第一篇：基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的自來水遠(yuǎn)程監(jiān)控

基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的自來水遠(yuǎn)程監(jiān)控

一、引言

在水源地內(nèi)，多眼井星羅棋布在水庫上。為了確保供水生產(chǎn)的安全、可靠、連續(xù)。針對(duì)水廠制水過程的特點(diǎn)和控制系統(tǒng)的功能要求，我們采用基于西門子PLC的恒壓力供水系統(tǒng)。

二、編程控制器概述

PLC即可編程控制器，是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC曾作了如下定義：“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體。易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！边@段話完全道出TPLC的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。其主要有以下特點(diǎn)：

1.可靠性高。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備安全可靠性的要求，PLC采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成。

2.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。PLC具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可應(yīng)用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作，具有很好的抗宅間電磁干擾的能力，它一般對(duì)環(huán)境溫度要求也不高。在環(huán)境溫度-20至65度、相對(duì)濕度為35%至85%情況下仍可正常工作。

3.靈活通用。在完成一個(gè)控制任務(wù)時(shí)，PLC具有很高的靈活性。首先，PLC產(chǎn)品L三經(jīng)系列化，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在機(jī)型上又很大的選擇余地。其次同一機(jī)型的PLC其硬件構(gòu)成具有很大的靈活性，用戶可以根據(jù)不同任務(wù)的要求，選擇不同類型的輸入輸出模塊或特殊功能模塊組成不同硬件結(jié)構(gòu)的控制裝置。

4.使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。PLC控制的輸入輸出模塊。特殊功能模塊都具有即插即卸功能，連接十分容易。對(duì)于邏輯信號(hào)，輸入輸出均采用開關(guān)方式，不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)放大;對(duì)于模擬信號(hào)，輸入輸出均采用傳感器儀表和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。各個(gè)輸入和輸出模塊與外部設(shè)備的連接十分簡(jiǎn)單。整個(gè)連接過程僅需要一把螺釘旋具即可完成。

三、變頻恒壓供水系統(tǒng)控翻方案的設(shè)計(jì)與選擇

變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元饅變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動(dòng)以及變頻水泵與J：頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場(chǎng)所，有以下方案可供選擇：

1.有供水專用的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu).降低了設(shè)備成本，但對(duì)壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示比較麻煩，無法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化比較困難。調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，動(dòng)態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場(chǎng)合。

2.通用變頻器+單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器。這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價(jià)格比，但開發(fā)周期長(zhǎng)，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差，同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生干擾。變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用F某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水。

3.通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+組態(tài)軟件十壓力傳感器。這種控制方式靈活方便，具有良好的通信接口，町以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：通用性強(qiáng)，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和UO的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過Pc機(jī)來改變存儲(chǔ)器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。通過對(duì)以上這幾種方案的比較和分析，可以看出“變頻器主電路++PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十組態(tài)軟件十壓力傳感器”的控制方式更適合于本系統(tǒng)。這種控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。

四、變頦恒壓供水控制器性能特點(diǎn)

1.高效節(jié)能。優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行。由電機(jī)學(xué)公式可知。系統(tǒng)電機(jī)功耗與電機(jī)轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時(shí)。水泵出水量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成上E比。本設(shè)備采用恒壓量：r作方式。當(dāng)用水量減小時(shí)，系統(tǒng)保持管嗍恒壓，通過降低水泵轉(zhuǎn)速來減少供水量，耗電量按立方特性降低。根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象。

2.設(shè)備投資省、占地面積小。本系統(tǒng)與其它供水方式比較，由于主要設(shè)備只是控制柜及水泵，省去了大量的設(shè)備占地面積，從而大幅度節(jié)省了上建投資，而且就設(shè)備本身而言，供水量越大，采用變頻恒壓供水設(shè)備的價(jià)格優(yōu)勢(shì)就越顯著。

3.設(shè)備運(yùn)行合理、可靠性高、配置靈活。采用閉環(huán)調(diào)節(jié)控制技術(shù)，達(dá)到了恒壓供水，避免了由于超壓供水造成的電能浪費(fèi)。變頻器采用軟起動(dòng)工作方式，消除了直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾，徹底避免了水泵啟動(dòng)時(shí)大電流和水壓突增的情況，減少對(duì)供電電網(wǎng)的沖擊，降低了電機(jī)及電氣元件的故障率。

4.聯(lián)網(wǎng)功能。采用全中文工控組態(tài)軟件一Kingview，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺(tái)泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)。

5.減少污染。由于變頻恒壓調(diào)速宜接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。

五、恒壓供水設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合

1.居民區(qū)、住宅樓、村鎮(zhèn)的集中生活供水系統(tǒng);

2.高層建筑、賓館、飯店等生活供水系統(tǒng);

3.綜合市場(chǎng)、寫字樓、商務(wù)樓宇的生活供水系統(tǒng)：

4.自來水廠、供水加壓泵站;5.工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活供水、恒壓流量供水工藝流程等。湖南智康環(huán)保節(jié)能科技有限公司（004km.cn）強(qiáng)力推薦

第二篇：基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書

指導(dǎo)老師 ；

張繼濤

基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 引言

在供水系統(tǒng)中，恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。本文采用計(jì)算機(jī)(PC)、可編程控制器(PLC)、變頻器組成變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)，通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水、滿足節(jié)能降耗的要求，而且有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。用水量變化具有隨機(jī)性，用水高峰時(shí)水壓不足，低谷時(shí)又造成能量浪費(fèi)。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)公共管網(wǎng)的壓力變化，通過PLC和變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的增減、水泵電機(jī)的運(yùn)行方式及電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，既防止了能量空耗，又避免出現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流對(duì)設(shè)備的影響。工作原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)大功率電動(dòng)機(jī)，可在變頻和工頻兩種方式下運(yùn)行;一臺(tái)低功率的電機(jī)，作為輔助泵電機(jī)

啟動(dòng)方式:為避免啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，電機(jī)采用變頻啟動(dòng)方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動(dòng)前變頻器要復(fù)位。

變頻調(diào)速:根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。如設(shè)備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時(shí)，PLC發(fā)出指令1號(hào)泵自動(dòng)切換到工頻電源運(yùn)行，待1號(hào)泵完全退出變頻運(yùn)行，對(duì)變頻器復(fù)位后，2號(hào)泵投入變頻運(yùn)行。

多泵切換:根據(jù)恒壓的需要，采取無主次切換，即“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。在PLC的程序中，通過設(shè)置變頻泵的工作號(hào)和工頻泵的臺(tái)數(shù)，由給定頻率是否達(dá)到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。為了避免一臺(tái)泵長(zhǎng)期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運(yùn)行超過3小時(shí)。當(dāng)工頻泵臺(tái)數(shù)為零，有一臺(tái)運(yùn)行于變頻狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，當(dāng)達(dá)到3小時(shí)時(shí)，變頻泵的泵號(hào)改變，即切換到另一臺(tái)泵上。當(dāng)有泵運(yùn)行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)并清零。

故障處理:能對(duì)水位下限，變頻器、PLC故障等報(bào)警。PLC故障，系統(tǒng)從自動(dòng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)方式。PLC控制電路

系統(tǒng)采用S7-200PLC作下位機(jī)。S7-200PLC硬件系統(tǒng)包含一定數(shù)量的輸入/輸出(I/O)點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能模塊。輸入點(diǎn)為6個(gè)，其中水位上、下限信號(hào)分別為I0.0、I0.1。輸出點(diǎn)為10個(gè)，O0.0-O1.0對(duì)應(yīng)PLC的輸出端子。對(duì)變頻器的復(fù)位是由輸出點(diǎn)O1.0通過一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)及地址分配可知，系統(tǒng)共有5個(gè)開關(guān)量輸入點(diǎn)，9個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn);1個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和1個(gè)模擬量輸出點(diǎn)?？梢赃x用CPU224PLC(14DI/10DO)，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235(4AI/1AO)。PLC通信程序

S7-200PLC硬件功能完善，指令系統(tǒng)豐富。可為用戶提供多種通訊方式:PPI方式，MPI方式，自由通訊口方式等。應(yīng)用自由通訊口方式，使S7-200PLC可以與任何通信協(xié)議已知，具有串口通訊的智能設(shè)備和控制器(如打印機(jī)、變頻器、上位PC機(jī)等)進(jìn)行通信，也可以用于兩個(gè)CPU之間簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換。該通信方式使可通信的范圍大大增大，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。

采用PLC自由通訊口方案，PLC工作于從站，PC處于主站模式，PLC從站只響應(yīng)來自主站的申請(qǐng)。主站向PLC從站發(fā)送指令格式的報(bào)文，讀指令00為向從站PLC申請(qǐng)產(chǎn)生于PLC的數(shù)據(jù)，讀取水壓，頻率，變頻泵號(hào)，工頻臺(tái)數(shù)，輔助泵狀態(tài)等數(shù)據(jù);寫指令01為向PLC傳送產(chǎn)生于主站的數(shù)據(jù)，包括壓力設(shè)定值和控制器輸出值。在自由口通信模式下，通信協(xié)議完全由用戶程序控制。通過設(shè)定特殊存儲(chǔ)字節(jié)SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允許自由口模式，用戶程序可以通過使用發(fā)送中斷、接收中斷、發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)對(duì)通信口操作。

馬勇 2010-4-27

第1章 緒論

目錄

1.1 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義 1.2 恒壓供水的特點(diǎn)

1.2.1 恒壓供水方式討論 1.2.2 恒壓供水的實(shí)現(xiàn)

1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況

1.3.1 國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 1.3.3 變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

第2章 變頻調(diào)速恒壓供水分析

2.1 變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹

2.2 調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建 2.2.1 調(diào)速原理

2.2.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計(jì)算方法

2.2.3 變頻恒壓供水頻率變化分析

2.3 節(jié)能分析

2.3.1 水泵的基本參數(shù)和特性 2.3.2 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理

第3章 恒壓供水系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概述

3.2 控制系統(tǒng)的組成

3.2.1 供水系統(tǒng)的組成 3.2.2 系統(tǒng)功能說明

3.3 恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理 3.3.1 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 3.3.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成

3.4 變頻器

3.4.1 變頻器輸入輸出接口 3.4.2 變頻器外圍設(shè)備的選擇及保養(yǎng)

3.5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)

第4章 可編程控制器PLC

4.1 的定義

4.2 的發(fā)展階段及發(fā)展方向 4.3 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域

4.3.1 可編程序控制器的特點(diǎn)

4.3.2 可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較 4.3.3 可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域

4.3.4 在現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用中所面臨的問題

4.4 我國(guó)常用 的性能比較研究

4.4.1 的一般結(jié)構(gòu) 4.4.2 基本工作原理

4.5 我國(guó)常用 的性能特點(diǎn)

4.5.1 SIMATIC S7系列

4.5.2 S7-200系列可編程序控制器 4.5.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容 4.5.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 4.5.5 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4.6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.6.1 軟件設(shè)計(jì)概述 4.6.2 軟件設(shè)計(jì)

4.6.3 程序設(shè)計(jì)的常用方法 4.6.4 程序設(shè)計(jì)步驟

第5章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.1 概述

5.2 輸入輸出 分配

5.2.1 輸入口 5.2.2 輸出口 5.2.3 輔助觸點(diǎn)

5.3 控制系統(tǒng)功能介紹

5.4 恒壓供水系統(tǒng)的流程圖 5.5 控制系統(tǒng)的可靠性及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

5.5.1 程序的優(yōu)化設(shè)計(jì) 5.5.2 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

5.5.3 故障檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)

第6章 系統(tǒng)調(diào)試

6.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定

6.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試

參考文獻(xiàn)··········································

附錄··········································

第一章

緒論

水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動(dòng)，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機(jī)泵供水的同時(shí)，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機(jī)泵的效率、確保供水機(jī)泵的可靠穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，降低能 耗，將具有重要經(jīng)濟(jì)意義。

我國(guó)供水機(jī)泵的特點(diǎn)是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國(guó)外先進(jìn)水平相比，有一定的差距。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提 高。衡量供水質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一是供水壓力是否恒定，因?yàn)樗畨汉愣ㄓ谀承┕?業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不 能迅速滅火，會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡.但是用戶用水量是經(jīng)常變動(dòng)的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上: 用水多而供水少，則供水壓力低;用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的 水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。

對(duì)于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運(yùn)行費(fèi)用太高，供水 成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價(jià)比，是困擾企業(yè)的一個(gè)長(zhǎng)期問題。目前各供水廠的供水機(jī)泵設(shè)計(jì)按最大揚(yáng)程與最大流 量這一最不利條件設(shè)計(jì)，水泵大多數(shù)時(shí)間在設(shè)計(jì)效率以下運(yùn)行。導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)與水 泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題(如圖 1.1)。因此，如何解決供水與能耗之間的 不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點(diǎn)問題 之一。

變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動(dòng)控制技 術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行.變頻恒水壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動(dòng)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采 用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的 集中管理與監(jiān)控;同時(shí)可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設(shè)計(jì)基于PLC變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱變頻恒壓供水，如圖1.2)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時(shí)降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.1PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義

我國(guó)長(zhǎng)期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一 直比較落后，工業(yè)自動(dòng)化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于 需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象;而在用水低峰期，水的供給量常常高于 需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時(shí)會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)還有可能 造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電。

機(jī)控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對(duì)電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會(huì)影響設(shè)備壽命;后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動(dòng)現(xiàn)象，啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險(xiǎn)。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1.2恒壓供水的特點(diǎn)

恒壓供水是指用戶段不管用水量大小，總保持管網(wǎng)水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對(duì)水的需求，又不使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)。而變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程特點(diǎn)； 1.2.1 恒壓供水方式討論

泵組的切換開始時(shí)，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時(shí)有效時(shí)硬件優(yōu)先），1＃泵變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速從 開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)，而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（由 內(nèi)部時(shí)間繼電器控制，目的是避免由于干擾而引起誤動(dòng)作）后，1＃泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由 滑停至，2＃泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則依次啟動(dòng)3＃、4＃泵；若開始時(shí)1＃泵備用，則直接啟2＃變頻，轉(zhuǎn)速從０開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)，而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間后，2＃泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由 滑停至，3＃泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則啟動(dòng)4＃泵；若1＃、2＃泵都備用，則直接啟3＃變頻，具體泵的切換過程與上述類同。1.2.2 恒壓供水的實(shí)現(xiàn)

同樣，如水壓在上限值，若３臺(tái)泵（假設(shè)為1＃、2＃和3＃）運(yùn)行時(shí)，3＃泵變頻運(yùn)行降到，此時(shí)水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1＃泵停止，3＃泵變頻器頻率從 迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使2＃泵停止。這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓波動(dòng)做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時(shí)，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式，理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而我們這次的設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，要求直接停工頻泵，同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實(shí)現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)缺水現(xiàn)象，提高供水品質(zhì)。

1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況

1.3.1

國(guó)內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀

變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國(guó)外的恒 壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進(jìn)。國(guó)外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)主 要采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式。這種方式運(yùn)行安全可靠，變壓方式 更靈活。此方式的缺點(diǎn)必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，因而投資成本高。國(guó)外生產(chǎn)的變頻器，特別是供水廠用變頻器，相對(duì)于國(guó)產(chǎn)變頻器而言，價(jià)格明顯偏高，維護(hù)成本也高于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。

1.3.2

變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍

變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)

這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓 站，特點(diǎn)是變頻控制的電機(jī)功率小，一般在135kw以下，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。由于這

一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國(guó)內(nèi)研究和推廣最多的方式.如希望集團(tuán)(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專用變頻器(5.sk認(rèn)嘆22kw)。(2)國(guó)內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)

這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機(jī)功率在135kV沐320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為ZOOV或380V。受中小水廠

規(guī)模和經(jīng)濟(jì)條件限制，目前主要采用國(guó)產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)

這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點(diǎn)是功率大(一般都大于

犯OKW)、機(jī)組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較

高，多數(shù)采用了國(guó)外進(jìn)口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器 在本文中，研究和設(shè)計(jì)的變頻器是以第二種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。

目前國(guó)內(nèi)，除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)恒壓供水變頻系統(tǒng)均聲稱只要改變 容量就可以通用于各種供水范圍，但在實(shí)際運(yùn)用中，不同供水環(huán)境對(duì)變頻器的要 求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實(shí)現(xiàn)通用。以中小水廠供水 環(huán)境來說，由于其包括了自來水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見小區(qū) 和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(hào)(如水質(zhì)信號(hào)停機(jī)管理)也多于小 區(qū)供水系統(tǒng)，所以在部分條件復(fù)雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并 不能完全滿足實(shí)踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認(rèn)識(shí)到這一情況，并針對(duì)實(shí)際情況對(duì) 變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善.1.3.3變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡(jiǎn)單化方向發(fā)展

目前國(guó)內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國(guó)產(chǎn)變頻器主要 采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國(guó)外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的 優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場(chǎng)。但在大功率大容量變頻器上，國(guó) 產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善r仆網(wǎng)

第二章

變頻調(diào)速恒壓供水分析

2.1變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹

變頻恒壓供水所用水泵主要是離心泵，而普通離心泵如圖2.1所示:葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機(jī)直接帶動(dòng)，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8排出管9連接。

在泵啟動(dòng)前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動(dòng)后，葉輪由軸帶動(dòng)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣 并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐 漸擴(kuò)大而減速，又將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場(chǎng)所。液體由葉輪中心流向外緣時(shí)，在葉輪中心形成了一定的真空，由 于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，液體便會(huì)不斷地被吸入和排出。

2.2 調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建

水泵的調(diào)速運(yùn)行構(gòu)建，是指水泵在運(yùn)行中根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的需要，人為的改變運(yùn)行工作狀況點(diǎn)(簡(jiǎn)稱工況點(diǎn))的位置，使流量、揚(yáng)程、軸功率等運(yùn)行參數(shù)適應(yīng)新的工作狀況的需要。水泵的工況點(diǎn)是由水泵的性能曲線和管網(wǎng)的特性曲線的交點(diǎn)確定的。因此，只要這兩條曲線之一的形狀或位置有了改變，工況點(diǎn)的位置也就隨之改變。所以，水泵的調(diào)節(jié)從原理上講是通過改變水泵的性能曲線或管網(wǎng)特性曲線或二者同時(shí)改變來實(shí)現(xiàn)的。

水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度 的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡(jiǎn)便 易行，但往往造成很大的能量損失。大量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查表明，一些在運(yùn)行中需要進(jìn) 行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費(fèi)的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因 此，研究并改進(jìn)它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關(guān)鍵所在[l0]41氣

水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。詳細(xì)劃分如下:

目前常見的調(diào)節(jié)方法有節(jié)流調(diào)節(jié)、動(dòng)葉調(diào)節(jié)、改變泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)、液力 禍合器調(diào)節(jié)、繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串極調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等

2.2.1 調(diào)速原理

水泵的恒速調(diào)節(jié)主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、動(dòng)葉調(diào)節(jié)、改變泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)三種.(1)節(jié)流調(diào)節(jié)

節(jié)流調(diào)節(jié)是在水泵的出口或進(jìn)口管路上裝設(shè)閥門或擋板，通過改變閥門或擋板的開度，使裝置需要揚(yáng)程曲線發(fā)生變化，從而導(dǎo)致水泵工作點(diǎn)位置的變化。

節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、可靠、方便，且調(diào)節(jié)裝置的初投資很少，故以前各種離心泵多采用這種調(diào)節(jié)方式。缺點(diǎn)是能量損失很大，目前正逐漸被其它調(diào)節(jié)方式所取代。

(2)動(dòng)葉調(diào)節(jié)

采用動(dòng)葉調(diào)節(jié)的水泵，在泵的輪毅內(nèi)部安裝動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而使動(dòng)葉調(diào)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大型的泵，可以采用液壓傳動(dòng)調(diào)節(jié).動(dòng)葉調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是:在調(diào)節(jié)過程中其效率變化很小，能在較大范圍保持高效率。缺點(diǎn)是:動(dòng)葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，控制自動(dòng)化程度低;成本高，通常適用大容量水泵，對(duì)中小供水廠的水泵通常不適用。

(3)改變機(jī)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)

改變機(jī)泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)是根據(jù)不同的流量要求，采用不同數(shù)量和型號(hào)的機(jī)泵進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行，來滿足供水量要求.優(yōu)點(diǎn)是:它不改變電機(jī)和水泵的電氣及機(jī)械結(jié)構(gòu)，在水泵臺(tái)數(shù)眾多、搭配合理的情況下，可以達(dá)到較好的調(diào)節(jié)效果。缺點(diǎn)是:不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)、需要大量的機(jī)泵進(jìn)行合理搭配、隨著供水量的變化要不斷啟停電機(jī);電能損失較大。因此，目前此種方法雖大量使用，但正逐步被新的流量調(diào)節(jié)方式取代。

從恒速調(diào)節(jié)的分析可以看出，由于恒速調(diào)節(jié)要不結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要不能量損失很大，因此，正逐步被變速調(diào)節(jié)所取代.這里所指的速度是水泵的轉(zhuǎn)速.水泵的變速調(diào)節(jié)可分為變速傳動(dòng)裝置調(diào)節(jié)和變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

(1)變速傳動(dòng)裝置

定速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的水泵可以通過傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié)。變速傳動(dòng)裝置按其工作特性可分為兩類。一類是有級(jí)變速裝置，如齒輪變速等;另一類是無級(jí)變速裝置，主要有液力禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器等。液力禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器及電磁轉(zhuǎn)差離合器在傳動(dòng)變速時(shí)具有一個(gè)共同的特點(diǎn):傳動(dòng)裝置產(chǎn)生的傳動(dòng)損失在其所傳遞功率中所占的比例與水泵的轉(zhuǎn)速變化的大小成正比，轉(zhuǎn)速變化越大，傳動(dòng)損失所占的比例也越大，因此，這類變速調(diào)節(jié)方式也被稱為低效變速調(diào)節(jié)方式。

1)液力禍合器

水泵通過液力禍合器實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié)，從液力藕合器的特性來看，其調(diào)節(jié)效率等于轉(zhuǎn)速比，故當(dāng)調(diào)節(jié)量越大，其轉(zhuǎn)速比越低，傳動(dòng)效率也越低。

調(diào)速型液力禍合器用于葉片式水泵的變速調(diào)節(jié)時(shí)，主要具有以下優(yōu)點(diǎn):可以輸出連續(xù)的、無級(jí)的、變化的轉(zhuǎn)速;可以平穩(wěn)的啟動(dòng)、加速;電動(dòng)機(jī)能空載或輕載啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，節(jié)約電能;液力禍合器是無級(jí)調(diào)速，故便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，適用于各伺服系統(tǒng)控制:與閥門節(jié)流調(diào)節(jié)相比較，節(jié)能效果顯著。

液力禍合器的缺點(diǎn):在電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合，要求同樣的轉(zhuǎn)矩而采用較小的轉(zhuǎn)速時(shí)，液力禍合器的工作腔直徑將加大，這不但增加了造價(jià)，而且還會(huì)使禍合器調(diào)速的延遲時(shí)間增加;大功率的液力禍合器設(shè)備復(fù)雜;在運(yùn)轉(zhuǎn)中隨著負(fù)載的變化，轉(zhuǎn)速比也相應(yīng)變化，因此不可能有精確的轉(zhuǎn)速比:液力禍合器一旦產(chǎn)生故障，水泵也不能繼續(xù)工作。

2)電磁轉(zhuǎn)差離合器

電磁轉(zhuǎn)差離合器又稱電磁離合器、渦流聯(lián)軸器等。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是:可靠性高，只要把絕緣處理好，就能長(zhǎng)期無檢修運(yùn)行;控制裝置的容量小;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，價(jià)格便宜。

電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是:存在轉(zhuǎn)差損失，尤其是對(duì)凡較低的電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較低;調(diào)速時(shí)響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng):噪聲較大。

(2)變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

由電機(jī)學(xué)得知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n，與電源頻率fl、極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系式為: 由式2.4可以看出，要實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，可以通過改變磁極對(duì)數(shù)p和改變電源頻率fl實(shí)現(xiàn)，下面就兩種變速調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較1161一即氣1)異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速

變極調(diào)速原理:異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，通常其轉(zhuǎn)差率5很小，則由式2.4知，在電源頻率fl不變的情況下，改變電動(dòng)機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)，就可改變同步轉(zhuǎn)速n: 從而改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速no 變極調(diào)速的主要優(yōu)點(diǎn)是:調(diào)速效率高，僅是因在設(shè)計(jì)變極電動(dòng)機(jī)時(shí)要兼顧不同轉(zhuǎn)速時(shí)的性能指標(biāo)，與普通的全速電動(dòng)機(jī)相比較，其效率和功率因數(shù)要稍低一些:調(diào)速控制設(shè)備簡(jiǎn)單，僅用轉(zhuǎn)換開關(guān)或接觸器;初投資低，特別是中小型變極電動(dòng)機(jī)價(jià)錢和定速電動(dòng)機(jī)相差不是很大:維護(hù)方便，除軸承外，不需要特別的維修，可靠性較高，在相當(dāng)惡劣的環(huán)境下可使用。

變極調(diào)速的主要缺點(diǎn)是:有級(jí)調(diào)速，不能進(jìn)行連續(xù)調(diào)速。此外，變極電動(dòng)機(jī)在變速時(shí)電力必須瞬間中斷，不能進(jìn)行熱態(tài)變換，因此在變速時(shí)電動(dòng)機(jī)有電流沖擊現(xiàn)象發(fā)生.高壓電動(dòng)機(jī)若需進(jìn)行頻繁地切換變速時(shí)，則其切換裝置的安全可靠性尚需進(jìn)一步完善提高。因此，變極調(diào)速目前應(yīng)用較少。

2)異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

由式2.4可知，極對(duì)數(shù)p一定的異步電動(dòng)機(jī)，在轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，轉(zhuǎn)速基本上與電源頻率成正比。因此，只要能設(shè)法改變fl.即可改變n?；谶@個(gè)原理，變頻調(diào)速就是用晶閘管等變流元件組成的變頻器作為變頻電源，通過改變電源頻率的辦法，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。圖2.2為變頻調(diào)速系統(tǒng)的示意圖。

在對(duì)變速傳動(dòng)裝置和變電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較時(shí)，我們以兩者的代表，也是目前運(yùn)用最廣的兩種變速方式:液力禍合器調(diào)速和變頻器調(diào)速進(jìn)行對(duì)比，如表21，從中可以看出，采用變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，具有較大的優(yōu)勢(shì)。

2.2.3調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計(jì)算方法 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對(duì)象是流量。因此，要討論節(jié)能問題，必須從 考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對(duì)水壓流量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實(shí)現(xiàn)壓力或流量的自動(dòng)控制，同時(shí)可獲得大量節(jié)能。閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設(shè)施及閥門調(diào)節(jié)。(l)閥門控制法:即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變(通常為額定轉(zhuǎn)速)。閥門控制法的實(shí)質(zhì)是:水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。這時(shí)，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚(yáng)程特性不變。

如圖24所示，設(shè)用戶所需流量為Ox為額定流量的印喊即Ox=60%QN)，當(dāng)通過關(guān)小閥門來實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚(yáng)程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至E點(diǎn)，這時(shí): 流量減小為Q以=Ox);揚(yáng)程增加為H。;由式(26)知，供水功率Pa與面積。DEJ成正比，其中Cp為比例常數(shù)，Q為流量。

恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的。據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對(duì)值

(1)水泵工作效率的近似計(jì)算公式 丫的近似計(jì)算公式如(2.17): 流量和轉(zhuǎn)速的相對(duì)值:

(2)不同控制方式時(shí)的工作效率 由式(2.1刀可知，當(dāng)通過關(guān)小閥門來減小流量時(shí)，由于轉(zhuǎn)速不變，n’=1，比值，可見，隨著流量的減小，水泵工作的效率降低十分明顯。

在轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)，由于在閥門開度不變的情況下，流量Q*和轉(zhuǎn)速n’是成正比的，比值Q’/n’不變。就是說，采用轉(zhuǎn)速控制方式時(shí)，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。

所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門控制方式相比，水泵的工作效率要大得多.這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的方面之一121沖3].從電動(dòng)機(jī)的效率看節(jié)能

在設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)時(shí)，由于:(1)對(duì)用戶的管路情況無法預(yù)測(cè):(2)管阻特性難 以精確計(jì)算:(3)必須對(duì)用戶的需求留有足夠的余地。因此，在決定額定揚(yáng)程和額定流量時(shí)，通常裕量較大。

所以，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，即使在用水流量的高峰期，電動(dòng)機(jī)也常常處于輕載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。采用了轉(zhuǎn)速控制方式后，可將排水閥完全打開而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，變頻器具有能夠根據(jù)負(fù)載輕重調(diào)整輸入電壓的功能，從而提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的另外一個(gè)方面1川4311.圖 2.5“兩種常見調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和常見變頻器的效率一轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低(例如: 額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率0.95，75%轉(zhuǎn)速時(shí)效率約0.72，20%轉(zhuǎn)速時(shí)效率約019)，而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時(shí)效率仍然較高(例如:額定轉(zhuǎn)速時(shí)效率住97，了5%以上轉(zhuǎn)速時(shí)效率大于0.95，20%以上轉(zhuǎn)速時(shí)效率大于0.9)。

從曲線數(shù)據(jù)看，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時(shí)，液力偶合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特性比液力禍合器要好。當(dāng)然，有一點(diǎn)我們應(yīng)該看到，就是用于水泵(風(fēng)機(jī))類負(fù)載時(shí)，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動(dòng)機(jī)綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節(jié)能作用。

2.2.3 變頻恒壓供水頻率變化分析

由于變頻恒壓供水基本上都采用了變頻啟動(dòng)，啟動(dòng)頻率低，啟動(dòng)電流小，因 此，除了對(duì)供水機(jī)泵和供水管網(wǎng)有保護(hù)作用，對(duì)供水電機(jī)和電網(wǎng)也有良好的保護(hù)作用。供水系統(tǒng)電機(jī)直接啟動(dòng)與變頻啟動(dòng)的對(duì)比表如表2.2所示。

2.3 節(jié)能分析

恒壓供水系統(tǒng)的基本特性。根據(jù)揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線可以看 出用水流量和供水流量處于平衡狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速是由于水泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式節(jié)能效果顯著.最后從理論上分析了采取變頻恒壓供水方式對(duì)供水安全積極作用:可以消除水錘效應(yīng)，減少電機(jī)電網(wǎng)沖擊，延長(zhǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命。

2.3.1 水泵的基本參數(shù)和特性

在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，供水壓力是通過對(duì)變頻器輸出頻率的控制來實(shí)現(xiàn)的。

確定供水壓力和輸出頻率的關(guān)系是設(shè)計(jì)控制環(huán)節(jié)控制策略的基礎(chǔ)，是確定控制算法的依據(jù)。送水泵站所采用的水泵是離心泵，它是通過裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)來完成對(duì)水流的輸送，也就是通過葉輪高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水流高速旋轉(zhuǎn)，靠水流產(chǎn)生的離心力將水流甩出去。離心泵也因此而得名。在給水排水工程中，從使用水泵的角度來看，水泵的工作必然要和管路系統(tǒng)以及許多外界條件聯(lián)系在一起.在給水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系統(tǒng)稱為 “裝置”，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，真正對(duì)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)有價(jià)值的也是這種成為系統(tǒng)的裝置，而不是單單的孤立水泵。在水泵結(jié)構(gòu)和理論中，有一些評(píng)價(jià)水泵性能的參數(shù)，供水系統(tǒng)的主要參數(shù)如下:流量(Q):單位時(shí)間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水流量，在管道截面不變的情況下，其大小決定于水流的速度。常用單位是時(shí)/m訪。

供水系統(tǒng)把水從一個(gè)位置上揚(yáng)到另一位置時(shí)水位的變化量，數(shù)值上等于對(duì)應(yīng)的水位差。其常用單位是m。軸功率(幾):水泵軸上的輸入功率(電動(dòng)機(jī)的輸出功率)，或者說是水泵取用的功率。

供水功率(幾):供水系統(tǒng)向用戶供水時(shí)所消耗的功率幾你叨，供水功率與流量和揚(yáng)程的乘積成正比:

式中Cp一 比例常數(shù)。

工作效率為，):水泵的供水功率Pc和軸功率界之比，如式2.6所示。這里所說的水泵工作效率，實(shí)際上包含了水泵本身的效率和供水系統(tǒng)的效率。其根據(jù)實(shí)際供水的揚(yáng)程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。

其中有效功率是指單位時(shí)間內(nèi)通過水泵的液體從水泵那里得到的能量叫做有效功率。轉(zhuǎn)速(n卜水泵葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

根據(jù)水泵理論，如圖2.3所示.2.3.2 水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能原理

由于水泵在送水過程中，清水池水位一般高于水泵的測(cè)量點(diǎn)，所以不存在進(jìn)水口抽真空，所以在進(jìn)水口的真空值為0.水泵進(jìn)水口與出水口都沿水平方向放置，位置差為0。水泵在正常工作時(shí)，動(dòng)能的變化相對(duì)較小?？紤]這些具體情況，上式可以改寫為:

由于水泵是由一臺(tái)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)運(yùn)行的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與水泵的轉(zhuǎn)速相同。電機(jī)的輸出有效功率與水泵的軸功率相等。在電機(jī)理論中，感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械

功率為:

在變頻調(diào)速時(shí)，由于磁通中m不變，從電機(jī)公式(212)可以看出，要使主磁 通中m保持不變，則UI/fl必須保持不變。

因此在變頻調(diào)速過程中.電壓應(yīng)該與頻率成正比例變化，設(shè) 代入式(2.n)得

根據(jù)能量守恒定律，有

水泵裝置在變頻調(diào)速的工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，有: 其中杯為電機(jī)的效率。所以，從上式可以看出，當(dāng)變頻器的輸出頻率一定的情況下，當(dāng)用戶用水量增大，從而Q增大時(shí)，壓力表的讀數(shù)將會(huì)變小，即管網(wǎng)供水壓力將會(huì)降低。為了保持供水壓力，就必須增大變頻器的輸出頻率以提高水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速;當(dāng)用戶的用水量減小時(shí)，Q減小，在變頻器輸出頻率不變的情況下，管網(wǎng)的供水壓力將會(huì)增大，為了減小供水的壓力，就必須降低變頻器的輸出頻率.由于用戶的用水量是始終在變化的，雖然在時(shí)段上具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，但對(duì)精度要求很高的恒壓控制來講，在每個(gè)時(shí)刻它都是一個(gè)隨機(jī)變化的值。這就要求變頻器的輸出頻率也要在一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化之中，依靠對(duì)頻率的調(diào)節(jié)來動(dòng)態(tài)地控制管網(wǎng)的供水壓力，從而使管網(wǎng)中的壓力恒定。

第3章

恒壓供水系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概述

從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利 用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場(chǎng)所，有以下幾種方案可供選擇。

(1)有供水基板的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器

這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它將Pm調(diào)節(jié)器和P比 可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC 和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場(chǎng)合。

(2)通用變頻器十單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機(jī)界面+壓力傳感器;這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價(jià)格比，但開發(fā)周期長(zhǎng)，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差，同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。

(3)通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制卜人機(jī)界面+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;通用性強(qiáng)，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定P比 的硬件配置和拍 的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。同時(shí)由于P比 的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。3.2 控制系統(tǒng)的組成

供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(P比 系統(tǒng))、變頻 器和電控設(shè)備三個(gè)部分:(1)供水控制器:它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接 對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù) 信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和 接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵成行控制.(2)變頻器:它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元.變頻器跟蹤供水控制器送來 的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中 水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有如下兩種工作方式: 1)變頻循環(huán)式:變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz 時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該 水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)。

2)變頻固定式:變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行50Hz 時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇。

3.2.1 供水系統(tǒng)的組成

供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(P比 系統(tǒng))、變頻 器和電控設(shè)備三個(gè)部分組成。

3.3 恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理

恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺(tái)變頻器控制1臺(tái)水泵的簡(jiǎn)單控 制方案，也有1臺(tái)變頻器控制幾臺(tái)水泵的方案，下面將分別加以敘述.(l)單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵

單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵的控制方案在國(guó)內(nèi)通常是指是一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)水泵。由于全部變頻系統(tǒng)中，變頻器、控制器、電機(jī)均無備份設(shè)備，出現(xiàn)問題無法切換，故目前多適用于用水量不大，對(duì)供水的可靠性要求不高的場(chǎng)合。該控制方案的控制原理框圖見圖3.2，電路見圖3.3。

值得一提的是，在國(guó)外或國(guó)內(nèi)少數(shù)大企業(yè)，也有一種每臺(tái)變頻器只帶一 臺(tái)水泵的運(yùn)行方式，但它的控制方式與上面是不同的，這些泵站往往是同時(shí)配備了多臺(tái)變頻器配多臺(tái)水泵，采用集中控制的辦法，這種變頻系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)水泵站常用的一臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵的工作方式是完全不一樣的。在這種系統(tǒng)中，由于有多臺(tái)變頻器，各水泵既可以同時(shí)變頻運(yùn)行，也可以分別工頻運(yùn)行，使其可靠性、安全性、可調(diào)節(jié)性大大優(yōu)于國(guó)內(nèi)常見的各種控制方式，不過在成本上，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國(guó)內(nèi)的常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)。(2)單臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵

利用單臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較先進(jìn)的一種方案。下面以單臺(tái)變頻器控制2臺(tái)水泵的方案來說明。該控制方案的控制原理見圖3.4。

3.2.2 系統(tǒng)功能說明

控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺(tái)水泵按1一2一3一4一1的順序運(yùn)行，以保證正常供水。開始工作時(shí)，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號(hào)泵在變頻器控制下運(yùn)行，2號(hào)泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當(dāng)用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有1臺(tái)水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，1號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)

3.3.1 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺(tái)水泵按1一2一3一4一1的順序運(yùn)行，以保證正常供水。開始工作時(shí)，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號(hào)泵在變頻器控制下運(yùn)行，2號(hào)泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當(dāng)用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有1臺(tái)水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，1號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)。2號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2.當(dāng)系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時(shí)，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻

率時(shí)，表示只有 1臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)，可將 1號(hào)泵電機(jī)停運(yùn)，2號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器電源供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。

當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號(hào)泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時(shí)，表示只有1臺(tái)水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，2號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)1號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4.當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有1臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，2號(hào)泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動(dòng)1號(hào)泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。

當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時(shí)，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時(shí)，表示只有1臺(tái)水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時(shí)，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號(hào)泵電機(jī)停運(yùn)，1號(hào)泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時(shí)，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往復(fù)的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要。(3)單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵以及其他水泵

單臺(tái)變頻器控制單臺(tái)水泵以及其他水泵啟停的控制方案與控制方案2有許多相同之處，只是方案2中，變頻器可在水泵電機(jī)間輪換工作，而控制方案3則不同，變頻器只控制某1臺(tái)泵，不能去控制其它泵，其它泵工作在普通電源的控制下.下面以2臺(tái)泵中的1臺(tái)由變頻器供電，另外1臺(tái)由普通交流電源供電的恒壓供水系統(tǒng)來加以說明。

2臺(tái)水泵中，1臺(tái)是由變頻器供電的變速泵，另外 1臺(tái)為普通交流電壓供電的定速泵。當(dāng)系統(tǒng)用水量較小時(shí)，可以只用變頻器供電的變速泵，當(dāng)變頻器供電的頻率達(dá)到最大時(shí)，表明1臺(tái)水泵己不能滿足系統(tǒng)用水要求，此時(shí)需要啟動(dòng)1臺(tái)定速泵，由1臺(tái)變速泵與1臺(tái)定速泵同時(shí)工作。當(dāng)系統(tǒng)用水量減小到使變頻器的輸出頻率低于某一設(shè)定值時(shí)，此時(shí)控制系統(tǒng)就將定速泵停運(yùn)，只應(yīng)用變速泵工作。當(dāng)變頻器供電的頻率再次達(dá)到最大時(shí)，又表明1臺(tái)水泵已不能滿足系統(tǒng)用水要求。

此時(shí)又需要啟動(dòng)1臺(tái)定速泵，由1臺(tái)變速泵與1臺(tái)定速泵同時(shí)工作，循環(huán)往復(fù)。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便.但在整個(gè)供水過程中由變頻器供電的變速水泵總在工作，該水泵一旦出現(xiàn)故障將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的供水。

采用變頻恒壓供水，如果變頻器出現(xiàn)故障，應(yīng)及時(shí)報(bào)替，并使整個(gè)供水過程中由變頻器供電的水泵改又普通交流電壓供電，使水泵全速運(yùn)行。為了應(yīng)付這種事情的發(fā)生，在選用水泵時(shí)就應(yīng)考慮到用水系統(tǒng)管網(wǎng)的承受壓力，選用流量揚(yáng)程曲線平緩型的水泵，使管網(wǎng)能夠承受水泵全速運(yùn)行時(shí)的全揚(yáng)程水壓.當(dāng)由多臺(tái)水泵組成恒壓供水系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于控制系統(tǒng)也有一定的要求，應(yīng)選用功能強(qiáng)大的控制器如Pm調(diào)節(jié)器及用可編程序控制器進(jìn)行控制。按照先啟動(dòng)先停止，后啟動(dòng)后停止的原則運(yùn)行，使水泵能循環(huán)運(yùn)行，通過可編程序控制器的編程，使各臺(tái)水泵的運(yùn)行概率相同，避免出現(xiàn)某臺(tái)水泵經(jīng)常工作，而其他水泵經(jīng)常停歇，甚至受潮和生銹的情況I32H3slo

3.3.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成

從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

(2)通用變頻器十單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機(jī)界面+壓力傳感器;通過變頻恒壓供水系統(tǒng)我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)信 號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、通訊接口以及報(bào)警裝置等部分組成。如圖3.1.3.1供水泵系統(tǒng)組成

3.4 變頻器

變頻器是一種改變交流頻率的儀器。變頻器的電控設(shè)備它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成.用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換及就地集中等工作。3.4.1 變頻器輸入輸出接口

(1)有供水基板的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器(2)通用變頻器十單片機(jī)(3)通用變頻器+PLC 3.4.2 變頻器外圍設(shè)備的選擇及保養(yǎng)

在停機(jī)過程中，同樣可以通過對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來延長(zhǎng)停機(jī)過程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn) 矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。

此外，由于水泵平均轉(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因是(1)葉片承受的應(yīng)力大為減小。(2)軸承的磨損也大為減小。

(3)克服電動(dòng)機(jī)的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。

3.5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)

這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它將Pm調(diào)節(jié)器和P比 可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC 和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場(chǎng)合。

(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機(jī)界面+壓力傳感器;這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價(jià)格比，但開發(fā)周期長(zhǎng)，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差，同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。

具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;通用性強(qiáng)，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定P比 的硬件配置和拍 的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。同時(shí)由于P比 的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。

第四章

可編程控制器PLC

4.1 的定義

可編程控制器PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它可以采用可以編程的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并能通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于拓展其 功能的原則而設(shè)計(jì)。

4.2 的發(fā)展階段及發(fā)展方向

全世界幾乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一個(gè)品牌就要使用對(duì)應(yīng)的編程器。有多少種品牌的PLC，就要有多少種編程器。（國(guó)內(nèi)現(xiàn)在出了一些國(guó)產(chǎn)PLC，是仿制國(guó)外一些品牌PLC的，這些是可以使用被仿制品牌的編程器的。）

手提編程器價(jià)格昂貴，而且編程使用指令操作（不能用梯形圖），可讀性不高，非常不方便。

所以，做工程的人大多會(huì)使用電腦來對(duì)PLC編程。需要說明的是，使用電腦編程還需要有配套的程序下載連線。也是每個(gè)品牌都有專門線的（互不通用）。但是這種連線比起手持編程器來說，不知道便宜多少。

任何一款手提電腦都可以用來做PLC編程，前提是 1 支持串行通訊安裝相應(yīng)品牌PLC的編程軟件。

4.3 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域

最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。

4.3.1

可編程序控制器的特點(diǎn) PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。

4.3.2

可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較

維修方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；維修方便，最好是插件式；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；在成本上可與繼電器控制競(jìng)賽；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V/2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲(chǔ)容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。

4.3.3

可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域

PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)。例如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

4.3.4

在現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用中所面臨的問題

全世界幾乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一個(gè)品牌就要使用對(duì)應(yīng)的編程器。有多少種品牌的PLC，就要有多少種編程器。（國(guó)內(nèi)現(xiàn)在出了一些國(guó)產(chǎn)PLC，是仿制國(guó)外一些品牌PLC的，這些是可以使用被仿制品牌的編程器的。）

手提編程器價(jià)格昂貴，而且編程使用指令操作（不能用梯形圖），可讀性不高，非常不方便。

所以，做工程的人大多會(huì)使用電腦來對(duì)PLC編程。需要說明的是，使用電腦編程還需要有配套的程序下載連線。也是每個(gè)品牌都有專門線的（互不通用）。但是這種連線比起手持編程器來說，不知道便宜多少。

4.4

我國(guó)常用的性能比較研究

目前我國(guó)主要使用和研究用松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士等。各個(gè)應(yīng)用PLC的廠家都會(huì)保護(hù)自己的程序不被別人抄寫，和設(shè)備廠家為了能控制使用和回收貨款.在程序內(nèi)設(shè)定一些參數(shù)進(jìn)行控制。各廠家都有各自的加密方式：三菱PLC的解密最簡(jiǎn)單，其中以西門子S7-200CN的加密最復(fù)雜，只有拆機(jī)從芯片破解。

4.4.1 的一般結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。

CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。

在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。

I/O模塊

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

常用的I/O分類如下：

開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。

電源模塊

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

底板或機(jī)架

大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。

PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備

編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。

人機(jī)界面：最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。

PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點(diǎn)說法。

PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

4.4.2

基本工作原理

最簡(jiǎn)單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。它采用可以編制的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

4.5

我國(guó)常用的性能特點(diǎn)

具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。

4.5.1

SIMATIC S7系列

SIMATIC S7系列主要有S7—200、S7—300、S7--400、m7等。

4.5.2

S7-300系列可編程序控制器

S7--300周而復(fù)始地執(zhí)行應(yīng)用程序，控制一個(gè)任務(wù)或過程。利用STEP 7--Micro/WIN可以創(chuàng)建一個(gè)用戶程序并將它下載到S7--300中。STEP 7--Micro/WIN軟件中提供了多種工具和特性用于完成和調(diào)試應(yīng)用程序。

4.5.3

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

? EN/ENO的定義 EN（使能輸入）是LAD和FBD中盒的布爾輸入。要使盒指令執(zhí)行，必須使能流到達(dá)這個(gè)輸入。在STL中，指令沒有EN輸入，但是要想使STL指令執(zhí)行，堆棧頂部的邏輯值必須是“1”。

ENO（使能輸出）是LAD和FBD中盒的布爾輸出。如果盒的EN輸入有能流并且指令正確執(zhí)行，則ENO輸出會(huì)將能流傳遞給下一元素。如果指令的執(zhí)行出錯(cuò)，則能流在出錯(cuò)的盒指令處被中斷。

在STL中沒有使能輸出，但是STL指令象相關(guān)的有ENO輸出的LAD和FBD指令一樣，置位一個(gè)特殊的ENO位。這個(gè)位可以用AND ENO（AENO）指令訪問，并且可以產(chǎn)生與盒的ENO位相同的作用。

4.5.4

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

1．熟悉被控對(duì)象，制定控制方案 分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì) PLC控制系統(tǒng)的控制要求。

2．確定I／O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定PLC的I／O點(diǎn)數(shù)。

3．選擇PLC 選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、I／O模塊、電源的選擇。

4．分配PLC的I／O地址

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入／輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部I／O接線圖和編制程序。

5．設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。

6．聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。開始時(shí)，先不帶上輸出設(shè)備（接觸器線圈、信號(hào)指示燈等負(fù)載）進(jìn)行調(diào)試。利用編程器的監(jiān)控功能，采分段調(diào)試的方法進(jìn)行。各部分都調(diào)試正常后，再帶上實(shí)際負(fù)載運(yùn)行。如不符合要求，則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部分程序即可，全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，如果工作正常、程序不需要修改則應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。

7．整理技術(shù)文件 包括設(shè)計(jì)說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細(xì)表及使用說明書等。4.5.5

控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由6臺(tái)水泵、17個(gè)遠(yuǎn)程I／O分站、1個(gè)控制柜(包括變頻器、PLC、4個(gè)16點(diǎn)DI模塊、2個(gè)16點(diǎn)DO模塊、3個(gè)8點(diǎn)AI模塊、1個(gè)8點(diǎn)AO模塊和1個(gè)以太網(wǎng)模塊等)、1套壓力傳感器、各種保護(hù)裝置以及供電主回路等構(gòu)成。其中，PI。C模塊和變頻器模塊是系統(tǒng)的控制核心。

4.6

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)功能要求, PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案主要采用順序控制繼電器指令,軟件設(shè)計(jì)主要包括加速、恒速、減速三段梯形圖。其中主程序流程圖如圖6所示,加速部分流程圖如圖7所示;恒速部分采用P ID算法,減速部分與加速部分類似。

4.6.1 軟件設(shè)計(jì)概述

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用環(huán)型拓?fù)湫褪?，總體結(jié)構(gòu)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，分別為調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)、1 000 M工業(yè)以太網(wǎng)及接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)由主干千兆光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、調(diào)度指揮控制中心骨干路由網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)以及連接用光纖、光配等組成。

4.6.2

軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)和下位機(jī)PI。C控制軟件設(shè)計(jì)。上位機(jī)與下位機(jī)之間通過以太網(wǎng)方式通信，共同完成整個(gè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)流程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理功能。上位機(jī)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理功能，利用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，通過具體運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取及顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與打印、故障報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)和控制。由于供水系統(tǒng)是一個(gè)慣性較大的系統(tǒng)，不需要過高的響應(yīng)速度，因而在PI。C程序的設(shè)計(jì)思想上查詢方式為主，中斷方式為輔。其具體程序流程如圖3所示。核心技術(shù)

該恒壓系統(tǒng)采用PID控制，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。其流程如下所述：當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，首先接通變頻器，然后通過接觸器把水泵電機(jī)接入變頻輸出電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)；同時(shí)，安裝在供水管網(wǎng)出水I：1的壓力傳感器將水壓轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電信號(hào)，PLC根據(jù)給定值與測(cè)量值的偏差大小，按照

PID控制器的控制策略選擇原則，在壓力允許范圍內(nèi)，由變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。在超出壓力允許的范圍內(nèi)，通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，再結(jié)合變頻達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。

當(dāng)用戶用水量增加時(shí)，使得水管壓力下降，此時(shí)PLC輸出相應(yīng)控制信號(hào)，使變頻器帶動(dòng)水泵電機(jī)升速，直至變頻器輸出至工頻，把更多的水送往出水管網(wǎng)。電機(jī)由變頻到工頻的轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)盡可能短。而電機(jī)脫離變頻后，在水壓的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降很快，轉(zhuǎn)換時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)啟動(dòng)電流增加。因此，應(yīng)在電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)中，考慮變頻與工頻接觸器的互鎖。通常，PID連續(xù)控制算法表達(dá)式為

具體到本例中，K。一0．18，K．=o．08，Kd=1，壓強(qiáng)設(shè)定值為0．32 MPa，則其控制效果曲線如圖5所示。

此外，根據(jù)日用水量變化情況，用水高峰集中在早、中、晚3個(gè)時(shí)段，而在深夜用水量處于低谷。因此，如果改變不同時(shí)段的壓力給定值，就能更進(jìn)一步地起到節(jié)能的作用。

4.6.3

程序設(shè)計(jì)的常用方法

主干網(wǎng)絡(luò)的布置以調(diào)度室和水廠的交換機(jī)為核心，其它子系統(tǒng)交換機(jī)為系統(tǒng)以后的改造、信號(hào)的上傳預(yù)留接口，所有交換機(jī)形成環(huán)網(wǎng)，并通過光纖彼此相連，從而使得各個(gè)子系統(tǒng)的信號(hào)可以匯總傳送到調(diào)度室交換機(jī)上，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

4.6.4 程序設(shè)計(jì)步驟

初始化程序: LD SM0.0 // 開機(jī)始終為ON MOVB

16#9,SMB30

file://自由口通信，選擇9600波特，8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn) MOVB

16#2, VB0 file://預(yù)設(shè)PLC地址 MOVD

&VB1000, VD20

file://設(shè)置接收緩沖區(qū)，將其首地址傳給指針VD20 MOVD

&VB1200, VD30

file://設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)，將首地址傳給VD30 MOVD

VD20, VD24 file://指針值保存 MOVD

VD30, VD34 MOVB

8, SMB34

file://設(shè)置8ms的定時(shí)器0時(shí)基中斷

ATCH

0,8

file://接收字符連接到中斷0，連接靜止線定時(shí)器和接收器 ATCH

1,10 file://定時(shí)中斷0，連接到中斷1 ENI

file://開中斷

為了保證通訊接收的可靠性，程序采用前導(dǎo)符，PLC地址，靜止線接收，結(jié)束字符。首字符的確認(rèn)可通過設(shè)置前導(dǎo)符來完成，并且通過比較還可以剔除部分干擾字符。首字符確認(rèn): Network 1

file://判斷前導(dǎo)符 LD

SM0.0 AB<>

SMB2, 16#40

file://不是前導(dǎo)符則跳出中斷 RETI Network 2

file://終止定時(shí)中斷 LD

SM0.0 DTCH

file://斷開時(shí)基中斷 Network 3

file://是前導(dǎo)符則連接中斷3 LD

SM0.0 AB=

SMB2, 16#40 ATCH

3, 8 靜止線是通訊過程中的一個(gè)檢測(cè)用時(shí)間，即設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸過程中無任何數(shù)據(jù)的任意2點(diǎn)的間隔時(shí)間。靜止線的設(shè)計(jì)和處理包括長(zhǎng)度的確定及定時(shí)器和接收器的設(shè)計(jì)。INT_

// 靜止線定時(shí)器 LD

SM0.0 ATCH 1, 10

file://靜止線定時(shí)器采用8ms的時(shí)基中斷。INT_1

// 靜止線接收器 LD

SM0.0 ATCH 2, 8 file://開始接收字符 尾字符的確認(rèn)和校驗(yàn)處理: Network 1 // 接收及計(jì)算校驗(yàn)碼 LDN M0.0 LDB<>

SMB2, 16#2A

// 判斷是否為第一個(gè)結(jié)束符 MOVB

SMB2，*VD24

file://不是則保存數(shù)據(jù)并計(jì)算異或值 XORW

SMW1, AC0 INCD

VD24 INCD

VB40 Network 2

file://如果是第一個(gè)結(jié)束符，則對(duì)M0.0置位，并跳出中斷，file://接收下一個(gè)字符，看是否為第二個(gè)結(jié)束符 LDN

M0.0 AB＝

SMB2,16#2A S M0.0, 1 MOVB

SMB2, AC1 RETI Network3 LD M0.0 AB<> SMB2, 16#0A

file://判斷第二個(gè)結(jié)束符，如不是則繼續(xù)執(zhí)行

AB<> SMB2,16#2A

file://判斷又是第一個(gè)結(jié)束符？不是則執(zhí)行保存數(shù)據(jù)，file://異或運(yùn)算，并對(duì)M0.0復(fù)位。XORW

AC1, AC0 MOVB

VB300, *VD24 INCD

VD24 MOVB

SMB2, *VD24 XORW

SMW1, AC0 INCD

VD24 INCD

VB40 INCD

VB40 R M0.0, 1 RETI Network 4

file://如果又是第一個(gè)結(jié)束符，則上一個(gè)是有用的數(shù)據(jù)，需要保存 LD M0.0 AB= SMB2, 16#2A XORW AC1, AC0 MOVB VB1300, *VD24 INCD VD24 MOVB SMB2, AC1 RETI Network 5

file://如前一個(gè)為2A，現(xiàn)在接收到0A，則接收完畢，啟動(dòng)延時(shí)中斷 LD

M0.0 AB= SMB2, 16#0A DTCH

file://斷開接收狀態(tài)，準(zhǔn)備組織發(fā)送 MOVB

20, SMB34 ATCH

5, 10

第5章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.1 概述

與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，控制柔性，維修方便性，隨著PLC的普及和推廣，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。特別是在許多新建項(xiàng)目和設(shè)備的技術(shù)改造中，常常采用PLC作為控制裝置。

5.2 輸入輸出分配

PLC輸入端子板是將機(jī)床外部開關(guān)的端子連接轉(zhuǎn)換成I/O模塊所需的針形插座連接，從而使外部控制信號(hào)輸入至PLC中。同樣，PLC輸出端子板是將PLC的輸出信號(hào)經(jīng)針形插座轉(zhuǎn)換外部執(zhí)行原件的端子連接。

5.2.1 輸入口

其輸入口I模塊組的的輸入元件組成是由;控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)、玩控開關(guān)組成。輸入又分為如圖5-15；

5.2.2 輸出口

其輸入口O模塊組的的輸入元件組成是由；接觸器、繼電器、來組成的。而輸出方式又分為如圖；

5.2.3 輔助觸點(diǎn)

主要用于二次回路中，容量小，分常開觸電和常閉觸電兩種，主要用于控制、測(cè)量、儀表、信號(hào)、保護(hù)等回路。我們?cè)谶M(jìn)行操作時(shí)，就是利用小小的輔助觸電去接通和斷開主觸點(diǎn)去接通和斷開主觸點(diǎn)的線圈，從而控制主回路。

5.3 控制系統(tǒng)功能介紹 最大限度的滿足被控對(duì)象的控制要求。

在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。

保證控制系統(tǒng)安全可靠?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。

5.4 恒壓供水系統(tǒng)的流程圖

5.5 控制系統(tǒng)的可靠性及應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)邏輯控制采用PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓調(diào)速供水，使用方便，工作可靠，系統(tǒng)壓力恒定，具有較好的控制效果。

5.5.1 程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)

增加主泵是將當(dāng)前主泵由變頻轉(zhuǎn)工頻，同時(shí)變頻起動(dòng)一臺(tái)新水泵的切換過程。當(dāng)變頻器輸出上限頻率，水壓達(dá)到壓力下限時(shí)，PLC 給出控制信號(hào)，PLC 的Y0 失電，變頻器的FWD端子對(duì)CM 短接，變頻器的自由制動(dòng)停車，切斷變頻器輸出，延時(shí)500ms 后，將主水泵與變頻器斷開，延時(shí)300ms(防止變頻器輸出對(duì)工頻短路)，將其轉(zhuǎn)為工頻恒速運(yùn)行，再延時(shí)200～300ms PLC 的Y0 得電，變頻器以起始頻率啟動(dòng)一臺(tái)新的主水泵。這段程序設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮動(dòng)作的先后關(guān)系及互鎖保護(hù)。

5.5.2 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)開始工作的時(shí)候，先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動(dòng)的時(shí) 候，先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對(duì)模擬量(管網(wǎng)壓力、液位等)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。

5.5.3 故障檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)

對(duì)水位過低、水壓上下限報(bào)警、變頻器故障等故障給出報(bào)警，并做出相應(yīng)的故障處理。

(1)欠水位故障：進(jìn)入P0 處理模塊，停止全部的電機(jī)運(yùn)行，防止水泵空轉(zhuǎn)。當(dāng)欠水位信號(hào)解除后，延時(shí)一段時(shí)間，自動(dòng)執(zhí)行以下程序。

(2)壓力上下限報(bào)警：輸出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)30s 內(nèi)未解除，則進(jìn)入P0 處理模塊，停止全部的電機(jī)運(yùn)行。信號(hào)解除則自動(dòng)運(yùn)行以下程序。

(3)變頻器故障：變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)PLC 輸入繼電器X5 動(dòng)作，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入自動(dòng)工頻運(yùn)行模塊。此時(shí)變頻器退出運(yùn)行，三臺(tái)主泵電機(jī)均工作于工頻狀態(tài)。該方式下的水泵的投入和切除順序和自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式時(shí)的大致相同，只是原來運(yùn)行在變頻狀態(tài)下的電機(jī)改為了工頻運(yùn)行。由于沒有了變頻器的調(diào)速和PID 調(diào)節(jié)，水壓無法恒定。為防止出現(xiàn)停開一臺(tái)水泵水壓不足而增開一臺(tái)水泵又超壓造成系統(tǒng)的頻繁切換，通過增加延時(shí)的方法來解決。設(shè)定延時(shí)時(shí)間為20 分鐘。

第6章 系統(tǒng)調(diào)試

6.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定

運(yùn)用變頻器加減速時(shí)間—加速時(shí)間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時(shí)間，減速時(shí)間是從最大頻率下降到0所需時(shí)間。通常頻率下降到0所需時(shí)間。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來確定加減速時(shí)間。在電動(dòng)機(jī)加速時(shí)須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過電流，減速時(shí)則限制下降率以防止過電壓。

加速時(shí)間設(shè)定要求；將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是；防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是；防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算出來，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先預(yù)定較長(zhǎng)加減速時(shí)間，通過起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無過電流、過電壓報(bào)警；然后將加減速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳的加減速時(shí)間。

6.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試

(1)對(duì)五臺(tái)供水系統(tǒng)進(jìn)行PLC自動(dòng)控制改造，實(shí)現(xiàn)供水的遠(yuǎn)程控制和生產(chǎn)設(shè)備的集中控制。

(2)在改造原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將供水系統(tǒng)電機(jī)的直接啟動(dòng)控制方式改為變頻控制，減小對(duì)系統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊和節(jié)約能源。

(3)制定具體實(shí)施的控制方式、設(shè)備啟停步驟、軟件功能、通訊方式、功能擴(kuò)充、報(bào)警系統(tǒng)（故障診斷、顯示、排除）。

(4)采用相應(yīng)的控制算法，實(shí)現(xiàn)供氣的恒定，提高供氣質(zhì)量和效率，保證供水系統(tǒng)的安全供水。

（二）系統(tǒng)控制功能要求如下：

(1)實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮操作生產(chǎn)自動(dòng)化；

(2)實(shí)現(xiàn)設(shè)備順序控制，減少供水起、停時(shí)間，并對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的故障自動(dòng)診斷和保護(hù)，從而提高生產(chǎn)效率；(3)實(shí)現(xiàn)供水組的自動(dòng)控制，這主要包括：?jiǎn)闻_(tái)供水系統(tǒng)的自動(dòng)啟停，電機(jī)組的順序啟?？刂疲諌簷C(jī)組的集中控制和保護(hù)，提高生產(chǎn)效率；

(4)增強(qiáng)軟、硬件功能，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性，并具有一定的先進(jìn)性和代表性。

（三）集控系統(tǒng)要求如下：

1、集控系統(tǒng)的基本功能

1)系統(tǒng)的控制方式

為方便靈活地對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行控制，主要工藝流程設(shè)備的運(yùn)行采用五種控制方式：

遠(yuǎn)程自動(dòng)控制：由集控室開啟設(shè)備起、關(guān)閉命令，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)設(shè)備的按流程變頻恒壓供水控制；

遠(yuǎn)程單遙控：由集控室發(fā)出單臺(tái)設(shè)備起、關(guān)閉命令，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間單個(gè)切換運(yùn)行，用于特殊設(shè)備的單個(gè)起、關(guān)閉控制；

緊急關(guān)閉：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)或集控室出現(xiàn)故障，需要立即對(duì)分系統(tǒng)停車關(guān)閉時(shí)，由程序或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)緊急停車控制，在現(xiàn)場(chǎng)操作與在集控室操作PLC的執(zhí)行是等價(jià)的。需在集控室進(jìn)行復(fù)位后才能重新開啟。

2)集控系統(tǒng)的順序啟、?？刂撇襟E

開啟前的操作

a、控制方式選擇：集控方式下，PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能。單個(gè)方式下，PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能。

b、流程選擇：當(dāng)選定自動(dòng)控制流程后，PLC將檢測(cè)有關(guān)輸入狀態(tài)，判斷參與該流程控制的恒壓供水系統(tǒng)，設(shè)備工作方式，以及保護(hù)點(diǎn)狀態(tài)等是否滿足開啟條件，若條件具備，則先發(fā)出信號(hào)“系統(tǒng)準(zhǔn)備開啟”。否則將對(duì)所檢測(cè)出的故障點(diǎn)，作出多方位報(bào)警。

c、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備：對(duì)不需參予時(shí)序起動(dòng)，或難以進(jìn)入順序開啟過程的設(shè)備，可以在開啟前按閉鎖關(guān)系遠(yuǎn)動(dòng)控制起動(dòng)該設(shè)備。開啟過程控制

a、當(dāng)前述指令操作完畢，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，發(fā)出開啟指令，所選PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)在指定的開啟方式下進(jìn)入供水控制過程。

b、在供水過程中出現(xiàn)故障時(shí)，供水指令自動(dòng)撤除并報(bào)警，已起設(shè)備保持運(yùn)行，在短時(shí)間排除故障后，可從故障設(shè)備繼續(xù)起車；否則可全部停車。c、對(duì)供水過程的時(shí)間累計(jì)并顯示。

系統(tǒng)運(yùn)行的閉鎖控制

a、在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)閉鎖保護(hù)、報(bào)警。b、對(duì)系統(tǒng)有效工作時(shí)間自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，顯示。c、對(duì)各種保護(hù)、運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。

供水過程控制

a、當(dāng)系統(tǒng)對(duì)任一流程供水停車指令后，PLC將按用戶程序完成停車功能控制。b、對(duì)供水過程累計(jì)時(shí)間及總停車時(shí)間顯示。

3)故障報(bào)警系統(tǒng)

a.當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或運(yùn)行條件不滿足時(shí)，能根據(jù)閉瑣關(guān)系控制設(shè)備供水，并在監(jiān)控操作站上顯示故障原因。b.報(bào)警方式：現(xiàn)場(chǎng)使用電笛報(bào)警、集控室內(nèi)使用語音報(bào)警，并能夠即時(shí)顯示報(bào)警清單。如圖;

結(jié)束語

傳統(tǒng)恒壓控制系統(tǒng)的供水管網(wǎng)能耗大、設(shè)備損耗快、對(duì)電網(wǎng)要求高，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用及PLC技術(shù)的應(yīng)用普及，PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)已成為供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主流，恒壓供水系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)高壓供水系統(tǒng)與水塔式供水系統(tǒng)的不足。

采用變頻調(diào)速和可編程控制器控制的恒壓供水系統(tǒng)可以根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定壓力自動(dòng)調(diào)整水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)水泵流量，利用其控制系統(tǒng)可以優(yōu)化泵組的調(diào)速運(yùn)行，自動(dòng)調(diào)整供水水泵的臺(tái)數(shù)，完成供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。致謝；

感謝老師對(duì)我們的指導(dǎo)以及對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中普遍采用的一種水處理系統(tǒng)的了解和認(rèn)識(shí)。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們節(jié)能意識(shí)的不斷增強(qiáng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統(tǒng)。恒壓供水是指用戶端在任何時(shí)候，不管用水量的大小，總能保持網(wǎng)管中水壓的基本恒定。變頻恒壓供水系統(tǒng)利用PLC、傳感器、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動(dòng)化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，在高速科技發(fā)展的今天使得小區(qū)供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

此致

敬禮

參考文獻(xiàn)··········································

《變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用》

編著丁斗章

機(jī)械工業(yè)出版社

《變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》

編著 王樹

機(jī)械工業(yè)出版社

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編著鮑風(fēng)雨

機(jī)械工業(yè)出版社 《可編程控制器原理于應(yīng)用》

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第三篇：基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

張雷雷

南山紡織服飾有限公司

摘要：隨著社會(huì)主義市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)·控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能·高節(jié)能·能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢(shì)。

本論文采用變頻器和PLC實(shí)現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸。本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)以再國(guó)內(nèi)許多實(shí)際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果和良好的節(jié)能效果。經(jīng)實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有高度的可靠性和實(shí)時(shí)行，極大地提高了供水的質(zhì)量，并且節(jié)省了人力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵字：恒壓供水：變頻調(diào)速：PLC：泵切換

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為核心的智能供水系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可以延長(zhǎng)泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除啟動(dòng)和挺及時(shí)的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。

PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)是以PLC為控制核心，由PLC控制器、變頻調(diào)速器、壓力傳感器等其他電控設(shè)備以及4臺(tái)水泵組成，如圖1.1所示

圖1.1 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的原理圖

其工作過程：設(shè)定一個(gè)水壓值后，根據(jù)變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網(wǎng)上的壓力傳感器，連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號(hào)，并將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入PLC，PLC根據(jù)實(shí)際水壓值與設(shè)定水壓值進(jìn)行比較和經(jīng)PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出送到變頻器的信號(hào)給定端，變頻器根據(jù)給定信號(hào)，調(diào)節(jié)水泵的電源頻率，從而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水管網(wǎng)中水壓值在設(shè)定的水壓范圍內(nèi)。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最或大最小時(shí)，由PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，從而達(dá)到恒壓供水的目的。我公司在2009年11月份正式啟用了該系統(tǒng)，并從中受益。本文介紹基于PLC變頻調(diào)速恒壓供水的設(shè)計(jì)

我公司水處理車間擔(dān)負(fù)了南山紡織服飾有限公司下屬單位和附屬單位的工業(yè)及生活消防用水的任務(wù)。包括4臺(tái)22KW的工業(yè)用水水泵和2臺(tái)11KW的應(yīng)急不壓水泵。1.控制要求

1）.水泵能自動(dòng)變頻軟啟動(dòng)，四臺(tái)水泵自動(dòng)變頻軟啟動(dòng)，并根據(jù)用水量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的臺(tái)數(shù)。四臺(tái)水泵自動(dòng)輪換變頻運(yùn)行，工作泵故障時(shí)備用泵自動(dòng)投入，可轉(zhuǎn)換自動(dòng)或人工手動(dòng)開·停機(jī)。2）.設(shè)備具有缺相、欠壓、過壓、短路、過載等多種電氣保護(hù)功能，具有相許保護(hù)防止水泵反轉(zhuǎn)抽空，并具有缺水保護(hù)及水位恢復(fù)開機(jī)功能。且有設(shè)備工作、停機(jī)、報(bào)警指示。2.PLC及變頻器控制電路 2.1）.供水系統(tǒng)主電路

該系統(tǒng)有四臺(tái)水泵，如圖2.1所示，合上空氣開關(guān)（QS）后，當(dāng)交流接觸器KM1、KM3、KM5、KM7主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為工頻運(yùn)行；當(dāng)KM2、KM4、KM6、KM8主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為變頻運(yùn)行。四個(gè)熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4分別對(duì)四臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動(dòng)機(jī)在過載時(shí)可能產(chǎn)生的過熱損壞。

圖2.1恒壓供水的主電路

2.2）.供水系統(tǒng)的控制電路

如圖2.2所示，Y0、Y7為PLC輸出軟繼電器觸點(diǎn)，其中Y0、Y2、Y4、Y6控制變頻運(yùn)行電路；Y1、Y3、Y5、Y7控制工頻電路。SAC為轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)控制切換。當(dāng)SAC切在手動(dòng)位時(shí)，通過1#SB24#SB2按鈕分別啟動(dòng)四臺(tái)水泵工頻運(yùn)行；當(dāng)SAC在自動(dòng)位時(shí)，由PLC控制水泵進(jìn)行變頻或工頻狀態(tài)的啟動(dòng)、切換、停止運(yùn)行。

圖2.2恒壓供水系統(tǒng)的控制電路

1KA為缺水保護(hù)電路的中間繼電器觸點(diǎn)，當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，配合缺水保護(hù)裝置斷開控制電路，切斷主電路，實(shí)現(xiàn)缺水保護(hù)作用。2.3）.缺水保護(hù)電路

當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，若不及時(shí)切斷電源就會(huì)損壞水泵，甚至發(fā)生事故。如圖2.3所示。利用液位繼電器等裝置時(shí)刻檢測(cè)水池里的水位，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換及處理后對(duì)控制回路電源進(jìn)行控制。水池水位正常時(shí)，控制回路電源接通，系統(tǒng)正常工作。水池缺水或水位不足時(shí)，液位繼電器1K釋放，系統(tǒng)報(bào)警、指示燈亮并通過1KA切斷系統(tǒng)控制電路和主電路，水泵停止。水位正常后，液位繼電器1K吸合，重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

圖2.3缺水保護(hù)電路 2.4）.缺相相序保護(hù)電路

圖2.4缺相相序保護(hù)電路

水泵工作在三相交流電，電源發(fā)生缺相時(shí)，電動(dòng)機(jī)中某一相無電流，而另外兩相電流會(huì)增大，容易燒壞電動(dòng)機(jī)；另外，為了避免電源相序相反，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)水泵抽空的現(xiàn)象，設(shè)置了缺相相序保護(hù)電路，如圖2.4所示。采用缺相相序保護(hù)電路繼電器KP接在主電路電源進(jìn)線空氣開關(guān)之后，三項(xiàng)正常時(shí)，KP得電吸合，控制電路中KP的1-2觸點(diǎn)吸合，接通PLC控制電路。反之，缺相或反相時(shí)，KP的1-2觸點(diǎn)斷開，會(huì)切斷PLC控制電路，系統(tǒng)停止工作，缺相相序保護(hù)指示燈亮。

2.5）.硬件接線圖

圖2.5 硬件原理圖

該系統(tǒng)的硬件連接圖即PLC和系統(tǒng)的各個(gè)硬件的接線。由于PLC所輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，不能被變頻器所識(shí)別，所以我們?cè)谒麄冎g加了個(gè)模擬量輸入輸出模塊FXON-3A。其功能：該模塊具有2路模擬量輸入（0-10V直流或4-20mA直流）通道和1路模擬量輸出通道。其輸入通道數(shù)字分辨率為8位，A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us,在模擬與數(shù)字信號(hào)之間采用光電隔離，占用8個(gè)I/O點(diǎn)。2.6）.變頻器頻率（速度）的設(shè)定及PID 1.最高頻率：水泵屬于平方率負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等，即Fmax=Fn=50HZ。

2.上限頻率：一般來說，上限頻率以等于額定頻率為宜。但有時(shí)也可以預(yù)置得略低一些，變頻器內(nèi)部有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，同在50HZ的情況下，水泵在變頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，從而增大了水泵和電機(jī)的負(fù)載；變頻調(diào)速系統(tǒng)在50HZ下運(yùn)行時(shí)，還不如直接在工頻下運(yùn)行，可以減少變頻器本身的損失。因此，將上限頻率預(yù)置為49HZ或49.5HZ是適宜的。

3.下限頻率：在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速降低，會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于實(shí)際揚(yáng)程，形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，下限頻率預(yù)置為25-30HZ 4.啟動(dòng)頻率:水泵在啟動(dòng)時(shí)，如果從0HZ開始啟動(dòng)，水泵基本沒有壓力輸出，為調(diào)節(jié)時(shí)間，應(yīng)預(yù)置啟動(dòng)頻率值為15-20HZ，及設(shè)置變頻器PID輸出值的下限為最大值的30%-40%。

變頻器利用PID控制器將被控對(duì)象的傳感等檢測(cè)到控制量（反饋信號(hào)），將其與目標(biāo)值（流量、壓力等設(shè)定值）進(jìn)行比較，再有PLC控制變頻器輸出。如圖2.60若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作是偏差為零，也就是是反饋量與目標(biāo)值保持一致，從而達(dá)到好好的調(diào)速作用。

圖2.6 PID控制器接線圖 2.7 PLC在系統(tǒng)中的控制

根據(jù)變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網(wǎng)上的壓力傳感器，連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號(hào)，并將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入PLC，PLC根據(jù)實(shí)際水壓值與設(shè)定水壓值進(jìn)行比較和經(jīng)PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出送到變頻器的信號(hào)給定端，變頻器根據(jù)給定信號(hào)，調(diào)節(jié)水泵的電源頻率，從而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水管網(wǎng)中水壓值在設(shè)定的水壓范圍內(nèi)。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最或大最小時(shí)，由PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，PLC在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用是控制交流接觸器組近進(jìn)行工頻-交頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。如圖2.7

系統(tǒng)運(yùn)行之后，在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，1#變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0HZ開始上升，此時(shí)壓力傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋到PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50HZ,延時(shí)一定時(shí)間后，將1#水泵切換為工頻，2#水泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，以此類推增加水泵。

如用水量減少，出水壓力超過設(shè)定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值，而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，PLC開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若子一定時(shí)間，內(nèi)壓力仍高于設(shè)定值，根據(jù)先停機(jī)的原則，PLC將停止正在運(yùn)行的水泵中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)中只有一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行且連續(xù)一段時(shí)間頻率低于設(shè)定出水頻率，則切除變頻運(yùn)行主泵，投入小流量泵，既保護(hù)主泵電動(dòng)機(jī)，又節(jié)約能源。當(dāng)外來管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，則控制其完全停止各泵的工作。

在變頻器發(fā)生故障時(shí)也要不間斷供水。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)蜂鳴器報(bào)警，則PLC發(fā)出指令使全部水泵停止工作，然后1#水泵工頻運(yùn)行，經(jīng)一定演示后根據(jù)壓力變化情況在使2#泵工頻運(yùn)行。此時(shí)，PLC切換泵則根據(jù)實(shí)際水壓的變化在工頻泵之間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動(dòng)機(jī)欠壓、過壓、錯(cuò)相、電機(jī)故障等情況時(shí)，均能有蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。3.結(jié)束語

由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用，它取代了傳統(tǒng)的水塔、高位水箱或氣壓罐，不但大大的提高和改善了廠區(qū)工業(yè)及生活消防供水系統(tǒng)的性能，而且節(jié)能環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。我公司自2009年11月投入使用以來，未出現(xiàn)過大的技術(shù)問題，保障了了公司下屬和附屬單位的正常可靠的工業(yè)用水，為企業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障。

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第四篇：2006psLW004059基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

[摘 要 ] 介紹了一種替代水塔供水的基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速或加、減泵。改變以往“先啟后停”方式，自動(dòng)完成泵組軟啟動(dòng)及無沖擊切換，使水壓平穩(wěn)過渡。變頻器故障時(shí)系統(tǒng)仍可運(yùn)行，保證不間斷供水。系統(tǒng)斷電恢復(fù)后可自啟動(dòng)。采用硬件/軟件備用及鐘控功能，使各泵進(jìn)行輪休，延長(zhǎng)了設(shè)備的機(jī)械使用壽命。

0 引言

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對(duì)原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對(duì)一個(gè)典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實(shí)踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。系統(tǒng)介紹

變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖1所示，它主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時(shí)間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及4臺(tái)水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

同時(shí)系統(tǒng)配備的時(shí)間控制器和PID控制器，使其具有定時(shí)換泵運(yùn)行功能（即鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（PID控制器和時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。

正常情況（無泵檢修）時(shí)，各泵的運(yùn)行順序?yàn)?#，2#，3#，4#。工作原理 2.1 運(yùn)行方式

該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式： ⑴.手動(dòng)運(yùn)行

按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。

⑵.自動(dòng)運(yùn)行

合上自動(dòng)開關(guān)后，1#泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，啟2#變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。

變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。

2.2 故障處理 2.2.1 故障報(bào)警

當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)；特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)，通知維修人員前來維修。此外，變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，此時(shí)可切換至手動(dòng)方式保證系統(tǒng)不間斷供水。2.2.2 水泵檢修

為維護(hù)和檢修水泵，要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下，在一段時(shí)間間隔內(nèi)使某一臺(tái)水泵停運(yùn)，系統(tǒng)設(shè)有水泵強(qiáng)制備用功能（硬件備用），可隨意備用某一臺(tái)水泵，同時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；為了使水泵進(jìn)行輪休，系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能（鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)），工作泵與備用N泵具有周期定時(shí)切換功能，周期間隔由時(shí)間控制器設(shè)定：1小時(shí)每次～96小時(shí)每次連續(xù)可調(diào)。PLC控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用的是歐姆龍可編程序控制器SYSMAC CPM2A系列，I/O點(diǎn)數(shù)為60點(diǎn)，PLC編程采用OMRON CX-Programmer，它是Omron PLC的32位視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比，該系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機(jī)的啟停、定時(shí)切換、軟起動(dòng)、循環(huán)變頻及故障的報(bào)警等，而電機(jī)轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由PID調(diào)節(jié)器和變頻器來控制。

泵組的切換示意圖如圖2。開始時(shí)，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時(shí)有效時(shí)硬件優(yōu)先），1#泵變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（避免由于干擾而引起誤動(dòng)作）后，1#泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2#泵變頻啟動(dòng)，如

水壓仍不滿足，則依次啟動(dòng)3#、4#泵，泵的切換過程同上；若開始時(shí)1#泵備用，則直接啟2#變頻，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間后，2#泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，3#泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則啟動(dòng)4#泵，泵的切換過程同上；若1#、2#泵都備用，則直接啟3#變頻，具體泵的切換過程與上述類同。

同樣，若3臺(tái)泵（假設(shè)為1#、2#和3#）運(yùn)行時(shí)，3#泵變頻運(yùn)行降到0Hz，此時(shí)水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1#泵停止，變頻器頻率從0Hz迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使2#泵停止。這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓波動(dòng)做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時(shí)間停水的情況發(fā)生。

以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時(shí)，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟

停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中，直接停工頻泵，同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實(shí)現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)缺水現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。注意事項(xiàng)

要使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，有幾個(gè)參數(shù)需特別注意： ⑴.變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時(shí)間TMC

設(shè)置TMC是為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流過大而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)TMC必須盡可能的小。⑵.上下限頻率持續(xù)時(shí)間TH和TL

變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻器運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時(shí)間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個(gè)判斷的時(shí)間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對(duì)管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量的變化時(shí)就很可能引起頻繁的加減泵動(dòng)作；兩種情況下都會(huì)影響恒壓供水的質(zhì)量。結(jié)束語

在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水；減泵時(shí)采用“先啟先?！钡那袚Q方式，相對(duì)于“先啟后停”方式，更能確保各泵使用平均以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；同時(shí)針對(duì)所用四臺(tái)泵均已使用多年、需要定期進(jìn)行檢修的實(shí)際情況，增加了硬件/軟件備用功能，有效延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定，大大提高了供水品質(zhì)；變頻器故障后仍能保障不間斷供水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障消除后自啟動(dòng)，具有一定的先進(jìn)性。目前該系統(tǒng)已投入使用，效果明顯。

參考文獻(xiàn) OMRON可編程序控制器CPM2A操作手冊(cè)。OMRON可編程序控制器CPM1/CPM1A/CPM2A/CPM2C/SRM1（-V2）編程手冊(cè)。

第五篇：基于PLC的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)

基于PLC的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng) 引言

隨著人們對(duì)供水質(zhì)量和飲用水水質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水方式應(yīng)運(yùn)而生，它不僅很好地解決了老式屋頂水箱供水方式帶來的水質(zhì)二次污染問題，而且對(duì)水泵、電機(jī)也起到了很好的保護(hù)作用和有效地節(jié)約了電能的消耗，同時(shí)其具備的軟起停功能和根據(jù)負(fù)載變化自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)水泵轉(zhuǎn)速或增加/減少投入運(yùn)行的臺(tái)數(shù)，從而避免了電機(jī)起動(dòng)過程中對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備造成的沖擊以及人工操作的繁雜性。變頻恒壓供水系統(tǒng)如今正被廣泛地應(yīng)用到城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)、住宅小區(qū)生活消防水系統(tǒng)、樓宇中央空調(diào)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備沖洗系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。本文將介紹基于plc控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)方式下的各種需求分析及其過程實(shí)現(xiàn)方法。下面以4泵循環(huán)為例加以敘述。2 系統(tǒng)基本需求與分析

多泵循環(huán)的變頻恒壓供水系統(tǒng)，一般采用出口管道壓力信號(hào)作為基本控制目標(biāo)，通過壓力設(shè)定值與采樣值的比較和計(jì)算，利用pid調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)出口管道壓力值的恒定，從而達(dá)到恒壓供水的目的。針對(duì)四泵循環(huán)其主回路原理圖如圖1所示。

圖1 四泵循環(huán)主回路原理圖

由圖1可見，采用常規(guī)的一控四方式，每臺(tái)電機(jī)水泵既可以變頻運(yùn)行，又可以工頻運(yùn)行，但系統(tǒng)運(yùn)行中始終只有一臺(tái)變頻電機(jī)水泵運(yùn)行，其他電機(jī)水泵根據(jù)實(shí)際需要來決定是否工頻運(yùn)行。

在主回路控制方式確定后，系統(tǒng)能否滿足實(shí)際需要就取決于plc控制回路的設(shè)計(jì)，為此，必須充分了解用戶對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)功能需求，在各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合用戶會(huì)有各種不同其他功能的需求，根據(jù)作者多年來的經(jīng)驗(yàn)，把各種典型的控制需求和作用列舉歸納如下。

2.1 工頻/變頻控制方式的轉(zhuǎn)換操作

為保證系統(tǒng)的可靠性，必須提供工頻/變頻兩種操作方式，以減少因變頻器故障或設(shè)備檢修維護(hù)等原因而造成無法供水的現(xiàn)象，要求控制系統(tǒng)必須設(shè)立手動(dòng)工頻操作方式，一般采用轉(zhuǎn)換開關(guān)或組合開關(guān)作為選擇操作設(shè)備。

2.2 浮球水位(有水/無水)控制

許多變頻恒壓供水系統(tǒng)的進(jìn)水水源采用蓄水緩沖池結(jié)構(gòu)，它可以減少因城市管網(wǎng)供水中斷后停止供水的時(shí)間。為防止蓄水池?zé)o水時(shí)電機(jī)水泵的空運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的設(shè)備損壞，必須加裝水位檢測(cè)裝置，一般選用較為經(jīng)濟(jì)的浮球水位或纜線型水位器作為有水/無水的判斷信號(hào)，當(dāng)蓄水緩沖池?zé)o水時(shí)要求立即停機(jī)，當(dāng)重新有水時(shí)要求系統(tǒng)不再需要人工操作干預(yù)而自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 火災(zāi)或消防報(bào)警信號(hào) 在辦公樓宇或工業(yè)廠房的供水系統(tǒng)中，我們經(jīng)常遇到需要在有火災(zāi)信號(hào)或消防信號(hào)到來時(shí)，要求平時(shí)給生活供水的恒壓供水系統(tǒng)立即緊急停止運(yùn)行或幫助消防系統(tǒng)供水。為此，需要在plc控制系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種不同的供水方式:正常恒壓供水方式和協(xié)助消防供水方式。這就需要引入這兩種不同工作方式的判斷條件:火災(zāi)或消防報(bào)警接點(diǎn)信號(hào)。

2.4 氣壓罐壓力上下限壓力接點(diǎn)信號(hào)

在許多變頻恒壓供水系統(tǒng)中，吸收了氣壓罐方式供水的優(yōu)點(diǎn):利用氣壓罐蓄水功能維持低需求量時(shí)的續(xù)流供水。為此，需要在控制系統(tǒng)中引入這對(duì)壓力上下限接點(diǎn)信號(hào)，以便于在停泵前強(qiáng)行向管網(wǎng)輸出供水，直到壓力達(dá)到上限后系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)即停機(jī)，在管網(wǎng)壓力達(dá)到壓力下限時(shí)再重新喚醒電機(jī)水泵以正常恒壓供水方式工作。

2.5 pid調(diào)節(jié)儀上下限報(bào)警接點(diǎn)信號(hào)

通常變頻狀態(tài)下變頻器頻率給定信號(hào)來自于pid調(diào)節(jié)儀的dc4～20ma輸出，以此來調(diào)節(jié)電機(jī)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，滿足恒壓目的。我們利用pid儀表的上下限報(bào)警信號(hào)(報(bào)警范圍可根據(jù)需要設(shè)定修改)來作為目前系統(tǒng)執(zhí)行狀態(tài)向下一個(gè)執(zhí)行狀態(tài)遷移的前提條件，結(jié)合穩(wěn)定性延時(shí)判定來執(zhí)行變頻狀態(tài)的變遷:增加或減少投運(yùn)的臺(tái)數(shù)并且自動(dòng)完成變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的切換功能。

2.6 變頻器故障接點(diǎn)信號(hào)

當(dāng)系統(tǒng)在變頻工作選擇方式下，若出現(xiàn)變頻器故障時(shí)，要求控制系統(tǒng)保證供水壓力在一定的范圍內(nèi)(注意:此時(shí)無法實(shí)現(xiàn)恒壓控制，因只有工頻運(yùn)行，所以只能做到將管網(wǎng)壓力保持在一定的壓力范圍內(nèi))，避免供水中斷或管網(wǎng)壓力超過管道承受壓力的現(xiàn)象。

2.7 工頻故障接點(diǎn)信號(hào)

無論在變頻工作方式還是在工頻工作方式下，若出現(xiàn)某個(gè)電機(jī)工頻故障，要求在狀態(tài)遷移時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行輪值泵的回避措施，進(jìn)入n-1個(gè)泵的循環(huán)方式，直到故障修復(fù)后，重新返回到n泵的循環(huán)方式，這樣可以避免故障損失的進(jìn)一步擴(kuò)展的可能，減少設(shè)備的進(jìn)一步損壞。

2.8 其他控制需求

諸如檢修泵選擇接點(diǎn)信號(hào)、少于等于n-2泵的組合方式的選擇信號(hào)等。

顯然，不是每套變頻恒壓供水系統(tǒng)，用戶都會(huì)同時(shí)要求具備上面全部功能需求，一般來說只要具備2.1、2.2、2.5、2.6中所述這四項(xiàng)功能就可以滿足大多數(shù)用戶的供水需求。在完成需求描述后，我們就要在plc控制圖中進(jìn)行表達(dá)。為此，要進(jìn)行硬件構(gòu)造設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 四泵循環(huán)plc控制回路原理圖 系統(tǒng)硬件構(gòu)造設(shè)計(jì)

變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由plc控制器、變頻器、pid調(diào)節(jié)器、壓力變送器、浮球水位、低壓電器設(shè)備、動(dòng)力控制線路以及4臺(tái)電機(jī)水泵等組成。用戶可以通過人機(jī)界面hmi或pid儀表來進(jìn)行需求壓力值的設(shè)定和上下限壓力值的設(shè)定，可以通過hmi或控制柜面板上的按鈕、指示燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、電流表、電壓表來監(jiān)視變頻恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)通過plc來監(jiān)視運(yùn)行過程的相關(guān)狀態(tài)，并進(jìn)行控制動(dòng)作的判斷輸出，plc控制回路原理圖如圖2所示。

圖2表示了完成相應(yīng)需求功能和邏輯動(dòng)作時(shí)，plc應(yīng)配接的控制線路圖。那么，變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率是如何確定的呢？

首先，通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的dc4～20ma的模擬量信號(hào)送入pid調(diào)節(jié)器;然后，經(jīng)pid儀表將壓力設(shè)定值與壓力反饋值進(jìn)行比較計(jì)算后，pid儀表輸出一個(gè)執(zhí)行值作為變頻器的頻率給定值，由變頻器控制電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管網(wǎng)出口處供水壓力，達(dá)到恒壓供水目的。若是通過hmi設(shè)定壓力值，那么，實(shí)際管網(wǎng)壓力反饋的模擬量信號(hào)就要進(jìn)入plc模擬量輸入端口，通過用戶plc程序來完成設(shè)定值與實(shí)際值的比較計(jì)算，根據(jù)差值大小來決定每次執(zhí)行值調(diào)節(jié)的頻度與幅度(解決好調(diào)節(jié)頻度與調(diào)節(jié)幅度的問題是保障管網(wǎng)壓力穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，也是避免系統(tǒng)振蕩的關(guān)鍵技術(shù)所在)，從而達(dá)到改變變頻器的給定頻率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)速的目的。pid閉環(huán)控制原理和控制接線圖如圖3所示。

圖3(a)表示了多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力閉環(huán)pid控制原理，圖3(b)表示了具體的pid閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)方法:線路連接圖。當(dāng)壓力設(shè)定值大于壓力實(shí)際值時(shí)，pid儀表將通過增加模擬量輸出值來加速水泵電機(jī)的運(yùn)行;當(dāng)壓力設(shè)定值小于實(shí)際壓力值時(shí)，pid儀表將通過減小模擬量輸出值來降低水泵電機(jī)的運(yùn)行;pid儀表將不斷地通過改變模擬量輸出值的大小來調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到供水管網(wǎng)壓力恒定的目的。

圖3 pid控制原理與接線圖

當(dāng)pid儀表的模擬量輸出值達(dá)到最大且管網(wǎng)壓力仍處于壓力下限狀態(tài)時(shí)(通過修改pid儀表的正負(fù)偏差值的大小來設(shè)定上下限報(bào)警點(diǎn))，利用plc程序開始計(jì)時(shí)，在計(jì)時(shí)時(shí)間到后(計(jì)時(shí)的目的是為了對(duì)該報(bào)警信號(hào)的穩(wěn)定性確認(rèn)，避免增減投運(yùn)臺(tái)數(shù)的頻繁動(dòng)作或錯(cuò)誤判斷動(dòng)作)，plc將作出一系列動(dòng)作命令來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前狀態(tài)向下一個(gè)狀態(tài)的遷移，必須指出的是在每次狀態(tài)遷移時(shí)，首先應(yīng)斷開變頻器起動(dòng)信號(hào)后再斷開變頻器與電機(jī)間的變頻方式接觸器，并且變頻器停止方式參數(shù)最好設(shè)置為“自由停車”方式，若動(dòng)作執(zhí)行順序相反，將會(huì)造成變頻器故障或損壞。在變頻工作方式向工頻工作方式轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)斷開變頻接觸器后應(yīng)在盡量短的時(shí)間內(nèi)完成工頻工作方式的投入，否則，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降到一定程度后就會(huì)產(chǎn)生起動(dòng)沖擊。同樣，當(dāng)pid儀表的模擬量輸出值達(dá)到最小且管網(wǎng)壓力仍處于壓力上限狀態(tài)時(shí)，plc程序開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到后，plc將完成當(dāng)前狀態(tài)向上一個(gè)狀態(tài)的遷移，通常要設(shè)置一個(gè)最低輸出頻率下限的變頻器參數(shù)，一般取15hz～20hz，這樣做一方面是為了避免電機(jī)在低頻狀態(tài)下可能的失速現(xiàn)象和電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間低頻運(yùn)行的溫升問題，另一方面也是為了減少頻繁狀態(tài)遷移帶來的系統(tǒng)振蕩。圖4表示了四泵循環(huán)變頻恒壓供水方式的狀態(tài)和狀態(tài)遷移條件，由圖4可以看出對(duì)于多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)來說，其在正常條件下的狀態(tài)數(shù)滿足以下公式:

式中，sn為正常狀態(tài)總數(shù)，n為多泵循環(huán)系統(tǒng)的泵的臺(tái)數(shù)。

式(1)表達(dá)了正常狀態(tài)與泵的臺(tái)數(shù)的關(guān)系以及各個(gè)狀態(tài)之間相互遷移的條件，它是一個(gè)典型的多入口多出口狀態(tài)遷移圖，控制邏輯較為復(fù)雜。其他諸如指定某臺(tái)電機(jī)處于檢修狀態(tài)所增加的(n-1)2個(gè)狀態(tài)還必須在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中加以體現(xiàn)。因此，可以肯定地說，多泵循環(huán)控制系統(tǒng)的程序規(guī)模至少隨著泵的臺(tái)數(shù)的增加而成平方級(jí)增長(zhǎng)?？紤]到各種其他外部條件的因素，實(shí)際上程序規(guī)?？赡軙?huì)達(dá)到:

因此，對(duì)于6泵以上的循環(huán)控制方式，建議將其分割為3～6泵的控制方式來實(shí)施，避免因程序容量過大和邏輯關(guān)聯(lián)太多造成應(yīng)用程序調(diào)試和維護(hù)困難及程序中隱含錯(cuò)誤的發(fā)生。圖4表達(dá)了僅單臺(tái)泵處于變頻正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的遷移和起始變頻驅(qū)動(dòng)泵的自動(dòng)選擇，它有效地解決了系統(tǒng)總是從某臺(tái)泵開始運(yùn)行這一現(xiàn)象和各臺(tái)泵使用不均的問題。4 控制功能和工作原理 4.1 工頻手動(dòng)方式

如圖2所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了手動(dòng)工頻的操作方式，將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“工頻”檔位，操作人員可以根據(jù)需要自己決定起動(dòng)或停止任意一臺(tái)泵的運(yùn)行。由于在該操作方式下，plc、pid、變頻器等均不參加控制，因此，從技術(shù)角度上來說，該方式無法保障出水管網(wǎng)壓力值的恒定，所以必須有人監(jiān)守。該方式主要供plc、變頻器、pid儀表、壓力變送器等設(shè)備故障檢修時(shí)使用。

4.2 變頻自動(dòng)方式

將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“變頻”檔位，按下變頻起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)判斷并選擇起始變頻運(yùn)行泵入口，進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行。在正常輸入條件狀態(tài)下，控制流程將嚴(yán)格按圖4所表達(dá)的流程執(zhí)行。

圖4 四泵循環(huán)正常狀態(tài)遷移圖

(1)當(dāng)某臺(tái)電機(jī)故障或需要檢修某臺(tái)電機(jī)水泵時(shí)，控制系統(tǒng)將退減到3泵循環(huán)方式自動(dòng)工作;(2)當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)將采用工頻驅(qū)動(dòng)方式控制泵的運(yùn)行與停止，來保證供水的壓力在一定的范圍內(nèi)，但系統(tǒng)無法達(dá)到壓力值的恒定，同時(shí)發(fā)出報(bào)警蜂鳴聲響，通知操作人員進(jìn)行處理;(3)當(dāng)無水接點(diǎn)信號(hào)來臨時(shí)，plc將關(guān)斷所有變頻和工頻輸出，直到無水接點(diǎn)信號(hào)消失，plc將自動(dòng)恢復(fù)控制輸出;(4)當(dāng)消防信號(hào)到來時(shí)，plc控制將轉(zhuǎn)入子程序段執(zhí)行，關(guān)斷生活用水，打開消防供水閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)消防管道補(bǔ)充供水目的，系統(tǒng)將根據(jù)在plc程序中設(shè)置的消防供水壓力設(shè)定值自動(dòng)地完成恒定穩(wěn)壓消防供水。當(dāng)消防信號(hào)解除后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到變頻恒壓供水工作狀態(tài);(5)僅單臺(tái)泵變頻運(yùn)行，且處于最低輸出頻率狀態(tài)和較長(zhǎng)時(shí)間無壓力上下限出現(xiàn)時(shí)(可以認(rèn)為此時(shí)的系統(tǒng)供水需求量接近為零)，控制系統(tǒng)將以變頻50hz運(yùn)行30s或使管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值的1.2倍左右后，立即停止運(yùn)行，進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到管網(wǎng)實(shí)際壓力為壓力設(shè)定值的80%左右，控制系統(tǒng)重新自動(dòng)恢復(fù)變頻運(yùn)行，即休眠喚醒。當(dāng)然，管網(wǎng)中若有氣壓罐，系統(tǒng)應(yīng)以氣壓罐的壓力控制器的上下限接點(diǎn)作為休眠與喚醒的條件進(jìn)行控制。

基于plc控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)的plc應(yīng)用程序(如:2泵循環(huán)、3泵循環(huán)、4泵循環(huán))文本在此不再贅述。5 系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)介紹

在過去的幾年中，我們分別為上海原水股份臨江自來水廠、上海自來水設(shè)備公司市南分公司、仲盛地產(chǎn)集團(tuán)、久星房地產(chǎn)置業(yè)、武漢中房、無錫希門凱公司、寶鋼集團(tuán)等用戶裝配80多套變頻恒壓供水裝置，不僅成功地完成了用戶的需求，而且投入運(yùn)行后系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

5.1 優(yōu)點(diǎn)

本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以歸納為以下幾個(gè)方面:(1)系統(tǒng)造價(jià)經(jīng)濟(jì)性

由于采用“一拖多”控制方式，與“一控一”方式相比較，硬件投資成本較少，具有較高的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);(2)系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單和易維護(hù)性

系統(tǒng)由功能相對(duì)獨(dú)立的通用設(shè)備單元構(gòu)成，便于故障判斷和日常維護(hù)保養(yǎng)及功能性單元替換;(3)通用性和靈活性

系統(tǒng)基本不受用戶的使用場(chǎng)所和應(yīng)用環(huán)境限制，可通過軟件功能塊的組合將其擴(kuò)展到其他類同的供水應(yīng)用場(chǎng)合，具有較強(qiáng)的靈活性;(4)智能性

系統(tǒng)可在無人職守的情況下，通過對(duì)故障的檢測(cè)判斷，自動(dòng)地按“優(yōu)美降級(jí)使用”方案處理，減少了系統(tǒng)停機(jī)斷水現(xiàn)象;(5)保護(hù)功能全面性

系統(tǒng)除具有常規(guī)的過載、過流、過壓等保護(hù)功能，還具有無水停機(jī)、管網(wǎng)上限壓力保護(hù)等附加功能性保護(hù)。

5.2 缺點(diǎn)

當(dāng)然，本系統(tǒng)也并非完美無缺，比如在某臺(tái)電機(jī)變頻運(yùn)行向工頻運(yùn)行切換的過程中，由于在變頻驅(qū)動(dòng)切斷后電機(jī)處于滑停運(yùn)轉(zhuǎn)方式，此時(shí)，電機(jī)處于感應(yīng)發(fā)電狀態(tài)，存在著感應(yīng)發(fā)電相位與工頻電源的相位不一致的可能性，容易造成在向工頻切換時(shí)的電流沖擊現(xiàn)象。為避免這一現(xiàn)象，可采用通過軟起動(dòng)器驅(qū)動(dòng)各個(gè)需工頻運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)的方案。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于380v/110kw以下容量的電機(jī)，只要縮短電機(jī)自由滑停段的時(shí)間(一般控制在200ms以內(nèi))，就可以減少感應(yīng)發(fā)電狀態(tài)下的非同期相位的電量累積，減小工頻切換時(shí)的沖擊影響。6 結(jié)束語

通過以上各部分的分析與描述可知，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須調(diào)查清楚用戶的需求，然后綜合考慮各需求之間的關(guān)系和處理方法。對(duì)于3泵循環(huán)控制，其plc控制器大多選用lg k120s系列中的k7m-dr30u，其輸入點(diǎn)為18，輸出點(diǎn)為12，即能滿足多數(shù)情況的需求又具有經(jīng)濟(jì)性。變頻器多數(shù)選擇lg公司的產(chǎn)品:ig5或is5或ih等，它不僅完全具備控制系統(tǒng)對(duì)其功能的需求，而且具有較高的可靠性和性價(jià)比。

基于plc控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用plc的開關(guān)量輸入/輸出方式來控制電機(jī)的起動(dòng)與停止、狀態(tài)遷移、檢修與故障處理等功能，通過pid儀表、壓力變送器來實(shí)現(xiàn)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)水泵的速度調(diào)節(jié)(當(dāng)然也可以通過觸摸屏和模擬量輸入輸出混合模塊來實(shí)現(xiàn)變頻速度調(diào)節(jié))，從而達(dá)到恒壓供水的目的?？刂葡到y(tǒng)在程序設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到負(fù)載均衡性原則，采取“先入先出”的排隊(duì)策略，執(zhí)行變頻方式輪值，確保各泵使用率基本均衡。

變頻恒壓供水一改以往的定量供給方式，首次實(shí)現(xiàn)“按需分配”原則，因此變頻恒壓供水方式與工頻控制方式相比，不僅具有上面所述功能優(yōu)點(diǎn)，而且同樣具備很好的節(jié)能效果，在以往的工程中通常節(jié)電率達(dá)到20%以上。參考文獻(xiàn)

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王宏巖(1968-)電氣工程師/本科 畢業(yè)于安徽大學(xué)計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)，現(xiàn)就職于上海三信自動(dòng)化工程有限公司工程技術(shù)部，主要從事自動(dòng)化控制項(xiàng)目設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、程序開發(fā)等工作。