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1、ZY6491消防泵密封性静水压强度试验機适用范围：

1.1适用于输送介质以清水、泡沫灭火剂或泡沫溶液为主要灭火剂的消防泵

1.2适用于消防泵密封试验；

1.3适用于静水压强度试验；

2、ZY6491消防泵密封性静水压强度试验机符合标准：

符合GB 《消防泵》和GB《消防炮》第6.6、6.7节标准

3、ZY6491消防泵密封性静水压强度试验机主要性能参数：

3.1儀器组成：由压力源、试验部分、操作控制部分组成；

3.2.1试验介质：水（循环使用，带过滤装置）；

3.2.5稳压装置：当水压小于3.0MPa压力波动值小於±0.05MPa；当水压高于3.0MPa时，压力波动值小于±0.1MPa；

3.3.1采用计算机+PLC+模块采集和控制；

3.3.2压力控制和稳压采用变频器控制；

ZYL热空气老化试验机

ZYL抗腐蚀性能試验机

ZY6367-FE灭火器电绝缘性能试验机

ZY6504 灭火器气密性试验箱

ZY6505灭火器振撞试验机

ZY6506灭火器喷射实验室

ZY6510灭火器冲击试验机

ZY6511灭火器压扁试验机

ZY6525-PC消防软管卷盤密封、耐压试验机

ZY6170B紫外碳弧灯老化试验箱

ZY6170紫外线光老化试验箱

ZY6427推车灭火器行驶性能试验机

ZY6523A灭A、B类火灭火性能试验装置

ZY6450C消防接口操作力和操作力矩试验装置

ZY6503-JB-PC 灭火器筒体水压强度及压力交变试验机

ZY6512灭火器压力指示器检验仪

GBT9洒水喷头检测仪器配置

ZYPT洒水喷头环境温度试验箱

ZYPT洒水喷頭盐雾试验机

ZY6057B洒水喷头翻滚试验机

ZY6098A工作载荷和框架强度试验机

ZY6118D洒水喷头机械冲击试验机

ZY6338洒水喷头功能试验及溅水盘强度试验机

ZY6358洒水喷头动態热试验装置(风洞试验装置)

ZY6360喷头真空试验装置

ZY6381-PC消防喷头水压密封和强度试验机

ZY6382洒水喷头流量系数测量装置

ZY6383洒喷头布水试验机

ZY6384洒水喷头水冲擊试验装置

ZY6385喷头侧向喷洒试验机

ZY6386A喷头静态动作温度试验机（空气浴试验）

ZY6386喷头静态动作温度试验机（水浴和油浴试验）

ZY6434溅水盘上、下喷水量试验箱

ZY6447压力源集中供水系统

ZY6448消防泵组综合性能试验台(电动机消防泵组性能试验装置)

ZY6510A洒水喷头碰撞试验机

ZYL二氧化硫气体腐蚀老化箱

ZYL氨气应仂腐蚀试验箱

ZYL氯化镁应力腐蚀试验机

ZY6532洒水喷头灭木垛火试验装置

GB消防软管卷盘检验项目仪器配置

ZYL抗腐蚀性能试验机

ZY6027B消防喷枪跌落试验机

ZY6525-PC消防软管卷盘密封、耐压试验机

ZY6526消防软管卷盘抗载荷试验机

GB消防软管卷盘检验项目仪器配置

ZY6502F-PW大流量动态水压强度试验机

ZY6506A-HR消防软管卷盘喷射试驗装置

GBT6246标准消防水带仪器配置清单

ZYK消防水带物理力学性能试验机

ZY6501-02消防水带延伸扭转试验机

ZY6501-PC消防水带耐压综合试验机

ZYL-ZN可程式高低温恒温试验機

GB8181标准消防水枪仪器配置清单

ZY6027B消防水枪跌落试验机

ZYBT可程式高低温恒温试验机

ZY6450D消防水枪操作力矩测定仪

ZY6502-FN-PC消防水枪密封性能和水压强度试验机

ZY6502F-PW夶流量动态水压强度试验机

ZY6506A消防水枪喷射性能试验装置

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1、消防水泵变频调速系统摘要随着经济嘚发展和社会主义现代化的进程的推进，城市规模越来越大高层建筑越 来越多，大工业区不断增加石油化工产业方兴未艾，豪华商场宾馆拔地而起，人员 和物质财富不断向城市集屮一旦失火，就可能对公共安全造成很大的威胁所以消防 工作越来越受到社会的重视。本论文根据消防供水的供水要求设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统, 并利用组态软件开发良好的运行管理界面。变频恒压供水系統由可编程控制器、变频器、 水泵机组、压力传感器、工控机等构成本系统包含两台水泵电机，它们组成变频循环 运行方式采用变频器实现对三和水泵电机的变频调速，运行切换采用“先启先停”的原 则压

PLC摘要IAbstractII目录III第一章绪论11.1消防的重要性11.2消防水泵变频调速系统的介紹11. 3消防泵变频调速控制效果及经济效益分析21.4变频调速系统的发展21.5变频调速系统的意义31. 6本章力、结4第二章工艺介绍与方案设计原理42.1消防水泵變频调

8、速系统工艺选择52. 2消防水泵变频调速系统工艺要求52. 3总体方案设计62. 3. 1变频调速恒压供水系统62. 3. 2变频器睡眠功能的实现82.3.3消防水泵的自动巡检82. 4夲章小结10第三章硬件设计103. 1PLC的选型103. 1. 1PLC 的简介103. 1. 2 S7-300系列PLC及其扩展模块的选型143.2电动机的选型203. 3变频器的选型203. 4压力传感器的选型233.5自动巡检装置的选型243. 6触摸屏嘚选型243. 7继电器的选型253. 8接触器的选型263. 9空气断路器的选择273. 10木章小结28第四章软件设计294. 1 PLC程序的设计

9、294.2控制系统程序设计304.3本章小结33第五章结束语33参考攵献34附录A35附录B38致谢40第一章绪论11消防的重要性消防工作是国民经济和社会发展的重要组成部分，是发展社会主义市场经济不可 缺少的保障条件消防工作直接关系人民生命财产的安全和社会的稳定。近年来我国 发生的一些重特大火灾一把火就造成几十人甚至数百人的伤亡，慥成百万、上千万 甚至几亿元的经济损失这不仅给许多家庭带来了不幸，而U还使大量的的社会财富 化为灰烬不仅如此，而且事故的善後处理往往也牵扯了政府很多精力严重影响了 经济建设的发展和社会的稳定，有些火灾事故还成为国内为舆论的焦点造成了不良 的社會影响，教训是

10、十分沉重和深刻的因此做好消防工作、预防和减少火灾事故特 别是群死群伤的恶性火灾事故发牛，具有十分重要的意義消防工作是一项社会性很强的工作，它涉及到社会的各个领域于各个行业和人 们的生活都有着十分密切的关系。随着社会的发展僅就用火、用屯、用气的广泛而 言，消防安全问题所涉及的范围几乎无处不在全社会每个行业、每个部门、每个单 位、甚至每个家庭，嘟有随时预防火灾、确保消防安全的问题总结以往的火灾教训, 绝大多数火灾都是由于一些领导、管理者和职工群众思想麻痹、行为放纵、不懂消防 规章或者有章不循、管理不严、明知故犯、冒险工作造成的。火灾发牛后有不少人 缺乏起码的消防科学知识，遇到火情束手

11、无策不知如何报警，甚至不会逃生自救 导致严重后果。“隐患险于明火、防患胜于救灾、责任重于泰山”的科学论断用辩证 唯物主义观点，科学的阐述了消防安全工作的重要意义深刻地揭示了消防安全工作 的内在规律，突出强调火灾预防是做好消防安全工作的关鍵性问题对指导和加强消 防安全工作具有十分重要的现实意义和深远的历史意义。因此全社会、各部门、各 行业、各单位以及每个社會成员都要高度重视并认真做好消防工作，认真学习并掌握 基本的消防安全知识共同维护公共消防安全。只有这样才能从根本上提高┅个城 市、一个地区乃至全社会预防和抗御火灾的整体能力。1.2消防水泵变频调速系统的介绍近年来随着电力电子技

12、术、计算机技术、洎动控制技术的迅速发展，交流传动 与控制技术成为n前发展最为迅速的技术么一电气传动技术面临着一场历史革命， 即交流调速取代直鋶调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术己成为发展趋势 电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动 技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能高效率、高功率 因数和节电效果，广泛的适用范围及其咜许多优点而被国内外公认为最有发展前途的 调速方式深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义1. 3消防泵变频调速控淛效果及经济效益分析采用变频调速控制的消防泵恒压供水控制系统，克服了原系统的缺点

13、主要优点如下：（1）手动、自动可以来回切换，确保供水系统的安全使用系统自动化程度高，安 全可靠避免了由于人为因素而造成的失误。PLC的定期巡检功能消除了泵体本身的 故障对系统的影响更增加了系统的可靠性。（2）PLC和变频器的控制下始终维持管道内的压力恒定有效地保证了火情发生 时的及时供水，並且由于在大部分时间内电动机是在低于额定转速的状态下运行故 节能降耗效果显著。（3）由于电机实现了软启动延长了电机的寿命，同时由于无冲击电流因此减少 了对管网的冲击，也延长了管网的寿命使用变频器后，电机运行温度明显下降同时 减少了机械磨损，机械检修工作量也大大减少（4）节能效果显箸。电机功

14、率明显下降43% （原工频电源有功功率为64. 9kW, 变频电源有功功率为36. 7kW）,电源频率下降18%,流量减少12%,功率因数提高0. 03,转速下降15%o14变频调速系统的发展20世纪60年代以后半导体功率器件从普通晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管 （GTO）、双极型晶體管（BJT）、金属氧化硅场效应管（MOSFET）、静电感应晶体管 （SIT）、静电感应晶闸管（SITH）、MOS控制晶体管（MGT）、MOS控制晶闸管（MCT） 逐步发展到今天的絕缘栅双极型晶体管（IGBT ）和耐高压绝缘栅双极型晶体管（HV IGBT） o器件的每一次更新都为调速技术的发展注入了新的活力。

15、屯动机的调速从直 鋶发电机电动机组调速、静止晶闸管整流直流调压调速逐步发展到交流感应电动机变 频调速而且随着控制技术和控制手段的不断提高，變频调速又由变压变频控制的变频 调速发展到了矢量控制变频调速通过控制交流电动机里相当于并励直流电动机励磁 绕组的磁通变化，提高变频器的恒转矩输出范围和动静态特性使得交流电动机变频 调速系统的性能超过了直流电动机调压调速系统的性能。为了简化控制系统减少设 备故障率，在矢量控制变频调速的基础上又发展了无速度传感器的矢量控制变频调 速在一些对动静态特性要求不太高的应鼡中，无速度传感器的矢量控制变频调速已 完全可以和有速度传感器的矢量控制变频调速相媲美矢

16、量控制对交流屯机调速具有 划时代嘚意义。交流电机采用变频调速技术是当代电机调速的潮流它以体积小、重量轻、精度 高、通用性强、工艺先进、功能丰富、保护齐全、可靠性高、操作简便等优点超过以 往的任何调速方式，深受钢铁、有色、石油、化工、纺织、机械、电力、建材、煤炭、 医药、造纸、卷烟、航海、电力机车、自来水、养殖等行业的欢迎随着电力电子技 术和数字控制技术的发展，交流电机变频调速系统的实际应用比重會逐步增高直到 最后完全取代直流调速和其它调速方式。15变频调速系统的意义由于变频调速系统以上特点使交流调速的性能全面优于其它调速方式。1990年 以后国内企业己开始使用变频调速系统变频调速的重

17、要作用主要体现在：(1) 节省电能。茂名石化公司从1990年先后在糖醛、蒸溜、催化、酮苯等20 多条生产线使用变频装置161台1990年10月至1992年2月对其屮30台泵进行 测试，在同样工艺条件下采用调节阀控制的电能损耗为999. 9 kW,采用变频控制的 电耗为396.7kW,节电603. 2kW,节电率60. 3%。1994年以后该厂又用了 6kV大容 量变频装置，节电率达到4070% o我国现有风机、泵和空气压缩机约1500万台, 耗电量占全國总发电量4050% o风机平均运行效率50% ,泵平均运行效率41%, 如采用变频调速将电能利用率提高2030% ,年节电500亿kWh

18、以上节能潜力巨 大。(2) 提高产量和质量承德鋼铁公司炼钢厂三套20吨转炉倾动和氧枪升降采 用交流变频控制取代直流控制，1994年5刀投产至今年增产钢1.5万吨株洲冶炼厂 锌浸出渣挥发回转窯1991年6月完成变频调速改造，每年超产117. 82万元宁夏屮 卫造纸厂纸机原采用晶闸管直流电动机调速方式，只能生产60100g铜板 原纸和60 70g的静电复卬纸采用交流变频调速改造后，还能生产40 50g无碳复 写原纸年产量由原来的6000吨提高至10000吨以上。由此可见变频调速为企业带 来的经济效益十分明顯。(3) 提高设备的可靠性减轻工人的劳动强度，减少故障停机和

19、检修维护时间, 延长易损件的使用寿命降低原材料及备品备件的消耗。1. 6夲章小结木章首先介绍了消防的重要性又结合消防水泵的变频调速介绍了变频调速系统 的控制效果及经济效益，发展趋势及重要意义苐二章工艺介绍与方案设计原理2. 1消防水泵变频调速系统工艺选择目前交流界步电机的节电措施是采用不同方式的调速节能，一般较为常用嘚调速 方法有液力耦合器调速、串级调速、电磁调速和变频调速四种相比Z下变频调速节 能效果较显著，近年来应用较为广泛尤其适用於风机、水泵类负载。变频调速基本原理是根据交流电机工作原理中的转速关系:n= 60f （ l-s）/p,从公 式屮可以看出：均匀改变电动机定子绕组的电

20、源频率f ,就可以平滑地改变电动机的 同步转速电动机转速变慢，轴功率就相应减少电动机输入功率也随之减少，这就是 水泵变频调速的節能作用为了保持调速时电动机的最大转矩不变，需要维持电动机 的磁通恒定因此，要求定子绕组电压也要作相应的调节变频调速器因此具有调频、 调压的两种功能，变频调速器就是基于此原理实现调速的原消防泵供水系统由两台75kw电动机组成，系统完全由手动控制、人工管理当 火情发生时消防泵不能自动投入供水，自动化程度低可靠性差，另外人为因素的失 误也会造成供水延误，无法满足实際消防用水的要求消防泵屯机为直接启动，对所在 电网、机械和电气设备冲击大并且严重影响电动机

21、的使用寿命。消防泵电机一经啟 动即为全速运行不能根据供水要求进行调速，无法满足节能降耗的要求为此，我们提出设计安装一套变频调速系统以改善现有状況，实现消防泵恒压供 水控制2. 2消防水泵变频调速系统工艺要求消防供水设备一般有两台供水泵，向建筑物的消火栓或水幕供水控制要求如下: 没有火情时，靠变频器控制使管网内水压保持在一较低值保证网内充满水，有火情 时靠变频器控制使管网内水压保持在一较高徝，保证管网内水压足够高变频器要有唾眠功能，即用水量很小管网压力满足要求时，变频器频率自动降 为0,管网压力下降到一定值时变频器自动运行，维持管网压力控制柜对水泵可实现定期巡检，即每隔数天

22、每台水泵自动运行1分钟巡检时既 可无压巡检（以最低頻率20到30Hz）也可带压巡检（按设定压力巡检，管路装有屯 磁阀巡检时电磁阀打开）。控制柜设有巡检试验按钮在按下试验按钮后，立即進入 巡检状态变频器故障或者报警时，能自动切换到另一台水泵工频运行；水泵工频运行时采用自耦变压器降压启动；变频柜可接受來白消防屮心的控制信号，同时可把运行信号返回到消防屮心变频柜可进行异地控制，控制电压在36V以下的安全电压2. 3总体方案设计2. 3.1变频調速恒压供水系统PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图

23、如图2.1所示：压力设定值图2.1变频恒压供水系统闭环控制冋路从图中可看出系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具 体为：(1) 执行机构：执行机构是由一组水泵组成它们用于将水供入现场管网，其中 由两台水泵泵构成(一台备用)變频泵是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水 泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速以维持管网的水压恒定；一台水泵工作, 絀现故障时启用另一台。(2) 信号检测机构：在系统控制过程中需要检测的信号包括管网水压信号。管 网水压信号反映的是现场供水管网的沝压值它是恒压供水控制的主要反馈信号。(3) 控制机构：供水控制系统一般安装在供水控制柜屮变频

24、器是对水泵进行转速 控制的单元，其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。根据水泵机组屮水泵被变频器拖动的情况不同變频器有两种工作方式即变频循 环式和变频固定式，变频循环式即变频器拖动某一台水泵作为调速泵当这台水泵运 行在50IIz时，其供水量仍鈈能达到用水要求需要增加水泵机组时，系统先将变频器 从该水泵电机中脱出将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机；变频 固定式是变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时其供水量仍 不能达到用水要求，需要增加水泵机组时系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不 做切换变频器固定拖动的水泵

25、在系统运行前可以选择，木设计中采用前者变频恒压供水系统以供沝出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实 际供水压力跟随设定的供水压力设定的供水压力可以是一个常数，也可以是┅个 时间分段函数在每一个时段内是一个常数。所以在某个特定时段内，恒压控制恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力變送器实时地测量参考点的水 压，检测管网出水压力并将其转换为4-20mA的电信号，此检测信号进入变频器 控制变频器的输出频率，从而控淛电动机的转速进而控制水泵的供水流量，最终使 用户供水管道上的压力恒定实现变频恒压供水。变频恒压供水系统控制流程如下：(1) 系统通电按照接收到有效的自控

26、系统启动信号后，首先启动变频器拖动变 频泵Ml工作根据压力变送器测得的用户管网实际压力和设定壓力的偏差调节变频器 的输出频率，控制Ml的转速当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时, 转速才稳定到某一定值这期间Ml工莋在调速运行状态。(2) 当用水量增加水压减小时压力变送器反馈的水压信号减小，偏差变大PLC 的输出信号变大，变频器的输出频率变大所以水泵的转速增大，供水量增大最终 水泵的转速达到另一个新的稳定值，使水压回到原来设定的稳定值反Z,当用水量 减少水压增加时，通过压力闭环减小水泵的转速到另一个新的稳定值，同样使水压 回到原来设定的稳定值(3) 当用水量继续增加

27、，变频器的输出频率达箌上限频率50IIz时若此时用户管 网的实际压力还未达到设定压力，并H满足增加水泵的条件(在下节有详细阐述)时 在变频循环式的控制方式下，系统将在PLC的控制下自动投入水泵M2(变速运行)同 时变频泵Ml做工频运行，系统恢复对水压的闭环调节直到水压达到设定值为止。(4) 当用水量丅降水压升高变频器的输出频率降至下限频率，用户管网的实际水压 仍高于设定压力值并且满足减少水泵的条件时，系统将工频泵M2关掉恢复对水压 的闭环调节，使压力重新达到设定值2. 3. 2变频器睡眠功能的实现当没有灾情无需供水时，屯机停止转动变频器也可启用睡眠功能，变频器的频 率自动降为

28、0,达到节能但是控制和监控功能在睡眠期间仍要执行，如果实际值下 降到低于唤醒等级时唤醒功能开始变频器自动运行，维持网管压力其有关参数设 定要求如表1：表1变频器睡眠功能参数表F5. 13睡眠频率F0. 13（下限频率）F0. 05（设置为0HZ时睡眠功能无效）11Z000. 00F5. 14唾眠延时0. 0SF5. 15唤醒值5.010.0% （反馈值相对于满量程的百分比）010. 0%2.3.3消防水泵的自动巡检消防水泵自动巡检的3种方式：消防泵转速的自动巡检方式可分为瑺速自动巡检方式和低速自动巡检方式，其中 低速自动巡检方式中又有软启动器方法和变频方法通过对消

29、防泵的这两种自动巡检 方式嘚比较和分析,指出了消防泵自动巡检的技术要求，为消防泵自动巡检方式的应用 提供了一定的技术依据和保障消防给水设备是水灭火系統中的一个垂要组成部分,而消防泵又是消防给水中的 关键设备。在消防给水系统中消防泵给水的可靠性直接决定了灭火的成功与否。建築 消防给水设备在运行上具有一个普遍的特点即这些设备平时很少运行，一旦灭火时却 需要可靠地投入使用但是，这些设备由于长期鈈用灭火时却不一定能保证设备的正 常运行。其中消防泵也不例外。为加强消防泵给水的可靠性,上海市工程建设标准民 用建筑水灭火系统设计规程（DGJ08-94-2001）在国内首次提出了消防泵的自动巡检

30、问题该规程规定，超高层建筑、一类高层公共建筑的消防泵宜设定时自动巡检裝置 另在修订中的建筑设计防火规范也提出：消防给水设备必须具有自动巡检功能。消防泵的自检即自动巡检它是在设定的时间周期內自动地启动消防泵，对消防泵 的运行进行检查消防泵白动巡检的FI的在于增加消防泵的可靠性，保证消防给水系统 整体的可靠采用消防泵的定时白动巡检装置,有利于及时了解消防泵的实际性能，解 决消防泵的锈蚀卡死问题、保持消防泵良好的工况,也有利于消防系统管理嘚智能化 它对提高消防给水系统的安全可靠性有一定的意义。一、消防泵自动巡检方式1、常速自动巡检方式常速自动巡检方式又称工频洎动巡检方式它是定期将消防泵

31、以额定转速运行一 段时间后自动停泵。为保证自动巡检时消防泵运行的压力对系统不造成破坏必须對消 防泵原有的进出水管路进行调整完善。在消防泵从消防水池吸水的方式中应在出水管上设旁通管。自动巡检时打开旁通 管上的电磁閥消防泵自动巡检运行的出水从旁通管排至消防水池，自动巡检完成后关 闭电磁阀恢复原正常工作状态。在消防泵从市政给水管网吸沝的方式中也应考虑自 动巡检运行时的超压。此时在消防泵的进出水管上设旁通，自动巡检时打开电磁阀 使出水又回到进水管路。運行超压后从系统的泄压阀排至室外明沟。同时为防止对 市政给水的二次污染，在消防泵的吸水管路上须设置倒流防止器2、低速自檢方式低速自检方

32、式也是消防泵定期巡检的方式之一。消防泵在自检时是以独特的低速 方式运行它对消防给水管网不必作较大的改动（见图3）。在低速自检方式屮消防泵 的转速较低，其出水压力较小根据控制方法的不同,可分为软启动器方法和变频方法。二、软启动器方法它利用软启动器来控制消防泵的白动巡检不考虑降压启动。在预先设定的周期内, 按预先设定的软启动器运行方式进行消防泵的自動巡检这种运行方式是由软启动器 来控制消防泵的启动阶段，即消防泵的定时软启动技术（SSD）它时间较短，一般在10 s左右整个过程运鼡可编程控制技术（PLC）来实现，以达到消防泵始终保持良好的 准备状态三、变频方法这种方法是由微机控制器（P

33、CL）屮的巡检周期时钟啟动巡检子程序，从变频调速 器中输岀一个较低的频率去驱动消防泵通常,控制消防泵的频率所产生的转速在300 r/min左右。因其转速远低于消防泵的额定转速故系统中不会出现较大的增压，消防 给水系统可采用原有的管路在巡检过程中，变频器是从零Hz开始馈电消防泵的启 动吔就较平缓，消防泵无机械冲击消防泵的转速使叶轮保持转动但不出水的临界状态, 不致造成系统管网的超压。消防水泵自动巡检控制设備是消防系统的重要组成部分消防联动报警系统等种 自动消防设备对灾情的判断直至给出报警，最终还是要以启动消防给水设备为根本目 的消防水泵的巡检功能很好的解决了消防泵因长期闲置不用而带

34、来的牛锈等原因造 成不能启动的难题。消防水泵白动巡检控制柜可采用可编程控制器变频调速器，应用人机等控制技 术实现消防水泵的自动巡检通过自动巡检，使消防水泵长期保持在可靠的运行状态火灾信息由消防控制中心发出，当消防控制系统检测到建筑物内发生火灾时消 防控制屮心立即发出启动消防泵的接点信号到水泵控制系统PLC,PLC收到信息立即退 出目前的任务。启动消防泵当没有火灾的时候，PLC控制消防泵定期巡检系统自动运行时，每隔2天每台水泵自动巡检1汾钟巡检时PLC控制变频器以 较低的频率逐一的驱动水泵。由于驱动功率较小节能比较显著。同时由于水泵低速 运行达不到水泵的出水速度，不会对管网压力

35、产生影响巡检吋间到时，PLC巡检 程序控制变频器切换到第一台水泵。然后接触器KM1闭合将消防泵接到变频器的 負载端，KM1闭合以后启动变频器低频运行并开始计时则消防泵在变频器低频运行, 定时时间到，变频器则停止变频器停止后，分开接触器KM1,控制KM2吸合将消 防泵接到变频器的负载端，KM2闭合以后启动变频器低频运行并开始计时则消防泵 在变频器低频运行，定时时间到变频器則停止。2. 4本章小结本章主要针对消防水泵变频调速系统的工艺方案做了介绍并对各环节的工作原 理做了介绍。第三章硬件设计3. 1 PLC的选型3.1.1PLC的簡介(-)PLC技术的概念PLC即可编程控制器(P

36、rogrammable logic Controller),是指以计算机技术为 基础的新型工业控制装置PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操 作嘚屯子装置。它采用可以编制程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算、顺 序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通過数字式或模拟式的输入和输 出控制各种类型的机械或生产过程。（二）PLC技术的发展历史长期以来计算机控制和传统PLC控制一肓是工业控制领域的两种主要控制方 法，PLC自1969年问世以来以其功能强、可靠性高、使用方便、体积小等优点在工 业自动化领域得到迅速推广，成为笁业自动化领域屮极具竞争力的控制工具但传统

37、的PLC体系结构是封闭的，各个PLC厂家的硬件体系互不兼容编程语言及指令系统 各异，用戶选择了一种PLC产品后必须选择与其相应的控制规程，学习特定的编程 语言不利于终端用户功能的扩展。近年来工业自动化控制系统嘚规模不断扩大， 控制结构更趋于分散化和复杂化需要更多的用户接口。同时企业整合和开放式体 系的发展要求自动控制系统应具有強大的网络通讯能力，使企业能及时地了解牛产过 程中的诸多信息灵活选择解决方案，配置硕件和软件此外为了扩大控制系统的功 能，许多新型传感器被加装到控制单元上我国工业控制自动化的发展道路，大多是 在引进成套设备的同时进行消化吸收然后进行二次开發和应用。目前

38、我国工业控制 自动化技术、产业和应用都有了很大的发展我国工业计算机系统行业已经形成。工 业控制自动化技术正茬向智能化、网络化和集成化方向发展（三）PLC的发展趋势1、功能向增强化和专业化的方向发展，针对不同行业的应用特点开发岀专业囮 控制单元或模块，对控制过程屮某一变量（如速度、温度、屯流、屯压等）进行PID 控制4、定时、定位、计数控制PLC具有定时控制的功能，咜为用户提供了若干个定 时器定时器的时间可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定 实现定时或延时控制。定位控制是PLC不可缺少的控制功能Z-o PLC提供了定位模 块、脉冲输出模块等智能模块以实现各种需求的

39、定位控制。PLC具有计数控制的功 能它为用户提供了若干个计数器或高速计数模块。计数器的计数值可以由用户在编 写程序时设定也可以用拨盘开关在外部设定，实现计数控制5、順序（步进）控 制在工业控制中，选用PLC实现顺序控制可以采用IEC规定的用于顺序控制的标准 化语言一一顺序功能图进行设计，可以用移位寄存器和顺序控制指令编写程序6、网 络通信现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制又能实现PLC 与计算机之间的通信，从而構成“集中管理分散控制”的分布式控制系统，实现工 厂自动化PLC通过RS232接口可与各种RS232设备进行通信。PLC还可与其它智能控 制设备（

40、如变頻器、数控装置）实现通信PLC与变频器组成联合控制系统，可提高 交流电动机的自动化控制水平7、数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵運算、函 数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数 据的采集、分析及处理这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的 控制操作也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表（四）PLC的功能随着洎动化技术、计算机技术及网络通信技术的迅速发展，PLC的功能日益增多 它不仅能实现单机控制，而且能实现多机群控制；不仅能实现逻輯控制述能实现过 程控制、运动控制和数据处理等，其主要功能如下：（1）开关量逻

41、辑控制这是PLC的最基木的功能PLC具有强大的逻辑运算能力，它提供了与、或、非 等各种逻辑指令可实现继电器触点的串联、并联和串并联等各种连接的开关控制， 常用于取代传统的继电器控制系统使用PLC提供的定吋、计数指令，可实现定吋、 计数功能其定时值和计数值既可由用户在编程时设定，也可用数字拨码开关来設定, 其值可进行在线修改操作十分灵活方便。（2）模拟量控制在工业牛产过程中有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等 都是模拟量PLC提供了各种智能模块，如模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟 量输入输出模块、热电阻用模拟量输入模块、热电阻用模拟量输出模块等通过使用 这些模

42、块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理；而CPU处理的数字结果 经D/A转换成模拟量去控制被控设備，以完成对连续量的控制（3）闭环过程控制使用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，而且还可以进行闭环控制配置PID 控制单元或模块，對控制过程中某一变量（如速度、温度、电流、电压等）进行P1D 控制（4）定吋、定位、计数控制PLC具有定时控制的功能，它为用户提供了若幹个定时器定时器的时间可以由 用户在编写程序时设定，也可以用拨盘开关在外部设定实现定时或延时控制。定位 控制是PLC不可缺少的控制功能之一PLC提供了定位模块、脉冲输出模块等智能模 块，以实现各种需求的定位控制P

43、LC具有计数控制的功能，它为用户提供了若干個 计数器或高速计数模块计数器的计数值可以由用户在编写程序时设定，也可以用拨 盘开关在外部设定实现计数控制。（5）顺序（步進）控制在工业控制中选用PLC实现顺序控制，可以采用IEC规定的用于顺序控制的标 准化语言一一顺序功能图进行设计可以用移位寄存器和順序控制指令编写程序。（6）网络通信现代PLC具有网络通信的功能它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与 计算机之间的通信从而构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统实现工厂 自动化。PLC通过RS232接口可与各种RS232设备进行通信PLC还可与其它智能控制 设备（如变频器、数

44、控装置）实现通信。PLC与变频器组成联合控制系统可提高交 流电动机的自动化控制水平。（7）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转 换、排序、查表、位操作等功能可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以 与存储茬存储器中的参考值比较完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到 别的智能装置或将它们打印制表。（五）PLC的特点（1）通用性强、灵活性好、功能齐全PLC是专为在工业环境下应用而设计的具有面向工业控制的鲜明特点。通过选配 相应的控制模块便可适用于各种鈈同的工业控制系统同时，由于PLC采用存储逻辑 其控制逻辑以程序方式存储在内存中

45、，当生产工艺改变或生产设备更新时不必改变PLC 嘚硬件，只需改变程序改变控制逻辑，其连线少体积小，加ZPLC屮每只软继电器 的触点数理论上无限制因此，灵活性和扩展性都很好（2）可靠性高、抗干扰能力强为了确保PLC在恶劣的工业环境下能可靠的工作。在设计屮强化了 PLC的抗干扰 能力使之能抗诸如电噪声、电源波動、振动、电磁干扰等的干扰。PLC能承受电网 电压的变化可直接由交流市电供电，直接取自电控箱电源即使在电源瞬间断电的 情况下，仍可正常工作PLC在设计、生产过程中除了对元器件严格筛选外，硕件和 软件还采用屏蔽、滤波光电隔离和故障诊断、自动恢复等措施，囿的PLC还采用了 冗余

46、技术等进一步增强了 PLC的可靠性。(3) 编程简单、使用方便PLC在基本控制方面采用梯形图语言进行编程这种梯形图是与继電器控制电路 图相呼应的，形式简单、直观性强广大屯气人员容易接受。用梯形图编程出错率比 汇编语言低得多梯形图、流程图、语呴表之间可以有条件的相互转换，使用极其方 便(4) 模块化结构、安装简单、调试方便PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化结构设计由机架和电缆 将各模块连接起来，由于配置灵活使扩展、维护更加方便。另外PLC的接线十分 方便，只需将输入信号的设备(如按钮、开關等)与PLC的输入端子相连将接受控 制的执行元件(接触器、电磁阀等)

47、与输出端子相连即可。调试工作大部分是室内调 试用模拟开关模拟輸入信号，其输入状态和输出状态可以观察PLC上相应的发光二 极管可以根据它进行测试、排错和修改。3. 1. 2 S7-300系列PLC及其扩展模块的选型(一)S7-300系列PLC的概述木设计选择西门子S7-300系列PLC,S7-300适用于灵活度更高和复杂逻辑的情况 它采用的是插槽板卡模块式设计，有完备的模拟量和开关量组合搭配程序可以直接 存在存储卡中，在生产制造工程中应用非常广泛S7-300是由各种模块部件所组成, 各模块能以各种不同方式组合在一起，可将控制系统根据需要设计成不同的应用有 各种不同性能档次的CPU可供

48、控制器使用，以满足不同的需求S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下:(1)高速的指令处理0.10.6 us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范 围内开辟了全新的应用领域。(1)人机界面(I1MI) o方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内因此人 机对话的编程要求大大减少。(3) 诊断功能CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录 错误和特殊系统事件(4) 口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密防止未 经允许的复制和修改。(二)S7-300系列PLC的组成S7-300系列PLC是模块化结构设计各

49、种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。 其系统构成如图3.1所示它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处 理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的 接口肓接与编程器PG、操作员面板0和其它S7 PLC相连图3.1S7-300系列PLC系统构成框图 S7-300 的 CPU 模块S7-300 有 CPU312

50、P、 CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能。CPU以梯形图LAD、功能块FBD或语句表STL 进行编程表3.1列出了部分中央处理单元CPU的主要特性，包括存储器嫆量、指令执行时间、 最大1/0点数、各类编程元件(位存储器、计数器、定时器、可调用块)数量等表3.1中央处理单元CPU的主要特性GRU 312CPU 312CCPV313CCPU 3I3C-2PtPCIU

IZ20/0OZOOZO4 1/24 IZ2OZOOZO S7-300的数字量输入模块SM321数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数 字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式对现场

53、输叺元件，仅要求提供开关触 点即可输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波然后才送至输入缓冲器 等待CPU采样。采样时信号經过背板总线进入到输入映像区。数字量输入模块SM321有四种型号模块可供选择即直流16点输入、直流32点 输入、交流16点输入、交流8点输入模块。如图3. 2, 3. 3所示为直流32点输入和交 流16点输入对应的端子连接及电气原理图：012300O

平可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机启動器等。晶体管输出模块只能带育流负载属于肓流输出模块；可控硅输击方式属于交流 输出模块；继电器触点输出方式的模块属于交直鋶两用输出模块。从响应速度

55、上看 晶体管响应最快，继电器响应最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度来看以继电 器触点输出型朂佳。SM322的32点数字量晶体管输出模块的端子接线及电气原理图如 图3. 4所示：alio rO1M4L* 24V0图3.4 SM322的32点数字量晶体管输出模块的端子接线及电气原理图模拟量输入模块SM331模拟量输入(简称模入(AT)模块SM331 0前有三种规格型号即8AT X 12位模块、 2AIX12位模块和8AIX16位模块。SM331主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿 电路、恒流源、光電隔离部件、逻辑电路等组成A/D转换部件是模块的核心，其转 换原理采用积分方法被测模拟

56、量的精度是所设定的积分时间的正函数，吔即积分时 间越长被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5 ms. 16.7 ms、20 ms和 100 ms,相对应的以位表示的精度为8、12、12和14SM331 A118X13位模拟量输入 模块的端子接线及电氣原理图如图3. 5所示CH2号叵旦 叵aJwlFBIFF?lwl叵34567H- 丨丨 丨 O 丨 2 3 7逻糾及背板总线授z:CH6图3.5 SM33I AI18X13位模拟量输入模块的端子接线及电气原理图模拟量输出模块SM332模拟量输出(简称模出(A0)模块SM33

57、2目前有三种规格型号，即4A0X 12位模块、 2A0X 12位模块和4A0X16位模块分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的 12位模拟量输出模块、4通道的16位模擬量输出模块。SM332模拟量输出模块的接线 图如图3. 6所示：HZZH) (I i厂红色故播示灯Mg图3.6 SM332模拟量输出模块的接线图ASACHOCHICH2CH33. 2电动机的选型（-）选用电动机的原则及步驟为了适应各种不同用途工厂生产了不同种类、形式及容量的电动机。在选用电 动机时要充分考虑它们的特性，在仔细研究了被拖动機械的特性后选择适合负载 特性的电动机。选择电动机的原则是：（1）根据负载的启动

58、特性及运行特性选出最适合于这些特性的电動机，满足生 产机械工作过程中的各种要求（2）选择具有与使用场所的环境相适应的防护方式 及冷却方式的电动机，在结构上应能适合電动机所处的环境条件（3）计算和确定合适的电动机容量。通常'设计制造的电动机在75%-100%额定负载 时，效率最高因此应使设备需求的容量与被选电动机的容量差值最小，使电动机的 功率被充分利用（4）选择可靠性高、便于维护的电动机。（5）考虑到互换性尽量 选择标准屯动机。（6）为使整个系统高效率运行要综合考虑电机的极数及电压等级。选用电动机的主要步骤是：（1）根据生产机械性的耍求選择电动机种类。（2）根据电源情

59、况选择电动机额 定电压。（3）根据生产机械所要求的转数及传动设备的情况选择屯动机的转数。（4） 根据电动机和牛产机械安装的位置和场所环境选择电动机的结构和防护形式。（5） 根据生产机械所需要的功率和电动机的运行方式选择电动机的额定功率。但是口前在国民经济各个领域屮由于选型不合理，许多的电机处于不合理运行 状况运行效率低，浪费了大量能源还有的电机由于选型不合理，根木不能使用 或者使用维修成本增加，经济效益低由此可见，合理选择电机对节约能源同样具囿 重要意义结合本设计工艺选择的电动机型号为Y 280S -2 75KW电动机，级数：2 极,电流:10A ,转速：2970转效率：

60、92. 0% 功率因素：0. 89cos,电压： 380V。3. 3变频器的选型首先要叻解变频调速的基本原理：三相异步电动机，特别是鼠笼式电动机由于 结构简单，牢固价格便宜，运行可靠维护简单等特点，在交鋶传动中得到了广泛的 应用异步电动机的转速为：n = 60/ (1-5)/p式中久一电机定子供电频率;S电动机转差率，s = -q“一交流电机转子的转速(r/min)；耳一交流电 机嘚同步转速(r/min), n = 60/p ；p-电动机极对数根据电机学的理论，三相交流异步电动机定子绕组屮的感应电动势表达式为坊=4.44.齐酬0式中目一定子绕组感应电勢；久一定子供电电源频率；0电机

61、磁通；禺一电机定子绕组每相匝数；电机电势常数若忽略电动机定子阻抗压降则定子屯压为：U44./J0变频調速实际上是变频变压调速，即VVVF技术(Variable Voltage VariableFrequency) o异步电机变频调速基本原则有:保持Ul/fl (异步电机供电电压幅值与频率 比值)为常数的恒磁通比例控制原则；保持电机最大电磁转矩Mk不变的恒磁通控制原则; 保持界步电机功率为常数的恒功率控制原则保持Ul/fl恒定控制是异步电动机变频调速的最基本控制方式。它在控制电动机的 电源频率变化的同时控制变频器的输出电压并使二者之比Ul/fl为恒定，从而使电动 机的磁通基本保持恒定变頻

62、调速电动机机械特性如图3. 7所示。然后根据系统的工艺要求及电动机容量选择合适的变频器，在选择时要考虑变频 器的容量和工作型式尽可能的节省资金投入也是重要的因素之一。对于风机、泵类等, 低速下负载转矩较小通常可选择普通功能型的变频器。同时中水儲池的对外供给要 求为恒压供水，根据先前的系统控制原理分析该变频器的内部需要有PID运算模块。综合以上考虑分析市场上不同变频器的性价比，在满足功能要求的条件下采用 型号为SVFEVG75/P93T4的变频器，其外部接线图如图3. 8所示QF多功能5&宁箱入與于1 多功能致手输入珂子2 各功詭致寧樹入列于亦 各功舱致手樹入列于4 多功能致手输入珂子5 多硏能致手输入現于6致宁殆入現于公共現 ?lmXv"厂，GND图3.8变频器接线图3. 4压力传感器的选型茬系统的供水环节依靠变频器和远程压力表