【正文】 ，變頻調(diào)速器的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大。當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，水泵恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值上。反之當(dāng)用戶用水量少，管網(wǎng)壓力高于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速器的輸出頻率將降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，供水量減少，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力，這樣反復(fù)循環(huán)就達(dá)到了恒壓變量供水的目的。 水 泵配電柜控制柜 至 用 戶壓 力 信 號(hào)壓 力 傳 感 器水 池圖 供水系統(tǒng)原理圖供水系統(tǒng)的工作原理如圖 所示。由自來(lái)水管網(wǎng)或其它水源提供的水進(jìn)入蓄水池經(jīng)加壓水泵進(jìn)入用戶管網(wǎng)管路。通過(guò)壓力傳感器按提供網(wǎng)的壓力信號(hào)，傳送給控制系統(tǒng)的PID，經(jīng) PID 運(yùn)算后輸出信號(hào)控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)而保持供水管道的壓力基本恒定。用戶用水量大時(shí)，管網(wǎng)管路壓力下降變頻器頻率就升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，反之頻率下降，水泵減速運(yùn)行，從而維持恒壓供水。當(dāng)用水量大于一臺(tái)水泵的最 大供水量時(shí)，通過(guò) PLC 自動(dòng)切換電路工作再投入一臺(tái)水泵，根據(jù)最多用水量的大小可投入數(shù)臺(tái)水泵。在供水系統(tǒng)中，控制對(duì)象是水泵，控制目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓恒定，控制方法是壓力信號(hào)的反饋閉環(huán)控制。它的自動(dòng)控制原理圖見(jiàn)圖 。圖 變頻式恒壓供水自動(dòng)控制原理圖 本系統(tǒng)總體介紹 本系統(tǒng)針對(duì)的用戶是自來(lái)水公司供水系統(tǒng)和水廠、泵站等各種泵類電機(jī)的調(diào)速和控制，控制對(duì)象應(yīng)盡量做到通用型，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇主要立足于通用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能效果，而對(duì)于特殊情況下的供水系統(tǒng)不在本系統(tǒng)控制范圍之列(事實(shí)上特殊供水系統(tǒng)也只是在通用系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上充分考慮到特殊性，最根本的還是在于一般系統(tǒng)的研制)。在本論文中，我們以四臺(tái)水泵為控制對(duì)象，建立一個(gè)模型，研制一種新型的控制系統(tǒng)使得水泵轉(zhuǎn)速跟隨用水量的變化而變化，實(shí)現(xiàn)變頻、恒壓、無(wú)級(jí)調(diào)速的供水系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、充分利用設(shè)備、高可靠性、高自動(dòng)化程度的目的。如圖 所示，供水系統(tǒng)由四臺(tái)泵(二用二備)組成，由一臺(tái)可編程控制器和一臺(tái)變頻器切換控制任一臺(tái)電機(jī)調(diào)速。水泵可變供電回路由工頻回路和變頻器提供的變頻回路組成，通過(guò) PLC 和變頻器將各臺(tái)水泵按照一定的規(guī)律順序投入運(yùn)行和順序停止運(yùn)行，使整個(gè)的供水回路處于最佳的配置狀態(tài)。變頻器則具體的微調(diào)當(dāng)前水泵的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速變化跟隨管網(wǎng)壓力變化(實(shí)際上是跟隨用戶用水量的變化)。1 號(hào)泵2 號(hào)泵3 號(hào)泵4 號(hào)泵水泵切換電路變頻器 PID壓力傳感器 PLC3 系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇 PLC 的工作原理及選擇 PLC 的簡(jiǎn)介PLC是以微機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)編程，可以執(zhí)行諸如邏輯判斷，順序控以時(shí)，計(jì)數(shù)，運(yùn)算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬I/O組件控制機(jī)械設(shè)備。與傳統(tǒng)的繼電器控制盤相比，PLC控制系統(tǒng)體積小，可靠性高。更易使用和維護(hù)，且能在工廠環(huán)境下進(jìn)行編程。便于擴(kuò)充和修改功能，又具有向中央數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳遞信息的能力。通過(guò)接插件，所有輸入端點(diǎn)能直接和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)，接點(diǎn)直接相連，所有輸出端點(diǎn)能直接驅(qū)動(dòng)繼電器、電磁閥、電機(jī)啟動(dòng)器的線圈等。它的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展時(shí)期。(19701974年)早期的PLC采用小規(guī)模的IC構(gòu)成專用的邏輯處理芯片(CPU)，采用機(jī)器語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程，僅有邏輯控制指令，控制點(diǎn)少，功能簡(jiǎn)單，并沒(méi)有獲得廣泛重視。(19741978年)隨著單電源的8位處理器的出現(xiàn)，在小型化、高可靠性多功能及價(jià)格等方面，PLC的研制和應(yīng)用水平有了飛速發(fā)展和提高。PLC開始具有了多個(gè)CPU，設(shè)置了定時(shí)器、計(jì)算器并具有了算術(shù)運(yùn)算功能。圖地 址 總 線數(shù) 據(jù) 總 線行 程 開 關(guān)模 擬 量 輸 入繼 電 器 觸 點(diǎn)開 關(guān) 或 傳 感 器地 址 總 線 控 制 總 線照 明電 磁 裝 置電 動(dòng) 機(jī)其 他 執(zhí) 行裝 置 或 觸點(diǎn)數(shù) 據(jù) 總 線編 程單 元輸 入 單 元 中央存儲(chǔ)單元 存 儲(chǔ) 器 輸 入輸 出數(shù) 據(jù)存 儲(chǔ) 輸 出 單 元電 源 單 元 PLC結(jié)構(gòu)示意圖(1978年以來(lái))從70年代末到80年代，PLC的應(yīng)用和制造呈現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)。一方面研制出了高性能不同規(guī)模的PLC控制系統(tǒng)，開發(fā)了多種智能I/O模塊，充分吸收了計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了分布式分級(jí)控制的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。另一方面也逐一生產(chǎn)一般機(jī)械加工邏輯控制而價(jià)格較為便宜的微小型PLC，對(duì)PLC普及應(yīng)用起了重要推動(dòng)作用。 PLC的選擇可編程控制器（programmable logical controller，簡(jiǎn)稱PLC）已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，并且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。所以，對(duì)PLC的正確選擇是非常重要的。這一點(diǎn)尤為重要。在自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，就應(yīng)該對(duì)控制點(diǎn)數(shù)（數(shù)字量及模擬量）有一個(gè)準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，這往往是選擇PLC的首要條件，一般選擇比控制點(diǎn)數(shù)多10%30%的PLC。（本設(shè)計(jì)中開關(guān)量16個(gè)，控制量6個(gè)，1個(gè)模擬量輸出，3個(gè)模擬量輸入）工作環(huán)境是PLC工作的硬性指標(biāo)。自控系統(tǒng)將人們從繁忙的工作和惡劣的環(huán)境中解脫出來(lái)，就要求自控系統(tǒng)能夠適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，諸如溫度、濕度、噪音、信號(hào)屏蔽、工作電壓等，各款PLC不盡相同。一定要選擇適應(yīng)實(shí)際工作環(huán)境的產(chǎn)品。（該設(shè)計(jì)環(huán)境正常，故不用特殊型號(hào)）　　　　現(xiàn)在PLC已不是簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)控制，PLC遠(yuǎn)端通信已成為控制系統(tǒng)必須解決的問(wèn)題。（故盡量選取比較常用的品牌）程序是整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的“心臟” ，程序編制的好壞直接影響到整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)作。編程器及編程軟件有些廠家要求額外購(gòu)買，并且價(jià)格不菲，這一點(diǎn)也需考慮在內(nèi)（要求有良好的編程軟件） ?！∵@里包括三個(gè)方面含義：（1）產(chǎn)品壽命。大致可以保證所選擇的PLC的使用年限，盡量購(gòu)買生產(chǎn)日期較近的產(chǎn)品?！。?）產(chǎn)品連續(xù)性。生產(chǎn)廠家對(duì)PLC產(chǎn)品的不斷開發(fā)升級(jí)是否向下兼容，這決定是否有利于現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)將來(lái)新增加功能的應(yīng)用。（3）產(chǎn)品的更新周期。當(dāng)某一種型號(hào)PLC（或PLC模塊）被淘汰后，生產(chǎn)廠家是否能夠保證有足夠的備品（或備件）。這時(shí)應(yīng)考慮選擇當(dāng)時(shí)比較新型的PLC。 由上面的的挑選規(guī)范，我挑選西門子公司的S7200 CPU226作為本系統(tǒng)采用的PLC，它的具體性能如下。本機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇 變頻調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介在變頻器沒(méi)有出現(xiàn)以前，調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速圖，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因，直流電動(dòng)機(jī)存在著很多缺點(diǎn)(諸如需要定期更換電刷和換向器，維護(hù)保養(yǎng)困難，壽命短，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓的直流電動(dòng)機(jī)等)，所以人們一直在尋找交流調(diào)速系統(tǒng)。而變頻器的出現(xiàn)剛好解決了這個(gè)問(wèn)題。與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流拖動(dòng)系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以用一臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。特別是對(duì)于工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載來(lái)說(shuō)，通過(guò)變頻器進(jìn)行調(diào)速控制可代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用擋板和閥門進(jìn)行的風(fēng)量、流量和揚(yáng)程的控制，所以節(jié)能效果非常明顯。變頻調(diào)速的原理非常簡(jiǎn)單，由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為nsf)1(20??式中n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；f為電源頻率，Hz；p為異步電動(dòng)機(jī)磁極個(gè)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差。所以，理論上說(shuō)，只要改變f就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速n。 變頻調(diào)速控制方式 常見(jiàn)的變頻調(diào)速模式有兩種，一種是開環(huán)控制，另一種是速度反饋閉環(huán)控制，所示。本系統(tǒng)根據(jù)恒壓的控制要求，采用的是PID調(diào)節(jié)方式(內(nèi)含在變頻器中) 的閉環(huán)控制。 變 頻器主控機(jī)器主控機(jī)器 變 頻器 壓 力 傳 感 器水 泵水 泵閉 環(huán) 控 制欠 壓 信 號(hào)超 壓 信 號(hào)變 頻 器 故 障 信 號(hào)信 號(hào)開 環(huán) 控 制變 頻 器 故 障 信 號(hào)信 號(hào) 變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式 變頻器的輸入輸出電路本系統(tǒng)中變頻器的輸入信號(hào)有兩種，一種是控制信號(hào)，它包括PLC輸給的變頻器FWD信號(hào)BX信號(hào)和VI（12）電壓信號(hào)（05V），F(xiàn)WD信號(hào)BX信號(hào)由PLC輸出，控制變頻器的工作開關(guān)。VI（12）控制變頻器頻率。另一種是輸入電源信號(hào)，本系統(tǒng)采用的三相380V的交流電源，三相電流輸入連接在端子L1/R, L2/S, L3/T上。采用三相輸入的話，則用主電路的電源端子L1/R, L2/S, L3/T通過(guò)線路保護(hù)用斷電器或帶漏電保護(hù)的斷路器連接至三相交流