1、 2014屆畢業設計說明書 恒壓變頻供水控制系統設計 院 、 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 伍文勝 指導教師： 陸秀令 職稱 教授 高飛燕 職稱 副教授 專 業： 自動化 班 級： 自本1002 完成時間： 2014 年5 月27 日 摘 要近幾年我國城市建設發展迅猛，同時在基礎設施建設方面提出了跟高的要求。城市高樓居民用水，一直是困擾城市發展的一個難題，供水的可靠性、穩定性和經濟+性直接影響這人們的正常工作和生活。隨著人們生活方式的變化和生活水平的提高，供水系統的個項性能要求不斷提高。利用高效的自動化技術，設計低能耗、高效率、能適應復雜環境的恒壓供水系統。本文首先根據管網和水泵的運行

2、特性曲線，闡明了供水系統的變頻調速節能原理；具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統的組成結構，通過研究和比較，得出結論:變頻調速是當今國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、最有發展前途的電機調速技術。因此本文以采用變頻器和PLC 組合構成系統的方式，以某居民小區水泵電動機控制系統為對象，逐步闡明如何實現水壓恒定供水。通過對本系統I/O點數的統計，得出本系統有15個輸出點數，9個輸入點數，依據PLC選型留有10%的裕量的原則，系統選用了三菱FX2N系列PLC。水泵選型時，從流量、功率、揚程三方面進行綜合考慮，水泵揚程應是實際揚程的1.11.2倍，本次設計選用了80DL2型號的水泵。變頻器選用了F

3、R-F700，可接電機功率為15(kW)，在變頻控制過程中，由變頻器內部的PID控制方式完成。在程序設計時結合硬件電路，選用順序功能控制設計方法進行程序設計。程序由GX-Developer編寫完成，通過MCGS進行該系統的組態設計，最后分析該系統的供水效益，結果顯示具有明顯的節能效益。 關鍵詞：PLC；變頻調速；恒壓供水；設計；MCGSABSTRACT Fast development of city construction in China in recent years, at the same time, in the aspect of infrastructure construc

4、tion is proposed with high requirements. City high-rise residential water, has always been a difficulty in urban development, water supply reliability, stability and economy directly affects the normal work and life of people. As people lifestyle changes and improvement of living standards, increasi

5、ng water supply system of a performance requirements. Efficient automation technology is used to design low power consumption, high efficiency, can adapt to the complex environment of constant pressure water supply system. In this paper, first of all, according to the operation of the pipe network a

6、nd pump characteristic curve illustrates the principle of frequency control of motor speed and energy saving water supply system; Analyzes the composition of the principle of variable frequency constant pressure water supply and system structure, through research and comparison, draw the conclusion:

7、 frequency control of motor speed is a benefit is the highest in the world, and the best performance, the most widely used, the most promising motor speed control technology. So this article, in the form of combination of the frequency converter and PLC system, with a water pump motor control system

8、 in residential area as an object, expounds how to realize the constant pressure water supply gradually. This system for PLC output has 15 points, nine input points. Based on the principles of type selection of PLC, the system selects the mitsubishi FX2N series PLC, mitsubishi and dedicated FR - F70

9、0 series inverter, the inverter can be a very good drive pump motor startup. In the process of frequency conversion control, performed by frequency converter internal PID control method. When programming combined with hardware circuit, selects the sequential function control design method for progra

10、m design. Programs are written by GX - Developer complete, through the MCGS configuration design of the system, in the final analysis the system of water supply benefits, results showed that has obvious energy saving efficiency. Keywords: PLC;frequency control;constant pressure water supply;MCGSI目 錄

11、1 緒論11.1 本課題產生的背景和意義11.2 變頻恒壓供水的現況11.3 變頻供水系統的應用21.4 本人的主要工作22 變頻恒壓供水的理論分析32.1 水泵的工作原理32.2 供水電機的搭配32.3 離心泵的調節方式42.4 恒壓供水系統供水特性分析42.5 水錘效應52.6 供水系統的組成53 恒壓變頻供水控制系統硬件的設計73.1 恒壓變頻供水控制系統的設計方案73.2 選擇供水設備的原則73.3 供水設備的選擇8 3.3.1 水泵的參數計算與型號的選擇8 3.3.2 變頻器9 3.3.3 壓力傳感器的選擇103.4 PLC的選型11 3.4.1 PLC選型的基本原則11 3.4.2

12、 輸入輸出點的統計11 3.4.3 I/O的分配123.5 系統硬件線路設計134 變頻恒壓供水控制系統軟件的設計164.1 PLC編程設計方法16 4.1.1 經驗設計法16 4.1.2 繼電器電路直接轉換為梯形圖法16 4.1.3 邏輯代數設計方法164.2 編程軟件的簡單介紹164.3 恒壓供水系統程序的設計17 4.3.1 程序流程圖17 4.3.2 程序設計185 組態的設計235.1 MCGS軟件簡介235.2 恒壓供水系統的MCGS界面設計23結束語29參考文獻30致 謝321 緒論1.1 本課題產生的背景和意義這些年城市建設和城鄉結合發展迅速，但市政供水、工業供水，高層建筑供水

13、，居民生活供水在我國一直落后，這種局面嚴重惡影響我國城市建設的發展和小康社會的發展。電機供水和水塔二次供水時我國傳統供水方式，傳統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壓力差實現供水。傳統的電機供水，電網由于電機頻繁啟動首到很大影響，設備壽命受到影響。水塔供水，修建水塔要占據很大面積且投資成本大，而水長期儲存在水塔內，對水質有嚴重的影響容易受到污染。因傳統供水存在各方面的不足，人們開始尋求一種更好的供水方式。恒壓變頻供水，是隨著變頻器的發展而興起的，恒壓變頻供水的出現，彌補了傳統供水個方面的缺陷，給供水方式帶來一場變革。在恒壓變頻供水中，電機運行穩定，占地面積小，電機也

14、不需要電機頻繁啟動，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，在生產中有效的提高了勞動者的生產效率，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量。明顯可以看出恒壓變頻供水有傳統供水方式。在國內恒壓變頻供水還有很好的發展前景，能帶來更高的社會效益。1.2 變頻恒壓供水的現況變頻變頻調速技術的發展，促使了恒壓變頻技術的快速發展，恒壓供水在國外已經相當成熟可靠，變頻技術也十分先進。在國外有不少變頻器生產商，專門針對變頻供水研發變頻器。日本的Samco公司，開發了一種集成的基板具有兩種變頻方式，固定式和循環式。一臺變頻器只驅動一臺水泵，是國外的主要設計方式。單一

15、驅動這種設計，安全可靠，更加靈活。變頻器本身就比較昂貴，采取一對一控制，投資成本很高。在國內做恒壓變頻供水有不少公司，但在各方面的性能，都很難滿足用要求。國內有用PLC實現的，也有用單片機實現的，在某些方面落后與國外，主要是因為國內變頻技術沒國外先進。國內的艾默生和程度希望集團，也專門設計了應用于供水變頻器，該變頻器把PLC和PID集成在一起，這種變頻器在安裝的時候比較方便。但由于國產變頻器技術的限制，該變頻器適應于供水量小，而且供水要求較低的地方。隨著變頻器技術的不斷創新、國內科研人員的不斷完善，恒壓供水一定會有更好的發展前景和更大的發展空間。最終將廣泛應用于生產生活中，從而改善人民生活質量

16、，提高人們的生活水平。1.3 變頻供水系統的應用在很多行業中都用到了變頻恒壓供水，大致可分為三類依據適用范圍：（1）小型供水系統 工廠，高層建筑，小型加壓站都適用該供水系統，適用的原因是，功率小成本低，操作簡單。這些場所在國內應用的最多，而用戶群比較大。（2）中小型水供水系統中小供水廠、輔助供水廠常常用到此類型系統。此類供水系統，供水能力比較強，一般功率有135kV320kW。由于該種系統對控制要求不是很高，所以一般有國產的變頻器控制。（3）大型供水系統大中型城市的供水往往采用的就是這種系統，這種系統供水能力強，供水范圍廣。供水能力強和供水范圍廣，使得該系統的能耗大、水泵機組多和需要采用高壓供

17、電。這種系統控制要求高，一版采用國外的變頻器控制1。1.4 本人的主要工作恒壓變頻供水主要由PLC和變頻器控制實現。本次設計中，進行了系統主電路、控制電路設計，首先要對PLC進行選型，選型是根據PLC的輸入輸出點數來選擇，我們的系統有15個輸入點，和9個輸出點，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，系統組態設計由MCGS設計完成。在控制過程中，電控系統由FX2N完成，變頻器完成PID控制。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抽出地表在送往用戶，離心泵的工作示意圖

18、如圖1所示：水泵在電機的帶動下，使泵軸隨著電機一起轉動，半軸帶動葉輪轉動，葉輪將水從深水區吸上來達到抽水的效果。詳細過程為：液體灌滿水泵后，啟動時電機帶動泵軸轉動，泵軸帶動葉輪轉動，葉輪帶動液體流動。液體在離心力的作用下，獲得能量往外流動，最后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 供水電機的搭配電機主要是給水泵通過能量，所以電機的備置取決于供水負載。電動機要盡量在額定負載下運行。電機選擇時應注意功率的選擇：電動機功率過大，將造成電機長期過載，損壞絕緣層，甚至燒毀電機；電動功率過小，可能出現電機堵死情況，功率過小電機的機械輸出功率低，功率因素低和效率低，嚴重

19、影響用戶和電網，還造成較大浪費2。電機功率的選擇，負載一定時，負載的功率(kW)，可以通過1計算所需電機功率(kW): （1） 式中，機械效率是，電動機效率是。2.3 離心泵的調節方式（1）變速調節改變水泵的轉速n，使水泵的性能發生變化，從而使水泵的工況點發生變化，這種方法稱為變速調節。 （2）變徑調節葉輪經過車削以后，水泵的性能將按照一定的規律發生變化，從而使水泵的工況點發生改變。我們把車削葉輪改變水泵工況點的方法，稱為變徑調節。（3）變角調節改變葉片的安裝角度可以使水泵的性能發生變化，從而達到改變水泵工況點的目的。這種改變工況點的方式稱為水泵的變角調節。（4）節流調節對于出水管路安裝閘閥的

20、水泵裝置來說，把閘閥關小時，在管路中增加了局部阻力，則管路特性曲線變陡，其工況點就沿著水泵的Q-H曲線向左上方移動。閘閥關得越小，增加的阻力越大，流量就變得越小。這種通過關小閘閥來改變水泵工況點的方法，稱為節流調節或變閥調節。關小閘閥，管路局部水頭損失增加，管路系統特性曲線向左上方移動，水泵工況點也向左上方移動。閘閥關得越小，局部水頭損失越大，流量也就越小。由此可見節流調節不僅增加局部水頭損失，而且減少了出水量，很不經濟。但由于其簡便易行，在小型水泵裝置和水泵性能試驗中應用較多3。2.4 恒壓供水系統供水特性分析 本系統的供水特性曲線如圖2所示。由圖可知，水流量Q越大，揚程H月小。在水泵電機轉

21、速和供水系統閥門開度不變的情況下，居民用水決定了流量的大小，所也揚程特性去先反應了揚程與流量的關系。水泵轉速一定，管阻特性描述的是，閥門開度在某一值，流量與揚程的關系。管組特性反應了水泵克服管壁阻力及水泵系統壓力差時，管道中流體流動的變化規律。圖2中揚程特性和管阻特性的交點，是系統穩定運行的工作點，在這點供水量與用水量基本處于平衡，這點符合揚程特性，也符合管組特性4。 對整個供水系統而言，最終要達到的目的是，滿足用戶對水量的需求。流量越大水量也就越大，對系統而言只能對流量進行控制。由此看來，系統的基本控制對象是水的流量。在系統動態情況下，系統供水能力、用戶用水量、管道水壓大小之間的平衡關系如下

22、： 供水量 > 用水量時，管道壓力變大； 供水量 < 用水量時，管道壓力變小； 供水量 = 用水量時，管道壓力不變； 由上面的關系可知，管道的壓力變化反應了供水量與用水量之間的關系。由此可以通過壓力傳感器，取得管道壓力變化的參數，壓力的變化可以做為控制流量的參變量。通過壓力傳感器反饋回來的信號，可有效地調節系統供水的壓力值5。 圖2 供水特性曲線2.5 水錘效應水錘效應是指水泵在起動和停止時，水流沖擊管道，產生的一種嚴重的水擊。異步電動機在全壓起動時，從靜止狀態加速到額定轉速，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，水量猛增時流體具有動量和一定的可壓縮性，極短時間內管

23、道里的水量巨增，水會對管道產生過高的壓強。管壁受到巨大壓力的撞擊，管壁發受力發出噪聲，聲音就像錘子敲擊管道一樣，這就稱為水錘效應6。水錘效應對供水系統具有極大的破壞性，過高的壓強容易引起管道爆裂，在空化時，壓強過低可能導致管道癟塌。除此之外，閥門和其他固定器件也可能因水錘效應而損壞。防止水錘效應的幾種措施：（1）采取恒壓變頻控制技術（2）采取泄壓保護技術 （3）采取控制流技術（4）在管道中的峰點，安裝可靠的排氣閥。2.6 供水系統的組成本系統的主要組成部分是變頻器，壓力傳感器，恒壓調控單元，水泵機組和低壓電器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調節

24、器可以調節電機轉速，從而達到調節管網壓力和水量的目的。 （2）壓力傳感器，壓力傳感器能將得到的壓力信號，轉變成電信號的形式。 （3）PLC，PLC對水泵進行切換、控制等。 （4）水泵，實現從低處往高處供水，用來提高水壓。（5）低壓電器，低壓電器與設計外圍電路，當控制系統自動運行出現故障時，可以同過人工調節維持系統的運行，以保供水的可靠性。3 恒壓變頻供水控制系統硬件的設計3.1 恒壓變頻供水控制系統的設計方案從系統的原理依據來看，系統由五個部分組成，變頻器即恒壓控制單元；PLC，即系統控制單元；敏感器件壓力傳感器，即信號檢測單元；水泵機組，即執行機構；低壓電器，即電控單元，有低壓繼電器，接觸器

25、等。這五部分組成了一個完整恒壓變頻系統8。圖3 系統構成框圖PLC能夠很好的是模塊化控制，而且通用性強，用戶可以靈活的設計適合具體環境的控制系統。由于PLC是可編程控制設備，在硬件修改和維護上也十分簡便，很多時候只要重新編寫程序，就可以改變功能來適應新的硬件電路。PLC能在惡劣的環境下穩定運行，所以系統在穩定性和可靠性方面大大提高9。3.2 選擇供水設備的原則在供水設備的選擇上主要考慮的依據是用戶的水量需求，用戶量大供水量也就大。有關數據依據統計在表1中。 按照城市居民生活用水標準GB/T 50331-2002，得到我國人均日用水量標準，如表1所示。表1 居民人均日用水量統計表分類拘謹型(L/

26、d)(%)節約型(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1.82.121.832.2澆花22.332.885.8衛用22.332.885.8合計86.21100108.95100137.52100 用水規模換算，不同的小區有不同的用戶數量，表2是在給定用戶量時的用水規模表。表2 供水規模換算表人數拘謹型 ()節約型()一般型 ()45038.8049.0261.8860051.7265.3782.517006

27、0.3476.2796.2680068.9787.16110.01100086.21108.95137.52小區供水的水泵功率計算公式： （2） 式中Q是流量，t1時間，=10×103Kg/m3 。 （3） 式中h是供水高度，g=10m/s2 系統水泵根據以下原則設計： （3）蓄水池的最大容量應大于每小時用戶對水的需求量； （4）水泵揚程應是實際供水高度的1.11.2倍10。 （5）水泵最大流量總和應大于實際最供水的最大流量。3.3 供水設備的選擇3.3.1 水泵的參數計算與型號的選擇 （1）由水泵的設計原則，人均每天的用水量，應以用水情況一般的住戶為準。 （2）針對用戶人600人的

28、住宅小區設計時，由水泵的設計原則可知，該住宅區一小時內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）根據功率，揚程等要求，本設計中選擇80DL2，水泵參數如下表3表3 水泵參數型號流量(m3/h)揚程(m)轉速(r/min)電機功率(kW)80DL232.4422900113.3.2 變頻器 本系統采用三菱FR-F700系列變頻器，適應電機容量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4 FR-F700端子功能表端子端子功能STF正轉起動STR反轉起動STOP起動RH，RM，R

29、L多段速度選擇JOG電動模式選擇RT第二/減速時間選擇MRS輸出停止RES復位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10E頻率設定電源10頻率設定電源2頻率設定(電壓)4頻率設定(電流)1輔助頻率設定5頻率設定公共端A,B,C異常輸出RUN變頻器正在運行SU頻率到達OL過負荷報警IPF瞬時停電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的參數如表5所示應用范圍廣，在航空航天、石油化工、科學試驗、制冷設備、工程機械、污水處理等液壓系統產品中都能選用CYYB-1

30、2進行壓力檢測。CYYB-120幾乎所有壓力測控領域都可以適應11。主要特點：（1）精度高、穩定性高、工作溫度范圍大。（2）耐震動、防水、抗沖擊、體積小。（3）良好的互換性、抗干擾能力強、標準信號輸出。（4）價格低矩有價格優勢。表5 CYYB-120的參數參數類型參數值電源電壓24V零點輸出（20）4.000滿量程輸出（20）20.000靜態精度（20）0.2%F.S靈敏度溫度系數0.02%F.S零點溫度系數0.02%F.S工作溫度-25+85響應時間1ms3.4 PLC的選型3.4.1 PLC選型的基本原則PLC是系統主要的控制元件，PLC系統應用設計中，PLC選型很重要的一步。目前，國內外

31、生產的PLC種類很多，大多都能實現恒壓變頻供水系統的設計。在PLC選型時，應考慮以到下幾個方面12。（1）輸入輸出點的規模要適當，。（2）功能，結構要合理。（3）輸入，輸出功能及負載能力的選擇要正確。（4）要考慮運行環境條件。（5）在設計I/O時應留有10%裕量，確保其有良好的可擴展性。（6）考慮可投入的成本支出3.4.2 輸入輸出點的統計 本系統設計有15個輸入點，9個輸出點。輸入輸出點的統計結果如表6所示。由I/O統計表，表5和PLC的選型原則，這次設計選擇三菱PLC，FX2N-32MRFX2N系列是三菱PLC中最先進的系列。有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊，靈活性和控制能

32、力強，可擴展到256點。輸入點：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）。輸出點數：M1變頻（KM0），M2工頻（KM1），M3變頻（KM2），M4工頻（KM3），M5變頻（KM4），M6工頻（KM5），電機正轉（KM6），接變頻器（KM7），報警信號（KM8）。表6 I/O統計表 輸入器件輸出器件編號符號作用編號符號作用1S

33、B1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電機正轉8SB3M1工頻8KM7接變頻器9SB4M1變頻9KM8報警信號10SB5M2工頻11SB6M2變頻12SB7M3工頻13SB9 M3變頻14SB10自動手動選擇15SB16手動變頻器啟動3.4.3 I/O的分配 根據系統控制要求，我們進行了輸入輸出點的分配。恒壓變頻供水系統的分配表如表7所示。根據PLC口的分配原則和系統的控制要求以及合理利用I/O口的原則，對系統I/O進行

34、合理的分配。輸入分配：X0X7分別分配SB1，SB2，FU，OL，S1，S2，S3，SB3；X10X16分別分配SB4，SB5，SB6，SB7，SB9，SB10，SB16。輸出分配：Y0Y10分別分配KM1，KM2，KM3，KM4，KM5，KM6，KM7，KM8，表7 I/O分配表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電機正轉X7SB3M1工頻Y

35、7KM7接變頻器X10SB4M1變頻Y10KM8報警信號X11SB5M2工頻X12SB6M2變頻X13SB7M3工頻X14SB9 M3變頻X15SB10自動手動選擇X16SB16手動變頻器啟動3.5 系統硬件線路設計 系統主電路設計如圖7所示。 水泵有兩種工作模式，一種是在工頻下運行，另一種是在變頻下運行。KM1、 KM3、 KM5 接觸器分別控制著水泵M1、M2、M3工頻運行時與電源的通斷。KM0、 KM2 、KM4接觸器分別控制著水泵M1、M2、 M3 變頻運行與電源的通斷。圖5 主電路 PLC接線如圖6所示。 圖6 主控制電路接線圖4 變頻恒壓供水控制系統軟件的設計4.1 PLC編程設計

36、方法4.1.1 經驗設計法對于有經驗的設計者而言，經驗設計方法是一種有效的設計方法。設計者在十分熟悉，低壓繼電器電路控制設計方法的基礎上，并且能輕易地理解各種指令功能，憑著經驗能夠準確地使用各種指令，設計出相應的程序。設計步驟如下： （1）了解輸入點有哪些；（2）輸入、輸出點的統計；（3）選擇選擇合適PLC 并編程；（4）將每個環節的程序，合理的鏈接起來。經驗設計編程方法，這種方法一般只用于很簡單的梯形圖設計。因為這種設計方法可靠性不高，程序的質量得不到保證，跟設計者的經驗有很大關系13。4.1.2 繼電器電路直接轉換為梯形圖法它是直接把電路中繼電器接觸器翻譯成梯形圖，設計步驟如下14：（1）

37、將系統的輸入點(各種開關和按鈕)統計出來并合理的安排。（2）將系統的輸出點統計出來，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起來。4.1.3 邏輯代數設計方法邏輯代數設計方法，在程序設計中是最常用的一種設計方法。因為該設計容易得出合理的設計方案，并且設計出的系統可靠性高且經濟合理15。設計步驟如下（1）首先要了解系統輸入與輸出之間的關系，才能確定輸入輸出之間的關系狀態表。（2）寫出輸入輸出之間的邏輯表達式。（3）化簡邏輯表達式，根據化簡出的邏輯表達式進行梯形圖設計。4.2 編程軟件的簡單介紹 GX Developer編程軟件是一款基于Windows的工具軟件，是三菱公

38、司開發的專用軟件。GX Developer功能完善，為程序設計者提供了很大的便利。只要是三菱的PLC，都可以通過GX Developer來設計程序。該軟件工能強大，指令表、梯形圖、SFC、ST及FB、Lable語言程序設計都能在GX Developer上實現設計。4.3 恒壓供水系統程序的設計 本系統采用順序控制方法設計程序。該系統整個是進行一個閉環控制，閉環控制有變頻器和壓力變送器實現。該程序設計的關鍵，巧妙的利用輸入的開關信號和水池信號，來判斷系統的工作情況和控制低壓器件和變頻器等，最后達到控制該系統的要求。工頻和變頻的切換有PLC控制完成16。4.3.1 程序流程圖在系統中PLC的作用是

39、控制繼電器實現工頻變頻的轉換，還有水泵數量的增減。PLC的工作流程圖如圖7所示。圖7 程序流程圖 系統啟動后，系統將自動檢測運行模式，手動還是自動。如果是手動模式，工作人員可以根據自己的要求起動相應電機的工作模式，手動運行主要是為了系統在出現故障是還能有效供水。自動運行時，系統將通過傳感器和變頻器的調節實現自動運行，PLC接受到上限頻率信號和下限頻率信號后，分別執行增泵和減泵程序。4.3.2 程序設計根據流程設計程序如下：自動啟動部分：1#泵起動： 起動按鈕按下后，系統將自動匹配運行模式。SB7沒輸入信號，則系統選擇自動運行。1#水泵變頻起動。如圖8所示圖8 系統自動啟動1#,2#泵起動： 變

40、頻器發出上限信號，PLC接收到上限信號后，PLC控制繼電器等低壓器件是1#水泵轉為工頻運行，KM1常閉斷開，KM0常開吸合,同時KM3常開吸合2#水泵變頻起動。如圖9所示。圖9 1#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#水泵單獨變頻運行。如圖10所示。圖10 1#,2#泵起動1#，2#水泵起動： PLC接受到下限信號后關閉KM5,KM2,開啟KM3,變頻起動2#水泵，如圖11所示。圖11 1#泵起動1#泵起動： PLC接受大下限信號后關閉KM3、KM0，閉合KM1，1#水泵單獨變頻運行，圖12 1#2#水泵起動 通過按鈕SB10使變頻器啟動，如圖13所

41、示。手動運行部分圖13 1#泵起動 SB2按下后KM0斷開，計數器開始計時，計時時間到后，1#在變頻電源下運行。如圖14所示。 圖14 手動啟動變頻器 SB4按下后KM0斷開，計數器開始計時，計時時間到后，M2在變頻電源下運行。如圖15所示。圖15 M1換變頻運行 SB6按下后KM0斷開，計數器開始計時，計時時間到后，M3在變頻電源下運行。如圖16所示。 圖16 M2切換到變頻運行 SB1按下后KM0斷開，計數器開始計時，計時時間到后，M1在變頻電源下運行。如圖17所示。圖17 M3切換變頻運行 SB3按下后KM0斷開，計數器開始計時，計時時間到后，M2在變頻電源下運行。如圖18所示。 圖18

42、 M1變頻運行 SB5按下后KM0斷開，計數器開始計時，計時時間到后，M3在變頻電源下運行。如圖19所示。 圖19 M2變頻運行 熱繼電器只要一斷開系統就就會自動報警。如圖20所示。 圖20 M3變頻運行 一臺電機工作狀態只能有一種，只要系統中有一臺電機，同時打開著工頻和變頻時，系統報警而且將自動停止。如圖21所示。 圖21 自動報警 輸出繼電器Y0-Y7和Y10輔助繼電器M1-M9依次控制。如圖22所示。 圖22 報警控制 圖23 輸出繼電器與輔助繼電器 5 組態的設計 5.1 MCGS軟件簡介 MCGS是基于Windows的一套可以快速開發上位機系統的組態軟件系統。MCGS是由昆侖通態自動

43、化有限公司開發的，MCGS具有簡便的操作、完善的功能、好的可視性、易于維護的特點，該系統可以完成現場數據采集和監測，還可以完成前端數據的處理與控制，與微軟的的Windows操作系統能夠很好的兼容。5.2 恒壓供水系統的MCGS界面設計工程的建立步驟： （1）選中文件菜單的“新建工程”。軟件自動會在默認目錄下生成一個新建工程。默認目錄為：根目錄：MCGSWORK新建工程。默認工程名為“工程名X.MCE。 （2）將所建工程另存為“變頻恒壓供水系統”，點擊“保存”按鈕，工程就創建成功。圖24 創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

44、下，選擇“窗口0”，選中“窗口屬性”。設置窗口屬性，將屬性窗口中的，窗口名稱和窗口標題改為“變頻恒壓供水系統”，其他不變。設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或者單擊動畫組態，進入組態設計界面。 組態設計界面如圖26所示。圖26 組態設計界面 在圖27中的小框是工具箱，變頻恒壓供水系統所需的元件，都能在工具箱中找到，單擊工具箱中的“插入元件”圖標，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、按鈕等相應元件，設計恒壓變頻供水系統組態如圖29所示。圖

45、29 組態系統整體畫面 定義數據對象，數據對象的定義主要包括制數據變量的名稱，初始值，類型，數值變化范圍。在MCGS中的實時數據庫中，可對數據對象進行定義。在實時數據庫中單擊“新增對象”，添加的數據對象雙擊，彈出數據對象屬性設置窗口，對該元件進行屬性設置。定義數據對象如圖30所示。圖30 數據定義 運行策略設計，即編寫控制流程。在編寫腳本時用的語言，與普通Basic語言類似，但在用法上比Basic語言簡單直觀。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、循環策略、報警策略、事件策略，熱鍵策略。雙擊窗口中的循環策略，進入策略組態設計窗口，在該窗口中右擊鼠標，選擇“新增策略行”。然后在

46、策略工具箱中選擇“腳本程序”,并拖如新增策略行，雙擊策略行進入腳本編輯。如圖31所示。圖31 腳本編寫 變頻恒壓供水系統模擬工作，變頻方式起動1#泵界面如圖32所示.圖32 變頻運行1#泵畫面1#泵工頻運行，2#泵變頻運行界面如圖33.圖33 1#泵工頻，2#變頻泵畫面1#泵出現故障、2#泵變頻運行的組態界面如圖34。圖34 1#泵發生故障，變頻運行2#泵，#3泵工頻運行畫面結束語總結 本論文針對入住人數在600人左右的小區進行供水系統設計，恒壓變頻工水系統代替了傳統的水塔二次供水。恒壓變頻供水系統改善了傳統供水方式在效率、自動化程度、和可靠性方面的而不足。恒壓供水在我們的生產生活中具有非常重

47、要的意義，通過PLC和變頻器設計的恒壓供水系統具有高效率、良好的節能效果、自動調節能力強和可靠性高等優點。在實現了恒壓供水后，工作人員減少了頻繁的操作工作，提高了供水的效率和質量，減輕了勞動者的勞動強度。PLC的可編程性，使得整個系統具有良好的可擴展性。在不同的季節，用戶對水的需求也有所不同，這樣使得管網壓力在不同的季節也有差異，變頻器很好的解決了這一問題，變頻器可以進行不同壓力范圍的設置，這樣同時節約了水資源和電能。變頻恒壓供水系統在節約成本、節能，供水質量上都有很大的優勢。恒壓變頻供水時水泵電機在工頻方式下啟動時，由于啟動電流過大會對電網造成很大沖擊，所以系統應帶有降壓啟動裝置。系統啟動時

48、，容易出現水錘效應，防止水錘效應的出現能延長水泵的壽命。展望目前實現供水系統的能還有一定的局限性，通過管網壓力的反來控制系統的自動運行。隨著科技的不斷發展，現場采集的數據，可以同過上位機開發來管理，上位機可以對多種數據，進行集中處理。如果把電流變化、電壓變化、功率變化、水壓變化、水位變化和流量變化的參數進行綜合處理，這樣從多方面對供水系統進行調節，使得供水系統在穩定性、可靠性等方面更加完善。隨著各方面技術的發展以及網絡技術被廣泛的應用，與此同時能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統的使用肯定會越來越普及，當然對恒壓供水控制技術將提出更高的要求。如對系統采用基于GPRS 的無線方式進行數

49、據的傳輸、通過網絡對系統進行遠程診斷和維護等。另外本文的設計、控制方法完全可以用于恒風壓控制，進而實現風機的變頻節能，因為風機和水泵的能耗大約占整個電能能耗的三分之一左右。所以變頻恒壓供水技術在逐漸走向成熟的過程中，仍然有必要對其進行更深入的研究。參考文獻1 史國生.電氣控制與可編程控制技術M.北京：化學工業出版社，2010.52-60Shi Guosheng,Electrical control and programmable control technologyM. Bei Jing: Chemical industry press, 2010.52-602 盧建勤.PLC及變頻器在恒壓

50、變頻供水系統中的應用M.北京：電子工業出版社，2009.40-54Lu Jianqing.PLC and inverter in the application of the constant pressure frequency conversion water supply systemM.Bei Jing: Electronic industry press,2009.40-54 3 姚厚偉.變頻器供水系統中的應用與節能M. 北京：航空航天大學出版社，2003.66-74Yao Houwei. The application of inverter water supply system

51、 with energy saving M. Beijing: university of aeronautics and astronautics press, 2003.66-744 厲無咎.變頻調速恒壓供水系統M. 北京：電子工業出版社，2005.23-43Li Wujiu. Frequency conversion velocity modulation constant pressure water supply system M. Beijing: electronic industry press, 2005.23-435 廖常初.PLC編程及應用M，北京：機械工業出版社，200

52、7.65-70Liao Changchu. PLC programming and application M, Beijing: mechanical industry press, 2007.65-706 韓安榮.通用變頻器及其應用(第二版)M.北京:北京機械工業出版社，2000.20-22Han Anrong. General frequency converter and its application (second edition) M. Beijing: mechanical industry press, 2000.20-227 陳伯時.陳敏遜，交流調速系統M.北京：機械工業出版社，2002.55-57 Chen Boshi. Chen Minxun, ac speed regulation system M. Beijing: mechanical industry publishing h