S7-200 PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
S7-200 PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì),S7-200,PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì),s7,plc,控制,節(jié)制,變頻,調(diào)速,供水系統(tǒng),設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
??
學(xué)生姓名_ 指導(dǎo)教師_ 職稱(chēng)
系別_信息與電子工程系_專(zhuān)業(yè) 工業(yè)電氣自動(dòng)化 年級(jí)__04___班級(jí) 1
課題名稱(chēng) S7-200 PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
任務(wù)與要求：
一、 設(shè)計(jì)（論文）要求：
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水已廣泛應(yīng)用于廠(chǎng)礦企業(yè)及生活、消防等供水系統(tǒng)。
S7-200PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動(dòng)完成泵組軟啟動(dòng)及無(wú)沖擊切換，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變以往“先啟后?！狈绞?，使水壓平穩(wěn)過(guò)渡。采用硬件/軟件備用及時(shí)鐘控制功能，使各泵進(jìn)行輪休，延長(zhǎng)設(shè)備的機(jī)械使用壽命。變頻器故障時(shí)系統(tǒng)仍可運(yùn)行，保證不間斷供水。
㈠ 系統(tǒng)組成及原理
1、組成
變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖1所示，它主要是由S7-200PLC（包括一塊模擬量擴(kuò)展模塊EM235）、變頻器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線(xiàn)路以及若干臺(tái)水泵等組成。通過(guò)控制柜面板上的按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和指示燈來(lái)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。
3、運(yùn)行方式
2、工作原理
通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成 4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)西門(mén)子模擬量擴(kuò)展單元EM235 送入S7-200PLC，經(jīng)與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較、運(yùn)算后，發(fā)出控制信號(hào)送給變頻器，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)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò)PLC 控制增加水泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)軟件設(shè)計(jì)具有定時(shí)換泵和系統(tǒng)聲、光報(bào)警及多種保護(hù)功能。
3、運(yùn)行方式
系統(tǒng)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式（通過(guò)變頻／工頻選擇開(kāi)關(guān)選擇）：
⑴ 手動(dòng)運(yùn)行
按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1?！?＃泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。
⑵ 自動(dòng)運(yùn)行
合上自動(dòng)開(kāi)關(guān)后，1＃泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，S7-200PLC 接受壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Ｈｚ，1＃泵由變頻切換為工頻，啟動(dòng)2＃泵變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類(lèi)推；如用水量減小，從先啟的泵開(kāi)始減，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的PID算法調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。
4、故障處理
⑴ 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、光報(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。
⑵ 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)應(yīng)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)還應(yīng)設(shè)有軟件備用功能，工作泵與備用泵應(yīng)具有周期定時(shí)切換功能。
㈡ PLC控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-200PLC CPU224，本機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為14入／10 出，另為獲取和發(fā)出模擬信號(hào)選用4入／2出的EM235一塊，PLC編程采用STEP7軟件，它是西門(mén)子PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線(xiàn)編程和在線(xiàn)連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語(yǔ)句表的相互轉(zhuǎn)換。
控制過(guò)程：泵組的切換開(kāi)始時(shí)，若硬件、軟件皆無(wú)備用（兩者同時(shí)有效時(shí)硬件優(yōu)先），1＃泵變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)模伴_(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz，而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（由PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器控制，目的是避免由于干擾而引起誤動(dòng)作）后，1＃泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2＃泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿(mǎn)足，則依次啟動(dòng)3＃、4＃泵；若開(kāi)始時(shí)1＃泵備用，則直接啟2＃變頻，轉(zhuǎn)速?gòu)模伴_(kāi)始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz，而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間后，2＃泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50 Hz滑停至0 Hz，3＃泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿(mǎn)足，則啟動(dòng)4＃泵；若1＃、2＃泵都備用，則直接啟3＃變頻，具體泵的切換過(guò)程與上述類(lèi)同。
同樣，如水壓在上限值，若３臺(tái)泵（假設(shè)為1＃、2＃和3＃）運(yùn)行時(shí)，3＃泵變頻運(yùn)行降到 0Hz，此時(shí)水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1＃泵停止，3＃泵變頻器頻率從０Hz 迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使2＃泵停止。這樣的切換過(guò)程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓波動(dòng)做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過(guò)渡。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。而我們這次的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，要求直接停工頻泵，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，提高供水品質(zhì)。
㈢ 注意事項(xiàng)
1、變頻轉(zhuǎn)工頻開(kāi)關(guān)切換時(shí)間T
設(shè)置Ｔ是為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過(guò)程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過(guò)大而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)Ｔ必須盡可能的小。
2、上下限頻率持續(xù)時(shí)間TH和TL
變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，系統(tǒng)以變頻器運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時(shí)間為依據(jù)來(lái)判斷是否加泵（減泵），這個(gè)判斷的時(shí)間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過(guò)大，系統(tǒng)就不能迅速的對(duì)管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過(guò)小，管網(wǎng)用水量變化時(shí)就很可能引起頻繁的加減泵動(dòng)作；兩種情況下都會(huì)影響恒壓供水的質(zhì)量。
㈣ 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的主要內(nèi)容：
1、 學(xué)習(xí)S7-200PLC（包括一塊模擬量擴(kuò)展模塊EM235）、變頻器的有關(guān)知識(shí)；
2、 了解變頻恒壓供水原理及工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求設(shè)計(jì)并構(gòu)成系統(tǒng)硬件，同時(shí)進(jìn)行設(shè)備及元器件的選型；
3、 掌握變頻調(diào)速原理及其升速、啟動(dòng)、降速和制動(dòng)的方法；
4、 學(xué)習(xí)并掌握PLC應(yīng)用的開(kāi)發(fā)步驟，PID調(diào)節(jié)原理、參數(shù)設(shè)置和設(shè)定值的調(diào)整方法，PLC程序編制及運(yùn)行和模擬調(diào)試；
5、 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)完成開(kāi)題報(bào)告1份，根據(jù)指導(dǎo)教師要求完成外文文獻(xiàn)的翻譯，按系規(guī)劃格式完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份；
6、 按指導(dǎo)教師要求參加相關(guān)的實(shí)習(xí)，完成實(shí)習(xí)總結(jié)。
二、 設(shè)計(jì)（論文）條件：
自備計(jì)算機(jī)一臺(tái)，Siemens Step7 編程軟件、提供設(shè)計(jì)所需參考資料及相應(yīng)的設(shè)計(jì)場(chǎng)所等。
三、 設(shè)計(jì)（論文）資料：
1、黃云龍.可編程控制器教程，北京:科學(xué)出版社,2003.
2、袁任光.可編程控制器選用手冊(cè),北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
3、陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧,廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999.
4、李景學(xué)、金廣業(yè).可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,北京:電子工業(yè)出版社,1995.
5、黃立培、張學(xué)編.變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動(dòng)機(jī)調(diào)速,人民郵電出版社,1999.
6、黃大雷、吳庚申.可編程控制器及其應(yīng)用，人民交通出版社 1993.
7、洱洪濤 .可編程序控制器（PLC）原理及應(yīng)用,中國(guó)水利水電出版社 1999.
8、韓焱青.PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào) 2000年04期
9、http://www.ad.siemens.com.cn/products/as/s7_200/網(wǎng)站有關(guān)S7-200PLC、變頻器、低壓電器、自動(dòng)化軟件的查詢(xún)，下載Siemens Step7 編程軟件，學(xué)習(xí)相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例。
四、 設(shè)計(jì)（論文）教學(xué)要求：
要求同學(xué)們有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)和自學(xué)能力，能根據(jù)需要查找資料，獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中要求同學(xué)們相互協(xié)作。
五、 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：（可以同一專(zhuān)業(yè)相同）
第01周至第03周：查閱相關(guān)網(wǎng)站及英文資料（并翻譯一篇外文資料），收集有關(guān)S7-200PLC、變頻器、低壓電器、Siemens Step7 編程軟件的資料。
第04周至第04周：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告。
第05周至第12周：根據(jù)系統(tǒng)組成原理及給定的供水流量、壓力和電機(jī)參數(shù)，進(jìn)行變頻器、S7-200模擬量擴(kuò)展單元、壓力傳感器等的選型，設(shè)計(jì)恒壓供水系統(tǒng)硬件原理系統(tǒng)，設(shè)定變頻器特性，編制PLC程序，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)具有定時(shí)換泵和系統(tǒng)聲、光報(bào)警等多種保護(hù)功能，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并分析仿真結(jié)果。
第13周至第15周：整理相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）手稿及最終電腦打印的畢業(yè)論文；
第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）小組答辯；
第17周：答辯。
六、 學(xué)生分組名單：
- 4 -
信息與電子工程 系畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(開(kāi)題報(bào)告)
信息與電子工程系 工業(yè)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 04級(jí) 1 班
課題名稱(chēng)：S7-200 PLC控制的變頻
調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：
2007 年 3 月 1 日～ 6 月 10 日(共 16 周)
學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：
指導(dǎo)教師：
報(bào)告日期： 2007-3-20
1．本課題所涉及的問(wèn)題在國(guó)內(nèi)(外)的現(xiàn)狀綜述
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年。我國(guó)人均日生活用水量(包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水)由175.7升增加到241.1升，增長(zhǎng)了37.2％，與此同時(shí)我國(guó)城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，在全國(guó)的666個(gè)城市中有330個(gè)不同程度缺水，其中嚴(yán)重缺水的達(dá)108個(gè)；在32個(gè)百萬(wàn)人口以上的特大城市中，有30個(gè)城市長(zhǎng)期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2300億元；同時(shí)給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會(huì)中的一種隱患。
在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設(shè)備的維護(hù)管理費(fèi)用。在生產(chǎn)成本中占有很大的比例：水泵電機(jī)作為一種高耗能通用機(jī)械，其耗電量占全國(guó)總耗電量的21％以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門(mén)來(lái)控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當(dāng)部分電能消耗在閥門(mén)和額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的電機(jī)。因此，這種調(diào)控方式雖然簡(jiǎn)單，但從節(jié)約能耗的角度來(lái)看。很不經(jīng)濟(jì)。近年來(lái)，電機(jī)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，為水泵電機(jī)的節(jié)能開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。它可以通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)適應(yīng)水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大地降低水泵能耗，合理地進(jìn)行設(shè)備管理與維護(hù)，對(duì)節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有極其重要的意義。
2．設(shè)計(jì)(論文)要解決的問(wèn)題和擬采用的研究方法
本課題要解決的問(wèn)題:
本課采用和變頻調(diào)速技術(shù)研制控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，與現(xiàn)場(chǎng)液位傳感器、壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制系統(tǒng)。每天24小時(shí)不間斷按預(yù)先設(shè)定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠(chǎng)的不間斷生產(chǎn)。通過(guò)該項(xiàng)目的研制和應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護(hù)，降低維修成本；而且提高了整個(gè)水廠(chǎng)的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于中小型自來(lái)水廠(chǎng)的自動(dòng)化技術(shù)改造在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價(jià)值。
（1）由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門(mén)來(lái)控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當(dāng)部分電能消耗在閥門(mén)和額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的電機(jī)。因此，這種調(diào)控方式雖然簡(jiǎn)單，但從節(jié)約能耗的角度來(lái)看。所以我們采用變頻調(diào)速控制水泵用來(lái)改善水泵的能量浪費(fèi)問(wèn)題。
（2）S7-200控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動(dòng)完成泵組軟啟動(dòng)及無(wú)沖擊切換，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變以往“先啟后?！狈绞剑顾畨浩椒€(wěn)過(guò)渡。采用硬件/軟件備用及時(shí)鐘控制功能，使各泵進(jìn)行輪休，延長(zhǎng)設(shè)備的機(jī)械使用壽命。變頻器故障時(shí)系統(tǒng)仍可運(yùn)行，保證不間斷供水。因此要設(shè)置好各泵的啟動(dòng)方式及順序。
（3）變頻轉(zhuǎn)工頻開(kāi)關(guān)切換時(shí)間T
設(shè)置Ｔ是為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過(guò)程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過(guò)大而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)Ｔ必須盡可能的小。
（4）上下限頻率持續(xù)時(shí)間TH和TL
變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，系統(tǒng)以變頻器運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時(shí)間為依據(jù)來(lái)判斷是否加泵（減泵），這個(gè)判斷的時(shí)間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過(guò)大，系統(tǒng)就不能迅速的對(duì)管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過(guò)小，管網(wǎng)用水量變化時(shí)就很可能引起頻繁的加減泵動(dòng)作；兩種情況下都會(huì)影響恒壓供水的質(zhì)量。所以要設(shè)置好上下限頻率持續(xù)時(shí)間。
（5）對(duì)常用的調(diào)速方式進(jìn)行分析，并決定選用的調(diào)速方式
調(diào)速方式的大致分類(lèi)：
1、變級(jí)對(duì)數(shù)調(diào)速，2、變頻調(diào)速。
變頻調(diào)速又可以分為：
Ⅰ、交--直--交變頻器，Ⅱ、交--交變頻器。
因?yàn)榻弧蛔冾l調(diào)速方式比較適用于低速度，大功率的電機(jī)，因此我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中選用交—直—交方式的變頻調(diào)速。
3．本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路
3.1調(diào)速控制節(jié)能分析
水泵的設(shè)計(jì)負(fù)荷是按最不利條件下最大時(shí)流量及相應(yīng)揚(yáng)程設(shè)定的。但實(shí)際運(yùn)行中水泵每天只有很短的最大時(shí)流量，其流量隨外界用水情況在變化，揚(yáng)程也因流量和水位的變化而變化。因此水泵不能總保持在一個(gè)工況點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制。通常采用的方法有閥門(mén)控制和調(diào)速控制。閥門(mén)控制是通過(guò)增加管道的阻抗而達(dá)到控制流量的目的，因而浪費(fèi)了能量：而電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制可以通過(guò)改變水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)變更水泵的工況點(diǎn)，使其流量與楊程適應(yīng)管用水量的變化，維持壓力恒定，從而達(dá)到節(jié)能效果。
由流體力學(xué)可知，水泵給管網(wǎng)供水時(shí)，水泵的輸出功率與管網(wǎng)的水壓H及出水流量Q的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速與出水流量Q成正比：管網(wǎng)的水壓H與出水流量Q的平方成正比。由上述關(guān)系有，水泵的輸出功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即：
； 圖1-1
；
；
；
式中k,k1,k2,k3為比例常數(shù)。
當(dāng)系統(tǒng)出水流量減小時(shí)，通過(guò)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)能原理田如圖1-1所示。圖中曲線(xiàn)1、2、3為管網(wǎng)阻力特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)4為水泵轉(zhuǎn)速為n1時(shí)的運(yùn)行特性曲線(xiàn)，曲線(xiàn)5為水泵轉(zhuǎn)速為n2時(shí)的運(yùn)行特性曲線(xiàn)。水泵原來(lái)的工作點(diǎn)為曲線(xiàn)3和曲線(xiàn)4的交點(diǎn)A，此時(shí)出水流量為Q1，管網(wǎng)壓力為H1，水泵轉(zhuǎn)速為n1。當(dāng)系統(tǒng)的出水流量減小到Q2，系統(tǒng)管網(wǎng)特性為曲線(xiàn)1。曲線(xiàn)1和曲線(xiàn)4的交點(diǎn)B為運(yùn)行工作點(diǎn)。此時(shí)管網(wǎng)壓力為H2，水泵的輸出功率正比于H2×Q2。由于H2>H1，高出的壓力能量被浪費(fèi)了，同時(shí)過(guò)高的壓力對(duì)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(shí)水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)至n2，曲線(xiàn)5和曲線(xiàn)2的交點(diǎn)C為水泵的運(yùn)行工作點(diǎn)。調(diào)速后管網(wǎng)的壓力仍保持為H1，出水流量為口Q2，水泵的輸出功率正比于H1×Q2。從圖中可見(jiàn)，陰影部分正比于浪費(fèi)的功率輸出。例如，當(dāng)Q2為Q1的80%時(shí)，通過(guò)調(diào)速將n2調(diào)為n1的80％，則水泵的輸出功率P2為P1的51.2％。如不采用調(diào)速控制，48.8％的能量將被浪費(fèi)?？梢?jiàn)變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
3.2常用的調(diào)速方式
水泵多配用交流異步電機(jī)拖動(dòng)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，既可節(jié)約能量，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：
式中： ：異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速
：異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速
：電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)
：電源頻率，電動(dòng)機(jī)定子電壓頻率
：轉(zhuǎn)速差：
因此改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)、改變轉(zhuǎn)速差及改變電源頻率都可以改變轉(zhuǎn)速。
3.21變級(jí)對(duì)數(shù)調(diào)速
在電源頻率—定的情況下，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)成反比，改變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，就可以改變轉(zhuǎn)速。通過(guò)改變定子繞阻的接線(xiàn)方法來(lái)改變極對(duì)數(shù)以電動(dòng)機(jī)一相繞組
為例，電流方向都是一致的，只要改變定子繞組的連接方法，就可以成倍地改變磁極對(duì)數(shù)。如果使=1，2，3等，就可以得到=3000，1500，1000等不同的同步轉(zhuǎn)速，從而得到不同的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。這種調(diào)控方式控制簡(jiǎn)單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專(zhuān)門(mén)的變極電機(jī)，是有極調(diào)速，而且級(jí)差比較大，只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。
3.22變頻調(diào)速
變頻調(diào)速是將電網(wǎng)交流電經(jīng)過(guò)變頻器變?yōu)殡妷汉皖l率均可調(diào)的交流電，然后供給電動(dòng)機(jī)，使其可在變速的情況下運(yùn)行。改變電動(dòng)機(jī)定子頻率可以平滑地調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，相應(yīng)地也就改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)差率可保持不變或很小。但對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，定子頻率改變后，其運(yùn)行影響，如果電壓不變，頻率增加時(shí)，磁通減少，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電機(jī)堵轉(zhuǎn)：頻率增減少，磁通增加，會(huì)使磁路飽和，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵芯損失急劇增加而發(fā)熱，是不允許的。因此，在實(shí)用上，要求調(diào)頻的同時(shí)，改變定子電壓，保持磁通基本不變，既不使鐵芯發(fā)熱，又保持轉(zhuǎn)矩不變。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓的電路有兩種：交--直--交變頻器。交--交變頻器。
(1)交--直--交變頻器
它是由三個(gè)環(huán)節(jié)組成：可控硅整流電路，其作用是將電壓，定頻率的交流電路變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)的直流電：可控硅逆變電路，其作用是將整流電路輸出的直流電變換為頻率可調(diào)的交流電：濾波環(huán)節(jié)，它在整流電路和逆變電路之間，一般是利用無(wú)電源電容或電抗器對(duì)整流后的電壓或電流進(jìn)行濾波。
在交--直--交變頻器中，根據(jù)濾波方式不同，又有電壓型變頻器和電流型變頻器。
近年來(lái)，由于電力電子器件和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制型(簡(jiǎn)稱(chēng))變頻器技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。交頻器也有電壓型和電流型兩種，目前以電壓為主，由不可控整流電路、濾波電容及逆變電路組成。他不僅可改變逆變器輸出電壓，而且具有抑制諧波功能，是一種比較理想的方式。
(2)交--交變頻器
它是由兩組反并聯(lián)的整流電路組成，直接將電網(wǎng)的交流電通過(guò)交頻電路同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，變成電壓和頻率可調(diào)的交流電輸出。
交--交變頻器由于直接交換，減少換流電路，減少損耗，效率高，波型好。但調(diào)速范圍小，控制線(xiàn)路復(fù)雜，功率因數(shù)低，目前較少采用。
變頻技術(shù)對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，以獲得優(yōu)良的運(yùn)行特性和明顯的節(jié)能效果，是目前常用的技術(shù)。
由于交—交變頻調(diào)速方式比較適用于低速度，大功率的電機(jī)，因此我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中選用交—直—交方式的變頻調(diào)速。
4．完成本課題所必須的工作條件(如工具書(shū)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、某類(lèi)市場(chǎng)調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等等)及解決的辦法
工具書(shū)
[1]、黃云龍.可編程控制器教程，北京:科學(xué)出版社,2003.
[2]、袁任光.可編程控制器選用手冊(cè),北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
[3]、陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧,廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999.
[4]、李景學(xué)、金廣業(yè).可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,北京:電子工業(yè)出版社,1995.
[5]、黃立培、張學(xué)編.變頻器應(yīng)用技術(shù)及電動(dòng)機(jī)調(diào)速,人民郵電出版社,1999.
[6]、黃大雷、吳庚申.可編程控制器及其應(yīng)用，人民交通出版社 1993.
[7]、洱洪濤 .可編程序控制器（）原理及應(yīng)用,中國(guó)水利水電出版社 1999.
[8]、韓焱青.控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào) 2000年04期
[9]、http://www.ad.siemens.com.cn/products/as/s7_200/網(wǎng)站有關(guān)S7-200、變頻器、低壓電器、自動(dòng)化軟件的查詢(xún)，下載step—7編程軟件，學(xué)習(xí)相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例。
實(shí)驗(yàn)室
浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信電系過(guò)控實(shí)驗(yàn)室
設(shè)備與環(huán)境
1.S7-200一臺(tái)
2.三菱S500變頻器一臺(tái)
3.計(jì)算機(jī)一臺(tái)
4.西門(mén)子的STEP 7-MicroWIN V4.0編程環(huán)境
5．設(shè)計(jì)(論文)完成進(jìn)度計(jì)劃
（1）第01周至第03周：查閱相關(guān)網(wǎng)站及英文資料（并翻譯一篇外文資料），收集有關(guān)S7-200、變頻器、低壓電器、Siemens Step7 編程軟件的資料。
（2）第04周至第04周：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告。
（3）第05周至第12周：根據(jù)系統(tǒng)組成原理及給定的供水流量、壓力和電機(jī)參數(shù)，進(jìn)行變頻器、S7-200模擬量擴(kuò)展單元、壓力傳感器等的選型，設(shè)計(jì)恒壓供水系統(tǒng)硬件原理系統(tǒng)，設(shè)定變頻器特性，編制程序，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)具有定時(shí)換泵和系統(tǒng)聲、光報(bào)警等多種保護(hù)功能，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并分析仿真結(jié)果。
（4）第13周至第15周：整理相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）手稿及最終電腦打印的畢業(yè)論文；
（5）第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）小組答辯；
（6）第17周：答辯。
6．指導(dǎo)教師審閱意見(jiàn)
指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日
7．教研室主任意見(jiàn)
教研室主任(簽字)： 系(簽章)
年 月 日
說(shuō)明：
1. 本報(bào)告必須由承擔(dān)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的學(xué)生在接到“畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)”、正式開(kāi)始做畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的第2周或第3周末之前獨(dú)立撰寫(xiě)完成，并交指導(dǎo)教師審閱。
2.每個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題撰寫(xiě)本報(bào)告一份，作為指導(dǎo)教師、教研室主任審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)的依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。
- 8 -
浙江工業(yè)大學(xué)浙西分校信息與電子工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述）
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述
信息與電子工程 系 工業(yè)電氣自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè) 04 級(jí) 1 班
課題名稱(chēng)：S7-200 PLC控制的變頻
調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間：
2007 年 3 月 1 日～ 6 月 10 日(共 16 周)
學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：
指導(dǎo)教師：
報(bào)告日期： 2007-6-10
文獻(xiàn)綜述
（）
摘 要：傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在著占地面積大、建設(shè)費(fèi)用高、管理維護(hù)復(fù)雜困難、供水質(zhì)量低下等缺點(diǎn)和不足。為了解決這些問(wèn)題，本文采用控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合的方法來(lái)研究恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)液位傳感器、壓力傳感器一起組成了兩個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)控制子系統(tǒng)。設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)每天24小時(shí)不間斷按預(yù)先設(shè)定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠(chǎng)的不間斷生產(chǎn)。
通過(guò)該項(xiàng)目的研制和應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護(hù)，降低維修成本；而且提高了整個(gè)水廠(chǎng)的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)率。
關(guān)鍵字：恒壓供水，控制，變頻器，
一、 引言
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年。我國(guó)人均日生活用水量(包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水)由175.7升增加到241.1升，增長(zhǎng)了37.2％，與此同時(shí)我國(guó)城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。而另一方面，在全國(guó)的666個(gè)城市中有330個(gè)不同程度缺水，其中嚴(yán)重缺水的達(dá)108個(gè)；在32個(gè)百萬(wàn)人口以上的特大城市中，有30個(gè)城市長(zhǎng)期受缺水的困擾，特別是水資源短缺地區(qū)的城市，水的供需矛盾尤為突出。由于供水不足，城市工業(yè)每年的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2300億元；同時(shí)給城市居民生活造成許多困難和不便，成為城市社會(huì)中的一種隱患。
在供水企業(yè)中，水泵的電能消耗及設(shè)備的維護(hù)管理費(fèi)用。在生產(chǎn)成本中占有很大的比例：水泵電機(jī)作為一種高耗能通用機(jī)械，其耗電量占全國(guó)總耗電量的21％以上，具有很大的節(jié)能潛力。由于常規(guī)恒速供水系統(tǒng)是采用常規(guī)的閥門(mén)來(lái)控制供水量的，而軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，造成相當(dāng)部分電能消耗在閥門(mén)和額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的電機(jī)。因此，這種調(diào)控方式雖然簡(jiǎn)單，但從節(jié)約能耗的角度來(lái)看。很不經(jīng)濟(jì)。近年來(lái)，電機(jī)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，為水泵電機(jī)的節(jié)能開(kāi)辟了一個(gè)新途徑。它可以通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)適應(yīng)水量和水壓的變化，使水泵始終在高效區(qū)工作，將大大地降低水泵能耗，合理地進(jìn)行設(shè)備管理與維護(hù)，對(duì)節(jié)約能源和提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有極其重要的意義。
二、恒壓供水技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
本課采用和變頻調(diào)速技術(shù)研制控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，與現(xiàn)場(chǎng)液位傳感器、壓力傳感器一起組成了各自的閉環(huán)控制系統(tǒng)。每天24小時(shí)不間斷按預(yù)先設(shè)定的水壓恒定地向城市供水，保證了水廠(chǎng)的不間斷生產(chǎn)。通過(guò)該項(xiàng)目的研制和應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護(hù)，降低維修成本；而且提高了整個(gè)水廠(chǎng)的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)率。由于中小型自來(lái)水廠(chǎng)的自動(dòng)化技術(shù)改造在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)用前景，本控制系統(tǒng)具有較大的發(fā)展?jié)摿洼^高的推廣價(jià)值。
1、 PLC的發(fā)展現(xiàn)狀
進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，使得各種類(lèi)型的所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高的處理速度，各制造廠(chǎng)商還紛紛研制開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用邏輯處理芯片。這樣使得軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。
是一門(mén)綜合技術(shù)，其發(fā)展與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)。隨著可編程序控制器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，它本身也在不斷發(fā)展。目前主要朝小型化和大型化兩個(gè)方向發(fā)展。
2、變頻調(diào)速技術(shù)在恒壓供水技術(shù)中的發(fā)展?fàn)顩r
近年來(lái)，交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。但長(zhǎng)期以來(lái)，交流電的頻率卻一直固定而不能受人為控制。變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使頻率變成可以利用的資源。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人民生活正趨向于高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量和現(xiàn)代化。在居民生活用水供水系統(tǒng)中，由于高層建筑越來(lái)越高，采用傳統(tǒng)設(shè)備不能滿(mǎn)足高層建筑高水壓、大流量的快速供水需求。另外，在現(xiàn)代供水需求中，供水量是隨機(jī)變化的，如果采用傳統(tǒng)供水方式，難以保證供水的實(shí)時(shí)性，且能量浪費(fèi)嚴(yán)重。隨著交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，變頻調(diào)速恒壓供水方式可以很好地克服傳統(tǒng)供水方法的缺點(diǎn)，成為一種很有發(fā)展前途的供水方式。
3、模糊控制理論在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[6、8、9、12]
在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，利用模糊控制的相關(guān)理論，把系統(tǒng)輸入的壓力、流量等傳感器信號(hào)以及系統(tǒng)的輸出變量進(jìn)行了模糊化處理，然后結(jié)合根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)等制成的控制規(guī)則表，經(jīng)過(guò)模糊推理，得到了系統(tǒng)控制的模糊控制表。在實(shí)時(shí)控制過(guò)程中，系統(tǒng)通過(guò)查找模糊控制表把實(shí)時(shí)采集的壓力等輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成輸出，然后通過(guò)模糊決策得到輸出的清晰量，最后系統(tǒng)根據(jù)該清晰量進(jìn)行電機(jī)變頻控制，完成了恒壓控制的模糊控制過(guò)程。
三、變頻調(diào)速的節(jié)能、調(diào)速原理
1、水泵工況點(diǎn)的確定以及變化[2、7]
水泵工作點(diǎn)（工況點(diǎn)）是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)所具有的揚(yáng)程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。如圖3-1、3-2、3-3所示。
圖3-1 水泵工作點(diǎn)的確定 圖3-2水泵工況點(diǎn)的變化
圖3-3 水泵變速恒壓工況 圖3-4變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖
2、 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵工況調(diào)節(jié)過(guò)程
交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f具有如下關(guān)系：
（3-1）
式3-1中：—極對(duì)數(shù),—轉(zhuǎn)差率
因此不改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，只改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以使水泵性能曲線(xiàn)改變，達(dá)到調(diào)節(jié)水泵工況目的。見(jiàn)圖3-4。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，通過(guò)VVVF降低交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)慕档偷健Ａ硗飧鶕?jù)葉片泵工作原理和相似理論，改變轉(zhuǎn)速,可使供水泵流量、揚(yáng)程和軸功率以相應(yīng)規(guī)律改變。
（3-2）
?。?-3）
（3-4）
或 （3-5）
式3-5是頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線(xiàn)族的方程，在這種拋物線(xiàn)上的各點(diǎn)具有相似的工作狀況，所以稱(chēng)為相似工況拋物線(xiàn)。
3、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)速范圍的確定
考察水泵的效率曲線(xiàn)，水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過(guò)低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶(hù)所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶(hù)的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在40以上，也就是說(shuō)轉(zhuǎn)速下降在20%以?xún)?nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在50%-100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。
四、系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與工作過(guò)程
變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)4臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速，采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。未接工控計(jì)算機(jī)，壓力傳感器采樣水壓力信號(hào)，變頻器輸出電機(jī)頻率信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)反饋給控制器, 控制器根據(jù)這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)運(yùn)算，發(fā)出指令，對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行工頻和變頻之間的切換。
圖5-1 恒壓供水系統(tǒng)方案圖
五、設(shè)計(jì)總結(jié)及展望
S7-200控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較完備的，但是并非沒(méi)有有待改進(jìn)之處，例如該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為４組泵，它的可擴(kuò)充性就沒(méi)有再設(shè)計(jì)中被充分考慮到，如果遇到大型水廠(chǎng)，需要更多泵組，那么該設(shè)計(jì)就基本沒(méi)有用武之地，需要重新設(shè)計(jì)，又如，該系統(tǒng)的保護(hù)功能并不完整，系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置２組變頻器，防止其中一組出錯(cuò)時(shí)造成事故，這樣也可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，連續(xù)工作時(shí)間，減少故障損失。
展望未來(lái)，以后的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該改進(jìn)我上述不足之處，以提高整體系統(tǒng)的性能。降低錯(cuò)誤率。
參考文獻(xiàn)
[1] 宋序彤.我國(guó)城市供水發(fā)展有關(guān)問(wèn)題分析[J].城鎮(zhèn)供水.2001, 2: 22～27.
[2] 崔玉川，傅濤.我國(guó)城市給水發(fā)展現(xiàn)狀與特點(diǎn)[J].中國(guó)給水排水.1999，(2):52～54.
[3] 劉黎成，孫偉.離心泵壓力自控調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能[J].中國(guó)給水排水.1993, (5):58～61.
[4] 趙相賓，劉國(guó)林.變頻調(diào)速和軟起動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].自動(dòng)化博覽.2000,(6): 1～6.
[5] 蔣藝，楊俊生.變頻調(diào)速器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用閉.山東冶金.1999, 21(5):49～50.
[6] 邱文淵，童國(guó)道.國(guó)內(nèi)外變頻器技術(shù)的現(xiàn)狀及我國(guó)發(fā)展策略初探[J].電子與自動(dòng)化，1995, (5): 3～5.
[7] 黃金波，郭麗春.可編程控制器在自動(dòng)給水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002, (3): 338～339.
[8] 賀玲芳等.基于控制的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)[J].西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，(3): 243～245.
[9] 羅鎖玉.“南化”自備水廠(chǎng)變頻改造實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)供水[J].電力需求與管理，2002,（2）: 43～44.
[10] 丁學(xué)又，金大海.交流電機(jī)變頻軟起動(dòng)時(shí)的問(wèn)題及解決方法[J].電力電子技術(shù)，2001，(5): 1～5.
[11] 胡綱衡，唐瑞球.高(中)壓變頻器應(yīng)用基礎(chǔ)許座，第三講高壓交頻器的切換[J].變頻器世界，2001(10): 43～45 .
[12] 楊凌云.調(diào)節(jié)器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用閉.微機(jī)算計(jì)信息， 1996, 12(5):49～51.
[13] 郁漢琪.基于專(zhuān)家調(diào)節(jié)的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，1998, 1(20): 65～68.
[14] 田家山.水泵及水泵站[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，1989: 92～105.
[15] 王維新，流體力學(xué)，北京:煤炭工業(yè)出版社，1986, 10: 72～78.
[16] 周漠仁.流體力學(xué)、泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994: 310～324.
[17] 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[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2000, 19(1): 84～88.
[18] 丁云飛.變頻調(diào)速水泵的能耗分析[J].流體機(jī)械，2001. 12 ，29(3): 25～27.
[19] 呂樹(shù)清.恒壓供水系統(tǒng)在高層建筑中的應(yīng)用探討[J].南昌水專(zhuān)學(xué)報(bào)，2001, 9,20(3): 39～34.
[20] 廖常初.可編程程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社，1998, 10:59～65.
[21] 耿紅旗，呂冬艷.可編程序控制器應(yīng)用教程[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2001，12:45～60.
[22] 常斗南.可編程序控制器原理、應(yīng)用及通信[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997:68～96.
[23] 張桂香，王輝編著.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].成都:電子科技大學(xué)出版社，1999
[24] SIEMENS Company. S7-200 manual, 2001，3.
[25] 黃一大.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京[M]:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.
[26] 王占奎.變頻調(diào)速應(yīng)用百例[M].北京:科學(xué)出版社，1999.
[27] 高新陵，宋曉平.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)研制[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)， 2001, 1,
[28] 寧耀斌，明正峰.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，5，17(3): 305～308.
[29] 張戟.單臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵軟起動(dòng)空調(diào)恒壓供水方法[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化，1999. 4: 18～20.
[30] 湯蘊(yùn)#l.電機(jī)學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社[M] , 1999, 5: 140～142.
[31] 鄧巍.及變頻器在多臺(tái)泵自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，6. 13(2): 67～69.
[32] 武雅莉，王鵲.利用8031單片微機(jī)在線(xiàn)檢測(cè)相位差[J].西安:現(xiàn)代電子技術(shù)，1995，2:25～27.
[33] 任冠眾等.相位測(cè)量技術(shù)[LJ].電測(cè)與儀表，1990， 27(9): 41～60.
[34] 史健芳.用單片機(jī)測(cè)量相位差的新方法[J].電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2000， 13(7): 30～31.
[35] Paul.C.l. Phase measuring with increased accuracy. Electron .Eng, 1991，4: 52～55.
[36] 田會(huì)山，楊?lèi)?ài)華.水泵及水泵站[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1986.
[37] 陳國(guó)華，風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社社，1987, 12:92～105.
[38] 張海藩編著.軟件工程導(dǎo)論[M].北京:清華大學(xué)出版社，1992, 6.
[39] 金以慧主編.過(guò)程控制[J].清華大學(xué)出版社，2001, 7.
[40] (美)Steve Teixeira Xavier Pacheco(徐新華譯).Delphi4開(kāi)發(fā)大全(上、下)[M].北京:人民郵電出版社，1999, 8.
[41] 蔣方帥，瀟湘工作室編著.Delphi5程序員指南[M].北京:人民郵電出版社，2001，8.
[42] 李睿，方坤等編著。Delphi開(kāi)發(fā)高級(jí)界面實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社，2000,10.
- 6 -
收藏