基于PLC的工业洗衣机控制系统设计(完整资料)

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基于PLC的工业洗衣机控制系统设计(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）专科毕业设计(论文）设计题目：基于PLC的工业洗衣机控制系统设计系部：电气工程系专业：电气自动化技术（工企电气)班级：工企电气091３01姓名:苏海中学号:093９０51301３１指导教师:马建峰职称:讲师２０12年6月南京摘要本文主要介绍了在工厂这种需要大量洗衣、洗衣次数频繁的特殊场合中,将西门子S7—20０系列PＬC作为主控制器作用于工业洗衣机控制系统中，来解决生活中繁重的洗涤任务。在工业洗衣机设计过程中，选择西门子S7—２00系列PＬＣ作为微电脑程序控制，同时利用变频器来改变电动机的运行方向及转速。首先,通过认识了解PLＣ及ＰＬC在工业洗衣机中应用的相关知识。然后,对本工业洗衣机控制系统进行硬件系统和软件系统设计。在硬件系统设计中，对电动机、变频器及ＰLC相互间进行认识和应用;在软件系统设计中,涉及了系统流程图、顺序功能图、梯形图的设计。在设计系统中，使我们对工业洗衣机系统能够更好的理解和使用.关键词ＰLC变频器工业洗衣机控制系统ＡｂｓtractThisarticlemaｉnｌyiｎｔroduｃedinｔｈisfａctｏryiｎsｐecｉalocｃasiｏns，needalotoｆwａsｈiｎg,waｓｈingfreqｕent，wheretｈereａrｅmany。ＳｉｅmeｎsｓerieｓS7-２0０PLＣｆortｈemainｃoｎtrｏllerｒoleinindustriａlwashingmaｃhｉｎｅcｏntｒoｌｓysｔem，tosolｖeliｆｅheavyｗａsｈingtask．Ｉntheｉnduｓｔrialｗａsｈingmachｉnedesｉgnprocess，ｔｈechoｉｃeｏfSｉemeｎssｅriｅsS7—200PＬCpｒogｒamcｏntroｌaｓmiｃrocｏmpｕｔeｒ，atthesａmeｔimeusｅｆrｅｑuｅncycｏnveｒtertocｈａngedirectｉonａndspeedofｔhｅｍｏtｏｒrunninｇ.First，thrｏuｇhthｅknowledgｅ，unｄerstandPLＣanｄPＬCiｎindustriａlwashｉngmachｉneｏftｈｅａppliｃationsｏfｔhｅｒelｅｖantknowｌedgｅ.Tｈｅn，oｕrinduｓtｒiａlwashiｎgmaｃhiｎeｃonｔｒolｓysteｍｄesｉgnｏfhardwａｒeandsoftwaｒesystems．Inthehardwaｒeｓyｓtemdｅsigｎ,tｏmoｔorandfrｅquenｃyconvｅrtｅrandmuｔualunｄerｓtａndiｎｇbetwｅｅnthｅPLCandappliｃaｔｉｏn;Ｉｎthesofｔwａresysｔeｍｄesｉgn，involvingthｅflowｃhart，thｅsysｔemfunctｉｏｎdiａｇram，orｄeｒｔhedesignofｔｈelaｄdｅrdｉａgｒam．Inthedesiｇnoftheｓystem，andｍakeusｔｏinｄustrｉalwaｓhingｍachiｎesystemｔoｂettｅｒundeｒstandanduse。KeywoｒｄｓＰLＣｆrequencyｃonverteｒＩndustｒialwashingmacｈineCｏntrｏlsysｔｅm目录TＯC\o＂1-3"\h\z＼u1引言PAGEREF_Toｃ32６２6６186＼h1HYPERLIＮK\l＂＿Tｏｃ３2626618７"1.1研究PLC工业洗衣机控制系统的目的和意义２6２６６187＼h1ＨＹＰERＬIＮK\l”_Tｏc3262６6188"1.2PLC工业洗衣机控制系统的优点PAGEREF_Tｏc32626618８\ｈ12工业洗衣机的工作原理及结构PAGEREF_Tｏc３26266１89＼h２2．1工业洗衣机的工作原理PAGERＥF_Toc326２66１90＼h2ＨＹPERLＩNK\l”_Toc326２66１９１"２.2工业洗衣机的结构ＰAGERＥF_Ｔoc326266191\h２3工业洗衣机的硬件系统ＰAGEＲEF_Ｔｏc３２62６6１92\h4HYPERLINK\l”_Ｔoc32６266193＂3.1ＰLC的选择及外围电路PAGＥＲEＦ＿Ｔoc3２62661９3\h4HYＰERLINK\l＂_Toc３２62661９4"3.2变频器及与ＰLＣ的控制电路ＰAGＥＲEF_Tｏc32626619４\h７3.3系统运行的控制电路PＡGＥREF_Toc3２６266195＼h８HYPERＬＩNＫ\l＂_Toc3２６2661９６”４工业洗衣机的软件系统PAＧEＲＥF_Tｏc32６2６６１9６＼h1２４。1系统的流程图ＰAGＥＲEＦ_Toｃ３26266197\h12HYPERLIＮK\l”＿Toc326266198"4.2系统的顺序功能图PAGEREＦ＿Toc326266198＼h144。３系统的梯形图程序PAGＥＲEF_Toc326２66199\h16结论PAGERＥF_Ｔｏc32６2６62００\h2０致谢PAGＥＲEF_Tｏc32６2６6２0１\ｈ21参考文献PAGEREF＿Tｏｃ3２626620２\ｈ221引言早在上个世纪初人类就已经发明制造出洗衣机了，可以说洗衣机这种产品的发明创造是工业发展的结晶，给人们的现实生活带来了极大的便利。当时的洗衣机只有一个盛水桶,在应用中只能进行简单的操作而无法实现更多的功能。随着社会的进步、科技的发展，二十一世纪的今天,对洗衣机而言已经彻底发生了巨大的变化,具有全自动多功能的洗衣机已经早在现实生活中广泛使用。随着工业技术日益成熟，我们利用现有技术开发创新出一种具有商业用途的多功能型工业大容量洗衣机，实现工业衣物的大批洗涤。工业洗衣机的应用很广，主要用于宾馆、酒店、学校宿舍、某些工业等需要洗衣量大、洗衣次数频繁的地方。这就要求洗衣机的运行平稳、洗涤效果好、容量大、故障少、可靠性高、噪声低、寿命长等等，使之更趋于社会经济发展的需求。1．1研究ＰLＣ工业洗衣机控制系统的目的和意义本文主要研究基于PLC工业洗衣机控制系统的设计，以工业洗衣机为载体将PLC控制更好的运用于实践中，使理论与实践相结合,能够让我们更好地学到更多的知识,发展自己。利用PLC的操作简单、抗干扰性强、输入输出接口多、运行速度快、稳定可靠、维护与维修方便，使洗衣机更趋于经济的需求和社会的发展。此外，投入ＰLC控制的洗衣机可靠性高、耗电少、寿命长、环境适应能力强，适合工业洗机的发展需要,而且工业洗衣机利润又高，使PLC的洗衣机得到更好的发展，具有较大的经济和社会意义。1。2PLC工业洗衣机控制系统的优点与传统洗衣机相比，PLC工业洗衣机控制系统的优点突出体现在有以下几个方面:（1)可靠性高，抗干扰能力强PＬC由于采用现代大规模集成电路技术,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。（2)配套齐全,功能完善,适用性强ＰLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。(3）易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备.它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便,容易改造ＰLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能.（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型ＰLC为例，该品种底部尺寸小于１００ｍm，重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。工业洗衣机的工作原理及结构２。１工业洗衣机的工作原理ＰＬC在系统中是处于中心位置,洗衣机的进水,洗衣，排水,脱水是通过水位开关，作为PLＣ的输入信号控制开关，ＰLＣ的输出信号决定电磁进水阀和电磁排水阀工作状态以及电机工作状态，从而实现自动控制的.水位开关用来控制进水到洗衣机内高中低水位，电磁进水阀起着通断水源的作用.进水时，电磁进水阀打开,将水注入,排水时，电磁排水阀打开，将水排出，洗衣时,洗涤电动机启动，脱水时，脱水桶启动。原理图如下图1。SS7-200PLC进水/排水电磁阀变频器水位开关报警系统电动机图1工业洗衣机工作原理图2.2工业洗衣机的结构在设计这一款多功能型工业洗衣机之前，必须要考虑到许多问题，比如洗衣机在可靠性、安全性、开发推广价值等方面的具体实际问题。以下描述在设计PLC控制系统时,应遵循以下基本原则：(1)最大限度地满足控制要求充分发挥PLC的功能,最大限度地满足控制要求，是设计PLC控制系统的最重要原则.要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究,收集资料。同时要与现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员密切配合，共同拟定控制方案及解决设计中的重点问题和疑难问题。(2)保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。（3）力求简单、经济、使用及维修方便在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益,另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低,不宜盲目追求自动化和高指标.（4）适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高,设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。在设计该工业洗衣机时，由于波轮洗衣机洗净率高、时间短、操作相对方便等优点更适合大型洗衣量场合应用。所以，我选择了波轮式洗衣机在大型场合的应用。在控制技术上选择PLC作为控制器，来设计工业洗衣机控制系统，主要为了该产品实现功能齐全、外围电路简单、维护容易方便,容易继续写入编程语言实现更新升级等。最大限度地满足被控对象的控制要求，在应用中保证ＰLC控制系统安全可靠，适应企业发展的需要,为需要强洗涤工作量的企业提供了极大便利。YV2排水YV2排水水排尽传感器低水位水位选择开关中水位水位选择开关MYV1进水高水位水位选择开关电动机高水位传感器中水位传感器低水位传感器图2洗衣机框图洗衣机的洗衣桶(外桶）和脱水桶（内桶)是以同一中心安放的。外桶固定,作盛水用。内桶可以旋转，作脱水用。内桶的四周有很多小孔，使内外桶的水流相通。洗衣机的进水和排水分别由电磁进水阀和电磁排水阀来控制。洗涤之前,按照所选水位的高、中、低事前选择好,选择洗涤功能是普通洗还是强效洗,之后进入模式状态，开始进水,经进水管将水注入到外桶并且内置加热器开始加热，达到量程要求与其相应的传感器有信号输出，进而来控制ＰLC的输出让进水阀失电。排水时，通过电控系统使排水阀打开,将水由外桶排出到机外。洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。脱水时,通过电控系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。高、中、低水位开关分别用来检测高、中、低水位。启动按钮用来启动洗衣机工作。停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。排水按钮用来实现手动排水.这款工业洗衣机的设计中综合考虑了水温有利于对洗涤衣物的洗净度效果,所以在外桶底下安置了加热器，最利于洗涤剂去除油污.我考虑了它的最有应用价值的方面:帮助企业提高自身的企业文化形象：洗涤工厂里工人们的大量油污工作服.避免员工自己在家洗的种种不变，给员工创造了舒适的业余生活，带来了工作中的愉悦心情，潜移默化中提升了企业的文化内涵。3工业洗衣机的硬件系统3.1PＬC的选择及外围电路在洗衣机的系统控制器方面，由于以前老式工业洗衣机采用的是继电顺序控制，这种方式不利于系统的稳定而且维修率较高，耗时费工,由此在考虑现代工业迅速发展的基础上洗涤衣物的工作量之大，选择稳定可靠价格合理的ＰLC作为洗衣机的控制器。现代技术发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置，与之前半自动洗衣机比较起来,PＬC系统配置既固定又灵活，更高的性能，安全性也比之前半自动洗衣机更好.３.1。１I／O地址分配合理的选择I/Ｏ点数也是PLC的重要指标之一。Ｉ/O的选择既要满足系统的控制要求，又要在合理范围降低投资成本。PＬＣ的输入输出总点数和种类应根据被控对象所需控制的模拟量、开关量、输入输出设备情况来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点.考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总点数上再加上２0%—30%的备用量。［该系统有1３个数字输入点8个数字输出点。根据上述分析，本设计共有1３输入信号和8输信号。列出工业洗衣机的I／O分配表，见表１.表１系统I/Ｏ分配表输入器件输入点I代码输出器件输出点Q代码启动按扭I0．0ＳB1进水电磁阀Q0。0YV1停止按扭I0。1ＳＢ2排水电磁阀Ｑ０.1ＹV２高水位水位选择开关Ｉ0.2ＳT1变频器正转控制Q0．２SＴF中水位水位选择开关Ｉ0。3SＴ2变频器反转控制Q0.3SＴR低水位水位选择开关I0．４ST３脱水Q0。4YV手动排水开关I０.5ＳＢ3报警器Ｑ0．5手动脱水开关I０.6SB４高速Q1。0RH高水位传感器I0.7ST4中速Q1.1RM中水位传感器I１。0ST５低水位传感器I1。1ＳT６水排空传感器I1。２ST7强洗I1．3ＳＢ5普洗Ｉ１.４SB63。1.2CPＵ功能与选择PLＣ的功能日益强大，一般PLC都具有开关量逻辑运算、定时、计数、数据处理等基本功能，有些ＰＬC还可扩展各种特殊功能模块，如通信模块、位置控制模块等，选型时可考虑以下几点：功能与任务相适应，ＰLC的处理速度应满足实时控制的要求、PLC结构合理、机型统一、在线编程和离线编程的选择。全自动洗衣机控制所要求的控制功能简单,小型PＬＣ就能满足要求了。该控制系统ＣPU模块可采用CＰＵ—２24(AC/DC/继电器)模块,它可控制整个系统按照控制要求有条不紊地进行。同时由于该模块采用交流220V供电,并且自带14个数字量输入点和1０个数字量输出点,完全能满足该工业洗衣机控制系统的要求,所以不再需要另外的电源模块、数字量和输出模块。综上所述此次设计选用西门子Ｓ7-200系列中CＰU—2２4型号。3.1．３PLC外部接线图由工业洗衣机的控制要求，对该控制系统Ｉ/O的选择和PLC型号进行了选择,现在根据I/O地址分配表设计外围接线图,如下图3。高水位选择开关高水位选择开关中水位选择开关低水位选择开关手动排水手动脱水高水位传感器中水位传感器低水位传感器水排空传感器ST7ST5ST6ST4SB4SB3ST3ST2ST1SB2SB1YV1YV2YVQ0.0Q0.1Q0.4Q0.51L进水排水脱水报警1MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.72MI1.0I1.1I1.2ML+24VDC启动停止I1.0I1.1SB5SB6强洗普洗STFSTRSDRHRM变频器STFSTFSTRSDRHQ0.2Q0.2Q0.3Q0.3COMCOMQ1.0Q1.0RMQ1.1RMQ1.1图3ＰLC外部接线图如图３当该PＬC投入运行时,首先选择洗涤方式（选强洗按下SB5，PLC输出端Q１。0有信号输出，则变频器将会使电机处于高速运转状态下的应用程序，来实现洗衣机强洗的效果；选强洗按下SB6，ＰLＣ输出端Q1。１有信号输出，则变频器将会使电机处于中速运转状态下的应用程序，来实现洗衣机普洗的效果），然后根据实际需要选择水位,即按下水位选择开关（SＴ１、ST2、SＴ3)任意一个，这时再按下启动按钮SB1,输出端Q0。0有信号输出,此时进水电磁阀ＹV1通电并打开开始进水。当水位上升到与选择的水位相一致时,与之相应的水位传感器(SＴ4、ＳＴ5、ST６)接通,此时输出端Q0.０无信号输出,则进水电磁阀YV1失电断开停止进水.此外，当PLC输出端Q0.2有信号输出时，则变频器控制洗衣机进行正向洗涤；当PＬC输出端Q0.3有信号输出时，则变频器控制洗衣机进行反向洗涤;当PLC输出端Q0。1有信号输出时，洗衣机进行排水;当PLＣ输出端Q0．4有信号输出时，洗衣机进行脱水；当ＰLC输出端Q0.5有信号输出时,则表示洗衣完成报警提醒。注意:当遇到特别情况时，按下ＳＢ3进行手动排水,按下SB4进行手动脱水；按下SB3使洗衣机停止运行；ＳT7作为水排空的模拟输入信号的控制开关。3。2变频器及与PLC的控制电路通常把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”.为了产生可变的电压和频率,该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电。然后再把直流电变换为三相或单相交流电，我们把实现这种转换的装置称为“变频器”。变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。用于电机控制的变频器,既可以改变电压，又可以改变频率.本文就是通过控制变频器来改变电机的运行方向和转速,改变电机的运行方向用以实现洗衣机正反转的洗涤,而改变电机的运行转速是用以实现洗衣机洗涤强度，即来实现工业洗衣机洗涤的两种不同的功能:高速强效洗涤、中速普通洗涤。在本文中，要想变频器达到以上控制效果，就要进一步接受PLC控制.由此可见两者紧密联系在一起，下面讨论的就是PLC与变频器之间在工业洗衣机方面的控制。变频器容量的选择是一个重要且复杂的问题，要考虑变频器容量与电动机容量的匹配,容量偏小会影响电动机有效力矩的输出,影响系统的正常运行,甚至损坏装置,而容量偏大则电流的谐波分量会增大,也增加了设备投资。以一般的工业洗衣机为标准，再根据本系统控制要求，变频器暂定为FＲ－E5４0.在变频器控制洗衣电动机的运行方向和转速时，端子的接法很重要，如果把接线端子接错将影响变频器正常应用。下图4为ＦR-Ｅ５40的接线端子平面图,图4变频器接线端子平面图在接线的过程中,要了解每个端子所代表的含义，则端子含义如下表２。表2变频器的接线端子的含义端子含义端子含义RH高速RUN运行ＲM中速FU频率检测RL低速B异常输出MＲＳ输出停止A/CREＳ复位10\2＼5频率设定器SD公共输出、输入端4DＣ4~20Ｍａ(+）PＣ直流2４V输出和外部晶体管端子STF正转启动SE集电极开路输出公共端ＳTR反转启动而变频器与PＬＣ之间正确的连接对系统的控制也很重要，下图５为该工业洗衣机变频器与PＬC之间的接线图。Q0.2.Q0.2.Q0.3.COMCOM.Q1.0.STF.Q1.1.SD.RH.RM.STF变变频器.S7-200PLCS7-200PLC.图5变频器与PLC接线图图5变频器与PLC接线图分析图5的工作过程：当S7—200PLC的输出端Ｑ0。2有信号输出时，则变频器STF端接受到信号控制电机正转；当ＰLC的输出端Ｑ０。3有信号输出时，则变频器STR端接受到信号控制电机反转;当PLC的输出端Q１.0有信号输出时,则变频器RH端接受到信号控制电机高速运转来实现洗衣机的强洗涤功能；当PＬC的输出端Ｑ1。1有信号输出时，则变频器RM端接受到信号控制电机中速运转来实现洗衣机的普洗涤功能.3。３系统运行的控制电路由于本控制系统设计要求该洗衣机能够满足不同的洗衣量及洗净程度，而通过改变电机的转速来实现该控制要求。通过了解我们可以控制变频器改变电动机运行方向、速度。3。3．1电机调速原理在以往老式的洗衣机调速中多采用交流调速中的串接电阻调速。现代电力传动技术重要发展方向在调速中直接利用交流电在变频器的变频下实现平稳的调速，可以说它将逐渐取代了过去老式的串阻调速，变极调速,直流调速等调速系统,越来越广泛的应用于多领域。通过了解，在工业洗衣机的调速方面，我们选择使用变频器作为理想的调速方式.它是把工频电源(我国５0Ｈz）变换成需要频率的交流电源，实现电机的无极变速运行，洗衣机的控制电路完成对交流电机主电路的控制。洗衣机的动力源选择适用于变频器的三相交流异步电动机，它具有比较理想的调速方法,其调速性能最好、效率最高。我们知道，交流电动机的同步转速表达式为:n＝60f（１－s)/p=（１—S)n1ｎ——异步电动机的转速；p-—电动机极对数；ｎ1——同步转速；f-—异步电动机的供电频率；s-—电动机转差率.由式可知,转速n与频率ｆ成正比，只要改变频率f,就可以改变异步电动机的同步转速n1，从而改变其转子转速n,即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段.3.3.2变频器与电机的结合应用在应用变频器时,想要操作它，首先要对它的控制面板进行了解,如下图6为该变频器面板模式示意图。图6变频器的面板模式示意图认识了变频器的控制面板，了解各个按键功能也很重要,下面来了解各个按键,表3为变频器各个按键的功能.表３变频器功能表按键说明RUN键正转运行指令键MＯＤＥ键可用于选择操作模式或设定模式ＳEＴ键用于确定频率和参数的设定▲／▼键用于连续增加或降低运行频率，按下这个键可改变频率在设定模式中按下此键，则可连续设定参数。FWD键用于给出正转指令.ＲEV键用于给出反转指令。SＴＯP／RESEＴ键用于停止运行用于保护功能动作输出停止时复位变频器ＦWD键用于给出正转指令。在应用变频器进行工作时，一定要进行模式的设置.在ＰU操作模式中要把出厂时的Pｒ。79的值选择为1。下图7为变频器频率及转向的设置流程图.图7变频器频率及转向的设置流程图图7变频器频率及转向的设置流程图参数的设定方法，除了部分参数之外，参数的设定仅用在Pr。７９选择模式时可以实施。一个参数值的设定既可以用数字键设定也可以用增减键来完成。按下SEＴ键1。５S写入设定值并更新。另外，作为与运行模式无关的设定方法，可将Ｐr．77设为2.下表4为设计所需的参数值设定表。表4参数值设定及功能参数号设定值功能Ｐｒ。793组合操作模式一Pr．2050加减速基准频率Pr.１5０上限频率Pｒ。20下限频率Ｐr。3５０基底频率Ｐｒ.450高速强效洗涤Pr。535中速普通洗涤Ｐｒ．7５加速时间Pr.8５减速时间由以上内容我们可以大概的了解到利用变频器改变电机的运行方向和速度。下图8为工业洗衣机主电机控制电路图。加热器加热器YVVVVFQF2QF1QFUVWNM3~图8工业洗衣机主电机控制电路图变频器与电机之间的连接如下图９所示。变频变频器图９变频器与电机的接线图此外，在使用变频器时，也要注意以下几点方面：(1)禁将变频器的输出端子U、V、W连接到AC电源上。(2）变频器要正确接地，接地电阻小于10Ω;避免变频器安装在产生水滴飞溅的场合。（3)变频器断开电源后，待几分钟后方可维护操作,直流母线电压应在２5V以下.（４)主回路端子与导线必须牢固连接;变频器与电机之间连线过长，应加输出电抗器。(5)变频器驱动三相交流电机长期低速运转时，建议选用变频电机。(6）变频器驱动电机长期超过50HZ运行时，应保证电机轴承等机械装置在使用的速度范围内，注意电机和设备的震动、噪音。(7）变频器驱动减速箱、齿轮等需要润滑机械装置,在长期低速运行时应注意润滑效果。（8）变频器在一确定频率工作时，如遇到负载装置的机械共振点,应设置跳跃频率避开共振点.（9）严禁在变频器的输入侧使用接触器等开关器件进行频繁启停操作。(10)对电机绝缘检测时必须将变频器与电机连线断开。（11)在变频器的输出侧，严禁连接功率因数补偿器、电容、防雷压敏电阻；变频器的输出侧严禁安装接触器、开关器件；变频器输入侧与电源之间应安装空气开关和熔断器。（12）控制线应与主回路动力线分开，控制线采用屏蔽电缆。（13)变频器与负载的配置

1）变频器长期工作电流：Ｉ变长=I电×115%（Ｉ电—-电动机额定电流）

2)变频器短期工作电流（可持续1～2分钟）：I变短=Ｉ变×１50％（I变--变频器额定电流）

3）变频器瞬时工作电流（可持续数秒钟)：Ｉ变瞬=I变×180%4工业洗衣机的软件系统4．1系统的流程图该洗衣机，在设计上具有普通洗和强效洗的多功能型.考虑工厂等场合衣物具有油污的特点，在洗涤方面需要具有一定的水温才可以达到充分去污的特效,所以本洗衣机带有水温加热功能。系统的控制要求:先按下洗涤方式（分普通洗和强效洗两种洗衣方式）、水位选择开关，再按启动按钮；（1）ＰＬＣ投入运行,系统处于初始状态准备好启动;（2）启动时开始进水,同时对水进行加热；（３）当注入的水达到设定水位值时停止进水和加热，2S后开始洗涤；（4)洗涤时,电机在变频器的控制下5S达到要求转速，之后正转30ｓ后暂停2S；然后开始反转,同样电机在变频器的控制下五秒达到要求转速反转3０s，停2s；(５）如此循环，若正、反转未满5次时,返回从正洗开始的动作;(6)若正、反洗涤满５次时则开始排水；水位下降到水排尽位时开始脱水并继续排水；(7）脱水３0s即完成一次从进水到排水的大循环过程;(8)若完成3次大循环，洗完报警3ｓ后自动停机;（9）可以按“停止"按钮实现手动停止进水、排水、脱水及报警；(１０）可以按“排水”按钮实现手动排水；工业洗衣机通过控制面板显示选择洗衣模式；能够检测水位,自动完成进、出水;按下启动按键之后进行选择洗衣方式，若洗衣量很大则选择强效洗,洗衣机能够按照设定的洗衣程序,从进水、洗涤、漂洗、排水到脱水，整个过程全自动进行；完毕后，能够自动报警，停止工作.洗衣机的进水、排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀执行。

脱水时,由脱水电磁离合器合上、排水电磁阀吸合，洗涤电动机正转高速进行甩干.洗涤完报警。图1０为洗衣机的工作流程图，PLC投入运行,系统处于初始状态准备好启动;按下启动按扭和水位选择开关，这个时候开始选择洗衣功能。选好后开始进水同时加热；进水到设定高度时停止进水和加热停2Ｓ后开始洗涤正转;正转30s后暂停;暂停２s后开始洗涤反转；反转30ｓ后暂停；暂停2s后，若正、反转未满5次时,返回从正洗开始的动作;若正、反洗涤满5次时则开始排水；水位下降到低水位时开始脱水井继续排水；脱水30ｓ即完成一次从进水到排水的大循环过程；若完成3次大循环，洗完报警3s后自动停机。YY3SN30S低水位NY2S30S2S启动30S运行脱水、排水报警衣物洗涤3次停机初始状态进水、加热暂停洗涤正转洗涤反转反转暂停排水正反洗共5次高水位图10正常运行流程图4.２系统的顺序功能图顺序功能图，它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术,他是一种通用的技术语言。该工业洗衣机控制系统PLC控制状态流程图见图1１。T43T43报警3S进水水计数5次排水脱水30S计数3次反转完停2S反转30S正转完停2S正转30S进水完停2SQ0.0T37Q0.2T39C51I1.2T42C50C50T41T40T39T38T37I0.3I1.0I0.4I1.1I0.3I0.2I0.4I0.0M1.1M1.0M1.3M1.2M0.1M0.0M0.2M0.3M0.4M0.5M0.7M0.6I0.2I0.7C51Q0.3T41Q0.1Q0.1C51C50Q0.5T43T42Q0.4T40T38SM0.1图11PLC控制状态流程图如图11当PLC投入运行时，系统处于初始状态（第一步)准备好启动。当同时按下I0。0和I0。2(I０。3或I0.4)时,程序进入到第二步:Q0．0接通，此时进水电磁阀打开开始进水；当Ｉ0.2、Ｉ0．7（I0。3、I1．０或Ｉ０。４、I1。1)同时接通时，程序进入到第三步:Q0．0失电断开停止进水，T37开始计时;当Ｔ37计时２S后程序进入到第四步：Ｑ０。2接通电机开始正转洗衣，与此同时T３8开始计时;当T３８计时3０Ｓ后程序进入到第五步：Ｑ0.2断开，正转洗涤暂停，同时T39开始计时;当Ｔ39计时2S后程序进入到第六步:Q０．3接通，电机开始反转洗衣，同时T40开始计时；当Ｔ４0计时３0S后程序进入到第七步：Q0.3断开,反转洗涤暂停，同时Ｔ41开始计时；当T41计时２S后程序进入到第八步：Ｃ50计数一次；当Ｃ50未计满5次则返回Q０.2接通，重复以上从正洗开始的全部动作，否则程序进入到第九步：Ｑ0.1接通开始排水；当水排空I１.２接通时，程序进入到第十步：Q0。1、Q０.4接通，开始脱水、排水,同时T4２开始计时;当T４2计时３０S后程序进入到第十一步:Ｃ51计数一次；当C５1未计满3次则返回Q0．0接通,重复从进水到脱水的全部动作，否则程序进入到第十二步:Q0.5接通报警，同时T4３开始计时;T43计时3S时间到，报警结束,整个洗衣过程结束。4．３系统的梯形图程序如图１2所示是根据图１1的顺序功能图，利用起跑停编程方法编制而成的。图12系统梯形图程序运行过程分析如图１２洗衣机洗衣前先选择好水位，即按下水位选择开关（I0.２、I０.3、I0．4）任意一个，这时再按下启动按钮,Q０.0接通,此时进水电磁阀打开开始进水。当水位上升到与选择的水位相一致时，与之相应的水位传感器(I０。7、I1．0、I1。１)接通,Q0.0失电断开停止进水,T３7开始计时。当T3７计时时间到，Q0。2接通电机开始正转洗衣，与此同时Ｔ38开始计时。当T38计时到30S，Ｑ0.2断开，正转洗涤暂停,同时T39开始计时.当T3９计时时间到,Q0。3接通，电机开始反转洗衣，同时T40开始计时。当T4０计时时间到，Q0。3断开，反转洗涤暂停，同时T４1开始计时。当T41计时时间到,C50计数一次，同时洗衣返回Ｑ０.2接通，重复以上从正洗开始的全部动作,直到C５０计满5次数时，Q0。1接通并自锁，排水电磁阀打开开始排水，Ｃ50复位,准备下次循环是再计数。排水到脱水水位时,I1.2闭合,Ｑ0.１、Q０。4接通，开始脱水、排水，同时Ｔ42开始计时.当T42计时时间到,Q0.1、Q0．4断开,停止排水和脱水，C５1计数一次，同时洗衣返回Q0。0接通，重复从进水到脱水的全部动作，直到Ｃ5１计数满3次时，停止洗衣,Ｑ０.５接通报警并自锁，同时T43开始计时。T4３计时时间到，报警结束，整个洗衣过程结束，Ｔ4３常开触点闭合，为下次启动做准备。结论在本设计系统中，考虑了电动机运行方向及转速控制方法,同时也考虑到洗衣机的洗涤特殊性.因为工厂中的衣物油污灰尘较多,增加了洗涤时的难度，通过控制水温，这样可以达到一定的去污效果。另外，在此次论文设计中,编程方面采用了西门子S７-20０指令,既经济同时又满足了工业洗衣机编程的需求。在设计该工业洗衣机功能方面还有许多待进一步提高.比如在洗涤过程中，若打开洗衣机桶盖这时整机将停止洗涤，桶盖合上洗衣机将再次进行之前的洗涤任务；在洗涤过程中，若外部电源与供水中断，洗衣机暂时停止工作,当电源或供电恢复后，洗衣机在原来基础上继续工作,直到洗涤完成,还有要能够通过控制面板设定洗衣机的洗涤时间、洗涤次数、脱水时间；能够检测洗涤量来自动调节洗衣剂的添加量。这些功能在工业洗衣机中也能够实现，还需得以进一步提高。通过本控制系统的设计，不仅能够培养独立的工作能力，而且也能够提高动手的能力，相信会对今后的学习、工作、生活有着非常重要的影响.总之,这次设计为以后面向实际应用打开了大门，为以后做各项工作和进一步学习奠定了基础。致谢在此,我要感谢我们的论文指导老师，从论文的最初的选题，文献的收集，论文的述写和定稿，老师都是始终给予我们细心的指导和不懈的支持,在写论文中遇到的问题,最后在老师的辛勤、指导下,都能够很好的处理好。在此谨向马老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。对于在学习和生活中帮助我和鼓励我的老师和同学们,我再次表示衷心的感谢,你们对于我的帮助使我在心中无以言表。参考文献［1]魏志精.可编程控制器应用基础.电子工业出版社，２００3［２]蒋金周。全自动洗衣机的PＬＣ智能控制。北京：机电一体化，２００4［3]吴中俊。可编程序控制器原理及应用［M］。北京：机械工业出版社，2004［４］李国厚．PLＣ原理及应用设计。化学工业出版社，200５［5］王伟。变频器原理及应用。北京:化学工业出版社,20０5[6］王永华.电气控制及PLC应用技术[M]。北京：北京航空航天大学出版社，20０3［7]罗宇航.流行PLC实用程序及设计[M]。西安电子科技大学出版社，200６［8］殷洪义。可编程控制器选择设计与维护[Ｍ].北京:机械工业出版社，２002[9］许谬.电气控制与PLC控制技术［M].北京：机械工业出版社,200５摘要本论文根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。变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器等构成。本系统包含四台水泵电机,它们组成变频循环运行方式.采用变频器实现对四相水泵电机的软启动和变频调速.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，从而控制变频器的输出电压和频率，进而改变水泵电机的转速来改变供水量,最终保持管网压力稳定在设定值附近。通过工控机与PLC的连接，采用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PLCABSTRACTAccordingtotherequirementofChina’surbanwatersupply，thispaperdesignsasetofwatersupplysystemoffrequeceycontrolofconstantvoltagebasedonPLC，andhavedevelopedgoodoperationmanagementinterfaceusingSupervisionControlandDataAcquisition.ThesystemismadeupofPLC，transducer,unitsofpumps,pressuresensorandcontrolmachineandsoon。Thissystemisformedbythreepumpgenerators，andtheyformthecirculatingrunmodeoffrequencyconversion.Withgeneralfrequencyconverterrealizeforthreephasepumpgeneratorsoftstartwithfrequencycontrol，operationswitchadoptstheprincipleof”startfirststopfirst”。Thedetectionsignalofpressuresensorofhydraulicpressure,viaPLCwithsetvaluebycarryoutPIDcomparisonoperation，so，controlfrequencyandtheexportvoltageoffrequencyconverter,andthentherotationalspeedthatchangespumpgeneratorcometochangewatersupplyquantity，eventually，itisnearbytomaintainpipenetpressuretostabilizewhensetvalue。ThroughworkcontrolmachinetheconnectionwithPLC,withgroupformsoftwareconsummatelysystematicmonitoring,haverealizedoperationstatedevelopmenttoshowanddata,reporttothepoliceinquiry。Keywords:Variablefrequencyspeed—regulatingConstant-pressurewatersupplyPLC目录TOC\o”1-2”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc233100241"第一章绪论.。。。。.。...。..。。。。。.。。。。..。..。.。。。。。.。.。。1HYPERLINK\l”_Toc233100242"1.1课题的提出.。.。.。。.。.。。。。.。。.。。。.。...。。..。。.。。.。.。.。.。。.。.11。2变频恒压供水系统的国内外研究现状.。。。。...。.。。..。.。..。.。.。。2HYPERLINK\l”_Toc233100245”1.3本课题的主要研究内容。。。...。.。.。.。。。..。.。。.。...。。.。。.。。。3第二章系统的理论分析及控制方案确定。..。。。.。.。。.。。。。.。..。。。。。.。。。4HYPERLINK\l”_Toc233100247"2。1变频恒压供水系统的理论分析.。..。。。。.。。。..。。.。..。。。.。。。.。.。4HYPERLINK\l”_Toc233100247"2.1.1电动机的调速原理...。。.。。..。。.。..。。。...。...。.。...。..。.。。42.1。2变频恒压供水系统的节能原理..。。.。。..。。。。.。。。。。。。。。。。4HYPERLINK\l”_Toc233100247”2.2变频恒压供水系统的理论分析.。...。...。。.。..。.。。。.。。.。。。。。.5HYPERLINK\l”_Toc233100248"2。2。1控制方案的比较和确定。。。.。.。..。.。..。.。。...。.。.。..。。。5HYPERLINK\l”_Toc233100248"2.2.2变频概述。.。.。.。...。.。。..。..。..。。..。.。.。.。。。..。。。...6HYPERLINK\l”_Toc233100248"2。2。3变频恒压供水系统的组成和原理图.。..。。。..。..。。.。。...。72.2。4变频恒压供水系统控制流程。。。。..。.。.。。..。..。。.。。.。.。。9第三章系统的硬件设计。。。...。。。.。...。。。.。。。.。.。。..。...。.。.。。..113。1系统主要设备的选型。.。.。..。.。..。.。。。..。。。.。.。。。。。。。..11HYPERLINK\l”_Toc233100248”3.1。1控制方案的比较和确定。.。。.。。.。.。。。。..。。.。.。.。..。。。.113。1.2欧姆龙CP1EPLC简介.。.。.。。。..。.。.。.。。..。。.。.。。。.。。...133。1.3PLC及其模块的选型.。。。..。..。。.。。。。。。.。。..。。..。。。。.14HYPERLINK\l”_Toc233100250"3。1.4变频器的选型..。..。。..。。.。。。.。。..。..。..。.。。。。.。..。14HYPERLINK\l”_Toc233100250”3.1。5水泵机组的选型。.。。。。..。.。。.。。。。.。.。..。。。。...。。..。.153.1.6压力变送器的选型.。。.。。.。。。。.。.。...。..。.。。..。。。..。.153.1.7液位变送器的选型...。。。。。..。...。。...。。。.。。...。16HYPERLINK\l”_Toc233100251”3.2系统主电路分析及其设计...。。..。.。。..。。..。...。。.。。。。。。..。。163。4PLC的I/O端口分配及外围接线图..。。。.。.。。。。。。。。.。。。。.。...。..。19第四章系统的软件设计。。。。。。..。。。.。。...。.。。.。.。。.。。。。。。。。...。.。22HYPERLINK\l”_Toc233100255"4。1系统软件设计分析...。。。。..。。...。..。..。..。。。。。。..。。。。。。.。..。。。22HYPERLINK\l”_Toc233100256”4。2PLC程序设计。.。。.。。.。。。.。.。。。。..。.。。。。。。。.。。..。。。。。.。。..23_Toc233100256"4。2。2控制系统子程序设计...。。。.。...。。。。.。..。。..。..。。..26HYPERLINK\l”_Toc233100257"4.3PID控制器参数整定。。.。。。..。。。。。..。。..。。。。。.。。。。。。。.。.。。。354。3。1PID控制及其控制算法。。.。。..。。。.。。。。.。.。。.。。...。.。。。。。.35HYPERLINK\l”_Toc233100257"4。3.2PID参数整定。。.。..。。。。。.。。。.。..。。。。。。.。。。.。.。.。..。。。。.36HYPERLINK\l”_Toc233100241”第五章结束语。。。.。.。..。..。。。。.。。。。。.。.。...。。。。.。。.。。。.。。。.。.。.。38致谢...。。.。.。。。.。..。.。.。。。.。.。.。.。..。.。。。。.。。..。...。.。..40附录。。。。..。。.。。.。.。。...。..。...。.。.。。...。..。。。。.。。。。。。..。。41HYPERLINK\l”_Toc233100267"附录图1主电路图.。.。.。。。。.。.。.。..。。。。。.。.。..。。。。。。。.。..。。..41附录图2控制电路图。.。.。...。.。。。。.。。。。。。...。。.。.。.。.。.。。42附录图4主程序梯形图。.。。。.。。.。...。。。。。.。。.。。。。。.。.。..。...。.。.。..44第一章绪论1.1课题的提出目前,居民生活用水和工业用水日益增加。由于居民日常用水和工业用水会随季节、昼夜等变化而随之发生变化，如采取传统的供水方式不仅影响生活也不利于资源的优化配置。传统的供水系统已经不能满足人们的需求，为了能更合理的分配资源，使能最大限的为人们所用，可采用变频恒压供水方式来代替传统的供水系统，以达到供水稳定，满足人们需求，合理优化分配等目的。本文介绍的是关于变频恒压供水系统的设计,因为变频恒压供水系统有高效节能，恒压供水，安全卫生，自动运行，管理简便等优点，非常适合现在的国民需求。变频恒压供水系统根据用水量的变化,自动调节运行参数，在水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。变频调速是现在优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等)的技术,是当今国际上一项效益最高、性能最佳、应用广泛、最有发展前途的电机调速技术。它采用了微机控制技术，电力电子技术和电机传动调速技术实现了工业交流电动机的无极调速,具有高效率、宽范围和高精度等特点.以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有可靠性高，抗干扰能力强，组合灵活，变成简单，维修方便和低成本低能耗等诸多特点。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便实现供水系统的集中管理和监控；同时系统具有良好的节能性,这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计系统，对于调高企业效率以及人民生活水平、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的发展状况变频恒压供水是在变频调速技术发展之后逐渐发展起来的，在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求的不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,因而投资成本高。即1968年，丹麦的丹弗斯公司发明并首家生产变频器后,随着变频器技术的发展和变频恒压系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优先以及显著地节能效果被大家发现认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司推出了恒压供水基板，备有PID调节器和PLC可编程控制器等硬件继承在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能,只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机的供水系统.但是也有其缺点，就是输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统和组态软件难以实现数据的通信，并且限制了带负载的容量，因此适用范围受到限制.目前国内有不少公司都在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用单片机及相应的软件予以实现；有的采用PLC及相应软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为电气公司（现已改名艾默生)和成都希望集团（森兰牌变频器）也推出了恒压供水专用变频器（5。5Kw—22kW)，无需外接PLC盒PID调节器，坑完成最多四台水泵的循环切换、定时起动、停止和定时循环（丹麦丹弗斯公司的VLT系列变频器可实现七台水泵机组的切换）。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现,但其输出接口限制了带负载容量,同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量,控制要求不高的供水场所。可以看出,目前在国内外变频调速恒压供水系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性的变频恒压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的，因此，有待于进一步淡淡的研究改善，使其能更好的应用于生活、生产实践中。1。3本课题的主要研究内容设计是以供水系统为设计对象，采用PLC和变频技术相结合技术，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理，保证供水系统安全可靠的运行。PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器、和水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有4台泵，大泵电动机功率均为220KW，小泵功率均为160KW;所有泵可设计成变频循环软启动的工作方式；采用PID算法实现水压的闭环控制；欧姆龙S7—200型系列PLC控制变频及现场设备的运行；系统具有自动/手动操作功能；具有故障自诊和自处理能力，对过流，欠压，过压等变频器故障均能自行诊断,并发出报警信号。根据以上控制要求,进行系统的总控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型、估算所需I/O点数,进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图、分配I/O点数，列出I/O分配表，设计梯形图控制程序,对程序进行调试和修改并设计监控系统。第二章系统的理论分析及控制方案确定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用三相异步电动机,而其转速公式为：(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:(1）改变电源频率（2）改变电机极对数（3)改变转差率改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著,效率高，但需要专门的变极电机,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围一般采用串级调速的方式，其最大优点是它可以回收转差功率，节能效果好，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。下面重点分析改变电源频率调速的方法及特点。根据公式可知,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。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能恶化.随着电力电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，它们促进了变频调速的广泛应用.变频恒压供水系统的节能原理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,通过变频器调节异步电机的转速，从而改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改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。在供水系统中,通常以流量为控制目的，常用的控制方法为阀门控制法和转速控制法。阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量,水泵电机转速保持不变。其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水中，需水量是变化的，若阀门开度在一段时间内保持不变，必然要造成超压或欠压现象的出现。转速控制法是通过改变水泵电机的转速来调节流量,而阀门开度保持不变，是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将随水泵转速的改变而改变,但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速控制。其工作原理是根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.2。2变频恒压供水系统控制方案的确定2.2。1控制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、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，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,同时还要能对运行数据进行传输和监控。根据系统的设计任务要求，有以下几种方案可供选择：（1)有供水基板的变频器+水泵机组+压力传感器这种控制系统结构简单,它将PID调节器和PLC可编程控制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调节参数寻优困难,调节范围小，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灵活性，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（包括变频控制、调节器控制）+人机界面+压力传感器这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便,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，因此现场调试的灵活性差，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，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。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（包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便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，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统.在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，当控制要求发生改变时,可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高,因此系统的可靠性大大提高。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，可以看出第三种控制方案更适合于本系统.这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点,又能达到系统稳定性及控制精度的要求.变频器概述变频恒压供水是在变频调速技术发展之后逐渐发展起来的，在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求的不同时,保证管网压力恒定，需在变频器外部压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制.从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式,几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况,因而投资成本高。即1968年，丹麦的丹弗斯公司发明并首家生产变频器后，随着变频器技术的发展和变频恒压系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优先以及显著地节能效果被大家发现认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像瑞士的ABB集团推出了HVAC变频技术，法国的施耐德公司推出了恒压供水基板，备有PID调节器和PLC可编程控制器等硬件继承在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机的供水系统。但是也有其缺点，就是输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高,与别的监控系统和组态软件难以实现数据的通信,并且限制了带负载的容量，因此适用范围受到限制。目前国内有不少公司都在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制,有的采用单片机及相应的软件予以实现；有的采用PLC及相应软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为电气公司（现已改名艾默生)和成都希望集团(森兰牌变频器）也推出了恒压供水专用变频器(5.5Kw—22kW），无需外接PLC盒PID调节器，坑完成最多四台水泵的循环切换、定时起动、停止和定时循环（丹麦丹弗斯公司的VLT系列变频器可实现七台水泵机组的切换)。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现,但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合,结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性的变频恒压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的,因此，有待于进一步淡淡的研究改善，使其能更好的应用于生活、生产实践中.2.2.3PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、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节系统，该系统的控制流程图如图2-1所示:图2-1变频恒压供水系统控制流程图从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体为:（1）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，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定；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足用水要求时)的情况下投入工作。（2)信号检测机构：在系统控制过程中，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，它是恒压供水控制的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。另外为加强系统的可靠性，还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足。信号有效时,控制系统要对系统实施保护控制，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、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。(3)控制机构:供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器（PLC系统）、变频器和电控设备三个部分。供水控制器是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的压力、液位、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、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构（即水泵机组)进行控制；变频器是对水泵进行转速控制的单元,其跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率,完成对调速泵的转速控制。根据水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，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,变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择，本设计中采用前者。作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。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、可靠、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,因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别,进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失.变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制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，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。变频恒压供水系统的结构框图如图2-2所示：图2—2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4—20mA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，故必须通过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，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定,实现变频恒压供水。2。2.4变频恒压供水系统控制流程如下：（l)系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，首先启动变频器拖动变频泵M1工作，根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节变频器的输出频率，控制Ml的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值,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，所以水泵的转速增大，供水量增大，最终水泵的转速达到另一个新的稳定值。反之,当用水量减少水压增加时,通过压力闭环，减小水泵的转速到另一个新的稳定值。(3）当用水量继续增加，变频器的输出频率达到上限频率50Hz时，若此时用户管网的实际压力还未达到设定压力,并且满足增加水泵的条件时，在变频循环式的控制方式下,系统将在PLC的控制下自动投入水泵M2(变速运行），同时变频泵M1做工频运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止.如果用水量继续增加，满足增加水泵的条件，将继续发生如上转换，将另两台工频泵M3、M4依次投入运行,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，控制系统就会发出水压超限报警。(4）当用水量下降水压升高，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,并且满足减少水泵的条件时，系统将工频泵M2关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值.当用水量继续下降，并且满足减少水泵的条件时，将继续发生如上转换,将另两台工频泵M3、M4根据先启先停原则依次关掉.2。2。5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足供水要求，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,此时需要减少工频泵来减少供水流量，达到恒压的目的。那么何时进行切换，才能使系统提供稳定可靠的供水压力，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成为频率调节的上限频率。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可能降到0HZ。因为当水泵机组运行，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，同时这个水压也在一定程度上阻止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