恒压供水系统自动控制设计要点

摘要变频调速恒压供水系统，该系统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵的数 量和转速，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。本文主要针对当前供水系统中存在的自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点加以研究，开发出一种新型的并在这三个方面都有所提高的变频式恒压供水自动控制系统。全文共分为四章。第一章阐明了供水系统的应用背景、选题意义及主要研究内容。第二章阐明了供水系统的变频调速节能原理。第三章详细介绍了系统硬件的工作原理以及硬件的选择。第四章详细阐述了系统软件开发并对程序进行解释。关键词： 变频器；恒压供水系统； PLCAbstractFrequency conversion constant pressure water supply system, the system is capable of automatically adjusting water supply system based on load changes of quantity and speed of the pump, always maintain the high efficiency and energy saving the best state of theThis article primarily for current there is a high degree of automation in the water supply system, serious disadvantages, reliability, low energy consumption study developed a new and increased in these three areas of automatic control system of frequency conversion constant pressure water supply. The text is divided into four chapters. Chapter I sets out the water supply system of main research topics on background, meaning and content. Chapter II sets out the principle of variable frequency speed adjusting energy saving of water supply systems. ChapterIII details the working principle of system hardware and hardware choices. The fourth chapter elaborates system software development and to explain the proceduresKey words：Cam、high deputy、 automation目录第一章变频恒压供水系统简介1第二章 水泵调速运行的节能原理3第三章 系统硬件的工作原理及硬件选择5第一节PLC的工作原理及选择5第二节变频调速系统原理及选择6第三节压力传感器的选择9第四节水泵的选择10第五节控制电路10第四章 系统软件的开发12第一节PLC 的工作方式12第二节PLC 连接图13第三节恒压供水的工艺流程14结束语17谢辞18参考文献19第一章变频恒压供水系统简介我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象；而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启 / 停电机控制和水塔二次供水调节的方式， 前者产生大量能耗的， 而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。而变频调速式的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平 稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。由此可见，变频调速恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。 在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定， 需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器， 对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本 SAMC公司，就推出了恒压供水基板， 备有“变频泵固定方式”“变频泵循环方式” 两种模式。它将 PID 调节器和 PLC可编程控制器等硬件集成，在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现 PLC和 PID 等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多 7 台电机 ( 泵 ) 的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统 ( 如 BA系统 ) 和组态软件难以实现数据通信， 并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程， 大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器 (PLC)及相 应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性1能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。成都希望集团( 森兰变频器 ) 也推出恒压供水专用变频器 (5.5kW-22kW)，无需外接 PLC和 PID 调节器，可完成最多 4 台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出 ，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中， 对于能适应不 同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)，的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。 因此，有待于进一步研究改善变频恒压 供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。2第二章水泵调速运行的节能原理全自动变频调速供水控制系统采用专用供水控制器控制变频调速器，通过安装在管网上的远传压力表，把水压转换成电信号，通过接口输入控制器内置的 PID 控制器上，用以改变水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速器的输出频率将增大，水泵转速提高，供水量加大。当达到设定压力时，水泵恒速运转，使管网压力稳定在设定值上。反之当用户用水量少，管网压力高于设定压力时， 变频调速器的输出频率将降低， 水泵转速下降，供水量减少，使管网压力稳定在设定压力，这样反复循环就达到了恒压变量供水的目的。图 2-1 供水系统原理图供水系统的工作原理如图 2-1 所示。由自来水管网或其它水源提供的水进入蓄水池经加压水泵进入用户管网管路。 通过压力传感器按提供网的压力信号，传送给控制系统的 PID，经 PID 运算后输出信号控制变频器的输出频率，从而控制水泵的转速进而保持供水管道的压力基本恒定。用户用水量大时，管网管路压力下降变频器频率就升高，水泵转速加快， 反之频率下降， 水泵减速运行，从而维持恒压供水。当用水量大于一台水泵的最大供水量时，通过 PLC自动切换电路工作再投入一台水泵，根据最多用水量的大小可投入数台水泵。在供水系统中，控制对象是水泵，控制目标是保持管网水压恒定，控制方法是压力信号的反馈闭环控制。它的自动控制原理图见图 2-2 。3图 2-2变频式恒压供水自动控制原理图4第三章系统硬件的工作原理及硬件选择第一节PLC的工作原理及选择PLC是以微机控制技术为基础，通过编程，可以执行诸如逻辑判断，顺序控以时，计数，运算等功能，并通过数字或模拟I/O 组件控制机械设备。与传统的继电器控制盘相比，PLC控制系统体积小， 可靠性高 ; 更易使用和维护，且能在工厂环境下进行编程; 便于扩充和修改功能，又具有向中央数据采集系统传递信息的能力 ; 通过接插件，所有输入端点能直接和工业现场的开关，接点直接相连，所有输出端点能直接驱动继电器、电磁阀、电机启动器的线圈等。它的发展大致经历了三个发展时期。1. 形成期 (1970-1974 年) 早期的 PLC采用小规模的 IC 构成专用的逻辑处理芯片 (CPU)，采用机器语言或汇编语言编程，仅有逻辑控制指令，控制点少，功能简单，并没有获得广泛重视。2. 成熟期 (1974-1978 年) 随着单电源的 8位处理器的出现， 在小型化、高可靠性多功能及价格等方面， PLC的研制和应用水平有了飞速发展和提高。 PLC开始具有了多个 CPU，设置了定时器、计算器并具有了算术运算功能。3. 加速发展期 (1978 年以来 ) 从 70 年代末到 80 年代， PLC的应用和制造呈现了蓬勃发展的趋势。一方面研制出了高性能不同规模的 PLC控制系统，开发了多种智能 I/O 模块，充分吸收了计算机和通讯技术，实现了分布式分级控制的 PLC网络系统。另一方面也逐一生产一般机械加工逻辑控制而价格较为便宜的微小型 PLC，对 PLC普及应用起了重要推动作用。可编程控制器（ programmable logical controller，简称 PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对 PLC的正确选择是非常重要的。1. 工作量这一点尤为重要。 在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择 PLC的首要条件，一般选择比控制点数多 10%-30%的 PLC。（本设计中开关量 16个，控制量 6个， 1个模拟量输出， 3个模拟量输入）2. 工作环境工作环境是 PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。（该设计环境正常，故不用特殊型号）53. 通信网络现在 PLC已不是简单的现场控制， PLC远端通信已成为控制系统必须解决的问题。（故尽量选取比较常用的品牌）4. 编程程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内（要求有良好的编程软件）。5. 可延性这里包括三个方面含义：（1）产品寿命。大致可以保证所选择的 PLC的使用年限， 尽量购买生产日期较近的产品。（2）产品连续性。生产厂家对 PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用。（3）产品的更新周期。当某一种型号PLC（或 PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。6. 性价比由上面的的挑选规范，我挑选西门子公司的 S7-200 CPU226作为本系统采用的 PLC，它的具体性能如下。本机集成 24 输入 /16 输出共 40 个数字量 I/O 点。可连接 7 个扩展模块，最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。 13K 字节程序和数据存储空间。 6 个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 2 个 RS485通讯 / 编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI通讯协议和自由方式通讯能力。 I/O 端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入 / 输出点，更强的模块扩展能力， 更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。第二节变频调速系统原理及选择在变频器没有出现以前， 调速系统一般采用直流调速图， 但是由于结构上的原因，直流电动机存在着很多缺点 ( 诸如需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命短，机构复杂，难以制造大容量、高转速、高电压的直流电动机等) ，所以人们一直在寻找交流调速系统。 而变频器的出现刚好解决了这个问题。 与传统的交流拖动系统相比， 利用变频器对交流电动机进行调速控制的交流拖动系统有许多优点，如节能， 容易实现对现有电动机的调速控制， 可以实现大范围内的6高效连续调速控制， 容易实现电动机的正反转切换， 可以进行高频度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动，可以适应各种工作环境， 可以用一台变频器对多台电动机进行调速控制，电源功率因数大，所需电源容量小，可以组成高性能的控制系统等等。 特别是对于工业中大量使用的风扇、 鼓风机和泵类负载来说，通过变频器进行调速控制可代替传统上利用挡板和阀门进行的风量、流量和扬程的控制，所以节能效果非常明显。变频调速的原理非常简单，由于异步电动机的转速为120 f (1s)nn式中 n为电动机转速， r/min ；f 为电源频率， Hz；p为异步电动机磁极个数；s为转差。所以，理论上说，只要改变f 就能改变电机转速 n。常见的变频调速模式有两种， 一种是开环控制，另一种是速度反馈闭环控制，如图 3-2 所示。本系统根据恒压的控制要求，采用的是 PID调节方式 ( 内含在变频器中 ) 的闭环控制。信号主变水泵控变频器故障信号频机器器开环控制信号主变频器故障信号变水泵控频机超压信号器器欠压信号压力传感器闭环控制图 3-2变频调速系统的控制方式本系统中变频器的输入信号有两种，一种是控制信号，它包括 PLC输给的变频器 FWD信号 BX信号和 VI （12）电压信号（ 0-5V）， FWD信号 BX信号由 PLC输出，控制变频器的工作开关； VI（12）控制变频器频率。另一种是输入电源信号，本7系统采用的三相 380V的交流电源，三相电流输入连接在端子L1/R, L2/S, L3/T上。采用三相输入的话，则用主电路的电源端子L1/R, L2/S, L3/T 通过线路保护用断电器或带漏电保护的断路器连接至三相交流电源，不需考虑连接相序。 如果有条件的话， 还可以在电源电路中串入一个电磁接触器，这样就可以保证变频器保护功能动作时能切除电源和防止故障扩大，以保证安全。 尽量不要用主电路电源 ON/OFF的方法控制变频器的停止和运行，应该用控制电路端子FWD、BX。变频器的输出信号也有两种，一是送 PLC的超压信号、欠压信号和变频器故障信号这三个输出控制信号，另一是送水泵的变频器输出电源信号。送 PLC的超压、欠压信号由变频器的 Y1，Y2端子送出，Y1的内部功能设定选为频率检测 (FDT) 功能，幅值为 50Hz，滞后值为 0.5Hz。Y2的内部功能设定选为 0速度输出功能，变频器输出频率为 0Hz时输出 ON信号。送PLC的变频器故障信号我们选择从 Y3输出， Y3的内部功能设定选择为报警功能，变频器发生指定的故障时输出信号。 变频器的输出电源接接触器， 它给所有的工频回路的接触器都提供电源信号，但是具体的哪一台接触器接通由 PLC控制。变频器的输出端子 (U，V，W)按正确的相序连接至交流接触器的输入电源端子上。如果电机旋转方向不对，则说明连接相序有错，则改变 U、 V， W中的任意两相的接线。 变频器和电动机 ( 水泵 ) 间配线很长时， 由于线间分布电容产生较大的高频电流，可能造成变频器过电流跳闸 . 另外，漏电流增加，电流值指示精度变差。对于本系统中的变频器，变频器和电动机 ( 水泵 ) 之间的距离最好小于 50 米，如果配线很长时，则必须连接输出侧滤波器选件 (OFL滤波器 ) 。接线时还有一点需要注意的是，为了安全和减少噪声，变频器的接地端子 G必须良好接地。为了防止电击和火警事故， 电气设备的金属外壳和框架均应按照国家电气规程要求接地。接地线要粗而短， 变频器系统应连接专用接地极， 及不要和别的系统串联接地或共同接地（具体接法见图 3-3 ）。电源接触器控制面送0-5电压信号版送信号超压信号欠压信号送信号变频器故障输出图3-3变频器的 I/O 端点连接8采用变频器驱动异步电动机调速。在异步电动机确定后， 通常应根据异步电动机的额定电流来选择变频器，或者根据异步电动机实际运行中的电流值( 最大值 ) 来选择变频器。 当运行方式不同时， 变频器容量的计算方式和选择方法不同，变频器应满足的条件也不一样。 选择变频器容量时， 变频器的额定电流是一个关键量，变频器的容量应按运行过程中可能出现的最大工作电流来选择。 该系统用一台变频器使多台电机并联运转， 对于一台电机开始起动后， 再追加投入其他电机起动的场合，此时变频器的电压、 频率已经上升， 追加投入的电机将产生大的起动电流，因此，变频器容量与同时起动时相比需要大些。综合上面因素，我们选择佳灵 JP6C-T9280系列变频器。性能见表 3-1 。表 3-1 佳灵 JP6C-T928 性能型号 JP6C-T9280JP6C-T9280适用电机容量 (kW)280额定容量 (KVA)400额定电流 (A)520额定过载电流额定电流的 150%1分钟相数 电压 频率三相， 380V至440V 50Hz/60Hz容许波动电压 +10V -15%，频率 5%抗瞬时电压降低310V以上可连续运行，电压从额定值降到 310V以下时，继续运行 15ms最高频率50-400Hz可变设定基本频率50-400Hz可变设定启动频率0.5-60Hz 可变设定载波频率2-6KHz可变设定冷却方式强制风冷第三节压力传感器的选择检测元件的精度直接影响系统的控制质量。通常可以选用各种压力传感器检测管网压力。传统的压力传感器有利用弹性元件的，如电感压力传感器、电容压力传感器等。 PMC系列压力传感器的构造与之不同，属于一体化的高精度仪器。它采用电子陶瓷技术， 测量元件完全是固体形式。其工作原理是：使压力直接作用于电子陶瓷膜片，膜片出现位移后所产生的电容量被与其同体的电子元件检测、放大，最后转换成 420mA的标准信号输出。9PMC型传感器具有如下特点：具有相当强的抗冲击和抗过载能力，过压量达额定量程的百倍以上；由于压力测量元件中不采用传统的介质物质，所以，测量精度极高，且几乎不受温度梯度的影响；采用脉冲频率调制方式传输信号， 大大减少了现场干扰的影响， 信号传输用普通导线完成，简单方便；重量轻，体积小，安装维护非常方便。我们选 PMC133型压力传感器作为出水口端压力检测元件，检测泵出口附近管网内压力作反馈信号，该元件可承受的相对压力最大测量范围达 O-40MPa，最小测量范围为 O-lkPa ，所需电源要求电压为 12530V，精度 01，压力传感器将出水口的压力信号线性转换为 4-20mA DC 标准信号送到 PLC（在该系统中，我选取 0-500kPa）。第四节水泵的选择选取 2种型号的水泵，小泵为常开泵（能够调节到工频），大泵只能在变频状态下工作。其中，小泵为 Y355M1-4，大泵为 Y355-M2-4。参数见表 3-2（按实际需要选取，我选了 2种比较常用的型号）。表 3-2水泵性能参数表第五节 控制电路因为控制电路图具有相似性，故只介绍下面3 个就能解释整个电路图。10图 3-4指示灯控制电路如图 3-4 为 1号泵变频指示灯。即当1号泵处于变频状态时，灯E1-2亮。图 3-5 工频变频切换电路如图 3-5 为 1 号水泵的变频工频切换电路。当JNW-1接通时，RJ2-1导通，且 JNV1不通，1号泵就会变频运行。 其中，RJ2-1为热继电器，作为 1号水泵过载保护。 KN1、KN2作为自锁保护装置，当 JNW1导通，则 KN1得电，于是下面的 KN1常闭开关断路。反之 KN2也一样。这样自锁能保证 1 号水泵只能工频变频选其一。不会发生既连接了变频又连接了工频的错误。图 3-6蝶阀控制电路图3-6 为1号蝶阀的开阀控制图，即当该电路得电时，蝶阀开阀。JF1接通，且 KV2-2 ZDK2-1不得电时，蝶阀开始关阀。其中KV2-1、 KV2-2构成自锁装置，使得蝶阀只能处于开阀和关阀中的一种状态。11第四章系统软件的开发第一节PLC 的工作方式PLC采取循环扫描的工作方式，其工作过程简图如图4.1 所示。这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段，整个过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。 在内部处理阶段， PLC检查 CPU模块内部硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它的内部处理。在图4.2 扫描过程通信服务阶段 PLC与带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容 . 在PLC处于停止运行 (STOP)状态时，只完成内部处理和通信服务工作。在 RUN时，要完成全部的工作。1. 输入处理阶段PLC在输入处理阶段， 以扫描方式顺序读入所有输入端的通 / 断状态，并以此状态存入输入输出印象寄存器。 接着转入程序的执行阶段。在程序执行时间，即使输入输出状态发生变化， 输入输出印象寄存器的内容也不会发生变化， 只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。2. 程序执行阶段PLC在程序执行阶段，按先左后右、先上后下的步序，逐条执行程序指令，从输入印象寄存器和其它元件印象寄存器读出有关元件的通 / 断状态。根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的元件印象寄存器中。即对每个元件来说，元件印象寄存器中的内容会随着程序的进程而变化。3. 处理阶段在所有的指令执行完毕后，将输出印象寄存器 ( 即Y寄存器 ) 的通 / 断状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器， 通过隔离电路、驱动功率放大电路、 输出端子，向外输出控制信号，这才是 PLC的实际输出。PLC的扫描既可以按照固定的顺序进行，也可以按用户程序的指定的可变顺序进行。这不仅因为有的程序不需要每扫描一次就执行一次，而且也因为在一个大的控制系统中要处理的I/O 点数比较多，通过安排不同的组织模块，采用分时分批的扫描办法，可缩短循环扫描的周期和提高系统控制的实时响应性。顺序扫描的工作方式简单直观，简化了程序的设计，并为 PLC的可靠性运行提供了保障。一方面，所扫描到的功能经解算后， 其结果马上就可以被后面要扫描到的逻辑解算所利用；另一方面，还可以通过 CPU内部设定的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，诊断 CPU内部故障。以避免程序异常运行而造成的不良影响。12由 PLC的工作过程可见，在 PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会发生变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能变改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，也需要等到一个循环周期结束后，CPU集中将这些输出信号全部输送输出锁存器，这才成为实际的 CPU输出。因此，全部的输入、输出状态的改变，就需要一个扫描周期。扫描周期是其一个比较重要的指标，一般为几毫秒至几十毫秒。 PLC 扫描时间取决于程序的长短和扫描速度。因为 PLC的输入处理阶段和输出处理阶段所需时间一般很短，通常只要几毫秒。由此可见， PLC的扫描时间对于一般的工业设备 ( 改变状态的时间约为几秒以上 ) 通常是没什么影响的。第二节PLC 连接图图 4-1 PLC 接线图如图 4-2 所示，总共有 24个输入数字量 I/O 口，其中的 SAN1、SAN2、SAN3、SAN4、SAN5、SAN6为输入开关；总共有 16个输出数字量 I/0 口，JNW1、JNW2、JNV1、JNV2、JNV3、JNV4、JF1、JF2、JF3、 JF4、JF5、JF6、JF7、JF8、FWD、BX为 PLC控制的开关量。PLC可以增加数字量输出扩展模块，假如该系统还要增加数字量输出的话，可以增加一个模块。这样也吻合数字量输出I/O 口要预留 10-30%的条件。EM235为模拟量输入输出模块， 其中 A+端、A-端接压力传感器，接受 4-20mA13电流信号，进行模数转换，输入符合 CPU标准要求的信号。 B+端、 B- 端接变频器频率信号，接受 0-5V 电压，输入同样符合 CPU标准要求的信号。 C+端、 C-端接鉴频鉴相比较器， 信号只有 0 伏和 5 伏两种状态，我依然把他看作模拟量。当输入为 0 时，变频器的输出频率相位和电网的频率相位一致，能进行工频转变频和变频转工频的切换。 输出为 5V 时，不能进行工频转变频或变频转工频的切换。第三节恒压供水的工艺流程系统开始运行之前，应先把管压参数SP赋给 PLC。按下启动按钮，系统开始运行， PLC给变频器 FWD信号，然后判断变频器能否工作正常，正常的话采用全自动变频恒压控制方式。现在假设变频器工作正常，系统开始运行，水泵1 变频零转速启动，待运转正常后压力传感器开始采样，随着 PLC的不断扫描，系统不断输入管压信号的采样结果，采样结果通过模拟输入输出单元将模拟输入值转换为 PLC可以接受的数字信号，与目标值作比较，将偏差调整为零，也就是提高或降低水泵转速，使管网水压达到目标值。如果一台水泵额定转速运行仍不能使管网水压达到设定值，将水泵 1 切换到工频态运行，延时后变频器的控制对象切换到水泵 2，同时保持水泵 1 维持工频运行，水泵 2 从零转速开始运行，过程如上。泵 3、泵 4 的工作情况也是如此。在该种运行方式下，系统大部分时间是工作于其中一台泵变频运行进行微调，其它泵或工频或停止的状态本系统为2 组水泵轮流工作， 2 组水泵的选择由人工直接操作。因为2 组水泵的原理型号相同，所以下面以水泵1 组为例介绍恒压供水的工艺流程。流程图见图4-2 。该系统的主要运行过程如下：1. 系统启动按下 SAN1按钮，系统水泵 1 组开始启动。首先将水泵 1 组的两个碟阀关闭。即 JF1 和 JF3 置 1，延时 1 秒钟，确定蝶阀关闭后接通 1 号水泵变频开关。随后开变频器，即 FWD置 1。当变频器 FWD端置 1 时，变频器将正转运转且频率逐渐上升。当频率到达 50Hz 时，水泵已经运转正常，延时 4S，开碟阀 1，即将 JF1 置 0、JF2 置 1。随后 PLC的 PID 调节将控制变频器频率从而达到恒压的效果。2. 变频转工频变频转工频的情况只可能发生在 1 号水泵。首先要进行条件判定，即只有当 1 号水泵处于变频状态时才可能有变频转工频现象（这在程序中用触点来确14定）。然后，必须 1 号水泵已经到了工作极限（程序中用VD208表示即 50Hz）且压力依然小于设定值时才会出现变频转工频的现象（这在程序中用条件判定来确定，即 PID 计算结果 VD250大于 VD208）。当上述条件符合时，不能马上切换到工频，还要进行相位比较，当相位一致时，才能切换（程序中由鉴频鉴相器来判断，鉴频鉴相器输出为0 时，频率相位都相同 , 具体见 3.6 章）。具体切换过程是关变频器然后马上关闭1 号水泵变频开关再然后接通工频开关。切换过程中应该有短时间的延时（程序中延时为0.1S）。随后，因该马上将2 号水泵变频开关接通，然后开变频器，随后按照（1）启动流程的介绍来启动2 号水泵。3. 工频转变频同样，工频转变频同样只可能发生在 1 号水泵。前提为 2 台水泵都在工作， 2 号水泵工作频率已经到了最低值 （程序中用 VD204表示），且压力依然不够（在程序中压力不够用 PID 计算结果 VD250小于 VD204表示）。满足上面条件后就能马上关闭 2 号水泵。但是此时还不能将 1 号水泵由工频转到变频，首先要将变频器调整到 50Hz，然后进行鉴相后才能转换。转换过程为切断 1 号水泵工频，然后马上接通 1 号水泵变频。4. 关闭水泵组碟阀当按下关闭水泵组碟阀按钮时，将JF1、JF3 置 1 即可。5. 关闭水泵组关闭水泵组的条件是必须关闭了水泵组碟阀。确定关闭后，进行判断1 号水泵是否在工频运行。如果是，直接关闭 1 号水泵，然后关闭 FWD使变频器频率慢慢降低，从而关闭 2 号水泵。然后将 1 组水泵相关的信号置 0，程序结束。15开始1号变频启动满足减泵条件满足增泵条件水泵 2变频关闭鉴频鉴相变频器调速到 50HZ1号水泵转到工频鉴频鉴相2号水泵变频启动水泵 1变频工作结束图 4-2恒压工作流程图16结束语本文在分析和比较供水系统的基础上，结合我国中小城市的供水现状。设计了一套以变频调速技术和PLC 为基础的恒压供水自动控制系统， 在这次毕业设计中有如下认识：（1）在变频恒压供水系统中， 单台水泵的调速是通过变频器来改变电源的频率来改变电动机的转速的从而来改变水泵。水泵的转速也要控制在一定范围内，也就是不要使变频器频率下降过低，避免水泵在低效率情况下运行。（2）恒压供水自动控制系统由可编程控制器、变频器、 水泵电动等组成。系统采用一台变频器电动机启动，运行与调速。（3）在整个设计中，我都是选用了合理的器件，合适的才是最好的。（4）团队精神是很重要的， 没有老师同学们的帮助我也不能这么顺利地完成毕业论文设计。17谢辞通过本次毕业设计，使我对大学所学的内容有了一个更深的了解。在设计中，通过对以前所学知识的运用、不断的查询资料，使我学到了很多，也从中体会到设计的乐趣。由于所学知识有限以及缺乏实际操作，论文中仍然有很多的缺点与不足，因此仍然有待改进。在毕业设计的资料查找期间和论文完成期间，指导老师和同学给予我关心和帮助，我向他们致以深深的谢意。感谢我的导师 - 段莉老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。老师严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽仅仅四年时间，却给以终生受益无穷之道。感谢机制专业老师的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在平时指导我们思考问题的方法，培养我们独立思考问题，解决问题，分析问题的能力，这些能力的培养，帮助了我并使我此次的设计过程中能够顺利完成，在此，我要向诸位老师表示深深地感谢！毕业设计是对我大学三年的总结，因而投入了极大的热情和很高的积极性，更幸得指导老师段莉及同组同学多方帮助，使得设计能顺利完成，圆满结束了三年的大学生活。再次感谢段莉老师长期以来悉心的指导和不厌其烦的耐心讲解，在整个设计过程中，指导老师不断对存在的一些错误提出了指点，同时也给予了很多宝贵意见。从课题的选择到论文的完成都离不开老师对我的帮助。在此我向指导老师表示最真挚的谢意。毕业设计的过程为日后的工作和更进一步的学习打下了坚实的基础，也积累了许多宝贵的设计经验。18参考文献1. 王占奎主编 . 变频调速应用百例 M. 科学出版社， 1999.42.S7-200 中文系统手册 M. 西门子公司， 2002.63. 王永华主编 . 现代电气控制及 PLC应用技术 M. 北京航天航社， 2003.54. 姚福来主编 . 水泵变频调速的节电量计算及系统设计 M. 科学出版社，2005.55. 邓星钟主编 . 机电传动控制 M. 华中科技大学出版社， 2002.519