1、摘要本文介紹了恒壓供水的基本原理以及系統構成的基礎，說明了可編程控制器（PLC）在恒壓供水系統中所擔任的角色。從系統的整體設計方案和實際需求分析開始，緊密的聯系實際生活的需要，力求做到使系統運行穩定，操作簡便，解決實際中問題，保證供水安全、快捷、可靠。恒壓供水保證了供水質量，以PLC為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性，為保證小區的供水正常，利用PLC控制的變頻調速恒壓供水系統，按照用戶的需求按需調節水泵流量，根據夜間用水少可以只開一個小流量泵，并滿足用戶的流量需求，使真個系統始終保持高效節能的最佳狀態。關鍵字:PLC；恒壓供水；變頻器目錄摘要第一章 緒論1第二章 方案擬定

2、22.1變頻恒壓供水控制方式的選擇2第三章 變頻恒壓供水系統構成及工作原理53.1系統的構成53.2 工作原理7 3.3變頻恒壓供水系統中加減水泵的條件分析73.4 主電路接線圖8第四章 變頻調速恒壓供水系統的設計104.1 PLC的選型.104.2 PLC的接線104.3變頻器的選型 114.4變頻器的接線 124.5 PID調節器 124.6 壓力傳感器的接線圖 134.7 原件表 14第五章 PID算法在變頻調速恒壓供水系統中的應用175.1 PLC控制175.2 系統運行模式17 手動運行18 自動運行185.3 編程及介紹18 總編程的順序功能圖18 自動運行順序功能圖19手動模式順

3、序功能圖20程序說明21第六章 結束語25致謝26參考文獻27第一章 緒論1.隨著變頻技術的發展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統以其環保、節能和高品質的供水質量等特點，廣泛應用于多層住宅小區及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調速系統可以實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中如何充分利用專用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻恒壓供水設備、降低成本、保證產品質量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的

4、投資，運行的經濟性，還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優勢，而且具有顯著的節能效果。目前變頻恒壓供水系統正向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種系列化的方向發展。追求高度智能化、系列化、標準化，是未來供水設備適應城鎮建設中成片開發、智能樓宇、網絡供水調度和整體規劃要求的必然趨勢。變頻恒壓供水系統能適用生活水、工業用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統具有以下特點:(1)供水系統的控制對象是用戶管網的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應具有滯后性。同時用于水泵轉速控制的變頻器也存在一定的滯后效應。(2)用戶管

5、網中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉速的變化與管網壓力的變化成正比，因此變頻調速恒壓供水系統是一個線性系統。(3)變頻調速恒壓供水系統要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統，而不同的供水系統管網結構、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。(4)在變頻調速恒壓供水系統中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運行)是時時發生的，同時定量泵的運行狀態直接影響供水系統的模型參數，使其不確定性地發生變化，因此可以認為，變頻調速恒壓供水系統的控制對象是時時變化的。 1.1變頻恒壓供水產生的背景和意義眾所周

6、知，水是生產生活中不可缺少的重要組成部分，在節水節能已成為時代特征的現實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業生產循環供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低。主要表現在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現水壓降低供不應求的現象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能使水管爆破和用水設備的損壞。在恒壓供水技術出現以前，出現過許多供水方式。以下就逐一分析。(1)一臺恒速泵直接供水系統這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網中抽水，嚴重

7、影響城市公用管網壓力的穩定。這種供水方式，水泵整日不停運轉，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩，供水質量極差。(2)恒速泵加水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。水泵處于斷續工作狀態中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效區。這種方式顯然比前一種節電，其節電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數、水泵的開、停時間比、開、停頻率等有關。供水壓力比較穩定。但這種供水方式基建設備投

8、資最大，占地面積也最大;水壓不可調，不能兼顧近期與遠期的需要;而且系統水壓不能隨系統所需流量和系統所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統水塔的水位監控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現能量的嚴重浪費和供水質量的嚴重下降。(3)恒速泵加高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設立水箱。占地面積與設備投資都有所減少，但這對建筑物的造價與設計都有影響，同時水箱受建筑物的限制，容積不能過大，所以供水范圍較小。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質。水箱的水位

9、監控裝置也容易損壞，這樣系統的開、停，將完全由人操作，使系統的供水質量下降能耗增加。(4)恒速泵加氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監測罐內壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質因異物進入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存在著許多缺點。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉速、額定流量的條件下工作。當系統所需水量下降時，供水壓力將超出系統所需要的壓力從而造成能量的浪費。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一定的能耗。頻

10、繁啟動會造成系統的不穩定性。(5)變頻調速供水方式這種系統的原理是通過安裝在系統中的壓力傳感器將系統壓力信號與設定壓力值作比較，再通過控制器調節變頻器的輸出，無級調節水泵轉速。使系統水壓無論流量如何變化始終穩定在一定的范圍內。變頻調速式供水系統具有節約能源、節省鋼材、節省占地、節省投資、調節能力大、運行穩定可靠的優勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經濟效益與社會效益。圖2-1 供水流程簡圖此次設計研究的對象是一棟樓房的供水系統。這棟樓有10層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。如圖2-1所示，是這棟小樓的供水流程。自來水廠送來

11、的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。2.1 變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內變頻恒壓供水設備電控柜的控制方式有：1邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實現水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節，往往采用一臺泵固定于變頻狀態，其余泵均為工頻狀態的方式。因此，控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調試較麻煩、工頻泵起動時有沖擊、抗干擾能力較弱，但其成本較低。2單片微機電路控制方式這類控制電路優于邏輯電路，但在應付不同管網、不同供水情況時，調試較麻煩；追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。3帶PID回路調節器或可編

12、程序控制器(PLC)的控制方式該方式變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源。實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續變化。傳感器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節器，由PID回路調節器在調節器內部進行運算后，輸入給變頻器一個轉速調節信號。由于變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調節器給出的，所以對可編程控制器來講。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入，輸

13、出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設備的成本。若采用帶有模擬量輸入，數字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數字量輸出口端另接一塊PWM調制板，將可編程控制器輸出的數字量信號轉變為模擬量。這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設備，降低了整套設備的可靠性。如果采用一個開關量輸入，輸出的可編程控制器和一個PID回路調節器，其成本也和帶模擬量輸入，輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調速恒壓給水控制設備中，PID控制信號的產生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關鍵環節。4新型變頻調速供水設備針對傳統的變頻調速供水設備的不足之處，國內外不少生產廠家近年來紛紛推出

14、了一系列新型產品，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO I系列；ABB公司的ACS600、ACS400系列產品；富士公司的GIISPIIS系列產品；等等。這些產品將PID調節器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用的新型變頻器。由于PID運算在變頻器內部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數的在線調試非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的PID調節器采用了優化算法，所以使水壓的調節十分平滑，穩定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該

15、信號設置濾波時間常數，同時還可對反饋信號進行換算，使系統的調試非常簡單、方便?？紤]以上四種方案后，此次設計采用第四種方案。如圖2-2所示。圖2-2 供水系統方案圖第三章 變頻恒壓供水系統構成及工作原理3.1 系統的構成圖3-1 系統原理圖如圖3-1所示，整個系統由三臺水泵，一臺變頻調速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調節水量之用，三臺泵協調工作以滿足供水需要；變頻供水系統中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋05V電壓信號)或壓力變送器(反饋420mA電流)；變頻器是供水系統的核心，通過改變電機的頻率實現電機的無

16、極調速、無波動穩壓的效果和各項功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調速恒壓供水系統由執行機構、信號檢測、控制系統、人機界面、以及報警裝置等部分組成。(1)執行機構執行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網，圖2.3中的3個水泵分為二種類型:調速泵:是由變頻調速器控制、可以進行變頻調整的水泵，用以根據用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網的水壓恒定。恒速泵:水泵運行只在工頻狀態，速度恒定。它們用于在用水量增大而調速泵的最大供水能力不足時，對供水量進行定量的補充。(2)信號檢測在系統控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:水壓信號:它反映的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水

17、控制的主要反饋信號。報警信號:它反映系統是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常。該信號為開關量信號。(3)控制系統供水控制系統一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統)、變頻器和電控設備三個部分。供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統的核心。供水控制器直接對系統中的工況、壓力、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數據信息進行分析、實施控制算法，得出對執行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執行機構(即水泵)進行控制。變頻器:它是對水泵進行轉速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。電控設備:它是由一組接觸器、

18、保護繼電器、轉換開關等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。(4)人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所。通過人機界面，使用者可以更改設定壓力，修改一些系統設定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統的一些運行情況及設備的工作狀態。人機界面還可以對系統的運行過程進行監示，對報警進行顯示。(5)通訊接口通訊接口是本系統的一個重要組成部分，通過該接口，系統可以和組態軟件以及其他的工業監控系統進行數據交換，同時通過通訊接口，還可以將現代先進的網絡技術應用到本系統中來，例如可以對系統進行遠程的診斷和維護等(6)報警裝置作為一個控制系統，報警是必

19、不可少的重要組成部分。由于本系統能適用于不同的供水領域，所以為了保證系統安全、可靠、平穩的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內溢水等等造成的故障，因此系統必須要對各種報警量進行監測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失3.2 工作原理合上空氣開關，供水系統投入運行。將手動、自動開關打到自動上，系統進入全自動運行狀態，PLC中程序首先接通KM6，并起動變頻器。根據壓力設定值(根據管網壓力要求設定)與壓力實際值(來自于壓力傳感器)的偏差進行PID調節，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據頻率給定信號及預先設定好的加速時間控制

20、水泵的轉速以保證水壓保持在壓力設定值的上、下限范圍之內，實現恒壓控制。同時變頻器在運行頻率到達上限，會將頻率到達信號送給PLC，PLC則根據管網壓力的上、下限信號和變頻器的運行頻率是否到達上限的信號，由程序判斷是否要起動第2臺泵(或第3臺泵)。當變頻器運行頻率達到頻率上限值，并保持一段時間，則PLC會將當前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下1臺泵變頻運行。此時PID會繼續通過由遠傳壓力表送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設定值的上、下限偏差范圍之內。增泵工作過程：假定增泵順序為l、2、3泵。開始時，1泵電機在PLC控制下先投入調速運行，其運行速

21、度由變頻器調節。當供水壓力小于壓力預置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉速上升，反之下降。當變頻器的輸出頻率達到上限，并穩定運行后，如果供水壓力仍沒達到預置值，則需進入增泵過程。在PLC的邏輯控制下將1泵電機與變頻器連接的電磁開關斷開，1泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與2泵電機連接， 控制2泵投入調速運行。如果還沒到達設定值，則繼續按照以上步驟將2泵切換到工頻運行，控制3泵投入變頻運行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當供水壓力大于預置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，并穩定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預置值，則將下一

22、臺水泵由工頻運行切換到變頻器調速運行，并繼續減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設定值，則停機并啟動輔泵投入調速運行，從而達到節能效果。3.3 變頻恒壓供水系統中加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當一臺調速水泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的。當調速水泵和恒速水泵都在運行且調速水泵己運行在下限頻率，此時管網的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達到恒壓的目的。那么何時進行切換，刁能使系統提供穩定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的

23、切換。盡管通用變頻器的頻率都可以在0-400Hz范圍內進行調節，但當它用在供水系統中，其頻率調節的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當正在變頻狀態下運行的水泵電機要切換到工頻狀態下運行時，只能在50Hz時進行。由于電網的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50Hz成為頻率調節的上限頻率。當變頻器的輸出頻率己經到達50Hz時，即使實際供水壓力仍然低于設定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機組切換，增加運行機組數量來實現。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是0Hz。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。因

24、為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網供水時，由于管網中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。這個頻率遠大于0Hz,具體數值與水泵特性及系統所使用的場所有關，一般在20Hz左右。由于在變頻運行狀態下，水泵機組中電機的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調節的下限頻率。在實際應用中，應當在確實需要機組進行切換的時候才進行機組的切換。所謂延時判別，是指系統僅滿足

25、頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間（比如1-2分鐘），如果在這一段延時的時間內切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作。3.4 主電路接線圖圖3-2 主電路圖電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。KM1、 KM3、 KM5 分別為電動機M1 、M2 、M3 工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、 KM2 、KM4 分別為電動機M1、M2、 M3 變頻運行時接通電源的控制接觸器。熱繼

26、電器(FR)是利用電流的熱效應原理工作的保護電路，它在電路中的用作電動機的過載保護。熔斷器（FU）是電路中的一種簡單的短路保護裝置。使用中，由于電流超過允許值產生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設備短路和嚴重過載。第四章 相關器件的選型及接線4.1 PLC的選型水泵M1、M2，M3可變頻運行，也可工頻運行，需PLC的6個輸出點，變頻器的運行與關斷由PLC的1個輸出點，控制變頻器使電機正轉需1個輸出信號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數量一共9個?？刂破饎雍屯Ｖ剐枰?個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號占用PLC2個輸入點，系統自動/手動起動需1輸入點，手動控制電機的工

27、頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統停止運行需1個輸入點，檢測電機是否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。系統所需的輸入輸出點數量共為24個點。本系統選用FXos-30MR-D型PLC。4.2 PLC的接線圖4-1 PLC的接線圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行。X0接起動按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現某臺電動機既接工頻電又

28、接變頻電設計了電氣互鎖。在同時控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。4.3 變頻器的選型根據設計的要求，本系統選用FR-A540系列變頻器，如下圖所示：圖4-2 FR-A540的管腳說明4.4 變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。圖4-3 變頻器接線圖4.5 PID調節器僅用P動作控制，

29、不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的PI控制。用PI控制時，能消除由改變目標值和經常的外來擾動等引起的偏差。但是， I動作過強時，對快速變化偏差響應遲緩。對有積分元件的負載系統可以單獨使用P動作控制。對于PD控制，發生偏差時，很快產生比單獨D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時，P動作的作用減小。控制對象含有積分元件的負載場合，僅P動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統發生振蕩。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統穩定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負載。利用I動作消除偏差作用和用D動作抑制振蕩作用，在結合P動作就構成了PID

30、控制，本系統就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統穩定的控制過程。這種控制方式用于從產生偏差到出現響應需要一定時間的負載系統(即實時性要求不高，工業上的過程控制系統一般都是此類系統，本系統也比較適合PID調節)效果比較好圖4-4 PID控制框圖通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標值(溫度、流量、壓力等設定值)進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)

31、硬件型：即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和P、I、D參數及日標值的設定。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機)上做PID控制器此次使用硬件型控制形式。根據設計的要求，本系統的PID調節器內置于變頻器中。圖4-5 PID控制接線圖4.6壓力傳感器的接線圖壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應原理實現壓力測量的力電轉換。傳感器由敏感芯體和信號調理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發生變化，信號調理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技

32、術指標的要求。該傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560 ，供電電源為28±3V（DC）。圖4-6 壓力傳感器的接線圖4.7原件表水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數見表4.1所示。 熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機的過載保護熱繼電器FR，FR1 FR2可選用規格其型號為TK-E02T-C，額定電流5-8A，FR3可選用規格其型號為TK-E02U-C，額定電流為69 A熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。接觸器的選擇：對于接觸器KM選擇的是規格SC-E03-C,功率3Kw按鈕SB的選擇：PLC各輸入點的回路的

33、額定電壓直流24V，各輸入點的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對常開觸點，按鈕均選用LAY3-11型，其主要技術參數為：UN=24VDC，IN=0.3A，含1對常開和1對常閉觸點。元件符號型號個數可編程控制器PLCFXos-30MR-D1變頻器FR-A540系列5.5型1接觸器KMSC-E03-C7水泵M1,M240-160(I)A2M340-160(I)1閘刀開關QSHD11-100/181熔斷器FU1，FU2RT18 6A2FU3RT18 8A1熱繼電器FR1 FR2TK-E02T-C2FR3K-E02U-C1按鈕SBLAY31110表4-1元件表總圖水泵符號型號流量(m3/

34、h)揚程(m)轉速(r/min)電機功率(kw)M1,M240-160(I)A112829002.2M340-160(I)12.53229003.0表4-2水泵的參數變頻器適用電機容量（KW)輸出額定容量(KVA)輸出額定電流（A）過載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式FR-A540系列5.5型（三菱）5.59.112150%60s ,200% 0.5s (反時限特性)3相，380V至480V 50Hz/60Hz強制風冷表4-3 變頻器的參數第五章 PLC控制及編程5.1 PLC控制PLC在系統中的作用是控制交流接觸器組進行工頻變頻的切換和水泵工作數量的調整。工作流程如圖5-1所示。圖5-

35、1 PLC程序流程圖系統起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據自己的需要操作相應的按鈕，系統根據按鈕執行相應操作。如果是自動運行模式，則系統根據程序及相關的輸入信號執行相應的操作。手動模式主要是解決系統出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，則執行增泵程序，增加水泵的工作數量。如果PLC接到頻率下限信號，則執行減泵程序，減少水泵的工作數量。沒接到信號就保持現有的運行狀態。5.2 系統運行模式 手動運行當按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當系統壓力不夠需要增加泵時，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時

36、切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行,再起動下一臺電機。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行。可根據需要，停按不同電機對應的啟停按鈕，可以依次實現手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.5.2.2 自動運行由PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統工作時，每臺水泵處于三種狀態之一，即工頻電網拖動狀態、變頻器拖動調速狀態和停止狀態.系統開始工作時，供水管道內水壓力為零，在控制

37、系統作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉速逐漸升高，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩定到某一定值，這期間M1處在調速運行狀態.當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環調節水泵按設定速率加速到另一個穩定轉速;反之用水量減少水壓增加時，水泵按設定的速率減速到新的穩定轉速.當用水量繼續增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制切換至工頻電網后恒速運行;同時，使第二臺水泵M2投入變頻器并變速運行，系統恢復對水壓的閉環調節，直到水壓達到設定值為止。如果用水量繼續增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續發生如上轉換，并有新的水泵投人并聯運行

38、.當最后一臺水泵M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統就會發出故障報警.降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設定值，系統將工頻運行時間最長的一臺水泵關掉，恢復對水壓的閉環調節，使壓力重新達到設定值.當用水量繼續下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續發生如上轉換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。5.3編程及介紹5.3.1 總程序的順序功能圖系統分為自動運行和手動運行兩部分圖5-2 總程序的順序功能圖5.3.2 自動運行順序功能圖按下SB8按鈕，系統進入自動運行模式，順序功能圖如5.3所示。圖5-3 自動運行順序功

39、能圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行系統起動時，KM1閉合，#1泵以變頻方式運行。 當變頻器的運行頻率超出一個上限信號后，PLC通過這個上限信號后將1#水泵有變頻運行轉為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。如果再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉為工頻運行，3#水泵變頻起動。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使PLC關閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。

40、再次接到下限信號就關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。為了防止出現某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同是控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。 手動模式順序功能圖當按下SB9按鈕，系統進入手動運行模式。系統的每步動作都必須有相應的操作。順序功能圖如圖5-4所示。圖5-4 自動運行順序功能圖按下按鈕SB9之后，啟動了變頻器，系統進入手動運行模式。當用戶按下SBn（n=1，3，5）三臺電機分別處于工頻運行，當用戶按下SBn（n=2，4，6）三臺電機分別處于變頻運行?？梢远嗯_電機于不同的頻率工作，但一臺電機只能以一種頻率下

41、工作。（如#1電機，如果控制它工作的SB1,SB2按鈕被同時按下則發出警報且電機無法起動。） 程序說明（1）自動運行部分。起動1#泵按下起動按鈕，系統檢測采用那種運行模式。如果按鈕SB7沒按，則使用自動運行模式。變頻起動1#水泵。起動1#，2#泵：接收到變頻器上限信號，PLC通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行轉為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。起動1#，2#，3#泵：再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉為工頻運行，3#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號就關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。起動1#，2#泵：輸出的下限信號使PLC關閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。(2)手動運行部分