2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書恒壓變頻供水限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要近幾年我國城市建設(shè)發(fā)展迅猛，同時(shí)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面提出了跟高的要求。城市高樓居民用水，始終是困擾城市發(fā)展的一個(gè)難題，供水的牢靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)+性干脆影響這人們的正常工作和生活。隨著人們生活方式的變更和生活水平的提高，供水系統(tǒng)的個(gè)項(xiàng)性能要求不斷提高。利用高效的自動化技術(shù)，設(shè)計(jì)低能耗、高效率、能適應(yīng)困難環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)。本文首先依據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行特性曲線，闡明白供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過探討和比較，得出結(jié)論:變頻調(diào)速是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。因此本文以采納變頻器和PLC組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動機(jī)限制系統(tǒng)為對象，逐步闡明如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。通過對本系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)，得出本系統(tǒng)有15個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)，9個(gè)輸入點(diǎn)數(shù)，依據(jù)PLC選型留有10%的裕量的原則，系統(tǒng)選用了三菱FX2N系列PLC。水泵選型時(shí)，從流量、功率、揚(yáng)程三方面進(jìn)行綜合考慮，水泵揚(yáng)程應(yīng)是實(shí)際揚(yáng)程的1.1~1.2倍，本次設(shè)計(jì)選用了80DL2型號的水泵。變頻器選用了FR-F700，可接電機(jī)功率為15(kW)，在變頻限制過程中，由變頻器內(nèi)部的PID限制方式完成。在程序設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合硬件電路，選用依次功能限制設(shè)計(jì)方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。程序由GX-Developer編寫完成，通過MCGS進(jìn)行該系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)，最終分析該系統(tǒng)的供水效益，結(jié)果顯示具有明顯的節(jié)能效益。關(guān)鍵詞：PLC；變頻調(diào)速；恒壓供水；設(shè)計(jì)；MCGS

ABSTRACTFastdevelopmentofcityconstructioninChinainrecentyears,atthesametime,intheaspectofinfrastructureconstructionisproposedwithhighrequirements.Cityhigh-riseresidentialwater,hasalwaysbeenadifficultyinurbandevelopment,watersupplyreliability,stabilityandeconomydirectlyaffectsthenormalworkandlifeofpeople.Aspeoplelifestylechangesandimprovementoflivingstandards,increasingwatersupplysystemofaperformancerequirements.Efficientautomationtechnologyisusedtodesignlowpowerconsumption,highefficiency,canadapttothecomplexenvironmentofconstantpressurewatersupplysystem.Inthispaper,firstofall,accordingtotheoperationofthepipenetworkandpumpcharacteristiccurveillustratestheprincipleoffrequencycontrolofmotorspeedandenergysavingwatersupplysystem;Analyzesthecompositionoftheprincipleofvariablefrequencyconstantpressurewatersupplyandsystemstructure,throughresearchandcomparison,drawtheconclusion:frequencycontrolofmotorspeedisabenefitisthehighestintheworld,andthebestperformance,themostwidelyused,themostpromisingmotorspeedcontroltechnology.Sothisarticle,intheformofcombinationofthefrequencyconverterandPLCsystem,withawaterpumpmotorcontrolsysteminresidentialareaasanobject,expoundshowtorealizetheconstantpressurewatersupplygradually.ThissystemforPLCoutputhas15points,nineinputpoints.BasedontheprinciplesoftypeselectionofPLC,thesystemselectsthemitsubishiFX2NseriesPLC,mitsubishianddedicatedFR-F700seriesinverter,theinvertercanbeaverygooddrivepumpmotorstartup.Intheprocessoffrequencyconversioncontrol,performedbyfrequencyconverterinternalPIDcontrolmethod.Whenprogrammingcombinedwithhardwarecircuit,selectsthesequentialfunctioncontroldesignmethodforprogramdesign.ProgramsarewrittenbyGX-Developercomplete,throughtheMCGSconfigurationdesignofthesystem,inthefinalanalysisthesystemofwatersupplybenefits,resultsshowedthathasobviousenergysavingefficiency.Keywords:PLC;frequencycontrol;constantpressurewatersupply;MCGSTOC\o"1-3"\h\u目錄89321緒論 1270241.1本課題產(chǎn)生的背景和意義 1226781.2變頻恒壓供水的現(xiàn)況 1145471.3變頻供水系統(tǒng)的應(yīng)用 2278711.4本人的主要工作 2318452變頻恒壓供水的理論分析 333322.1水泵的工作原理 358952.2供水電機(jī)的搭配 364102.3離心泵的調(diào)整方式 4306682.4恒壓供水系統(tǒng)供水特性分析 477652.5水錘效應(yīng) 5201532.6供水系統(tǒng)的組成 5195223恒壓變頻供水限制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 7305883.1恒壓變頻供水限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 7231643.2選擇供水設(shè)備的原則 7212203.3供水設(shè)備的選擇 8223053.3.1水泵的參數(shù)計(jì)算與型號的選擇 8197063.3.2變頻器 9171413.3.3壓力傳感器的選擇 10319713.4PLC的選型 11215483.4.1PLC選型的基本原則 11299543.4.2輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì) 11155173.4.3I/O的安排 12196923.5系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì) 13302864變頻恒壓供水限制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 16317844.1PLC編程設(shè)計(jì)方法 16291264.1.1閱歷設(shè)計(jì)法 1650824.1.2繼電器電路干脆轉(zhuǎn)換為梯形圖法 1670464.1.3邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)方法 1658234.2編程軟件的簡潔介紹 1667954.3恒壓供水系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 17271834.3.1程序流程圖 17306844.3.2程序設(shè)計(jì) 18286665組態(tài)的設(shè)計(jì) 2380335.1MCGS軟件簡介 2362335.2恒壓供水系統(tǒng)的MCGS界面設(shè)計(jì) 2327801結(jié)束語 2929777參考文獻(xiàn) 3018927致謝 321緒論1.1本課題產(chǎn)生的背景和意義這些年城市建設(shè)和城鄉(xiāng)結(jié)合發(fā)展快速，但市政供水、工業(yè)供水，高層建筑供水，居民生活供水在我國始終落后，這種局面嚴(yán)峻惡影響我國城市建設(shè)的發(fā)展和小康社會的發(fā)展。電機(jī)供水和水塔二次供水時(shí)我國傳統(tǒng)供水方式，傳統(tǒng)供方式是靠建在高處的水塔來儲存水的，然后通過水塔的高度形成一個(gè)壓力差實(shí)現(xiàn)供水。傳統(tǒng)的電機(jī)供水，電網(wǎng)由于電機(jī)頻繁啟動首到很大影響，設(shè)備壽命受到影響。水塔供水，修建水塔要占據(jù)很大面積且投資成本大，而水長期儲存在水塔內(nèi)，對水質(zhì)有嚴(yán)峻的影響簡潔受到污染。因傳統(tǒng)供水存在各方面的不足，人們起先尋求一種更好的供水方式。恒壓變頻供水，是隨著變頻器的發(fā)展而興起的，恒壓變頻供水的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)供水個(gè)方面的缺陷，給供水方式帶來一場變革。在恒壓變頻供水中，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，占地面積小，電機(jī)也不須要電機(jī)頻繁啟動，不會像水塔二次供水一樣帶來二次污染。這種自動化程度高的供水方式，在生產(chǎn)中有效的提高了勞動者的生產(chǎn)效率，降低了管理難度，在生活中，有效的供水方式，提高了人們的生活質(zhì)量。明顯可以看出恒壓變頻供水有傳統(tǒng)供水方式。在國內(nèi)恒壓變頻供水還有很好的發(fā)展前景，能帶來更高的社會效益。1.2變頻恒壓供水的現(xiàn)況變頻變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，促使了恒壓變頻技術(shù)的快速發(fā)展，恒壓供水在國外已經(jīng)相當(dāng)成熟牢靠，變頻技術(shù)也特別先進(jìn)。在國外有不少變頻器生產(chǎn)商，特地針對變頻供水研發(fā)變頻器。日本的Samco公司，開發(fā)了一種集成的基板具有兩種變頻方式，固定式和循環(huán)式。一臺變頻器只驅(qū)動一臺水泵，是國外的主要設(shè)計(jì)方式。單一驅(qū)動這種設(shè)計(jì)，平安牢靠，更加敏捷。變頻器本身就比較昂貴，實(shí)行一對一限制，投資成本很高。在國內(nèi)做恒壓變頻供水有不少公司，但在各方面的性能，都很難滿意用要求。國內(nèi)有用PLC實(shí)現(xiàn)的，也有用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，在某些方面落后與國外，主要是因?yàn)閲鴥?nèi)變頻技術(shù)沒國外先進(jìn)。國內(nèi)的艾默生和程度希望集團(tuán)，也特地設(shè)計(jì)了應(yīng)用于供水變頻器，該變頻器把PLC和PID集成在一起，這種變頻器在安裝的時(shí)候比較便利。但由于國產(chǎn)變頻器技術(shù)的限制，該變頻器適應(yīng)于供水量小，而且供水要求較低的地方。隨著變頻器技術(shù)的不斷創(chuàng)新、國內(nèi)科研人員的不斷完善，恒壓供水確定會有更好的發(fā)展前景和更大的發(fā)展空間。最終將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，從而改善人民生活質(zhì)量，提高人們的生活水平。1.3變頻供水系統(tǒng)的應(yīng)用在許多行業(yè)中都用到了變頻恒壓供水，大致可分為三類依據(jù)適用范圍：（1）小型供水系統(tǒng)工廠，高層建筑，小型加壓站都適用該供水系統(tǒng)，適用的緣由是，功率小成本低，操作簡潔。這些場所在國內(nèi)應(yīng)用的最多，而用戶群比較大。（2）中小型水供水系統(tǒng)中小供水廠、協(xié)助供水廠經(jīng)常用到此類型系統(tǒng)。此類供水系統(tǒng)，供水實(shí)力比較強(qiáng)，一般功率有135kV～320kW。由于該種系統(tǒng)對限制要求不是很高，所以一般有國產(chǎn)的變頻器限制。（3）大型供水系統(tǒng)大中型城市的供水往往采納的就是這種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)供水實(shí)力強(qiáng)，供水范圍廣。供水實(shí)力強(qiáng)和供水范圍廣，使得該系統(tǒng)的能耗大、水泵機(jī)組多和須要采納高壓供電。這種系統(tǒng)限制要求高，一版采納國外的變頻器限制[1]。1.4本人的主要工作恒壓變頻供水主要由PLC和變頻器限制實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了系統(tǒng)主電路、限制電路設(shè)計(jì)，首先要對PLC進(jìn)行選型，選型是依據(jù)PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)來選擇，我們的系統(tǒng)有15個(gè)輸入點(diǎn)，和9個(gè)輸出點(diǎn)，所以PLC選用了三菱的FX2N系列PLC(FX2N-32MR)，變頻器選用了三菱變頻器系列變頻器。程序由GX-Developer編寫完成，系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)由MCGS設(shè)計(jì)完成。在限制過程中，電控系統(tǒng)由FX2N完成，變頻器完成PID限制。

2變頻恒壓供水的理論分析2.1水泵的工作原理水主要由離心泵從深水區(qū)抽出地表在送往用戶，離心泵的工作示意圖如圖1所示：水泵在電機(jī)的帶動下，使泵軸隨著電機(jī)一起轉(zhuǎn)動，半軸帶動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪將水從深水區(qū)吸上來達(dá)到抽水的效果。具體過程為：液體灌滿水泵后，啟動時(shí)電機(jī)帶動泵軸轉(zhuǎn)動，泵軸帶動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪帶動液體流淌。液體在離心力的作用下，獲得能量往外流淌，最終在壓力的作用下排出管道。排出管道后，送至用戶。圖1離心泵工作示意圖2.2供水電機(jī)的搭配電機(jī)主要是給水泵通過能量，所以電機(jī)的備置取決于供水負(fù)載。電動機(jī)要盡量在額定負(fù)載下運(yùn)行。電機(jī)選擇時(shí)應(yīng)留意功率的選擇：電動機(jī)功率過大，將造成電機(jī)長期過載，損壞絕緣層，甚至燒毀電機(jī)；電動功率過小，可能出現(xiàn)電機(jī)堵死狀況，功率過小電機(jī)的機(jī)械輸出功率低，功率因素低和效率低，嚴(yán)峻影響用戶和電網(wǎng)，還造成較大奢侈[2]。電機(jī)功率的選擇，負(fù)載確定時(shí)，負(fù)載的功率(kW)，可以通過1計(jì)算所需電機(jī)功率(kW):（1）式中，機(jī)械效率是，電動機(jī)效率是。2.3離心泵的調(diào)整方式（1）變速調(diào)整變更水泵的轉(zhuǎn)速n，使水泵的性能發(fā)生變更，從而使水泵的工況點(diǎn)發(fā)生變更，這種方法稱為變速調(diào)整。（2）變徑調(diào)整葉輪經(jīng)過車削以后，水泵的性能將依據(jù)確定的規(guī)律發(fā)生變更，從而使水泵的工況點(diǎn)發(fā)生變更。我們把車削葉輪變更水泵工況點(diǎn)的方法，稱為變徑調(diào)整。（3）變角調(diào)整變更葉片的安裝角度可以使水泵的性能發(fā)生變更，從而達(dá)到變更水泵工況點(diǎn)的目的。這種變更工況點(diǎn)的方式稱為水泵的變角調(diào)整。（4）節(jié)流調(diào)整對于出水管路安裝閘閥的水泵裝置來說，把閘閥關(guān)小時(shí)，在管路中增加了局部阻力，則管路特性曲線變陡，其工況點(diǎn)就沿著水泵的Q-H曲線向左上方移動。閘閥關(guān)得越小，增加的阻力越大，流量就變得越小。這種通過關(guān)小閘閥來變更水泵工況點(diǎn)的方法，稱為節(jié)流調(diào)整或變閥調(diào)整。關(guān)小閘閥，管路局部水頭損失增加，管路系統(tǒng)特性曲線向左上方移動，水泵工況點(diǎn)也向左上方移動。閘閥關(guān)得越小，局部水頭損失越大，流量也就越小。由此可見節(jié)流調(diào)整不僅增加局部水頭損失，而且削減了出水量，很不經(jīng)濟(jì)。但由于其簡便易行，在小型水泵裝置和水泵性能試驗(yàn)中應(yīng)用較多[3]。2.4恒壓供水系統(tǒng)供水特性分析本系統(tǒng)的供水特性曲線如圖2所示。由圖可知，水流量Q越大，揚(yáng)程H月小。在水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速和供水系統(tǒng)閥門開度不變的狀況下，居民用水確定了流量的大小，所也揚(yáng)程特性去先反應(yīng)了揚(yáng)程與流量的關(guān)系。水泵轉(zhuǎn)速確定，管阻特性描述的是，閥門開度在某一值，流量與揚(yáng)程的關(guān)系。管組特性反應(yīng)了水泵克服管壁阻力及水泵系統(tǒng)壓力差時(shí)，管道中流體流淌的變更規(guī)律。圖2中揚(yáng)程特性和管阻特性的交點(diǎn)，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的工作點(diǎn)，在這點(diǎn)供水量與用水量基本處于平衡，這點(diǎn)符合揚(yáng)程特性，也符合管組特性[4]。對整個(gè)供水系統(tǒng)而言，最終要達(dá)到的目的是，滿意用戶對水量的需求。流量越大水量也就越大，對系統(tǒng)而言只能對流量進(jìn)行限制。由此看來，系統(tǒng)的基本限制對象是水的流量。在系統(tǒng)動態(tài)狀況下，系統(tǒng)供水實(shí)力、用戶用水量、管道水壓大小之間的平衡關(guān)系如下：供水量>用水量時(shí)，管道壓力變大；供水量<用水量時(shí)，管道壓力變小；供水量=用水量時(shí)，管道壓力不變；由上面的關(guān)系可知，管道的壓力變更反應(yīng)了供水量與用水量之間的關(guān)系。由此可以通過壓力傳感器，取得管道壓力變更的參數(shù)，壓力的變更可以做為限制流量的參變量。通過壓力傳感器反饋回來的信號，可有效地調(diào)整系統(tǒng)供水的壓力值[5]。圖2供水特性曲線2.5水錘效應(yīng)水錘效應(yīng)是指水泵在起動和停止時(shí)，水流沖擊管道，產(chǎn)生的一種嚴(yán)峻的水擊。異步電動機(jī)在全壓起動時(shí)，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速，水量從零猛增到額定流量。流體不像氣體有那么大可壓縮性，水量猛增時(shí)流體具有動量和確定的可壓縮性，極短時(shí)間內(nèi)管道里的水量巨增，水會對管道產(chǎn)生過高的壓強(qiáng)。管壁受到巨大壓力的撞擊，管壁發(fā)受力發(fā)出噪聲，聲音就像錘子敲擊管道一樣，這就稱為水錘效應(yīng)[6]。水錘效應(yīng)對供水系統(tǒng)具有極大的破壞性，過高的壓強(qiáng)簡潔引起管道爆裂，在空化時(shí)，壓強(qiáng)過低可能導(dǎo)致管道癟塌。除此之外，閥門和其他固定器件也可能因水錘效應(yīng)而損壞。防止水錘效應(yīng)的幾種措施：（1）實(shí)行恒壓變頻限制技術(shù)（2）實(shí)行泄壓愛護(hù)技術(shù)（3）實(shí)行限制流技術(shù)（4）在管道中的峰點(diǎn)，安裝牢靠的排氣閥。2.6供水系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)的主要組成部分是變頻器，壓力傳感器，恒壓調(diào)控單元，水泵機(jī)組和低壓電器[7]。各部分功能如下：（1）變頻器，變頻器用于接收傳感器返回的壓力信號，通過PID調(diào)整器可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)整管網(wǎng)壓力和水量的目的。（2）壓力傳感器，壓力傳感器能將得到的壓力信號，轉(zhuǎn)變成電信號的形式。（3）PLC，PLC對水泵進(jìn)行切換、限制等。（4）水泵，實(shí)現(xiàn)從低處往高處供水，用來提高水壓。（5）低壓電器，低壓電器與設(shè)計(jì)外圍電路，當(dāng)限制系統(tǒng)自動運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，可以同過人工調(diào)整維持系統(tǒng)的運(yùn)行，以保供水的牢靠性。

3恒壓變頻供水限制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1恒壓變頻供水限制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案從系統(tǒng)的原理依據(jù)來看，系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，變頻器即恒壓限制單元；PLC，即系統(tǒng)限制單元；敏感器件壓力傳感器，即信號檢測單元；水泵機(jī)組，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)；低壓電器，即電控單元，有低壓繼電器，接觸器等。這五部分組成了一個(gè)完整恒壓變頻系統(tǒng)[8]。圖3系統(tǒng)構(gòu)成框圖PLC能夠很好的是模塊化限制，而且通用性強(qiáng)，用戶可以敏捷的設(shè)計(jì)適合具體環(huán)境的限制系統(tǒng)。由于PLC是可編程限制設(shè)備，在硬件修改和維護(hù)上也特別簡便，許多時(shí)候只要重新編寫程序，就可以變更功能來適應(yīng)新的硬件電路。PLC能在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，所以系統(tǒng)在穩(wěn)定性和牢靠性方面大大提高[9]。3.2選擇供水設(shè)備的原則在供水設(shè)備的選擇上主要考慮的依據(jù)是用戶的水量需求，用戶量大供水量也就大。有關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)統(tǒng)計(jì)在表1中。依據(jù)《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50331-2002，得到我國人均日用水量標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。表1居民人均日用水量統(tǒng)計(jì)表分類拘謹(jǐn)型(L/d)(%)節(jié)約型(L/d)(%)一般型(L/d)(%)沖廁3034.83532.14029.1淋浴21.825.332.429.739.628.8洗衣7.328.48.557.89.326.8廚用21.3824.80252329.621.5飲用32.2澆花22.332.885.8衛(wèi)用22.332.885.8合計(jì)86.21100108.95100137.52100用水規(guī)模換算，不同的小區(qū)有不同的用戶數(shù)量，表2是在給定用戶量時(shí)的用水規(guī)模表。表2供水規(guī)模換算表人數(shù)拘謹(jǐn)型()節(jié)約型()一般型()45038.8049.0261.8860051.7265.3782.5170060.3476.2796.2680068.9787.16110.01100086.21108.95137.52小區(qū)供水的水泵功率計(jì)算公式：（2）式中Q是流量，t1時(shí)間，=10×103Kg/m3。（3）式中h是供水高度，g=10m/s2系統(tǒng)水泵依據(jù)以下原則設(shè)計(jì)：（3）蓄水池的最大容量應(yīng)大于每小時(shí)用戶對水的需求量；（4）水泵揚(yáng)程應(yīng)是實(shí)際供水高度的1.1~1.2倍[10]。（5）水泵最大流量總和應(yīng)大于實(shí)際最供水的最大流量。3.3供水設(shè)備的選擇3.3.1水泵的參數(shù)計(jì)算與型號的選擇（1）由水泵的設(shè)計(jì)原則，人均每天的用水量，應(yīng)以用水狀況一般的住戶為準(zhǔn)。（2）針對用戶人600人的住宅小區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，由水泵的設(shè)計(jì)原則可知，該住宅區(qū)一小時(shí)內(nèi)的用戶最大的需求量Q為82.51(m3/h)。（3）樓層高度一般3.5米，那么10層樓為35米，由公式（2）和公式（3）（Kg）（kW）依據(jù)功率，揚(yáng)程等要求，本設(shè)計(jì)中選擇80DL2，水泵參數(shù)如下表3表3水泵參數(shù)型號流量(m3/h)揚(yáng)程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)電機(jī)功率(kW)80DL232.4422900113.3.2變頻器本系統(tǒng)采納三菱FR-F700系列變頻器，適應(yīng)電機(jī)容量15(kW)，圖4變頻器端子功能介紹各端子的功能如表4所示。表4FR-F700端子功能表端子端子功能STF正轉(zhuǎn)起動STR反轉(zhuǎn)起動STOP起動RH，RM，RL多段速度選擇JOG電動模式選擇RT其次/減速時(shí)間選擇MRS輸出停止RES復(fù)位AU電流輸入選擇CS瞬停再啟動選擇SD公共輸入端(漏型)PC直流24V電源和外部晶體管公共端接入點(diǎn)10E頻率設(shè)定電源10頻率設(shè)定電源2頻率設(shè)定(電壓)4頻率設(shè)定(電流)1協(xié)助頻率設(shè)定5頻率設(shè)定公共端A,B,C異樣輸出RUN變頻器正在運(yùn)行SU頻率到達(dá)OL過負(fù)荷報(bào)警IPF瞬時(shí)停電FU頻率檢測SE集電極開路輸出公共端FM指示儀表用AM模擬信號輸出PUPU接口3.3.3壓力傳感器的選擇CYYB-120的參數(shù)如表5所示應(yīng)用范圍廣，在航空航天、石油化工、科學(xué)試驗(yàn)、制冷設(shè)備、工程機(jī)械、污水處理等液壓系統(tǒng)產(chǎn)品中都能選用CYYB-12進(jìn)行壓力檢測。CYYB-120幾乎全部壓力測控領(lǐng)域都可以適應(yīng)[11]。主要特點(diǎn)：（1）精度高、穩(wěn)定性高、工作溫度范圍大。（2）耐振動、防水、抗沖擊、體積小。（3）良好的互換性、抗干擾實(shí)力強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。（4）價(jià)格低矩有價(jià)格優(yōu)勢。表5CYYB-120的參數(shù)參數(shù)類型參數(shù)值電源電壓24V零點(diǎn)輸出（20℃）4.000滿量程輸出（20℃）20.000靜態(tài)精度（20℃）0.2%F.S靈敏度溫度系數(shù)0.02%F.S零點(diǎn)溫度系數(shù)0.02%F.S工作溫度-25~+85響應(yīng)時(shí)間1ms3.4PLC的選型3.4.1PLC選型的基本原則PLC是系統(tǒng)主要的限制元件，PLC系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)中，PLC選型很重要的一步。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類許多，大多都能實(shí)現(xiàn)恒壓變頻供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在PLC選型時(shí)，應(yīng)考慮以到下幾個(gè)方面[12]。（1）輸入輸出點(diǎn)的規(guī)模要適當(dāng)，。（2）功能，結(jié)構(gòu)要合理。（3）輸入，輸出功能及負(fù)載實(shí)力的選擇要正確。（4）要考慮運(yùn)行環(huán)境條件。（5）在設(shè)計(jì)I/O時(shí)應(yīng)留有10%裕量，確保其有良好的可擴(kuò)展性。（6）考慮可投入的成本支出3.4.2輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)有15個(gè)輸入點(diǎn)，9個(gè)輸出點(diǎn)。輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示。由I/O統(tǒng)計(jì)表，表5和PLC的選型原則，這次設(shè)計(jì)選擇三菱PLC，F(xiàn)X2N-32MRFX2N系列是三菱PLC中最先進(jìn)的系列。有高速處理及可擴(kuò)展大量滿意單個(gè)須要的特別功能模塊，敏捷性和限制實(shí)力強(qiáng)，可擴(kuò)展到256點(diǎn)。輸入點(diǎn)：啟動按鈕（SB1），停止按鈕（SB2），M1工頻（SB3），M1變頻（SB4），M2工頻（SB5），M2變頻（SB6），M1工頻（SB7），M1變頻（SB9），自動手動選擇（SB10），手動變頻啟動（SB16），上限增泵（FU），下限減泵（OL），M1過載檢測（S2），M2過載檢測（S3），M3過載檢測（S4）。輸出點(diǎn)數(shù)：M1變頻（KM0），M2工頻（KM1），M3變頻（KM2），M4工頻（KM3），M5變頻（KM4），M6工頻（KM5），電機(jī)正轉(zhuǎn)（KM6），接變頻器（KM7），報(bào)警信號（KM8）。表6I/O統(tǒng)計(jì)表輸入器件輸出器件編號符號作用編號符號作用1SB1啟動按鈕1KM0M1變頻2SB2停止按鈕2KM1M1工頻3FU上限增泵3KM2M2變頻4OL下限減泵4KM3M2工頻5S2M1過載檢測5KM4M3變頻6S3M2過載檢測6KM5M3工頻7S4M3過載檢測7KM6電機(jī)正轉(zhuǎn)8SB3M1工頻8KM7接變頻器9SB4M1變頻9KM8報(bào)警信號10SB5M2工頻11SB6M2變頻12SB7M3工頻13SB9M3變頻14SB10自動手動選擇15SB16手動變頻器啟動3.4.3I/O的安排依據(jù)系統(tǒng)限制要求，我們進(jìn)行了輸入輸出點(diǎn)的安排。恒壓變頻供水系統(tǒng)的安排表如表7所示。依據(jù)PLC口的安排原則和系統(tǒng)的限制要求以及合理利用I/O口的原則，對系統(tǒng)I/O進(jìn)行合理的安排。輸入安排：X0—X7分別安排SB1，SB2，F(xiàn)U，OL，S1，S2，S3，SB3；X10—X16分別安排SB4，SB5，SB6，SB7，SB9，SB10，SB16。輸出安排：Y0—Y10分別安排KM1，KM2，KM3，KM4，KM5，KM6，KM7，KM8，表7I/O安排表I/O地址外接端子作用I/O地址外接端子作用X0SB1啟動按鈕Y0KM0M1變頻X1SB2停止按鈕Y1KM1M1工頻X2FU上限增泵Y2KM2M2變頻X3OL下限減泵Y3KM3M2工頻X4S1M1過載檢測Y4KM4M3變頻X5S2M2過載檢測Y5KM5M3工頻X6S3M3過載檢測Y6KM6電機(jī)正轉(zhuǎn)X7SB3M1工頻Y7KM7接變頻器X10SB4M1變頻Y10KM8報(bào)警信號X11SB5M2工頻X12SB6M2變頻X13SB7M3工頻X14SB9M3變頻X15SB10自動手動選擇X16SB16手動變頻器啟動3.5系統(tǒng)硬件線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖7所示。水泵有兩種工作模式，一種是在工頻下運(yùn)行，另一種是在變頻下運(yùn)行。KM1、KM3、KM5接觸器分別限制著水泵M1、M2、M3工頻運(yùn)行時(shí)與電源的通斷。KM0、KM2、KM4接觸器分別限制著水泵M1、M2、M3變頻運(yùn)行與電源的通斷。圖5主電路PLC接線如圖6所示。圖6主限制電路接線圖4變頻恒壓供水限制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1PLC編程設(shè)計(jì)方法4.1.1閱歷設(shè)計(jì)法對于有閱歷的設(shè)計(jì)者而言，閱歷設(shè)計(jì)方法是一種有效的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)者在特別熟識，低壓繼電器電路限制設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，并且能輕易地理解各種指令功能，靠著閱歷能夠精確地運(yùn)用各種指令，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的程序。設(shè)計(jì)步驟如下：（1）了解輸入點(diǎn)有哪些；（2）輸入、輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)；（3）選擇選擇合適PLC并編程；（4）將每個(gè)環(huán)節(jié)的程序，合理的鏈接起來。閱歷設(shè)計(jì)編程方法，這種方法一般只用于很簡潔的梯形圖設(shè)計(jì)。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)方法牢靠性不高，程序的質(zhì)量得不到保證，跟設(shè)計(jì)者的閱歷有很大關(guān)系[13]。繼電器電路干脆轉(zhuǎn)換為梯形圖法它是干脆把電路中繼電器接觸器翻譯成梯形圖，設(shè)計(jì)步驟如下[14]：（1）將系統(tǒng)的輸入點(diǎn)(各種開關(guān)和按鈕)統(tǒng)計(jì)出來并合理的支配。（2）將系統(tǒng)的輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)出來，并合理的鏈接到PLC。（3）用梯形圖中的軟元件，依次把輸入輸出對應(yīng)起來。4.1.3邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)方法邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)方法，在程序設(shè)計(jì)中是最常用的一種設(shè)計(jì)方法。因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)簡潔得出合理的設(shè)計(jì)方案，并且設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)牢靠性高且經(jīng)濟(jì)合理[15]。設(shè)計(jì)步驟如下（1）首先要了解系統(tǒng)輸入與輸出之間的關(guān)系，才能確定輸入輸出之間的關(guān)系狀態(tài)表。（2）寫出輸入輸出之間的邏輯表達(dá)式。（3）化簡邏輯表達(dá)式，依據(jù)化簡出的邏輯表達(dá)式進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)。4.2編程軟件的簡潔介紹GXDeveloper編程軟件是一款基于Windows的工具軟件，是三菱公司開發(fā)的專用軟件。GXDeveloper功能完善，為程序設(shè)計(jì)者供應(yīng)了很大的便利。只要是三菱的PLC，都可以通過GXDeveloper來設(shè)計(jì)程序。該軟件工能強(qiáng)大，指令表、梯形圖、SFC、ST及FB、Lable語言程序設(shè)計(jì)都能在GXDeveloper上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。4.3恒壓供水系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采納依次限制方法設(shè)計(jì)程序。該系統(tǒng)整個(gè)是進(jìn)行一個(gè)閉環(huán)限制，閉環(huán)限制有變頻器和壓力變送器實(shí)現(xiàn)。該程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，奇妙的利用輸入的開關(guān)信號和水池信號，來推斷系統(tǒng)的工作狀況和限制低壓器件和變頻器等，最終達(dá)到限制該系統(tǒng)的要求。工頻和變頻的切換有PLC限制完成[16]。4.3.1程序流程圖在系統(tǒng)中PLC的作用是限制繼電器實(shí)現(xiàn)工頻—變頻的轉(zhuǎn)換，還有水泵數(shù)量的增減。PLC的工作流程圖如圖7所示。圖7程序流程圖系統(tǒng)啟動后，系統(tǒng)將自動檢測運(yùn)行模式，手動還是自動。假如是手動模式，工作人員可以依據(jù)自己的要求起動相應(yīng)電機(jī)的工作模式，手動運(yùn)行主要是為了系統(tǒng)在出現(xiàn)故障是還能有效供水。自動運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)將通過傳感器和變頻器的調(diào)整實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，PLC接受到上限頻率信號和下限頻率信號后，分別執(zhí)行增泵和減泵程序。4.3.2程序設(shè)計(jì)依據(jù)流程設(shè)計(jì)程序如下：自動啟動部分：1#泵起動：起動按鈕按下后，系統(tǒng)將自動匹配運(yùn)行模式。SB7沒輸入信號，則系統(tǒng)選擇自動運(yùn)行。1#水泵變頻起動。如圖8所示圖8系統(tǒng)自動啟動1#,2#泵起動：變頻器發(fā)出上限信號，PLC接收到上限信號后，PLC限制繼電器等低壓器件是1#水泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1常閉斷開，KM0常開吸合,同時(shí)KM3常開吸合2#水泵變頻起動。如圖9所示。圖91#泵起動1#泵起動：PLC通過下限信號控KM3，KM0斷電，KM1常開閉合，1#水泵單獨(dú)變頻運(yùn)行。如圖10所示。圖101#,2#泵起動1#，2#水泵起動：PLC接受到下限信號后關(guān)閉KM5,KM2,開啟KM3,變頻起動2#水泵，如圖11所示。圖111#泵起動1#泵起動：PLC接受大下限信號后關(guān)閉KM3、KM0，閉合KM1，1#水泵單獨(dú)變頻運(yùn)行，圖121#2#水泵起動通過按鈕SB10使變頻器啟動，如圖13所示。手動運(yùn)行部分圖131#泵起動SB2按下后KM0斷開，計(jì)數(shù)器起先計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，1#在變頻電源下運(yùn)行。如圖14所示。圖14手動啟動變頻器SB4按下后KM0斷開，計(jì)數(shù)器起先計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，M2在變頻電源下運(yùn)行。如圖15所示。圖15M1換變頻運(yùn)行SB6按下后KM0斷開，計(jì)數(shù)器起先計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，M3在變頻電源下運(yùn)行。如圖16所示。圖16M2切換到變頻運(yùn)行SB1按下后KM0斷開，計(jì)數(shù)器起先計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，M1在變頻電源下運(yùn)行。如圖17所示。圖17M3切換變頻運(yùn)行SB3按下后KM0斷開，計(jì)數(shù)器起先計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，M2在變頻電源下運(yùn)行。如圖18所示。圖18M1變頻運(yùn)行SB5按下后KM0斷開，計(jì)數(shù)器起先計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，M3在變頻電源下運(yùn)行。如圖19所示。圖19M2變頻運(yùn)行熱繼電器只要一斷開系統(tǒng)就就會自動報(bào)警。如圖20所示。圖20M3變頻運(yùn)行一臺電機(jī)工作狀態(tài)只能有一種，只要系統(tǒng)中有一臺電機(jī)，同時(shí)打開著工頻和變頻時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警而且將自動停止。如圖21所示。圖21自動報(bào)警輸出繼電器Y0-Y7和Y10協(xié)助繼電器M1-M9依次限制。如圖22所示。圖22報(bào)警限制圖23輸出繼電器與協(xié)助繼電器

5組態(tài)的設(shè)計(jì)5.1MCGS軟件簡介MCGS是基于Windows的一套可以快速開發(fā)上位機(jī)系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。MCGS是由昆侖通態(tài)自動化有限公司開發(fā)的，MCGS具有簡便的操作、完善的功能、好的可視性、易于維護(hù)的特點(diǎn)，該系統(tǒng)可以完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測，還可以完成前端數(shù)據(jù)的處理與限制，與微軟的的Windows操作系統(tǒng)能夠很好的兼容。5.2恒壓供水系統(tǒng)的MCGS界面設(shè)計(jì)工程的建立步驟：（1）選中文件菜單的“新建工程”。軟件自動會在默認(rèn)書目下生成一個(gè)新建工程。默認(rèn)書目為：根書目：\MCGS\WORK\新建工程。默認(rèn)工程名為“工程名X.MCE。（2）將所建工程另存為“變頻恒壓供水系統(tǒng)”，點(diǎn)擊“保存”按鈕，工程就創(chuàng)建勝利。圖24創(chuàng)建工程制作工程畫面步驟：（1）在工作臺“用戶窗口”下選擇“新建窗口”，建立“窗口0”。（2）在用戶窗口界面下，選擇“窗口0”，選中“窗口屬性”。設(shè)置窗口屬性，將屬性窗口中的，窗口名稱和窗口標(biāo)題改為“變頻恒壓供水系統(tǒng)”，其他不變。設(shè)置完窗口屬性后界面如圖25所示。圖25工程畫面窗口雙擊變頻恒壓供水系統(tǒng)或者單擊動畫組態(tài)，進(jìn)入組態(tài)設(shè)計(jì)界面。組態(tài)設(shè)計(jì)界面如圖26所示。圖26組態(tài)設(shè)計(jì)界面在圖27中的小框是工具箱，變頻恒壓供水系統(tǒng)所需的元件，都能在工具箱中找到，單擊工具箱中的“插入元件”圖標(biāo)，將彈出對象元件庫，如圖27所示。圖27對象元件庫雙擊對象元件庫中的泵對象，將彈出如圖28所示窗口。圖28泵對象庫元件元件庫中可選擇水泵、閥門、管道、按鈕等相應(yīng)元件，設(shè)計(jì)恒壓變頻供水系統(tǒng)組態(tài)如圖29所示。圖29組態(tài)系統(tǒng)整體畫面定義數(shù)據(jù)對象，數(shù)據(jù)對象的定義主要包括制數(shù)據(jù)變量的名稱，初始值，類型，數(shù)值變更范圍。在MCGS中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，可對數(shù)據(jù)對象進(jìn)行定義。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中單擊“新增對象”，添加的數(shù)據(jù)對象雙擊，彈出數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置窗口，對該元件進(jìn)行屬性設(shè)置。定義數(shù)據(jù)對象如圖30所示。圖30數(shù)據(jù)定義運(yùn)行策略設(shè)計(jì)，即編寫限制流程。在編寫腳本時(shí)用的語言，與一般Basic語言類似，但在用法上比Basic語言簡潔直觀。在策略窗口，單擊新建策略，彈出窗口中有多中策略用戶策略、循環(huán)策略、報(bào)警策略、事務(wù)策略，熱鍵策略。雙擊窗口中的循環(huán)策略，進(jìn)入策略組態(tài)設(shè)計(jì)窗口，在該窗口中右擊鼠標(biāo)，選擇“新增策略行”。然后在策略工具箱中選擇“腳本程序”,并拖如新增策略行，雙擊策略行進(jìn)入腳本編輯。如圖31所示。圖31腳本編寫變頻恒壓供水系統(tǒng)模擬工作，變頻方式起動1#泵界面如圖32所示.圖32變頻運(yùn)行1#泵畫面1#泵工頻運(yùn)行，2#泵變頻運(yùn)行界面如圖33.圖331#泵工頻，2#變頻泵畫面1#泵出現(xiàn)故障、2#泵變頻運(yùn)行的組態(tài)界面如圖34。圖341#泵發(fā)生故障，變頻運(yùn)行2#泵，#3泵工頻運(yùn)行畫面

結(jié)束語總結(jié)本論文針對入住人數(shù)在600人左右的小區(qū)進(jìn)行供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，恒壓變頻工水系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的水塔二次供水。恒壓變頻供水系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)供水方式在效率、自動化程度、和牢靠性方面的而不足。恒壓供水在我們的生產(chǎn)生活中具有特別重要的意義，通過PLC和變頻器設(shè)計(jì)的恒壓供水系統(tǒng)具有高效率、良好的節(jié)能效果、自動調(diào)整實(shí)力強(qiáng)和牢靠性高等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)了恒壓供水后，工作人員削減了常見的操作工作，提高了供水的效率和質(zhì)量，減輕了勞動者的勞動強(qiáng)度。PLC的可編程性，使得整個(gè)系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。在不同的季節(jié)，用戶對水的需求也有所不同，這樣使得管網(wǎng)壓力在不同的季節(jié)也有差異，變頻器很好的解決了這一問題，變頻器可以進(jìn)行不同壓力范圍的設(shè)置，這樣同季節(jié)約了水資源和電能。變頻恒壓供水系統(tǒng)在節(jié)約成本、節(jié)能，供水質(zhì)量上都有很大的優(yōu)勢。恒壓變頻供水時(shí)水泵電機(jī)在工頻方式下啟動時(shí)，由于啟動電流過大會對電網(wǎng)造成很大沖擊，所以系統(tǒng)應(yīng)帶有降壓啟動裝置。系統(tǒng)啟動時(shí)，簡潔出現(xiàn)水錘效應(yīng)，防止水錘效應(yīng)的出現(xiàn)能延長水泵的壽命。展望目前實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的能還有確定的局限性，通過管網(wǎng)壓力的反來限制系統(tǒng)的自動運(yùn)行。隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，可以同過上位機(jī)開發(fā)來管理，上位機(jī)可以對多種數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中處理。假如把電流變更、電壓變更、功率變更、水壓變更、水位變更和流量變更的參數(shù)進(jìn)行綜合處理，這樣從多方面對供水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使得供水系統(tǒng)在穩(wěn)定性、牢靠性等方面更加完善。隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)能量卻日益緊缺，在這種狀況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)用確定會越來越普及，當(dāng)然對恒壓供水限制技術(shù)將提出更高的要求。如對系統(tǒng)采納基于GPRS的無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸、通過網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等。另外本文的設(shè)計(jì)、限制方法完全可以用于恒風(fēng)壓限制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵的能耗大約占整個(gè)電能能耗的三分之一左右。所以變頻恒壓供水技術(shù)在漸漸走向成熟的過程中，仍舊有必要對其進(jìn)行更深化的探討。

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