>　　n為異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； </p><p>　　f是異步電機的定子電源頻率； </p><p>　　p為異步電機的極對數(shù)。 </p>&

28、lt;p>　　從上式可知，當極對數(shù)p不變時，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電源頻率f成正比，因此連續(xù)調(diào)節(jié)異步電機供電電源的頻率，就可以連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電機的同步轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速時，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，調(diào)速性能可與直流電動機調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用于對水泵電機的調(diào)速[4]

29、。</p><p>　　2.4 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理 </p><p>　　由流體力學(xué)可知，水泵給管網(wǎng)供水時，水泵的輸出功率P與管網(wǎng)的水壓p及出水流量q的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速n與出水流量q成正比；管網(wǎng)的水壓p與出水流量q的平方成正比。由上述關(guān)系可知，水泵的輸出功率P與轉(zhuǎn)速n的三次方成正比，如公式2-1所示:</p><p><b>　　( 2-1)&l

30、t;/b></p><p>　　式中：k,k1, k2 及k3均為比例常數(shù)。當系統(tǒng)出水流量減小時，通過變頻調(diào)速裝置將供水水泵轉(zhuǎn)速調(diào)小，則水泵的輸出功率將隨轉(zhuǎn)速的變化而減小。變頻調(diào)速節(jié)能原理如圖2所示。圖中曲線3為管網(wǎng)阻力特性曲線，曲線4為水泵轉(zhuǎn)速為n1時的運行性曲線，曲線5為水泵轉(zhuǎn)速為n2時的運行特性曲線。水泵原來的工作點為曲線3和曲線4的交點A，此時出水流量為q1，管網(wǎng)水壓為p1，水泵轉(zhuǎn)速為n1。當系統(tǒng)的

31、出水流量減小到q2時，系統(tǒng)管網(wǎng)特性為曲線1，曲線1和曲線4的交點B為運行工作點。此時管網(wǎng)水壓為p2，水泵的輸出功率正比于p2×q2。由于p2>p1，高出的壓力能量被浪費了，同時過高的水壓對管網(wǎng)和設(shè)備還可能造成危害。如采用變頻調(diào)速裝置，將此時水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，曲線5和曲線2的交點C為水泵的運行工作點。調(diào)速后管網(wǎng)的水壓仍保持為p1，出水流量為q2，水泵的輸出功率正比于p1×q2。從圖2.2中可見，陰影部分正比于浪

32、費的功率輸出。例如，當q2為q1的80%時，通過調(diào)速將n2調(diào)為n1的80%，則水泵的輸出功率為的51.2%。如不采用調(diào)速控制，48.8%的能量將被浪費。可見變頻調(diào)速的經(jīng)濟效益十分可觀[5]。</p><p>　　圖2 變頻調(diào)速節(jié)能原理圖</p><p>　　2.5 電機變頻轉(zhuǎn)工頻原理 </p><p>　　用單臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵的軟起動和調(diào)速時，由于用戶用水量的

33、不斷變化，電機時常需要在變頻和工頻之間切換。電機變頻轉(zhuǎn)工頻原理如圖3所示，KM1,KM2為交流接觸器，M為水泵電機，BX，F(xiàn)WD，CM是變頻器外控端子，當FWD-CM接通時，電機正轉(zhuǎn)運行，當FWD-CM斷開時，電機正轉(zhuǎn)運行停止；當BX-CM接通時，變頻器斷開所有輸出，電機處于自由運轉(zhuǎn)模式，變頻器正常運轉(zhuǎn)時，必需保證BX-CM斷開。當KM1斷開，KM2吸合，水泵在變頻器驅(qū)動下，逐漸升頻（這一過程稱水泵電機軟起動），當變頻器頻率上升到50H

34、z后，如果系統(tǒng)水壓仍舊達不到壓力設(shè)定值時，自控系統(tǒng)將進行水泵切換操作，斷開KM2，吸合KM1，使該水泵電機直接接入電網(wǎng)電壓下運行，變頻器在對另一臺水泵電機實現(xiàn)軟起動，并進行調(diào)速以保證系統(tǒng)水壓穩(wěn)定在設(shè)定值[6]。</p><p>　　圖3 電機變頻轉(zhuǎn)工頻原理圖</p><p>　　3 PID在恒壓供水中的應(yīng)用</p><p>　　3.1 PID控制原理 </p

35、><p>　　根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個物理量與恒值比較，形成閉環(huán)系統(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)。但由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后、大慣性的系統(tǒng)，不易直接采用PID調(diào)節(jié)器進行控制，而采用PLC控制和PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用PID來保持靜

36、態(tài)精度。這通過PLC加智能儀表可時現(xiàn)該算法，同時對PLC的編程來時現(xiàn)泵的工頻與變頻之間的切換。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。 </p><p>　　3.2 經(jīng)典PID控制及調(diào)節(jié)</p><p>　　PID控制是一種負反饋控制，它所組成的控制系統(tǒng)由PID控制器和被控對象組成，具有一般閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過負反饋作用使被控系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。PID控制系統(tǒng)方框圖如圖4所示。&

37、lt;/p><p>　　圖4 PID控制系統(tǒng)方框圖 </p><p>　　PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值y(t)構(gòu)成的控制偏差： </p><p>　　e(t)=y(t)－r(t) (3－1)</p><p>　　將偏差e(t)的比例(Proportion)、積分

38、(Integral)和微分(Differential)，通過線性組合構(gòu)成控制器，對被控對象進行控制，故稱PID控制器[8]。其理想的控制規(guī)律為</p><p>　　u(t)=Kp[] （3-2）</p><p>　　對上式作拉氏變化可得：</p><p>　　） （3-3）</p><p>　　PID控制器的傳遞

39、函數(shù)形式由式公式（3－3）描述。</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　式中： KP —比例系數(shù)</p><p>　　Ki=TiT—積分系數(shù)</p><p>　　KD=TTD—微分系數(shù)</p><p><b>　　Ti—積分時間系數(shù)</b><

40、;/p><p><b>　　TD—微分時間系數(shù)</b></p><p>　　PID控制器各個部分的作用及其在控制中的調(diào)節(jié)規(guī)律如下[9]： </p><p>　　1.比例增益部分(P)用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的量，能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。由經(jīng)典控制理論可知，比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)的增大而減少，

41、但比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p>　　2．積分部分(I)表明控制器的輸出不僅與輸入控制的系統(tǒng)偏差的大小有關(guān)，</p><p>　　還與偏差持續(xù)的時間有關(guān)，即與偏差對時間的積分成線性關(guān)系。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實現(xiàn)對被控對象的調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)偏差為零。因此積分作用主要是用來消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差，提高精度，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti, Ti越

42、大，積分作用越弱，反之則越強。然而，單純的積分作用速度太慢，無法及時對系統(tǒng)的偏差變化做出快速反應(yīng)。</p><p>　　3.微分部分(D)可以對輸入的變化趨勢做出反應(yīng)，即它的輸入與輸出的大小無關(guān)，但與輸入量的導(dǎo)數(shù)成線性關(guān)系。它是用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，減小調(diào)節(jié)時間，用來改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。由于微分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中引入了一個零點，如果使用不當會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。 </p>&

43、lt;p>　　PID的三種作用是各自獨立的，互不影響的。改變一個調(diào)節(jié)參數(shù)，只影響一種調(diào)節(jié)作用，不會影響其他的調(diào)節(jié)作用。顯然，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，單獨使用上面任意一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。如果能將它們的作用作適當?shù)呐浜希梢允拐{(diào)節(jié)器快速、平穩(wěn)、準確運行，從而獲得滿意的控制效果。一般來說，系統(tǒng)是使用它們的組合，如PI控制算法，PD控制算法和PID控制算法[10]。</p><p><b>

44、　　4 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　4.1設(shè)計原理 </p><p><b>　　圖5 設(shè)計原理圖</b></p><p>　　由設(shè)計原理圖圖5可知，系統(tǒng)是通過壓力變送器測量管網(wǎng)壓力，再傳給PLC系統(tǒng)，經(jīng)過PLC運算以后，對變頻器發(fā)出控制信號，從而控制電機的啟停，來保持恒壓給水。恒壓供水泵站一般需

45、要設(shè)多臺水泵及電機，這比設(shè)單臺水泵電機節(jié)能而可靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠大，在用水量少時來開一臺大電機肯定是浪費的，電機選小了用水量大時供水量則相應(yīng)的會不足。而且水泵與電機維修的時候，備用泵是必要的。而恒壓供水的主要目標是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的，那么這就是要用變頻器為水泵電機供電。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺水泵電機配一臺相應(yīng)的變頻器，從解決問題方案這個比較簡單和方便，電機

46、與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費的角度來看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換的，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余的水泵工頻運行，以滿足不同的水量需求。</p><p><b>　　4.2 系統(tǒng)方案</b></p><p><b>　　確定系統(tǒng)方案如下：</b></p><p>　　

47、圖6 控制系統(tǒng)組成方框圖</p><p>　　一般供水系統(tǒng)三臺泵組成，故本變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)采用一臺變頻器控制三臺水泵輪流切換?？刂葡到y(tǒng)組成方框圖如圖4.2所示, 3臺生活水泵功率為22kW。系統(tǒng)主要由三菱FX-2N系列PLC、三菱FR-A540變頻器、壓力變送器、低壓電氣設(shè)備及水泵組成。其中水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實現(xiàn)變流量恒壓控制。安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器將主水管網(wǎng)水壓，經(jīng)模擬量輸入模塊

48、，變換為4-20mA的標準電信號，輸入PLC，PLC進行PID運算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持恒定；當用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行，當用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，變頻器的頻率上限信號被PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將下一臺備用泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網(wǎng)的供

49、水量保證壓力穩(wěn)定，第3臺泵則處于待機狀態(tài)，若2臺泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，再將一臺備用泵投入變頻運行。當用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速</p><p>　　4.3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　4.3.1主回路設(shè)計 </p><p>　　采用一

50、拖多的方式，每臺電機水泵既可工頻運行又可變頻運行。主回路如圖7所示。</p><p><b>　　圖7 主電路圖</b></p><p>　　三臺電機分別為M1，M2，M3。接觸器KM2，KM4，KM6分別控制電機M1，M2，M3的變頻運行；接觸器KM3，KM5，KM7分別控制電機M1，M2，M3的工頻運行；FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3分別為三臺水泵電機的過載保護的熱繼電

51、器；QS1，QS2，QS3，QS4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器。</p><p>　　4.3.2 PLC的 I/O點分配 </p><p>　　由分析可以知道，系統(tǒng)共需開關(guān)量輸入點11個，開關(guān)量輸出點8個。輸入輸出信號地址分配如表1： </p><p>　　表1 PLC I/O 分配表</p><p>　

52、　4.3.3 控制回路設(shè)計</p><p>　　控制回路設(shè)計如下圖8所示。</p><p><b>　　圖8 控制回路圖</b></p><p><b>　　4.4 變頻器</b></p><p>　　變頻器的使用需要選擇其他外部設(shè)備，并對其進行正確的連接和操作，不正常的系統(tǒng)配置和連接會導(dǎo)致變頻器不

53、正常工作，顯著的降低變頻器的使用壽命，甚至?xí)p壞變頻器。</p><p>　　變頻器需要的其他外部設(shè)備包括：在變頻器允許規(guī)格內(nèi)的電源、漏電斷路器或無熔絲斷路器、電磁結(jié)束器、電抗器、與輸出鏈接的設(shè)備。</p><p>　　漏電斷路器或無熔絲斷路器：由于電源投入時，變頻器會流入很大的沖擊電流故必須注意斷路器的選擇。</p><p>　　電抗器：為了改善功率因數(shù)或安裝場所

54、距離大容量電源很近時，必須使用電抗器。</p><p>　　本設(shè)計所選的FR-A540變頻器參數(shù)為： </p><p><b>　　功能功能范圍：</b></p><p>　　0.4-800KW(3相380V,FR-A540（L）系列），本設(shè)計中變頻器功率應(yīng)選大于22KW的。</p><p>　　采用先進磁通矢量控制方式

55、，調(diào)速比可達1：120(0.5-60Hz)</p><p>　　可拆卸式風(fēng)扇和接線端子，維護方便。</p><p>　　柔性PWM,實現(xiàn)更低噪音運行。</p><p>　　內(nèi)置RS485通信口，可插擴展卡符合全世界主要通信標準。</p><p>　　PID等多種功能適合各種應(yīng)用場合。</p><p>　　FR-A540

56、外部結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　圖9 FR-A540變頻器外部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　FR-A540變頻器端子結(jié)構(gòu)圖如下圖10：</p><p>　　圖10 FR-A540變頻器端子結(jié)構(gòu)圖4.5 軟件設(shè)計</p><p>　　Fx-pcs-winC320是三菱公司設(shè)計的在Windows環(huán)境下使用的PLC編程軟件，支持當前三菱所有F

57、X系列的PLC進行編程軟件。</p><p>　　該軟件簡單易學(xué)，具有豐富的工具箱和直觀形象的視窗界面。編程時，可用鼠標進行操作，大大減小了操作的復(fù)雜度，操作時可聯(lián)機操作也可脫機離線編程，該軟件可進行梯形圖編程、指令表編程和SFC編程同時，該軟件還可以對以太網(wǎng)\CC-LINK等網(wǎng)絡(luò)進行參數(shù)設(shè)定，并且具有完善的診斷功能。</p><p>　　1 創(chuàng)建新軟件前應(yīng)選擇PLC型號FX2n/FX2N

58、C，如下圖11所示：</p><p>　　圖11 在電腦里選擇PLC型號</p><p>　　2 點擊確認后即可進行程序的編寫。 </p><p>　　此系統(tǒng)中變頻器用水高峰期3臺水泵一臺工頻運行一臺變頻運行另一臺處于待機狀態(tài)，并每周循環(huán)一次，編寫梯形圖如圖12所示。</p><p>　　圖12 PLC的編程圖</p>&l

59、t;p>　　程序?qū)?yīng)的指令表如下圖13所示:</p><p>　　圖13 PLC指令表5 結(jié)論</p><p>　　本次設(shè)計通過研究，對方案的一再改進，基本符合了恒壓供水的要求。根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)達到了在自動狀態(tài)時可自動調(diào)節(jié)壓力，可以手動啟動和停止系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用變頻器調(diào)速控制電機轉(zhuǎn)速，來控制給水量，降低成本。結(jié)合PLC的強大功能、便于操作和可靠性的特點，實現(xiàn)對變頻器的調(diào)速控制，及

60、工頻水泵的切除并聯(lián)運行。恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機電源頻率，達到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。系統(tǒng)收回投資快，其產(chǎn)生的社會效益也是非常巨大。變頻技術(shù)打破了多年

61、來頻率不可改變的狀況，開拓出一片非常廣的應(yīng)用空間?，F(xiàn)在，我國己有很多的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。但至今自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品，水平仍然落后。我希望我國能開發(fā)出屬于自己的先進產(chǎn)品，如果我將來能在這一行業(yè)，做出自己的貢獻，將會感到莫大的榮幸，但是目前本人知識有限，在這次設(shè)計中</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1

62、] 宋序彤. 我國城市供水發(fā)展有關(guān)問題分析. 城鎮(zhèn)供水，2001 9 (5):22～27</p><p>　　[2] 劉黎成,孫偉. 離心泵壓力自控調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能. 中國給水排水，1993 12 (11):58～61</p><p>　　[3] 趙相賓,劉國林.變頻調(diào)速和軟起動技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展. 自動化博覽，2000 20 (6):1～6</p><p>　　[4]

63、 丁學(xué)文,金大海. 交流電機變頻軟起動時的問題及解決方法. 電力電子技術(shù)，2003 </p><p>　　4 (6):1～5 </p><p>　　[5] 邱文淵,童國道. 國內(nèi)外變頻器技術(shù)的現(xiàn)狀及我國發(fā)展策略初探. 電子與自動化，1998 </p><p><b>　　6 (3):1～5</b></p><p>　　[

64、6] 胡綱衡,唐瑞球. 高(中)壓變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)講座 第三講高壓交頻器的切換. 變頻器世界，2004 7 (11):43～45 </p><p>　　[7] 郁漢琪.基于專家PID調(diào)節(jié)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究.電氣傳動自動化，2001，8(11):65～68</p><p>　　[8] 楊凌云. PID調(diào)制器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用. 微機算計信息，1999 4 (5):49～51<

65、;/p><p>　　[9] 崔金貴. 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在建筑給水應(yīng)用的理論探討. 蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報，2003 14 (9):28～32 </p><p>　　[10] 田家山.水泵及水泵站.上海:上海交通大學(xué)出版社，1989.92～105</p><p>　　[11] 羅鎖玉. 南化自備水廠變頻改造實現(xiàn)恒壓自動供水系統(tǒng). 電力需求與管理，2004 </p>

66、;<p>　　15 (10):43～44 </p><p>　　[12] 閆莉麗著. 基于PLC的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng). 可編程控制器與工廠自動化,2006,(10)</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先我要向xx老師表示感謝，謝謝她對我的支持，不管是在學(xué)習(xí)上還是在生活上都給了我支持，我

67、要表示衷心的感謝！另外也要感謝教過我的所有老師，他們教給我很多的知識。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)學(xué)習(xí)生活中的最后一站，這次的設(shè)計又讓我學(xué)到了很多的東西，知識又有所豐富。另外也要感謝我的同學(xué)，在畢設(shè)期間我們對于一些問題的探討，提高了解決問題的能力，感謝他們在學(xué)習(xí)和生活中曾給我的幫助與關(guān)懷。</p><p>　　大學(xué)里最重要的是培養(yǎng)了我學(xué)習(xí)的能力，在以后的生活中仍然會有很多需要解決