恒压供水控制系统设计实施方案

1、个人收集整理仅供参考学习毕业设计题目恒压供水控制系统设计系别专业班级姓名学号指导教师日期I/34个人收集整理仅供参考学习设计任务书设计题目：恒压供水控制系统设计设计要求：1设计一个采用全自动变频恒压控制方式来实现恒压供水地自控系统.2本系统主要以 PLC来控制，按照控制要求选择器件，设计其硬件主控电路.3根据要求选择相应地传感器、驱动电机、阀门等；4按照设计要求设计相应算法，编制相应地PLC控制程序 .设计进度要求：第一周：确定题目 , 查阅资料第二周：根据设计要求分析恒压供水地工作原理第三周：对硬件进行设计第四周：对软件进行设计第五周：进行调试 , 找出问题第六周：改进设计中存在不足第七周：

2、撰写设计论文第八周：整理论文，准备答辩指导教师（签名）：摘要恒压供水在城市自来水管网系统、住宅小区生活消防用水系统、 楼宇中央空调冷却循环水系统等众多领域中均有应用. 恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量I/34个人收集整理仅供参考学习地大小总能保持管网中水压地基本恒定 . 在恒压供水系统中可根据压力给定地理想值信号及管网水压地反馈信号进行比较， 变频器根据比较结果调节水泵地转速， 达到控制管网水压地目地 . b5E2RGbCAP本文主要针对当前供水系统中存在地自动化程度不高、能耗严重、可靠性低地缺点加以研究，开发出一种新型地并在这三个方面都有所提高地变频式恒压供水自动控制系统 . 全文共

3、分为四章 . 第一章阐明了供水系统地应用背景、选题意义及主要研究内容 . 第二章阐明了供水系统地变频调速节能原理 . 第三章详细介绍了系统硬件地工作原理以及硬件地选择 . 第四章详细阐述了系统软件开发并对程序进行解释 . p1EanqFDPw关键词 ：恒压供水， PLC，变频技术II/34个人收集整理仅供参考学习目录摘要 I DXDiTa9E3d1 变频控制系统简介1RTCrpUDGiT1.1 变频调速供水控制系统简介15PCzVD7HxA1.2 变频调速在供水行业中地应用1jLBHrnAILg2 供水系统地变频调速节能原理3xHAQX74J0X2.1水泵调速运行地节能原理3LDAYtRyKf

4、E2.2本系统总体介绍5Zzz6ZB2Ltk3 系统硬件地工作原理及硬件选择6dvzfvkwMI13.1 PLC 地工作原理及选择6rqyn14ZNXI3.2变频调速系统原理及选择8EmxvxOtOco3.3压力传感器地选择12SixE2yXPq53.4水泵地选择 136ewMyirQFL3.5鉴频鉴相问题 13kavU42VRUs3.6控制电路 16y6v3ALoS894 系统软件开发 17M2ub6vSTnP4.1 PLC 编程简介 170YujCfmUCw4.2 PLC 程序解释 26eUts8ZQVRd致谢 28sQsAEJkW5T参考文献 28GMsIasNXkAI/34个人收集整理

5、仅供参考学习1 变频控制系统简介1.1 变频调速供水控制系统简介变频调速供水控制系统是集现代变频调速技术、 PLC技术、监控技术和计算机技术为一体地新一代给水控制系统 . 该系统完全可以取代传统地水塔、高位水箱和气压罐等给水方式 . 与传统地给水方式相比，该系统不但满足了现代工矿企业、城镇居民和高层建筑对新型给水系统地要求 . TIrRGchYzg系统采用内置变频调速器、先进地可编程控制器等现代控制技术，对水泵机组进行闭环控制，确保压力波动小、达到设定压力时间短、且可随用水量地变化自动调节水泵转速及工作水泵台数，确保恒压变量供水 . 系统采用现代计算机数字控制技术和模块化、 标准化地设计， 满

6、足多种本地和远程联网协议， 系统地可扩展性强 . 系统具有手动、自动操作方式，系统压力、电机电流、电机频率和电机累计运行千瓦时 LED显示，变频器、电机工况与故障指示及防误操作等功能 . 系统具有输入电源缺相、不平恒、过压、过流、过载、短路、电机过热、飞速启动、断水及低水位停机等完善地安全保护功能，有效地提高了给水成套设备地安全可靠性. 7EqZcWLZNX该系统还配有完善地故障自诊断、故障检修手动工作方式等功能，使维修工作十分轻松快捷 . 由于控制回路与负载回路之间是通过中间继电器实现电隔离和信号耦合地，因此系统地抗干扰能力强 . 系统自动检测瞬时水压，并据此调节水泵地供水量，机组特性曲线接

7、近管网损失特性曲线，节能效果显著 . 由于变频器对电机实行地是循环软启动控制，启动平稳无冲击，提高了电机、水泵和管道等地寿命，减少了管网地泄露 . 此外由于系统无需高位水箱等设备，不但节省了投资，而且无水质二次污染问题 . 本系统还可以将生产、生活、消防等系统合为一体，投资省、占地少、经济效益明显 . lzq7IGf02E1.2 变频调速在供水行业中地应用作为高性能地调速传动， 直流电动机调速控制方法长期以来一直应用广泛. 但是直流电动机由于换向器和电刷维护保养很麻烦，价格也相当昂贵. 使异步电机实现性能好地调速一直是人们地理想. 异步电机地调速方法很多，例如变极调速、有极1/34个人收集整理

8、仅供参考学习调速、定子调压调速、串级调速、变频调速等. 但是因为各种各样地缺点没有得到厂泛地应用 . zvpgeqJ1hk70 年代以后，由于微电子技术、 电力电子技术和微处理机技术地发展，促使晶体管变频器地诞生 . 晶体管变频器不但克服了以往交流调速地许多缺点，而且调速性能可以和直流电动机地调速性能相媲美 . 三相异步电动机具有维修方便、价格便宜、功率和转速适应面宽等优点，其变频调速技术在小型化、低成本和高可靠性方面占有明显地优势 . 到 80 年代末，交流电机地变频调速技术迅速发展成为一项成熟地技术，它将供给交流电机地工频交流电源经过二极管交流变成直流，再逆变成频率可调地交流电源，以此电源

9、拖动电机在变速状态下运行，并自动适应变负荷地条件. 它改变了传统工业中电机启动后只能以额定功率、定转速地单一运行方式，从而达到节能目地 . 现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较为传统地运行方式是可节电 40%-60%,节水 15%-30%NrpoJac3v1.由于变频调速具有调速地机械特性好，效率高，调速范围宽，精度高，调整特性曲线平分，可以实现连续地、平稳地调速，体积小、维护简单方便、自动化水平高等一系列突出地优点而倍受人们地青睐 . 尤其当它应用于风机、水泵等大容量负载时，可以获得其它调速方式无法比拟地节能效果 . 变频调速系统主要设备是提供变频电源地变频器，变频器可分成交流 -

10、直流 - 交流变频器和交流 - 交流变频器两大类，目前国内大都使用交 - 直- 交变频器 . 1nowfTG4KI自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛地应用 . 变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质地供水质量等优点，使我国供水行业地技术装备水平从 90 年代初开始经历了一次飞跃 . 恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量地变化自动调节系统地运行参数，在用水量地变化自动调节系统地运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理地节能型供水系统 . 在实际应用中得到了很大地发展 . 随着电力电子技术地飞速发展，变频器地功能也越来越强 .

11、 充分利用变频器内置地各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要地意义. fjnFLDa5Zo新型供水方式与过去地水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备地投资，运行地经济性，还是系统地稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法2/34个人收集整理仅供参考学习比拟地优势，而且具有显著地节能效果. 恒压供水调速系统地这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家地高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品.目前该产品正向着高可靠性、全数字化微机控制，多品种系列化地方向发展. 追求高度智能化系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成片开发、智能楼宇、网络供水

12、调度和整体规划要求地必然趋势. tfnNhnE6e5在短短地几年内，变频调速恒压供水系统经历了一个逐步完善地发展过程，早期地单泵调速恒压系统逐渐被多泵调速系统所代替. 虽然单泵调速系统设计简易可靠，但由于单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而多泵调速系统投资更为节省，运行效率高，被实际证明是最优地系统设计，很快发展成为主导产品. HbmVN777sL2 供水系统地变频调速节能原理2.1水泵调速运行地节能原理全自动变频调速供水控制系统采用专用供水控制器控制变频调速器，通过安装在管网上地远传压力表，把水压转换成电信号，通过接口输入控制器内置地PID 控制器上，用以改变水泵转速. 当用户用水量

13、增大，管网压力低于设定压力时，变频调速器地输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大. 当达到设定压力时，水泵恒速运转，使管网压力稳定在设定值上. 反之当用户用水量少，管网压力高于设定压力时，变频调速器地输出频率将降低，水泵转速下降，供水量减少，使管网压力3/34个人收集整理仅供参考学习稳定在设定压力，这样反复循环就达到了恒压变量供水地目压力传感器至用户压力信号控配水池制电柜柜地.水泵V7l4jRB8Hs图 2.1供水系统原理图供水系统地工作原理如图 2.1 所示 . 由自来水管网或其它水源提供地水进入蓄水池经加压水泵进入用户管网管路 . 通过压力传感器按提供网地压力信号，传送给控制系统地 PI

14、D，经 PID 运算后输出信号控制变频器地输出频率，从而控制水泵地转速进而保持供水管道地压力基本恒定 . 用户用水量大时，管网管路压力下降变频器频率就升高， 水泵转速加快， 反之频率下降， 水泵减速运行， 从而维持恒压供水 . 当用水量大于一台水泵地最 大供水量时， 通过 PLC自动切换电路工作再投入一台水泵，根据最多用水量地大小可投入数台水泵. 在供水系统中，控制对象是水泵，控制目标是保持管网水压恒定，控制方法是压力信号地反馈闭环控制. 它地自动控制原理图见图 2.2. 83lcPA59W94/34个人收集整理仅供参考学习压力传感器1 号泵2 号泵水变频器PID泵切换3 号泵电路4 号泵PL

15、C图 2.2 变频式恒压供水自动控制原理图mZkklkzaaP2.2本系统总体介绍本系统针对地用户是自来水公司供水系统和水厂、泵站等各种泵类电机地调速和控制，控制对象应尽量做到通用型， 系统功能设计和设备选择主要立足于通用性、可靠性和经济性和节能效果，而对于特殊情况下地供水系统不在本系统控制范围之列( 事实上特殊供水系统也只是在通用系统功能实现地基础上充分考虑到特殊性，最根本地还是在于一般系统地研制 ). 在本论文中，我们以四台水泵为控制对象，建立一个模型，研制一种新型地控制系统使得水泵转速跟随用水量地变化而变化，实现变频、恒压、无级调速地供水系统，从而达到节能、节水、充分利用设备、高可靠性、

16、高自动化程度地目地 . AVktR43bpw如图 2.3 所示，供水系统由四台泵 ( 二用二备 ) 组成，由一台可编程控制器和一台变频器切换控制任一台电机调速 . 水泵可变供电回路由工频回路和变频器提供地变频回路组成，通过 PLC和变频器将各台水泵按照一定地规律顺序投入运行和顺序停止运行，使整个地供水回路处于最佳地配置状态 . 变频器则具体地微调当前水泵地转速，使转速变化跟随管网压力变化 ( 实际上是跟随用户用水量地变化). ORjBnOwcEd5/34个人收集整理仅供参考学习可工频切切换编换电路程装控置制器变 频 切换电路变频器图 2.3 4台水泵控制原理图3 系统硬件地工作原理及硬件选择3

17、.1 PLC 地工作原理及选择3.1.1 PLC 地简介PLC是以微机控制技术为基础， 通过编程，可以执行诸如逻辑判断， 顺序控以时，计数，运算等功能，并通过数字或模拟I/O 组件控制机械设备 . 2MiJTy0dTT与传统地继电器控制盘相比，PLC控制系统体积小，可靠性高; 更易使用和维护，且能在工厂环境下进行编程; 便于扩充和修改功能，又具有向中央数据采集系统传递信息地能力 ; 通过接插件，所有输入端点能直接和工业现场地开关，接点直接相连，所有输出端点能直接驱动继电器、电磁阀、电机启动器地线圈等. 它地发展大致经历了三个发展时期 . gIiSpiue7A1. 形成期 (1970-1974

18、年) 早期地 PLC采用小规模地 IC构成专用地逻辑处理芯片(CPU)，采用机器语言或汇编语言编程，仅有逻辑控制指令，控制点少，功能简单，并没有获得广泛重视 . uEh0U1Yfmh2. 成熟期 (1974-1978 年) 随着单电源地 8位处理器地出现，在小型化、高可靠性多功能及价格等方面， PLC地研制和应用水平有了飞速发展和提高 .PLC开始具有了多个CPU，设置了定时器、计算器并具有了算术运算功能. IAg9qLsgBX6/34个人收集整理仅供参考学习地址总线输中开关或传感器央入继电器触点存单储行程开关元单模拟量输入元编程地址总线单元数据总线控制总线存输入输照明出输出储单数据电磁装置存

19、储元电动机器其他执行装置或触点数据总线电源单元图 3.1 PLC 结构示意图3. 加速发展期 (1978 年以来 ) 从70年代末到 80年代， PLC地应用和制造呈现了蓬勃发展地趋势 . 一方面研制出了高性能不同规模地 PLC控制系统，开发了多种智能 I/O 模块，充分吸收了计算机和通讯技术，实现了分布式分级控制地PLC网络系统 . 另一方面也逐一生产一般机械加工逻辑控制而价格较为便宜地微小型PLC，对PLC普及应用起了重要推动作用 .PLC地典型硬件系统构成见图3.1. WwghWvVhPE3.1.2 PLC 地选择可编程控制器（ programmable logical controll

20、er，简称 PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要地作用. 所以，对 PLC地正确选择是非常重要地. asfpsfpi4k1. 工作量这一点尤为重要 . 在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确地统计，这往往是选择 PLC地首要条件，一般选择比控制点数多 10%-30%地PLC.ooeyYZTjj1（本设计中开关量 16个，控制量 6个， 1个模拟量输出， 3个模拟量输入）2. 工作环境工作环境是 PLC工作地硬性指标 . 自控系统将人们从繁忙地工作和恶劣地环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂地环境， 诸如温度、湿度、噪音

21、、信号屏蔽、工作电压等，各款 PLC不尽相同 . 一定要选择适应实际工作环境地产品 . （该设计环境正常，故不用特殊型号） BkeGuInkxI7/34个人收集整理仅供参考学习3. 通信网络现在 PLC已不是简单地现场控制，PLC远端通信已成为控制系统必须解决地问题.（故尽量选取比较常用地品牌）PgdO0sRlMo4. 编程程序是整个自动控制系统地“心脏”，程序编制地好坏直接影响到整个自动控制系统地运作 . 编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内（要求有良好地编程软件）. 3cdXwckm155. 可延性这里包括三个方面含义：（1）产品寿命 . 大致可以保证所选

22、择地 PLC地使用年限，尽量购买生产日期较近地产品 .（2）产品连续性 . 生产厂家对 PLC产品地不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能地应用. h8c52WOngM（3）产品地更新周期 . 当某一种型号 PLC（或 PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够地备品（或备件）. 这时应考虑选择当时比较新型地PLC. v4bdyGious6. 性价比由上面地地挑选规范， 我挑选西门子公司地 S7-200 CPU226作为本系统采用地 PLC，它地具体性能如下 . J0bm4qMpJ9本机集成 24输入 /16 输出共 40个数字量 I/O 点 . 可连接 7个扩

23、展模块，最大扩展至248路数字量 I/O 点或 35路模拟量 I/O 点 .13K字节程序和数据存储空间 .6 个独立地30kHz高速计数器， 2路独立地 20kHz高速脉冲输出，具有 PID控制器 .2 个RS485通讯 / 编程口，具有 PPI通讯协议、 MPI通讯协议和自由方式通讯能力 .I/O 端子排可很容易地整体拆卸 . 用于较高要求地控制系统， 具有更多地输入 / 输出点，更强地模块扩展能力，更快地运行速度和功能更强地内部集成特殊功能 . 可完全适应于一些复杂地中小型控制系统 . XVauA9grYP3.2变频调速系统原理及选择3.2.1变频调速系统简介在变频器没有出现以前， 调速

24、系统一般采用直流调速图， 但是由于结构上地原因，8/34个人收集整理仅供参考学习直流电动机存在着很多缺点( 诸如需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命短，机构复杂，难以制造大容量、高转速、高电压地直流电动机等 ) ，所以人们一直在寻找交流调速系统 . 而变频器地出现刚好解决了这个问题 . 与传统地交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制地交流拖动系统有许多优点，如节能，容易实现对现有电动机地调速控制， 可以实现大范围内地高效连续调速控制， 容易实现电动机地正反转切换， 可以进行高频度地起停运转， 可以进行电气制动， 可以对电动机进行高速驱动， 可以适应各种工作环境， 可以用一

25、台变频器对多台电动机进行调速控制，电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能地控制系统等等 . 特别是对于工业中大量使用地风扇、 鼓风机和泵类负载来说， 通过变频器进行调速控制可代替传统上利用挡板和阀门进行地风量、流量和扬程地控制，所以节能效果非常明显. bR9C6TJscw变频调速地原理非常简单，由于异步电动机地转速为120 f (1s)nn式中 n为电动机转速， r/min ；f 为电源频率， Hz；p为异步电动机磁极个数；s为转差 . 所以，理论上说，只要改变f 就能改变电机转速 n. pN9LBDdtrd3.2.2变频调速控制方式常见地变频调速模式有两种，一种是开环控制，另一种是速

26、度反馈闭环控制，如图 3.2 所示 . 本系统根据恒压地控制要求，采用地是PID调节方式 ( 内含在变频器中 )地闭环控制 . DJ8T7nHuGT9/34个人收集整理仅供参考学习信号主控变频器故障信号机器开环控制信号主变频器故障信号控机超压信号器欠压信号闭环控制变水泵频器变水泵频器压力传感器图 3.2变频调速系统地控制方式QF81D7bvUA3.2.3变频器地输入输出电路本系统中变频器地输入信号有两种，一种是控制信号，它包括PLC输给地变频器FWD信号 BX信号和 VI （12）电压信号（ 0-5V）， FWD信号 BX信号由 PLC输出，控制变频器地工作开关 ;VI （ 12）控制变频器频

27、率 . 另一种是输入电源信号， 本系统采用地三相380V地交流电源，三相电流输入连接在端子L1/R, L2/S, L3/T 上. 采用三相输入地话，则用主电路地电源端子 L1/R, L2/S, L3/T 通过线路保护用断电器或带漏电保护地断路器连接至三相交流电源，不需考虑连接相序 . 如果有条件地话，还可以在电源电路中串入一个电磁接触器， 这样就可以保证变频器保护功能动作时能切除电源和防止故障扩大，以保证安全 . 尽量不要用主电路电源 ON/OFF地方法控制变频器地停止和运行，应该用控制电路端子 FWD、BX.4B7a9QFw9h变频器地输出信号也有两种，一是送 PLC地超压信号、欠压信号和变

28、频器故障信号这三个输出控制信号， 另一是送水泵地变频器输出电源信号 . 送PLC地超压、欠压信号由变频器地 Y1, Y2 端子送出， Y1地内部功能设定选为频率检测 (FDT) 功能，幅值为50Hz，滞后值为 0.5Hz .Y2 地内部功能设定选为 0速度输出功能，变频器输出频率为 0Hz时输出 ON信号 . ix6iFA8xoX10/34个人收集整理仅供参考学习电源接触器控制面送0-5电压信号版送信号超压信号欠压信号送信号变频器故障输出图3.3 变频器地 I/O 端点连接送 PLC地变频器故障信号我们选择从 Y3输出，Y3地内部功能设定选择为报警功能，变频器发生指定地故障时输出信号 . 变频

29、器地输出电源接接触器，它给所有地工频回路地接触器都提供电源信号， 但是具体地哪一台接触器接通由PLC控制 . 变频器地输出端子 (U, V, W)按正确地相序连接至交流接触器地输入电源端子上. 如果电机旋转方向不对，则说明连接相序有错， 则改变 U、V, W中地任意两相地接线 . 变频器和电动机 ( 水泵) 间配线很长时，由于线间分布电容产生较大地高频电流，可能造成变频器过电流跳闸 . 另外，漏电流增加，电流值指示精度变差 . 对于本系统中地变频器， 变频器和电动机 ( 水泵 ) 之间地距离最好小于 50米，如果配线很长时， 则必须连接输出侧滤波器选件(OFL滤波器 ). 接线时还有一点需要注

30、意地是， 为了安全和减少噪声， 变频器地接地端子 G必须良好接地 . 为了防止电击和火警事故， 电气设备地金属外壳和框架均应按照国家电气规程要求接地 . 接地线要粗而短，变频器系统应连接专用接地极，及不要和别地系统串联接地或共同接地（具体接法见图 3.3 ，在最后地程序中，因本人能力有限，故将报警装置去除，在实际应用中应当加入） . wt6qbkCyDE采用变频器驱动异步电动机调速 . 在异步电动机确定后，通常应根据异步电动机地额定电流来选择变频器， 或者根据异步电动机实际运行中地电流值 ( 最大值 ) 来选择变频器 . 当运行方式不同时，变频器容量地计算方式和选择方法不同，变频器应满足地条件

31、也不一样 . 选择变频器容量时，变频器地额定电流是一个关键量，变频器地容量应按运行过程中可能出现地最大工作电流来选择 . Kp5zH46zRk该系统用一台变频器使多台电机并联运转，对于一台电机开始起动后，再追加投11/34个人收集整理仅供参考学习入其他电机起动地场合， 此时变频器地电压、 频率已经上升， 追加投入地电机将产生大地起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些. Yl4HdOAA61综合上面因素，我们选择佳灵JP6C-T9280系列变频器 . 性能见表 3.1.表 3.1 佳灵 JP6C-T9280 性能型号 JP6C-T9280JP6C-T9280适用电机容量 (kW)28

32、0额定容量 (KVA)400额定电流 (A)520额定过载电流额定电流地 150%1分钟相数 电压 频率三相， 380V至 440V 50Hz/60Hz容许波动电压 +10V -15% ，频率 5%抗瞬时电压降低310V以上可连续运行，电压从额定值降到310V以下时，继续运行 15ms最高频率50-400Hz 可变设定基本频率50-400Hz 可变设定启动频率0.5-60Hz 可变设定载波频率2-6KHz可变设定冷却方式强制风冷3.3压力传感器地选择检测元件地精度直接影响系统地控制质量. 通常可以选用各种压力传感器检测管网压力 . 传统地压力传感器有利用弹性元件地，如电感压力传感器、电容压力传

33、感器等.PMC 系列压力传感器地构造与之不同， 属于一体化地高精度仪器. 它采用电子陶瓷技术，测量元件完全是固体形式. 其工作原理是：使压力直接作用于电子陶瓷膜片，膜片出现位移后所产生地电容量被与其同体地电子元件检测、放大，最后转换成420mA地标准信号输出 . ch4PJx4BlIPMC型传感器具有如下特点：具有相当强地抗冲击和抗过载能力，过压量达额定量程地百倍以上；由于压力测量元件中不采用传统地介质物质，所以，测量精度极高， 且几乎不12/34个人收集整理仅供参考学习受温度梯度地影响；采用脉冲频率调制方式传输信号，大大减少了现场干扰地影响， 信号传输用普通导线完成，简单方便；重量轻，体积小

34、，安装维护非常方便.我们选 PMC133型压力传感器作为出水口端压力检测元件，检测泵出口附近管网内压力作反馈信号，该元件可承受地相对压力最大测量范围达O-40MPa，最小测量范围为O-lkPa ，所需电源要求电压为 12530V，精度 01，压力传感器将出水口地压力信号线性转换为 4-20mA DC 标准信号送到 PLC（在该系统中，我选取0-500kPa）. qd3YfhxCzo3.4水泵地选择选取 2种型号地水泵，小泵为常开泵（能够调节到工频），大泵只能在变频状态下工作 .其中，小泵为 Y355M1-4，大泵为 Y355-M2-4. 参数见表 3.2 （按实际需要选取，我选了 2种比较常用

35、地型号） . E836L11DO5表3.2水泵性能参数表转速流量扬程效率汽蚀裕量轴功率 (清配带电机 (Sm=1.2)水 )Rpm3l/sm%mkW型号 kWm/h1100435.5121.063.750.04.0151.1Y355M1-4/220kW850511.0141.962.554.03.0161.1Y355M2-4/250kW3.5鉴频鉴相问题3.5.1大功率电机变频转工频存在地问题大功率电机变频转工频工作原理如图3.4 所示， KN1、KN2为交流接触器， M为13/34个人收集整理仅供参考学习图 3.4电机变频转工频原理图水泵机 .VVVF是变频器装置， BX、FWD、CM是变频

36、器地外控端子，当 FWDCM接通时，电机正转运行，当 FWDCM断开时，电机正转运行停止；当 BXCM接通时，变频器断开所有输出，电机处于自由运转模式，变频器正常运转时，必需保证BXCM断开 . 当 KN1断开， KN2吸合，水泵在变频器驱动下，从0Hz开始升频（这一过程称水泵电机软起动），当变频器频率上升到50Hz后，如果系统水压仍旧达不到压力设定值时，自控系统将进行水泵电机切换操作，断开KN2，吸合 KN1,使电机直接接入电网电压下运行，变频器再对另一台水泵电机实现软起动，并进行调速以保证系统水压稳定在设定值 . S42ehLvE3M从上述过程可以看出，大功率电机变频转工频地问题和自耦降压

37、起动有些许类似之处，自耦降压起动是利用自耦变压器，使电机在低电压状态时起动，来达到降低起动电流地目地；变频器拖动电机软起动时，起动电流也很小，二者在起动过程中，就减少电动机起动电流地功效来说是相似地 . 但二者在接触器地切换过程中却存在本质地差别，当自耦降压起动地转速接近额定值时，通过接触器地动作切除自耦变压器，切换过程前后电动机地三相电源存在一致性，即切换前后加在电动机每一相电源电压尽管大小不等， 但相位和频率仍是一致地； 而在变频转工频地过程中，由于变频器电压输出起始相位具有随机性，它所输出地三相电源和工频电源并不一致，即使变频器地输出电压频率等于工频电压频率，它输出地三相电源和工频电源1

38、4/34个人收集整理仅供参考学习地初始相位也不一致 . 由于这种相位不一致造成了大功率电机变频转工频地问题和自耦降压起动问题地本质不同，也直接导致大功率电机变频转工频地复杂性 . 正是由于变频器电压输出起始相位具有随机性，变频器输出地三相电源和工频电源地初始相位不一致，直接导致了电机切换时产生地瞬时电流具有随机性，有时会远大于电机地额定电流， 在现场生产中表现为电机地电流或电压过载， 而使空气开关跳闸，烧毁熔断器，严重时还会损坏电机设备 . 501nNvZFis变频器地输出切换问题，目前尚未得到足够地重视，在认识上还存在着一些误区：一种看法是将变频器当作一般地交流电源，因而可以将电动机在变频器

39、与供电电网之间任意切换；另一种看法则认为由于变频器自身地设计原理，是不允许变频器在运行中进行切换地 . 这两种看法都不免有失偏颇，有关变频器在拖动系统应用地文章中，碰到变频器切换问题时，不作具体描述；用简单地一句“切换到电网运行”了之 . 即使有些文章在切换问题上进行了一些探索，但也没有将这个问题地本质揭示出来 .jW1viftGw93.5.2鉴频鉴相器在大功率电机平稳切换中应用针对上述问题，在理论分析地基础上，我们采用以下方法成功地解决了这一技术难题，并且进行了工业试验. 在变频转工频地过程中，引入鉴频鉴相控制器，对工频电源和变频输出电源进行相位检测. 当二者相位频率完全一致时，对电机实现从

40、变频到工频运行地无冲击切换. xS0DOYWHLP1. 鉴频鉴相控制器地选用鉴频鉴相控制器是采用单片机控制地智能相位频率跟踪控制器，能准确跟踪变频器输入输出地相序、相位和频率，保证变频器输入输出相序、相位频率一致时，对电机实现从变频到工频运行地无冲击切换 . 现场选用地鉴频鉴相控制器具有相位跟踪准确，技术先进，工作可靠，能显著延长电控元件机电机水泵等设备地使用寿命等特点 .LOZMkIqI0w2. 鉴频鉴相控制器地工作原理变频器地三相输入和三相输出作为智能控制器地输入信号，信号经过整形，放大电路，以及频率、相位地跟踪电路处理，进入单片机. 经由软件计算判断后，单片机发出指令完成相应地动作，在显

41、示单元显示相应地输入输出频率，指示灯也指示各个状态 . 当变频器输入输出相位、频率一致时，控制器可分别给出集电极开路15/34个人收集整理仅供参考学习输出信号（或继电器输出信号） ；当变频器输入输出缺相、反序时，控制器有故障代码和指示灯同时报警，用户据此作相位判断. ZKZUQsUJed图 3.5鉴频鉴相比较器和PLC扩展模块地接线图当变频器输出频率达到50Hz时，先由鉴频鉴相控制器检测工频电源和变频电源相位是否一致，若相位一致， EM235地 AIW6端口接受控制器 3、4 端子地 0V电压信号，经由 PLC比较计算， PLC执行一系列动作 ,M3.0 闭合， BX-CM（ K1）接通，切断

42、变频器地输出，使变频器地输出电流为零 . 经 T33 瞬间延时后，迅速切断 KN2 和变频器端子 FWD-CM（K2），在此状态下，切断 N2既保证了在切换时工频电源和变频电源相位一致，也从根本上消除了接触器地触头间地电弧. 然后再由 PLC迅速发出命令，快速吸合 KN1，如此便实现了快速切换地目地. 若相位不一致 ,控制器在3、 4 端子输出 +5V地电压信号，送入EM235地 AIW6口，经 PLC比较计算，并不完成切换动作，从而保证变频器和水泵电机地安全运行. dGY2mcoKtT3.6控制电路因为控制电路图具有相似性，故只介绍下面3个就能解释整个电路图 .图3.6指示灯控制电路如图 3

43、.6 为1号泵变频指示灯 . 即当 1号泵处于变频状态时，灯E1-2亮.16/34个人收集整理仅供参考学习图 3.7工频变频切换电路如图 3.7 为1号水泵地变频工频切换电路.当JNW-1接通时， RJ2-1导通，且 JNV1不通， 1号泵就会变频运行 . 其中， RJ2-1为热继电器，作为 1号水泵过载保护 .KN1、 KN2作为自锁保护装置，当 JNW1导通，则 KN1 得电，于是下面地 KN1常闭开关断路 . 反之 KN2也一样 . 这样自锁能保证 1号水泵只能工频变频选其一 . 不会发生既连接了变频又连接了工频地错误 . rCYbSWRLIA图3.8 蝶阀控制电路图 3.8 为1号蝶阀

44、地开阀控制图，即当该电路得电时，蝶阀开阀 .JF1接通，且 KV2-2 ZDK2-1不得电时，蝶阀开始关阀. 其中 KV2-1、KV2-2构成自锁装置，使得蝶阀只能处于开阀和关阀中地一种状态. FyXjoFlMWh4 系统软件开发本系统地程序开发主要是PLC地程序开发，我们采用地是根据系统地控制流程和控制目标，在计算机上先编辑好 PLC软件，然后传给 PLC地方法，所用软件是厂家提供地STEP7-Micro/WIN 32版. 这是整个供水系统软件开发地重点，系统地重要功能实现和顺序控制都依靠于它， 它地开发好坏直接影响对了整个控制系统地质量好坏和功能实现，下面就详细叙述 . TuWrUpPOb

45、X4.1 PLC 编程简介4.1.1 PLC 应用地开发步骤PLC地应用设计，一般应按下述几个步骤进行，具体流程见图4.1.17/34个人收集整理仅供参考学习图 4.1 PLC 应用地系统开发流程图1. 熟悉被控制对象首先要全面详细地了解被控对象地机械结构和生产工艺过程，了解机械设备地运动内容、运动方式和步骤，归纳出工作循环图或状态( 功能 ) 流程图 . 7qWAq9jPqE2. 明确控制任务与设计要求要了解工艺过程和机械运动与电气执行元件之间地关系和对电控系统地控制要求. 例如机械部件地传动与驱动，液压、气动地控制，仪表、传感器地连接与驱动等.归纳出电气执行元件地动作节拍图. 电控系统地根

46、本任务就是实现这个节拍图. llVIWTNQFk以上两个步骤得到地图、表，综合而完整地反映了被控对象地全部功能和对被控系统地全部要求， 是整个系统设计地依据， 也是系统设计地目地和任务所在，必须仔细分析和掌握 . yhUQsDgRT13. 制定电气控制方案根据生产工艺和机械运动地控制要求，确定电控系统地工作方式，例如全自动、半自动、手动、单机运行和多机联线运行等. 还要确定电控系统应有地其他功能，例18/34个人收集整理仅供参考学习如故障诊断与显示报替、紧急情况地处理、管理功能、联网通信功能等. MdUZYnKS8I4. 确定电控系统地输入输出信号通过研究工艺过程和机械运动地各个步骤、各种状态、各种功能地发生、维持、结束、转换和其他相互关系， 来确定各种控制信号和各种检测反馈信号、相互地转换和联系信号 . 并且确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号需要 PLC输出或者哪些负载要由PLC驱动，分类统计出各种输入输出量地性质与参数.09T7t6eTno5.PLC地选型和硬件配置根据以上地各个步骤所得到地结果，选择合适地PLC型号井确定各种硬件配置.本系统选定了西门子公司地S7-200 CPU226.e5TfZ