基于PLC的高層小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中文摘要改革開放以來，中國的經(jīng)濟(jì)一直處于飛速發(fā)展的狀態(tài)，人民的物質(zhì)條件也逐漸提高，城市也趨向于建設(shè)高層建筑，由于高層建筑對供水系統(tǒng)的要求越來越高，所以對于供水系統(tǒng)這種基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也需要進(jìn)一步提高。供水系統(tǒng)性能的優(yōu)良程度直接影響到了居民的正常生活，優(yōu)良的設(shè)備會給予住戶更好的生活條件，因此使用先進(jìn)、自動(dòng)化、性能良好的變頻供水系統(tǒng)去控制管道輸水成為了一種必然的趨勢。在高層小區(qū)的供水系統(tǒng)中普遍存在水浪費(fèi)和電浪費(fèi)等一些現(xiàn)象，為了改善這一現(xiàn)象，本文研究并設(shè)計(jì)了基于PLC的高層小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)。該變頻恒壓供水系統(tǒng)是以三菱FX2N系列PLC為控制核心，管道的供水是以變頻器和壓力傳感器來控制泵實(shí)現(xiàn)的。該控制系統(tǒng)是通過檢測管網(wǎng)的水壓，以該水壓為控制參數(shù)，再根據(jù)用水量并通過變頻器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)水壓的恒壓控制。因此控制系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，供水性能優(yōu)秀，效率高，可以達(dá)到節(jié)約成本以及防止資源浪費(fèi)這一目的。為了清晰闡明變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理，本文首先介紹變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理及PID控制，然后再介紹軟、硬件的設(shè)計(jì)，最后采用組態(tài)王來模擬變頻恒壓供水系統(tǒng)的現(xiàn)場運(yùn)行。關(guān)鍵詞：恒壓供水；PLC；變頻器；PID；組態(tài)王目錄TOC\o"1-3"\h\u4729第一章前言 第一章前言1.1課題研究背景和意義從古至今，水都是人們不可或缺的物質(zhì)，在我們的生活中水扮演了不可替代的角色，在農(nóng)業(yè)方面，水用來灌溉農(nóng)作物才是的農(nóng)作物得以生長從而被人類所運(yùn)用，在工業(yè)方面，早在新中國成立不久，水就作為一種能源來驅(qū)動(dòng)工業(yè)的發(fā)展，三峽大壩就是顯著的例子，它使得中國的許多人民再也不擔(dān)心接連斷電的情況了；在生活方面，水也是人們每天的必需品，洗菜、喝水、洗澡等日常生活都需要水的參與。在每個(gè)家庭中，整天停水無疑是一個(gè)非常痛苦的事情，這時(shí)每個(gè)住戶所在的小區(qū)或住宅環(huán)境的供水系統(tǒng)就扮演起了非常重要的角色。近年來，我國的泵水機(jī)組在供水的效率和成本方面都取得了顯著的進(jìn)展，泵水機(jī)組的數(shù)量和種類也取得了一定規(guī)模的提升，在制造標(biāo)準(zhǔn)上也越來越精確、靈敏，隨著人們生活水平的不斷提高，人們不僅要求每天都能保持用水，還需要保持供水的可靠性、安全性以及供水質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)等問題。針對現(xiàn)有的一些問題:小區(qū)的供水系統(tǒng)不穩(wěn)定，水管偶爾不能提供水或在緊急的火災(zāi)情況時(shí)，由于消防需要大量供水，此時(shí)水壓過低或則供水不穩(wěn)定將會帶來不可挽回的惡劣后果。要解決這一系列問題，就要選用良好的設(shè)備和優(yōu)良的供水系統(tǒng)，本文就是想運(yùn)用現(xiàn)有的技術(shù)和高效的設(shè)備來設(shè)計(jì)一個(gè)高層小區(qū)的變頻恒壓供水系統(tǒng)。對于恒壓供水系統(tǒng)，高效節(jié)能且穩(wěn)定可靠的控制是最為重要的，因此變頻調(diào)速技術(shù)成為了較好且可靠的選擇。變頻恒壓技術(shù)在當(dāng)今的許多方面都有顯著的成效，在工業(yè)中，水泵、風(fēng)機(jī)以及冰箱中的制冷壓縮機(jī)都采用了變頻調(diào)速這項(xiàng)技術(shù)。對于恒壓供水系統(tǒng)，當(dāng)今的主要設(shè)計(jì)都是采用變頻與自動(dòng)控制想結(jié)合、可人工控制調(diào)試的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)可以確保在突發(fā)狀態(tài)下人們可以操作并控制供水系統(tǒng)從而預(yù)防故障的情況。自動(dòng)化的設(shè)計(jì)即提高了效率也降低了人工控制的成本且提高了供水的效率并提高了安全性。想較于傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，頻繁的開啟系統(tǒng)不僅耗能而且還會對設(shè)備產(chǎn)生一定程度的影響，若采用變頻技術(shù)，不僅會提高設(shè)備的穩(wěn)定性而且會降低設(shè)備頻繁啟動(dòng)的現(xiàn)象。所以設(shè)計(jì)一套使用變頻調(diào)速的恒壓供水在當(dāng)下的情況就會有一定的作用，它不僅能提升各工業(yè)的工作效率，還可以提供一種穩(wěn)定且節(jié)能的供水設(shè)備從而提高人們的生活質(zhì)量和幸福程度，而且也會提升經(jīng)濟(jì)、社會效益。1.2課題研究主要內(nèi)容本論文是以PLC為主控制系統(tǒng)并通過變頻器的PID調(diào)節(jié)來轉(zhuǎn)換、計(jì)算信號從而控制三臺水泵的供水，其主要原理是檢測水壓與管網(wǎng)所設(shè)定的水壓的差值來實(shí)現(xiàn)泵機(jī)的變頻供水，從而成為變頻恒壓供水系統(tǒng)控制，變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)備主要采用了三菱FZ2N系列PLC、FR-F700型變頻器。本文從變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理出發(fā)進(jìn)而分析PID控制原理再分析變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制方案設(shè)計(jì)從而確定變頻器、PLC等各種配置的選型。在控制過程中，電路控制部分主要有PLC來完成，恒壓供水則是通過變頻器的PID調(diào)節(jié)來進(jìn)行控制，該系統(tǒng)通過將壓力信號傳輸給變頻器，再通過變頻器轉(zhuǎn)換信號與預(yù)定的壓力進(jìn)行校對，最后通過PID參數(shù)來控制輸出頻率，進(jìn)而根據(jù)輸出頻率來調(diào)節(jié)供水量以達(dá)到水壓的恒定。本文最后會運(yùn)用組態(tài)王軟件對變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬。第二章變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制原理變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制原理是以管網(wǎng)中的實(shí)際水壓作為參考數(shù)據(jù)，對管網(wǎng)的水壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控才能確保水壓與設(shè)定好的值盡可能的接近從而保證在任何時(shí)間段管網(wǎng)水壓的恒定。管網(wǎng)水壓設(shè)定的默認(rèn)值既可以一直是一個(gè)恒定的常數(shù)也可以在一段時(shí)間后進(jìn)行修改，但在某一時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)的默認(rèn)值都是恒定不變的常數(shù)。圖2.1控制原理圖如上圖2.1控制原理圖所示，從左往右看，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的水壓與設(shè)定值產(chǎn)生偏差時(shí)，該偏差值會傳遞信號給變頻器PID，變頻器PID會將信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、翻譯、計(jì)算再輸出一個(gè)執(zhí)行量，該執(zhí)行量會控制變頻驅(qū)動(dòng)回路輸出一個(gè)頻率去控制電機(jī)即控制水泵的供水量從而使得管網(wǎng)實(shí)際水壓與設(shè)定的默認(rèn)值一致。該調(diào)節(jié)過程是一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)控制過程，即再水泵不停的更改供水量的過程中，若管網(wǎng)的實(shí)際壓力與設(shè)定值，該控制過程將會一知進(jìn)行直到管網(wǎng)的實(shí)際水壓與設(shè)定值一致是才達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。以上就是恒壓供水系統(tǒng)的控制原理，即通過偏差值對變頻器的頻率輸出進(jìn)行調(diào)整再進(jìn)一步改變水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速來控制供水量最終達(dá)到水壓的穩(wěn)定。2.2PID控制原理PID控制包含了比例控制、微分控制、積分控制三大控制環(huán)節(jié)，也正是由于包含了這三大控制環(huán)節(jié)使其擁有了穩(wěn)定得顯著優(yōu)勢，也因此被廣泛應(yīng)用。當(dāng)控制對象的數(shù)據(jù)不夠完整或者參數(shù)不夠齊全的情況下是不能用數(shù)學(xué)模型精確推導(dǎo)的，這時(shí)需要適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用相應(yīng)控制理論或技術(shù)和現(xiàn)場的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場調(diào)整來掌握系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)時(shí)，PID控制技術(shù)是最合適且行之有效的方法。圖2.2PID控制原理圖 如上圖2.2所示，當(dāng)接受信號與目標(biāo)信號存在差值時(shí)，PID控制將會進(jìn)行迅速的反應(yīng)并計(jì)算，通過比例、積分、微分三大控制環(huán)節(jié)對數(shù)值進(jìn)行計(jì)算、校核從而達(dá)到最優(yōu)的控制成效。第三章變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1變頻恒壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要組成部分主要有PLC、變頻器、接觸器/繼電器、壓力傳感器、泵等，本論文所采取的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體如下：本系統(tǒng)控制可分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩部分，在手動(dòng)模式的情況下PLC輸出端的信號直接控制接觸器，接觸器的兩端又與三相交流電機(jī)相連接，然后再由電機(jī)將電流分配到3個(gè)泵中控制供水系統(tǒng)的運(yùn)行，PLC的數(shù)字輸出端分別從兩路發(fā)出控制信號，一路控制三相交流電可以區(qū)分工頻與變頻兩種模式，另一路的控制信號是去控制指示燈，這樣可以起到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的提示作用。在自動(dòng)模式中，三相交流電將會流過變頻器從而在變頻器中將電流轉(zhuǎn)換為交流電并實(shí)現(xiàn)電流的變頻，然后再將電流通向后面步驟的異步電機(jī)中，從而得以控制3個(gè)泵，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的運(yùn)行。在控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)構(gòu)成圖3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是通過傳感器來檢測管網(wǎng)中的實(shí)際水壓值，在進(jìn)行PID控制的計(jì)算、轉(zhuǎn)換下將最終的水壓值反饋給變頻器再經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換將電信號傳遞給繼電器從而控制3臺水泵的供水量。該控制系統(tǒng)的方案設(shè)定為：1.該供水系統(tǒng)可以分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種控制狀態(tài)。自動(dòng)控制狀態(tài)就是根據(jù)住戶的需求判定供水，根據(jù)用戶每天每個(gè)時(shí)間段的需求量來設(shè)定水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)一臺泵機(jī)的供水量達(dá)不到用戶需求時(shí)就啟動(dòng)下一臺泵機(jī)，泵機(jī)供水可分為變頻和工頻兩種工作狀態(tài)，變頻情況下的供水量正常情況下是小于工頻狀態(tài)下的供水量。手動(dòng)模式的設(shè)計(jì)是為了防止突發(fā)情況，在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，手動(dòng)模式可以自行調(diào)節(jié)每個(gè)泵機(jī)的工作狀態(tài)使供水系統(tǒng)得以正常運(yùn)行，手動(dòng)模式還可以運(yùn)用于初期的測試階段，可以通過手動(dòng)模式來觀察每個(gè)泵機(jī)是否有故障或者故障發(fā)生的頻率是多少。在供水系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，若有一臺泵機(jī)發(fā)生故障也因有指示燈提示以使得工作人員了解情況并方便維修人員修理設(shè)備。2.供水系統(tǒng)運(yùn)作前需提前設(shè)定一個(gè)水壓值，在對管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)水壓檢測時(shí)，需要拿實(shí)際值與設(shè)定值做比較，這樣才能水壓和供水的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。3.若發(fā)生泵熱過載現(xiàn)象，不僅不需要指示燈的提示還需要對水泵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以免發(fā)生進(jìn)一步的危險(xiǎn)事故。4.要建立通訊系統(tǒng)，使得PLC的控制信息能夠與上位機(jī)的信息進(jìn)行匹配交換從而可以對供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的操控。該供水系統(tǒng)泵的運(yùn)行情況如下圖3.2所示圖3.2供水系統(tǒng)運(yùn)作框圖如圖3.2所示，供水系統(tǒng)總共有6個(gè)工作狀態(tài)，假定1工作狀態(tài)為起始狀態(tài)，此時(shí)水的需求量較少，第4工作狀態(tài)為最大限度工作狀態(tài)或則為消防供水狀態(tài)，供水系統(tǒng)的運(yùn)行步驟為1-2-3-4-5-6-1閉環(huán)式運(yùn)行。供水系統(tǒng)開始啟動(dòng)，在第一環(huán)節(jié)用水量還較小的時(shí)候，住戶的供水只需要用一臺泵機(jī)就可以解決，所以此時(shí)只有泵1在供水，泵2和3都處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)住戶的供水量上升后，變頻器的輸出功率將會不斷增加并逐步達(dá)到一臺泵水機(jī)的頻率上限，所以僅一臺泵機(jī)的供水量不能滿足住戶用水需求和為了防止泵機(jī)1熱過載，這時(shí)候?qū)?dòng)泵2開始供水，此時(shí)泵1改為工頻狀態(tài)供水，泵2位變頻狀態(tài)供水，泵3還是處于停止?fàn)顟B(tài)。如果住戶的用水量還會進(jìn)一步擴(kuò)大，那么將會根據(jù)上述原理，進(jìn)一步啟動(dòng)泵3，使得供水量達(dá)到住戶需求，此時(shí)泵1和泵2都以工頻方式供水，只有泵3處于變頻狀態(tài)，顯然此時(shí)并沒有達(dá)到最大輸出功率即供水最大限度。對于用水需求非常高的時(shí)間段或者在需要消防用水提供很多水源的情況下，系統(tǒng)將會開啟最大限度供水模式，此時(shí)三臺泵機(jī)都會以工頻的方式供水，這是的變頻器的功率也會達(dá)到最大值。在經(jīng)過一段時(shí)間的最大供水后，用水需求量通常都會有所降低，但此時(shí)水流的壓力還是處于剛才的極限最大值狀態(tài)，這時(shí)系統(tǒng)將會檢測到壓力上限從而將狀態(tài)4改為狀態(tài)5，這將會減少供水量以使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)恢復(fù)到狀態(tài)3的模式。當(dāng)用水量繼續(xù)減少時(shí)，根據(jù)上面一樣的原理，供水量將會再次減少從而以狀態(tài)5的方式運(yùn)行。一班情況下，到了深夜，此時(shí)是小區(qū)用水量最少的時(shí)候，所以把運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換為啟動(dòng)狀態(tài)即狀態(tài)1就足以滿足所有住戶的用水量，這不僅可以節(jié)能還能防止泵機(jī)由于過度使用發(fā)生故障的情況。需要注意的是，當(dāng)某個(gè)運(yùn)行過程中若出現(xiàn)某臺泵機(jī)發(fā)生了故障，這臺泵的工作狀態(tài)將會傳遞至下一臺泵機(jī)，例如:當(dāng)泵1工頻運(yùn)作、泵2變頻運(yùn)作、泵3停止時(shí)泵1突然發(fā)生故障，此時(shí)想要達(dá)到正常供水就需要將泵2將變頻狀態(tài)改為工頻狀態(tài)、泵3開始變頻狀態(tài)、泵1停止運(yùn)行。3.3恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)備選擇3.3.1水泵的選擇1.各住戶的用水標(biāo)準(zhǔn)對于不同的小區(qū)住宅，每天居民的用水量一般情況下是不同的，由于數(shù)據(jù)量過于龐大，次論文采用的用水依據(jù)是《城市居民生活用水標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50331—2002，文件用水標(biāo)準(zhǔn)部分見于下表3.1。表3.1各住宅的用水標(biāo)準(zhǔn)住宅類型給水衛(wèi)生器具完善程度用水標(biāo)準(zhǔn)（m3/人日）小時(shí)變化系數(shù)1僅有水龍頭0.04-0.082.0-2.52有給水衛(wèi)生器具，但無淋浴設(shè)備0.052-0.132.0-2.53有給水衛(wèi)生器具，并有淋浴設(shè)備0.13-0.191.8-2.54有給水衛(wèi)生器具，有淋浴設(shè)備和集中熱水供應(yīng)0.17-0.251.5-2.02.供水規(guī)模根據(jù)表3.1個(gè)住宅、設(shè)備的用水標(biāo)準(zhǔn)，推斷、計(jì)算將用水標(biāo)準(zhǔn)換算為用水規(guī)模，即每人每天的用水量，換算結(jié)果如下表3.2所示戶數(shù)用水標(biāo)準(zhǔn)（m3/人口）0.100.150.200.2525021.8032.8043.7054.6035036.2039.3052.6065.4040035.0052.5070.1087.5045039.5059.0078.6098.2050043.5065.5087.50109.7060052.5078.60104.90131.5070061.4091.90122.40152.9080070.00105.00140.00175.00100087.50131.50175.00219.00表3.2供水規(guī)模3.根據(jù)用水量對泵的型號進(jìn)行選擇，泵的主要型號如下表3.3。表3.3水泵的型號及其參數(shù)用水量/（m3/h）揚(yáng)程/m水泵型號電機(jī)功率/KW配用變頻器/KW36xN4065LG36-20x27.57.56065LG36-20x311118065LG36-20x4151510065LG36-20x518.518.512065LG36-20x62222注：表中的N代表水泵的臺數(shù)水泵抽水流量的計(jì)算：每小時(shí)水泵流量的最值計(jì)算公式為：Q=[(m?q)/t]*K公式3.1其中m為住戶用水人數(shù)，t為住戶用水時(shí)間，q為用水標(biāo)準(zhǔn)，K為變化系數(shù)。5.水泵揚(yáng)程H（m）的原則：當(dāng)建筑層數(shù)為1、2、3、4層時(shí)（層數(shù)每次加1），最低的揚(yáng)程為15、19、23、27（每個(gè)數(shù)字加4），即沒增加一層揚(yáng)程增加4米。6.選擇合適的水泵：（1）由表3.1可計(jì)算出，小區(qū)住戶的用水量大概為每人每天0.20m3；（2）有表3.2可計(jì)算出，小區(qū)內(nèi)每小時(shí)住戶的用水量的最大值大概為105m3；（3）在小區(qū)的層數(shù)為7層的基礎(chǔ)上，根據(jù)公式3.1可計(jì)算出供水的水壓大概為0.35MP；（4）由以上計(jì)算再參考表3.3水泵的型號及參數(shù)，確定水泵的型號為65LG36-20x2，三臺水泵可以全選取該型號的水泵，水泵的電機(jī)功率為7.5KW。在下面的論文中會全以這種型號的水泵為基礎(chǔ)，然后再進(jìn)行模擬和運(yùn)行。3.3.2壓力傳感器的選型該變頻恒壓供水系統(tǒng)的壓力傳感器適用于測定水壓的，所以其需要具備功能穩(wěn)定和精度高的優(yōu)點(diǎn)，由于測定的是水壓這使得傳感器必須具備能夠適應(yīng)較大溫度范圍的特性，又由于水流在流動(dòng)時(shí)會造成水壓從而對壓力傳感器造成較大的沖擊，所以該壓力傳感器又要具備較大的韌性和抗震性能，由于傳感器中較好的信號傳遞功能是區(qū)分好壞的標(biāo)志。綜上，選擇CYYB-120系列的壓力傳感器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，它不僅價(jià)格實(shí)惠并且具有上述所需要的功能。3.3.3變頻器的選型變頻器的應(yīng)用可以使得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)變得更加方便快捷，變頻器的選型要求結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，持久耐用且成本低，本論文中的變頻恒壓供水系統(tǒng)所采用的是一種公認(rèn)的大眾品牌：三菱所生產(chǎn)的FR-E700型變頻器。3.3.4PLC的選型PLC（ProgrammableLogicController）中文名稱為可編程邏輯控制器，是一種將數(shù)字與電氣相結(jié)合的技術(shù)，在當(dāng)今許多科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域都有廣泛大量的應(yīng)用。PLC內(nèi)部各組成部分包含電源、中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出借口電路、功能模塊以及通信模塊這幾大部分。PLC的工作可分為三個(gè)階段，具體包含輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段以及輸出刷新階段。本論文所采用的PLC為三菱所生產(chǎn)的FX2N系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品包含了輸入繼電器（X）、輸出繼電器（Y）、內(nèi)部屬豬繼電器（M）、內(nèi)部狀態(tài)繼電器（S）、內(nèi)部定時(shí)器（T）、內(nèi)部計(jì)數(shù)器（C）、數(shù)據(jù)寄存器（D）以及內(nèi)部指針（P、I)。3.4變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本論文中變頻恒壓供水系統(tǒng)主要包括主電路設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)。3.4.1變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)如下圖3.3所示，L1、L2、L3三相電源控制三臺泵M1、M2、M3，QS為線路主電路開關(guān)，由于水泵可能會發(fā)生熱過載現(xiàn)象，設(shè)定三個(gè)熱繼電器FR1、FR2、FR3對三臺水泵進(jìn)行熱過載保護(hù)，熔斷器FU1—FU4則是用來對主電路和三臺水泵進(jìn)行短路保護(hù)，交流接觸器KM1—KM3分別為泵1—泵3的工頻運(yùn)行模式，交流接觸器KM4—KM6則分別為泵1—泵3的變頻運(yùn)行模式,KM7連接變頻器為主電路的接通電源。該主電路的設(shè)計(jì)就是來源于一個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)開關(guān)以及變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種模式，又由于自動(dòng)模式下需要變頻器轉(zhuǎn)換和傳遞信號，所以主電路需要與變頻器進(jìn)行連接。該控制恒壓供水系統(tǒng)泵發(fā)生供水轉(zhuǎn)化主要有檢測到頻率上限和壓力上限兩個(gè)原因。圖3.3系統(tǒng)主電路圖3.4.2變頻恒壓系統(tǒng)I/O分配表變頻恒壓系統(tǒng)I/O分配表若下表3.4所示表3.4I/O分配表輸入器件輸出器件PLC輸入端符號名稱PLC輸出符號名稱X0SB1系統(tǒng)啟動(dòng)X20RUN壓力上限X1SB2系統(tǒng)停止X21SU壓力下限X2SB3自動(dòng)啟動(dòng)Y0KM1泵1工頻X3SB4手動(dòng)啟動(dòng)Y1KM2泵2工頻X4SB5泵1變頻Y2KM3泵3工頻X5SB6泵1工頻Y3KM4泵1變頻X6SB7泵2變頻Y4KM5泵2變頻X7SB8泵2工頻Y5KM6泵3變頻X10SB9泵3變頻Y6KM7系統(tǒng)啟動(dòng)X11SB10泵3工頻Y10L1泵1故障X12FR1泵1熱過載Y11L2泵2故障X13FR2泵2熱過載Y12L3泵3故障X14FR3泵3熱過載Y14L4變頻器啟動(dòng)X15FU頻率上限Y20STF變頻正轉(zhuǎn)X16IPF頻率下限3.4.3控制電路的設(shè)計(jì)圖3.4控制線路圖如上圖3.4所示，該變頻恒壓供水系統(tǒng)分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。在自動(dòng)模式中，三相電源接通，開關(guān)QS閉合電路接通，按下自動(dòng)按鈕后系統(tǒng)開始檢測水壓并自動(dòng)進(jìn)入水泵變頻供水狀態(tài)，正常情況下，先啟動(dòng)的水泵為泵1，若泵1發(fā)生故障則往下延續(xù)。由于一個(gè)水泵不能同時(shí)處于兩種供水狀況，所以同臺泵機(jī)的兩種供水方式需要形成互鎖即KM1與KM4，KM2與KM5，KM3與KM6之間需要互鎖以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。水泵的變頻原因主要為頻率達(dá)到上限與壓力達(dá)到上限兩種原因，當(dāng)用戶的用水量不斷上升從而使得變頻器的輸出功率不斷增加并逐步達(dá)到一臺至兩泵水機(jī)的頻率上限時(shí)，此時(shí)當(dāng)系統(tǒng)檢測到頻率達(dá)到上限則會啟動(dòng)下一臺泵機(jī)開始供水，上一臺泵機(jī)則切換到工頻狀態(tài)供水；當(dāng)用戶用水需求量突然下降時(shí)，此時(shí)水流的壓力還是處于剛才的泵機(jī)供水最大值狀態(tài)，此時(shí)為了保護(hù)設(shè)備以及防止浪費(fèi)，泵機(jī)的工作狀態(tài)將會從工頻變?yōu)樽冾l或則從變頻變?yōu)橥Ｖ範(fàn)顟B(tài)。在手動(dòng)模式中，只需要按下手動(dòng)按鈕再通過SB5-SB10自動(dòng)調(diào)節(jié)每臺泵機(jī)的工作狀態(tài)，需要注意的是，一臺泵機(jī)只能處于一種工作狀態(tài)。3.4.4PLC梯形圖的設(shè)計(jì)如下圖3.5所示，從上到下分別為系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)、系統(tǒng)停止開關(guān)、自動(dòng)模式開關(guān)、手動(dòng)模式開關(guān)、A變頻開關(guān)、A工頻開關(guān)、B變頻開關(guān)、B工頻開關(guān)、C變頻開關(guān)、C工頻開關(guān)。圖3.5按鈕的分配如下圖3.6所示從上到下為變頻器啟動(dòng)使得變頻器正轉(zhuǎn)的命令，然后就是泵1熱過載，最后一個(gè)指令就是泵2熱過載指令。圖3.6泵1、2故障第4章變頻恒壓供水系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)4.1變頻恒壓供水系統(tǒng)流程的設(shè)計(jì)變頻恒壓供水系統(tǒng)的啟動(dòng)方式分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種。1.手動(dòng)模式手動(dòng)模式下可通過6個(gè)按鈕來控制泵的運(yùn)行，每臺泵都有兩種運(yùn)行方式，具體的流程圖如下圖4.1所示。圖4.1手動(dòng)模式2.自動(dòng)模式自動(dòng)模式就是檢測頻率上限或下限與壓力上限或下限是否達(dá)到從而去控制圖4.2自動(dòng)模式泵的運(yùn)作方式。具體的流程圖如上圖4.2所示。如上圖4.2所示，在自動(dòng)模式下將會一致檢測一種狀態(tài)下的頻率是否達(dá)到上限或下限，從第一步泵1變頻開始，此時(shí)檢測泵1變頻狀態(tài)下的頻率，當(dāng)頻率到達(dá)上限時(shí)將會切換到泵1工頻、泵2變頻的狀態(tài)，當(dāng)頻率為達(dá)到上限時(shí)或達(dá)到下限時(shí)，泵1會繼續(xù)保持變頻狀態(tài)。若在改變到泵1工頻、泵2變頻狀態(tài)后，系統(tǒng)再次檢測頻率，若達(dá)到上限將會繼續(xù)擴(kuò)大供水量從而使得泵1和泵2都處于工頻狀態(tài)，泵3處于變頻狀態(tài)，若此時(shí)檢測到頻率下限那么將回到泵1變頻狀態(tài)。在用水量需求最大的時(shí)間段或消防用水階段將會使得3臺泵機(jī)都處于工頻狀態(tài)，維持這種狀態(tài)一段時(shí)間內(nèi)后系統(tǒng)將會檢測管網(wǎng)水壓是否達(dá)到上限，若達(dá)到上限則會退回到泵1和泵2工頻狀態(tài)、泵3變頻的情況，若沒有達(dá)到壓力上限，則繼續(xù)保持該狀態(tài)。第5章變頻恒壓供水系統(tǒng)基于組態(tài)王的監(jiān)控設(shè)計(jì)5.1組態(tài)王軟件簡介組態(tài)王軟件是一個(gè)可用于模擬各項(xiàng)工程并判斷其可靠性與可行性的多功能軟件，組態(tài)王軟件經(jīng)過了幾個(gè)版本的更替使其具有了功能多樣、運(yùn)行穩(wěn)定且使用便捷等特點(diǎn)，并依據(jù)國內(nèi)眾多體驗(yàn)用戶的反饋和意見，對一些功能、界面以及幫助系統(tǒng)都進(jìn)行了改善和補(bǔ)充。組態(tài)王6.55提供了簡潔明了的配置界面、大量的快捷圖庫，可以隨意添加組態(tài)變量，同時(shí)也為用戶添加新圖庫提供了方便的接口；該款產(chǎn)品的軟件結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行了大幅提升與改進(jìn)，軟件的實(shí)用性和可用性都得到了很大的提高，同時(shí)在設(shè)備的選型方面又有了更多的選擇。組態(tài)王軟件是由工程管理器、開發(fā)系統(tǒng)以及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。工程管理器:工程管理器用來創(chuàng)建新工程和管理一些已有的工程，可對工程進(jìn)行搜索、新建、刪除、備份、恢復(fù)以及直接執(zhí)行開發(fā)與運(yùn)行功能。工程瀏覽器:工程瀏覽器是用于工程設(shè)計(jì)開發(fā)的工具，可用于新建監(jiān)控畫面、數(shù)據(jù)詞典的添加與修改、設(shè)備的選型以及設(shè)定開發(fā)系統(tǒng)與運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。運(yùn)行系統(tǒng):運(yùn)行系統(tǒng)是工程的運(yùn)行界面，從選定的設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫以及畫面的命令語言,實(shí)現(xiàn)組態(tài)模擬功能。一班情況下，新建并運(yùn)行一個(gè)組態(tài)王工程大致可分為以下幾個(gè)步驟：新建新工程:新建工程的第一步，可以命名工程和描述工程。設(shè)定硬件設(shè)備并添加工程變量:設(shè)定并選型工程中需要的硬件設(shè)備和添加工程中使用的變量,包括內(nèi)存變量和I/O變量。制作圖形畫面:新建圖形畫面并按照工程的實(shí)際要求繪制監(jiān)控畫面。編寫命令語言：通過腳本程序的編寫和數(shù)據(jù)詞典的選用以完成較復(fù)雜的監(jiān)控畫面控制并確使靜態(tài)畫面產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。運(yùn)行系統(tǒng)的配置:設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警配置、網(wǎng)絡(luò)配置、用戶配置,是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場前的必要工作。保存工程并運(yùn)行:工程完成的最后一步，確保以上步驟完成，工程就制作完成了。5.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的監(jiān)控界面設(shè)計(jì)5.2.1新建工程組態(tài)王模擬的第一步就是創(chuàng)建新工程，鼠標(biāo)單擊工程管理器界面下的“新建”按鈕即可創(chuàng)建工程，如圖5.1所示該工程名為“變頻恒壓供水系統(tǒng)”。圖5.1新建工程5.2.2組態(tài)王的通信設(shè)備的設(shè)計(jì)1.串口的通訊參數(shù)的選擇：鼠標(biāo)雙擊工程管理器中的設(shè)備欄中的“COM1”來設(shè)置串口再選擇其中的數(shù)據(jù)，具體如圖5.2所示。圖5.2設(shè)置串口設(shè)備的選型：鼠標(biāo)單擊工程瀏覽器界面下設(shè)備欄中的“COM1”再雙擊“新建”確定設(shè)備的選型。設(shè)備采用PLC三菱生產(chǎn)的FX2N具體參數(shù)如圖5.3所示。圖5.3設(shè)備的選型5.2.3畫面設(shè)計(jì)與組態(tài)變量（1）組態(tài)變量：要使用組態(tài)王模擬變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作流程就需要一些組態(tài)變量來給與一些裝置合適的變量名，在數(shù)據(jù)庫一欄中單詞“數(shù)據(jù)詞典”雙擊變量名中最下面的“新建”即可新建一個(gè)變量名，具體參考數(shù)據(jù)如下圖5.4所示。該工程中所有的組態(tài)變量如下圖5.5所示。圖5.4定義變量圖5.5數(shù)據(jù)詞典（2）畫面設(shè)計(jì)：組態(tài)王中建立一個(gè)新畫面，只需要單機(jī)文件欄下的“畫面”再雙擊“新建”，新畫面欄如圖5.6所示，繼續(xù)點(diǎn)擊“確定”即可新建一個(gè)畫面。圖5.6新建畫面基于定義好的組態(tài)變量，在開發(fā)系統(tǒng)界面中選擇與組態(tài)變量相對應(yīng)的設(shè)備，設(shè)計(jì)過程需要著重考慮圖庫中所選取的配件和界面中所畫的設(shè)備與組態(tài)變量的匹配性，否則將會影響模擬的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)好的組態(tài)模擬如下圖5.7所示圖5.7組態(tài)模擬畫面要想組態(tài)模擬正常進(jìn)行必須有相應(yīng)的命令語言與之對應(yīng)，右鍵單機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的界面，然后再點(diǎn)擊“命令語言”開始輸入程序，程序的部分如圖5.8、5.9所示。圖5.8啟動(dòng)程序如圖5.8所示程序所執(zhí)行的步驟如下：按下“系統(tǒng)啟動(dòng)”和“自動(dòng)模式”按鈕，住戶此時(shí)需要用水，因此變頻器開始控制泵，從而泵起到供水作用。此時(shí)泵1供水且為變頻狀態(tài)下供水，泵2、3停止供水。圖5.9泵1故障如圖5.9所示泵1熱過載，系統(tǒng)處于啟動(dòng)狀態(tài)且為自動(dòng)模式，若泵1處于變頻狀態(tài)供水則改為泵2處于變頻狀態(tài)供水，若泵1處于工頻狀態(tài)供水則泵2處于工頻狀態(tài)供水。5.2.4進(jìn)行組態(tài)模擬運(yùn)行組態(tài)模擬需要點(diǎn)擊開發(fā)系統(tǒng)中文件欄下的“全部存”然后再單擊文件欄下的“切換到view”，即可進(jìn)入組態(tài)王的運(yùn)行系統(tǒng)，也就是進(jìn)行組態(tài)模擬。模擬具體如下：圖5.10泵1變頻狀態(tài)如上圖5.10所示，先按下系統(tǒng)啟動(dòng)再按下自動(dòng)按鈕，泵1開始供水處于變頻供水狀態(tài)相應(yīng)的指示燈點(diǎn)亮。圖5.11泵2開始供水如上圖5.11所示，該步驟可在圖5.10的基礎(chǔ)上按下頻率上限按鈕或壓力下限按鈕，此時(shí)頻率上限燈或壓力下限燈會閃爍一下，這說明1臺水泵供不足以供水，需要加泵供水。此時(shí)泵1改為工頻供水，泵2開始變頻狀態(tài)供水。圖5.12泵3開始供水如上圖2.12所示，該步驟可在圖5.11的基礎(chǔ)上按下頻率上限按鈕或壓力下限按鈕，此時(shí)頻率上限燈或壓力下限燈會閃爍一下，這說明2臺泵不足以供水，需要加泵供水。此時(shí)泵1改為工頻狀態(tài)供水，泵2改成工頻狀態(tài)供水，泵3開始變頻狀態(tài)供水。圖5.13最大限度供水如上圖5.13所示，當(dāng)變頻器輸出再次達(dá)到頻率上限時(shí)，在指示燈亮起后，3臺泵將會全部切換到工頻