【正文】 頻器可實現(xiàn)七臺水泵機組的切換 )。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻 器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。 采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，電機起動電流從零逐漸增至額定電流，起動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對于電機的機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式 (如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速等 )，是當(dāng)今國際上一項效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機調(diào)速技術(shù) .它采用微機控制技術(shù) 。電力電子技術(shù)和電機傳動技術(shù)實現(xiàn)了工基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 6 業(yè)交流電動機 的無級調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點。 設(shè)計任務(wù)及要求 本系統(tǒng)以一個 供水系統(tǒng) 作為被控對象。主要設(shè)計內(nèi)容為：了解 供水系統(tǒng) 的運行工藝情況，設(shè)計 恒壓供水 控制系統(tǒng)的硬件電路；研究 恒壓變頻供水 的控制方法 。 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 7 第 2 章 恒壓供水系統(tǒng) 變頻恒壓供水系統(tǒng) 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點 : (1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水 壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量 (如 :溫度、流量、濃度等 )一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。 (2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。 (3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。 (4)在變頻調(diào)速恒壓供 水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制 (包括定量泉的停止和運行 )是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。 (5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況 (如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等 )時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點自動進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。 (6)水泵的電氣控制柜，其有遠(yuǎn)程和就地控制 的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等功能。 (7)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。 課題研究的對象 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 8 圖 供水流程簡圖 此次設(shè)計研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。這棟樓有 10 層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時， 高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。如圖 所示，是這棟小樓的供水流程。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。 變頻恒壓供水控制方式的選擇 目前國內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有： 1．邏輯電子電路控制方式 2．單片微機電路控制方式 3．帶 PID回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器 (PLC)的控制方式 4．新型變頻調(diào)速供水設(shè)備 考慮以上四種方案后，此次設(shè)計采用第四種方案。如圖 所示。 圖 供水系統(tǒng)方案圖 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 9 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的及工作原理 系統(tǒng)的構(gòu)成 圖 系統(tǒng)原理圖 如圖 ，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺 PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器 (反饋 0～ 5V電壓信號 )或壓力變送器 (反饋 4～ 20mA電流 )；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速 、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。 從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測、控制系 統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分組成。 (1)執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，圖 3個水泵分為二種類型 : 調(diào)速泵 :是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。 恒速泵 :水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對供水量進(jìn)行定量的補充。 (2)信號檢測 在系統(tǒng)控制過程中， 需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號 : ① 水壓信號 :它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。 ② 報警信號 :它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常。該信號為開關(guān)量信號。 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 10 (3)控制系統(tǒng) 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 (PLC系統(tǒng) )、變頻器和電控設(shè)備三個部分。 ① 供水控制器 ② 變頻器 ③ 電控設(shè)備 (4)人機界面 人機界面是人與機器進(jìn)行信息交流的場所。 (5)通訊接口 通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的 工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來 . (6)報警裝置 作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由 PLC判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失 工作原理 合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運行。將手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進(jìn) 入全自動運行狀態(tài)， PLC中程序首先接通 KM6，并起動變頻器。根據(jù)壓力設(shè)定值 (根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定 )與壓力實際值 (來自于壓力傳感器 )的偏差進(jìn)行 PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預(yù)先設(shè)定好的加速時間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運行頻率到達(dá)上限，會將頻率到達(dá)信號送給 PLC， PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號和變頻器的運行頻率是否到達(dá)上限的信號，由程序判斷是否要起動第 2臺泵 (或第 3臺泵 )。當(dāng)變頻器運行頻率達(dá)到頻率上限值，并保持一 段時間，則 PLC會將當(dāng)前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下 1臺泵變頻運行。此時 PID會繼續(xù)通過由遠(yuǎn)傳壓力表送來的檢測信號進(jìn)行分析、計算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。 增泵工作過程：假定增泵順序為 l、 3泵。開始時， 1泵電機在 PLC控制下先投入調(diào)速運行，其運行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時變頻器輸出頻率升基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 11 高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水壓力仍沒達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過程。在 PLC的邏輯控制下 將 1泵電機與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開， 1泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與 2泵電機連接， 控制 2泵投入調(diào)速運行。如果還沒到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將 2泵切換到工頻運行，控制 3泵投入變頻運行。 減泵工作過程：假定減泵順序依次為 1泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調(diào)速運行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當(dāng)最后一臺正在運行的主泵 處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機并啟動輔泵投入調(diào)速運行，從而達(dá)到節(jié)能效果。 變