校园恒压变频供水系统毕业设计.doc

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1、 毕业设计坡上校园恒压供水系统设计 姓名： 学号： 20090110001 年级： 2009级 专业：机电设备维修与管理 指导老师： 完成时间：2011.9.24 摘 要在高等教育化进程迅速的今天，学生的居住形式主要是学生公寓，那么学生公寓系统的建设就显得尤为重要。而且随着学生数量不断增加，对供水系统的建设提出了更高的要求。供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到学生的正常生活、学习和工作。本系统是针对学生公寓用水而设计的一套由变频器、PLC、水泵机组等设备组成的自动变频恒压供水控制系统。该系统将PLC、变频器、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势，能够最大程度满足需要，具有运行

2、稳定、操作简单和高效节能等特点。本系统的重点是水泵电机的选型以及恒压变频供水系统的保养与维护。本文首先介绍了采取变频调速方式实现恒压供水相对于传统的阀门控制恒压供水方式的节能原理；其次，对水泵机组的各种供水状态及转换的条件、水泵由变频转工频运行方式的切换过程进行分析，着重研究并提出了基于PLC和变频器的恒压供水系统的方案，并给出了硬件设计和PLC控制程序设计。关键词：PLC；变频调速；恒压供水目 录摘要1一 绪论3-4 1.1.1研究背景3 1.2变频恒压供水的现况3 1.2.1变频供水系统的发展趋势4 1.3本文的设计思想4 二 系统的理论分析及方案的确定5-9 2.1调速方式的比较与选择5

3、-6 2.2控制系统方案6-8 2.3供水系统的控制流程8-9 三 变频恒压供水系统的硬件设计PLC选型 10-213.1PLC选型 10-113.2水泵机组选型11-153.3变频器选型163.4压力传感器173.5系统主电路设计17-183.6系统控制电路分析及其设计18-2038阀门的选择20四 系统软件设计（PLC程序流程图）21五 电机常见故障以及解决方法23-24 5.1电机维护与保养24-25 52电机的日常检查25 5.3电机的大修小修中修内容25-26 5.4电机的定期护理26 六 水泵的日常保养与维护25-26 6.1检查周期26 6.2小修内容26 6.3大修内容27 6

4、.4水泵常见故障以及排除方法28七 阀门的日常维护与保养27-28 7.1阀门的常见故障以及排除方法29 7.2阀门的日常维修与检查29-30八 总结与展望31九 致谢32十 参考文献33十一 附件11.1 水泵布置系统图 11.2 立式离心泵的底座设计图 11.3 供水系统主电路图、变频恒压供水系统的总体框图、PLC外围接线图 11.4 坡上校园供水系统管路分布图、4#宿舍管路分布图 11.5 设备清单一 绪论1.1研究背景 随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高。衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，因为水压恒定于某些工业或特殊用户是非常重要的，但是用

5、户用水量是经常变动的，因此用水和供水之间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上:用水多而供水少，则供水压力低;用水少而供水多，则供水压力大。保持管网的水压恒定供水，可使供水和用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水生产以及电机运行的安全可靠性。传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向发展，变频调速技术以其显着的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特别是在城乡工业用水的各级加压系统

6、，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频0技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水（图2）可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。1.2变频恒压供水的现况 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。目前国外的恒压供水系统变频器成熟可

7、靠，恒压控制技术先进。国外变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。这种方式运行安全可靠，变压方式更灵活。此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，因而投资成本高。1.2.1变频供水系统的发展趋势 （1）目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 或PID调节器实现恒压供水；（2）变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展在国内外，专门针对供水的变频器集成化越来越高，很多专用供水变频器集成了PLC 或PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简。1.3本文的设计思想本设计针

8、对恒压供水控制系统包括软硬件方面在工业实际应用中具体作用进行详细的介绍。系统将PLC、变频器（含PID）、相应的传感器和执行机构有机地结合起来，并发挥各自优势，这个操作方便的自动控制系统，以变频调速为核心，以智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。使得系统调试和使用都十分方便，而且大大简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量。变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，其稳定安全的运行性能、简单方便的操

9、作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率优质运行，降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。 二 系统的理论分析及方案的确定2.1调速方式的比较与选择供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线，如图2-1所示。由图2-1可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量间的关系。如图2-1中交点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性

10、，也符合了管阻特性，系统稳定运行。 图2-1 供水系统的基本特性曲线对供水系统进行控制，是为了满足用户对流量的需求。所以，流量是系统的基本控制对象。如前所述，流量的大小取决于扬程，但扬程难以进行具体测量和控制。考虑到在动态情况下，管道中水压的大小与供水能力和用水需求之间的平衡关系有关：供水能力用水需求，则压力上升；供水能力用水需求，则压力下降；供水能力用水需求，则压力不变。可见，供水能力与用水需求之间的矛盾具体反映在流体压力的变化上。因此，压力可以用来作为控制流量大小的参变量。即保持供水系统中某处压力的恒定，也就保证了该处的供水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了用户所需的用水流量。根

11、据电机学理论,交流电动机的转速公式为： (2-1)其中：f 为定子的电源或稳压器频率； p为极对数；n为转速；s 为转差率。从上式可知，当极对数p不变时，电机转子转速刀与定子电源频率戚正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速。变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点，调速性能可与直流电动机调速系统相媲美。因此，变频调速是交流异步电机中一种比较合理和理想的调速方法，它被广泛地应用于对水泵电机的调速。在供水系统中，通常以流量为控制目的，常用的控制方法为阀门控制

12、法和转速控制法。阀门控制法是通过调节阀门开度来调节流量，水泵电机转速保持不变。其实质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量，转速调节时，用多少水，抽多少水，水泵的效率不变，总处于最佳状态3。2.2控制系统方案该系统主要有压力传感器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软启动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。由于PLC+变频器组成的恒压控制方式灵活方便，便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。整个系统由一台PLC，一台变频器，水泵机组（本系

13、统设计为3台），一个压力传感器，低压电器及一些辅助部件构成。各部分功能如下：（1）水泵用来提高水压以实现向高处供水；（2）安装于供水管道上的远传压力表将管网水压力转换成电信号；（3）变频调速器用于调节水泵转速以调节管网中水流量；（4）PLC用于水泵的逻辑切换、控制等；（5）外围辅助电路可以当自动控制系统出现故障时可以通过人工调节方式维持系统运行，以保障连续供水。系统主要的设计任务是利用PLC控制系统使变频器循环控制3台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时对运行过程中的数据信号进行传输，处理。通过压力传感器检测管道压力信号不断反馈给变频器，有变频器自动调节

14、所控制水泵的电机转速，当变频器所控制的水泵达到工频时还不能满足要求时由PLC自动把那台水泵切换到工频运行，把变频器自动切换到下一台水泵使其软启动运行，当供水量减少时在自动进行切换，减少水泵运行台数，实现自动控制。系统设计时考虑到水泵切换时电机的自感电动势现象，各种连锁保护及报警、应急措施。系统总体框图如下： 图2-2 系统总体框图从整体框图中，我们可以看出系统由控制系统、执行机构、信号检测、人机界面、以及报警装置等部分组成。(1)控制系统控制系统包括PLC系统、变频器和电控设备三个部分。PLC系统:它是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自

15、人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行控制。变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/自动切换等。（2）信号检测在系统控制过程中，需要检测水压信号反馈信息和系统报警信号。水压信号:反映了用户管网的水压值，是恒压供水系统保持恒压的关键反馈信号。报警信号:监测系统是否正常运行，水泵是不是过载、变频器是否正常工作，为开关量信号。（3

16、）执行机构执行机构就是一组水泵，它们协调工作，通过控制系统的增减泵工作，使得用户管网的水压保持恒定。（4）报警装置任何一个自动控制系统，都离不开报警装置。为了保证系统稳定，安全运行，防止因水泵过载、变频器异常、电网出现大波动、水源中断、泵站内溢水等造成的故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，经PLC收集判断，进行各种显示和保护动作控制，维护系统安全稳定。2.3供水系统的控制流程系统流程图如图2-3所示。变频调速恒压供水系统中压力传感器将主水管网压力信号转换成电信号再经PID运算送给变频器，并给出信号直接控制水泵电动机的转速和泵水量以使管网的压力稳定，由此构成压力闭环控制系统。变频器的上、下

17、限频率信号及其持续时间长短可作为PLC进行逻辑切换、起停泵的依据。图2-3 变频调速恒压供水系统流程图增泵工作过程：假定增泵顺序为l、2、3泵。开始时，1泵电机在PLC控制下先投入调速运行，其运行速度由变频器调节。当供水压力小于压力预置值时变频器输出频率升高，水泵转速上升，反之下降。当变频器的输出频率达到上限，并稳定运行后，如果供水压力仍没达到预置值，则需进入增泵过程。在PLC的逻辑控制下将1泵电机与变频器连接的电磁开关断开，1泵电机切换到工频运行，同时变频器与2泵电机连接，控制2泵投入调速运行。如果还没到达设定值，则继续按照以上步骤将2泵切换到工频运行，控制3泵投入变频运行。减泵工作过程：假

18、定减泵顺序依次为3、2、1泵。当供水压力大于预置值时，变频器输出频率降低，水泵速度下降，当变频器的输出频率达到下限，并稳定运行一段时间后，把变频器控制的水泵停机，如果供水压力仍大于预置值，则将下一台水泵由工频运行切换到变频器调速运行，并继续减泵工作过程。如果在晚间用水不多时，当将最后一台正在运行的水泵置于低速运行。三 变频恒压供水系统的硬件设计PLC选型3.1PLC选型PLC即可编程序控制器，是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输

19、出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践1。在选择PLC的型号时一般从以下几个方面来考虑：(1)功能要适当

20、。PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要。控制系统需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC，当然要兼顾维修、备件的通用性。(2)I/O点数是基础。准确地统计出被控设备对输入输出点数的总需要量是PLC选型的基础。把各输入设备和被控设备详细列出，然后在实际统计出I/O点数的基础上加15%20%的备用量，以便今后调整和扩充。(3)充分考虑输入输出信号的性质。除决定好I/O点数外，还要注意输入输出信号的性质、参数等。关于PLC的选型问题，当然还应考虑到PLC的联网通信功能、价格因素。系统可靠性也是考虑的重要因素。FX2N系列PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，采用整体式和模

21、块式相结合的叠装式结构，具有较高的性能价格比，应用广泛。由于它紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得FX2N可以近乎完美地满足小规模的控制要求。根据系统要求和功能，本系统选用FX2N-32MR型PLC。3.2水泵机组选型工作水泵型号和台数的选择，应根据逐时、逐日、逐季的用水量变化，要求的水压，机组的效率和功率因素等确定。水泵和电动机是供水系统的重要组成部分，水泵选择恰当与否和动力费用有很大的关系，故须加以重视。选泵时，首先要满足供水系统的要求:(1)水泵扬程应大于实际供水高度；(2)水泵流量总和应大于实际最大供水量；(3)水泵能力足以供应最高用水量时的用水

22、量，扬程应在该泵特性曲线的高效工作区内，以减少耗电量；(4)水泵型号应使泵站建筑面积和泵站的基础埋深为最小，以降低泵站造价；(5)水泵构造应使泵站内管线简单，以减少水头损失；(6)安装管理方便。3.21恒压供水设备容量的确定A、坡上校园用水量调查信息(一)、经过我们的调查分析，用水量分为三种类型：1、最大用水量；2、基本用水量；3、最少用水量。(二)、宿舍的调查（现取平均值，单间宿舍平均住8人）：1栋（女生）=4层 12间=48间 2栋=5层 15间=75间3栋=7层 15间=105间 4栋=7层 8间+4间=60间注：15栋有4个单元，每单元有7层，每层有2个三室一厅的套间。但十五栋只有最高

23、层用到了我们设计的供水系统，所以现取10间来作为计算数据。总共用水的宿舍为：48+75+105+60+10=298间(三)、四栋外加十五栋部分宿舍总共日用水量统计如下（以小时为单位）：一桶水 20L=0.02m 1、最大日用水量=9桶 0.02 m 298间=53.64 m 2、基本日用水量=2桶 0.02 m 298间=11.92 m 3、最少日用水量=0.5桶 0.02 m 298间=2.98 m 经上统计，宿舍日用水量制成表格如下：时段用水量（单位：mh）备注0：00-1:0014.9基本用水量1:00-2:0014.9基本用水量2:00-3:004.18最少用水量3:00-4:004.

24、18 最少用水量4:00-5:004.18 最少用水量5:00-6:004.18最少用水量6:00-7:0014.9基本用水量7:00-8:0056.62最大用水量8:00-9:0014.9基本用水量9:00-10:0014.9基本用水量10:00-11:0014.9基本用水量11:00-12:0014.9基本用水量12:00-13:0056.62最大用水量13:00-14:0014.9基本用水量14:00-15:0056.62最大用水量15:00-16:0014.9基本用水量16:00-17:0014.9基本用水量17:00-18:0014.9基本用水量18:00-19:0053.64最大用

25、水量19:00-20:0056.62最大用水量20:00-21:0014.9基本用水量21:00-22:0014.9基本用水量22:00-23:0014.9基本用水量23:00-0:0014.9基本用水量注：除了宿舍之外，用水点还有：文华楼、行健楼、德馨楼、天工楼、体育馆、海纳楼、图书馆等。为了计算方便，现取这些用水点日用水量为最大用水量的2%，即：53.64 m /小时 2%=1.0728m /小时因此我们可以得出，在高峰期坡上校园的最大用水量为（单位：m /h）：53.64 m +1.0728m =54.7128 m /小时B、供水扬程H的计算：在计算扬程时一般以供水区域内最高建筑物的高度

26、作为依据，理论上若0.1MP 可以获得10米的扬程，一般要求泵的额定扬程 为其计算所得的装置的最大扬程 的1.11.15倍，即 =（1.11.15） 天工楼相对水泵的高度为45米，因此 =1.1545=51.75m因此所需要的供水压力为0.5175MPaC、水泵的功率计算及选型：（1）.有效功率Pu泵在单位时间内对液体所做有用功即泵的输出功率，称为有效功率（单位为kW）。它和流量、扬程的关系如下式中 为液体密度（单位为 ）；g为重力加速度（9.81 ）；为泵的流量（单位为单位为 ）；H为泵的扬程。由于一般要求泵的额定流量 为其计算所得的装置的最大流量的1.11.15倍，即 =（1.11.15）

27、 所以 =1.1554.71=62.95 /h=0.0175 /s（2）.轴功率Pa泵在一定的流量和扬程工作时，电动机输送给泵轴的功率，即输入泵的功率，又称泵的输入功率。（3）.泵的效率 一般小型泵的效率为0.60.7，而大型泵可达0.80.9。根据泵房大小和安装要求，我们选择小型泵 ，因此取泵的效率为0.6 来进行计算，则轴功率为=14.8kw（4）.电动机功率 =（1.11.2）=14.81.2=17.76kw综上所述，我们选用两台功率为11kw,7.5KW的电机进行工作，并选用一台7.5KW功率的电机作为备用。（5）.电机型号的确定:根据我们的安装条件和实际需求，对比电机选型及参数手册

28、可以知道，11kw的电机型号为y160m1-2，两台7.5kw的电机型号为y132s2-2.（6）.泵的型号的确定:泵分为卧式结构和立式结构，立式结构安装调试方便，独特设计的电机和泵体采用联体机座，同心度，加工精度高，占地面积大大减少，缩减了建筑投资。底脚稳固、结构紧凑，精美的铸造和外观处理赋予立式多级泵新的美感，使产品焕发艺术的魅力，可以和国外著名厂家多级泵媲美。所以泵我们采用立式结构。我们以LG立式结构为代表分析：针对于11kw的电机所搭配的泵，我们根据泵的选型手册可以知道： 型号 流量 扬程 转速 轴功率 功率 效率 叶轮外径50LG24-204 24 80 2950 7.58 11 6

29、9 13450LG24-205 24 100 2950 9.47 11 69 13480LG50-202 50 40 2950 7.26 11 75 13580LG50-203 36 60 2950 8.11 11 72.5 136由此表对比可以得出：对于11kw的电机所搭配的泵的型号为80LG50-203。对于11kw的电机所搭配的泵，同理我们可以读出如下数据：40LG12-1571210529005.727.56012040LG12-1581212029006.547.56012050LG24-203246029505.687.56913465LG36-202364029505.417.5

30、72136由此表对比可以得出：对于7.5kw的电机所搭配的泵的型号为：50LG24-203。所以，我们可以得出，我们所选泵的型号分别为：80LG50-203对应电机为11kw50LG24-203对应电机为7.5kw。3.3变频器选型变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，它在变频调速恒压供水系统中起着非常重要作用，是水泵电机调速的执行者。变频器可分为交-直-交变频器和交-交变频器两类。交-直-交变频器是先将工频交流电通过整流器整流成直流；再把直流电经逆变器变成频率可调的交流电。交-交变频器将电网的交流电直接变为电压和频率都可调的交流电。本文只讨论交-

31、直-交变频器2。其结构如下图3-3所示：图3-3 变频器的结构图根据设计的要求，本系统选用FR-A540系列变频器，根据以上理论，选用三菱FR-A540系列变频器。调速比可达1：120（0.560Hz）；可拆御风扇和接线端子，维护方便。 其参数如下表所示：表3-3 变频器的参数图变频器适用电机容量（KW）输出额定容量(KVA)输出额定电流（A）过载能力电源额FR-A540系列5.5型（三菱）5.59.112150% 60s200% 0.5s (反时限特性) 3相380V480V 50Hz/603.4压力传感器压力传感器作用是通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成420mA变化的电

32、流信号或05V间变化的电压信号的标准信号进行PID调节，经运算与给定压力参数进行比较，得出一个调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。压力传感器使用CY-YZ-1001型绝对压力传感器。该传感器的量程为02.5MPa，工作温度为560 ，供电电源为283V（DC）。3.5系统主电路设计 图3-8 系统主电路接线基于PLC的变频恒压供水系统主电路图如图3.2所示：三台电机分别为M1、M2、M3，它们分别带动水泵1#、2#、3#。接触器KM1、KM3、KM5

33、分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行；FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关；FU为主电路的熔断器。系统主要的设计任务是利用PLC控制系统使变频器循环控制3台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换，通过压力传感器检测管道压力信号不断反馈给变频器，有变频器自动调节所控制水泵的电机转速，当变频器所控制的水泵达到工频时还不能满足要求时由PLC自动把那台水泵切换到工频运行，把变频器自动切换到下一台水泵使其软启动运行

34、，当供水量减少时在自动进行切换，减少水泵运行台数，实现自动控制。3.6系统控制电路分析及其设计系统实现恒压供水的主体控制设备是PLC，控制电路的合理性，程序的可靠性直接关系到整个系统的运行性能。本系统采用西门子公司S7-200系列PLC，它体积小，执行速度快，抗干扰能力强，性能优越。PLC主要是用于实现变频恒压供水系统的自动控制，要完成以下功能：自动控制三台水泵的投入运行；能在三台水泵之间实现变频泵的切换；三台水泵在启动时要有软启动功能；对水泵的操作要有手动/自动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用；系统要有完善的报警功能并能显示运行状况。如图3.3为电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动

35、转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1SB6控制三台水泵的启/停；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。图中的HL10为自动运行状态电源指示灯。对变频器频率进行复位是只提供一个干触发点信号，本系统通过一个中间继电器KA的触点对变频器进行复频控制。图中的Q0.0Q0.5及Q1.1Q1.5为PLC的输出继电器触点，他们旁边的4、6、8等数字为接线编号，可结合下节中图3.4一起读图。图3.3 变频恒压供水系统控制电路图注：PLC各I/O端口、各指示灯所代表含义在下一节I/O端口分配中将详细介绍。本系统在手动/自动控制下的运行过程如下：(1)

36、 手动控制：手动控制只在检查故障原因时才会用到，便于电机故障的检测与维修。单刀双掷开关SA打至1端时开启手动控制模式，此时可以通过开关分别控制三台水泵电机在工频下的运行和停止。SB1按下时由于KM2常闭触点接通电路使得KM1的线圈得电，KM1的常开触点闭合从而实现自锁功能，电机M1可以稳定的运行在工频下。只有当SB2按下时才会切断电路，KM1线圈失电，电机M1停止运行。同理，可以通过按下SB3、SB5启动电机M2、M3，通过按下SB4、SB6来使电机M2、M3停机。（2）自动控制：在正常情况下变频恒压供水系统工作在自动状态下。单刀双掷开关SA打至2端时开启自动控制模式，自动控制的工作状况由PL

37、C程序控制。Q0.0输出1#水泵工频运行信号，Q0.1输出1#水泵变频运行信号，当Q0.0输出1时，KM1线圈得电，1#水泵工频运行指示灯HL1点亮，同时KM1的常闭触点断开，实现KM1、KM2的电气互锁。当Q0.1输出1时，KM2线圈得电，1#水泵变频运行指示灯HL2点亮，同时KM2的常闭触点断开，实现KM2、KM1的电气互锁。同理，2#、3#水泵的控制原理也是如此。当Q1.1输出1时，水池水位上下限报警指示灯HL7点亮；当Q1.2输出1时，变频器故障报警指示灯HL8点亮；当Q1.3输出1时，白天供水模式指示灯HL9点亮；当Q1.4输出1时，报警电铃HA响起；当Q1.5输出1时，中间继电器K

38、A的线圈得电，常开触点KA闭合使得变频器的频率复位；处于自动控制状态下，自动运行状态电源指示灯HL10一直点亮。38阀门的选择：根据我们所画的坡上校园恒压变频供水系统管路分布图可以知道，我们需要的阀门如下表：连接形式中：“法兰”阀门名称作用需求数量安装位置截止阀开断用，用来接通或切断管路介质7水泵进水管，水泵出水管，总出水管止回阀止回用，用来防止介质倒流3水泵出水口安全阀在介质压力超过规定值时，用来排放多余的介质，保证管路系统及设备安全4总出水管通过系统分析，并查阅阀门选型手册确定出阀门的型号，如下表：型号公称通径mm结构尺寸/mm质量/kg阀体材质适用温度适用介质L/mmH/mm/mmJ41

39、H-16（截止阀）10035044524043铸铁200水、油品、蒸汽H41H-16（止回阀）100350200/48灰铸铁200水、蒸汽表3.4-2 截止阀与止回阀的型号参数型号公称质量/kg主要结构尺寸/mm阀体材质适用温度适用介质通径mm压力PN/MPaDDLL1HWCB300水、油品、空气A41H-16C（安全阀）1001.670215215170160525表3.4-2 安全阀的型号参数四 系统软件设计PLC控制4.1 PLC程序流程图PLC在系统中的作用是控制交流接触器组进行工频变频的切换和水泵工作数量的调整。工作流程如图4-1所示： 图4-1 PLC程序流程图系统起动之后，检测是

40、自动运行模式还是手动运行模式。如果是手动运行模式则进行手动操作，人们根据自己的需要操作相应的按钮，系统根据按钮执行相应操作。如果是自动运行模式，则系统根据程序及相关的输入信号执行相应的操作。五 电机常见故障以及解决方法51电机的维护与保养 电机的维护保养包括电动机的日常维护检查和定期维护。 电动机的日常维护检查的要点是及早的发现设备的异常状态，及时进行处理，防止事故扩大。维护人员根据继电器保护装置的动作和信号可以发现异常现象，也可以依靠维护人员的经验来判断事故苗头。52电动机的日常维护检查内容如下：（1）、首先是外观检查靠视觉可以发现下列异常现象：电动机外部紧固件是否有松动，零部件是否有毁坏，

41、设备表面是否有油污、腐蚀现象；电动机的各接触点和连接处是否有变色、烧痕和烟迹等现象。发生这些现象原因是由于电动机局部过热、导体接触不良或绕组烧毁等；仪表指示是否正常。电压表无指示或不正常，则表明电源电压不平衡、熔丝烧断、转子三相电阻不平衡、单相运转、导体接触不良等。电流表指示过大，则表明电动机过载、轴承故障、绕组匝间短路等；电动机停转，造成的原因有：电源停电、单相运转、电压过低、电动机转矩太小、负载过大、电压降过大、轴承烧毁、机械卡住等。（2）、采用听诊棒靠听觉可以听到电动机的各种杂音其中包括电磁噪声、通风噪声、机械摩擦声、轴承杂音等，从而可判断出电动机的故障原因。引起噪声大的原因在机械方面有

42、：轴承故障、机械不平衡、紧固螺钉松动、联轴器连接不符要求、定转子铁心相擦等；在电气方面有：电压不平衡、单相运行、绕组有断路或击穿故障、起动性能不好、加速性能不好等。（3）、靠嗅觉可以发现焦味、臭味造成这种现象的原因是：电动机过热、绕组烧毁、单相运转、绕组故障、轴承故障等。（4）、靠触觉用手摸机壳表面可以发现电动机的温度过高和震动现象造成震动的原因是：机械负载不平衡、各紧固部件有松动现象、电动机基础强度不够、联轴器连接不当、气隙不均或混入杂物、电压不平衡、单相运转、绕组故障、轴承故障等。造成电动机温度过高的原因是过载、冷却风道堵塞、单相运转、匝间短路、电压过高或过低、三相电压不平衡、加速特性不好使起动时间过长、定子和转子相擦、起动器接触不良、频繁起动和制动或反接制动、进口风温度过高、机械卡住等。用手摸电动机表面估计温度高低时，由于每个人的感觉不同，带有主观性，因此要由经验来决定。例行维护检查分为日常检查、每月或定期巡回检查以及每年检查。在日常检查中，主要检查润滑系统、外观、温度、噪声、振动以及异常现象，还要检查通