【正文】 統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)， PLC 中程序首先接通 KM6，并起動(dòng)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(shí)際值（來(lái)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(hào)給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)及預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)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(shí)現(xiàn)恒壓控制。同時(shí)變頻器在運(yùn)行頻率器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)信號(hào)，由程序判斷是否要起動(dòng)第 2 臺(tái)泵（或第 3 臺(tái)泵）。當(dāng)變頻器 運(yùn)行頻率達(dá)到頻率上限值，并保持一段時(shí)間，則 PLC 會(huì)將當(dāng)前變頻運(yùn)行泵切換為工頻運(yùn)行，并迅速起動(dòng)下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行。此時(shí) PID 會(huì)繼續(xù)通過(guò)由遠(yuǎn)傳壓力表送來(lái)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率，使管壓設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。 增泵工作過(guò)程：假定增泵順序?yàn)? 3 泵。開(kāi)始時(shí)， 1 泵電機(jī)在 PLC 控制下線投入調(diào)速運(yùn)行，其運(yùn)行運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置時(shí)變頻器輸出頻率升高，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(yùn)行后，如果供水壓力仍沒(méi)達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過(guò) 程。在 PLC 的邏輯控制下將 1 泵電機(jī)與變頻器連接的電磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)， 1 泵電機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器與 2 泵電機(jī)連接，控制 2 泵投入調(diào)速運(yùn)行。如果還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將 2 泵切換到工頻運(yùn)行，控制 3 泵投入變頻運(yùn)行。 減泵工作過(guò)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(shí)，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(yùn)行一段時(shí)間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺(tái)水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過(guò)程。如果在晚間用水不多時(shí)， 當(dāng)組后一臺(tái)正在運(yùn)行的主泵處于低速運(yùn)行時(shí)，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機(jī)并啟動(dòng)輔助泵投入調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能效果。 9 控制思想 電機(jī)有兩種工作模式即：再工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。 KM KMKM5 分別為電動(dòng)機(jī) M M M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器， KM0、KM KM4 分別為電動(dòng)機(jī) M M M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。 熱繼電器（ FR）是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。 熔斷器（ FU）是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。使用 中，由于電流超過(guò)允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過(guò)載。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖 10 第三章 硬件設(shè)備選型 變頻恒壓供水系統(tǒng)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(guò)控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行 PLC 的選擇 傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器控制。這種控制系統(tǒng)較復(fù)雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也降低了設(shè)備的工作效率。采用可編程控制器較好地 解決了這一問(wèn)題，可編程控制器是一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的邏輯控制，還能實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備之間的通信。因此，將可編程控制器應(yīng)用于多種液體混合灌裝機(jī)，完全能滿足控制要求。且具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 PLC 的一般結(jié)構(gòu)如圖 所示，由圖可見(jiàn)主要有 6 個(gè)部分組成，包括 CPU（中央處理器）、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、 I/O 擴(kuò)展接口。 S7— 300PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (1)中央處 理器（ CPU） 11 與通用計(jì)算機(jī)的 CPU 一樣。 PLC 中的 CPU 也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，主要有運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此處還有外圍芯片、總線接口以及有關(guān)電路。 CPU 在很大程度上決定了 PLC 的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。 （ 2） I/O 模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為 I/O 模塊或 I/O 單元。 PLC 的對(duì)外功能主要是通過(guò)各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系而實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著 PLC 與外部設(shè)備之間 傳遞 信息的作用。通常 I/O 模塊上還有狀態(tài)顯示和 I/O 接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。 (3)電源模塊（ PS） 輸入、輸出接口電路是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 設(shè)備相連接的部件。它的作用是將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為 PLC 能夠接收和處理的信號(hào)，將 CPU 送來(lái)的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)。 PLC 主站指標(biāo)： 名稱 主要參數(shù) 電源 PS 307 5A 處理器 CPU 3152 DP 接口模塊 IM 360 輸入模塊 DI16*DC24V 輸出模塊 DI16*DC24V∕ PLC 主站參數(shù) S7300PLCDD 的中央機(jī)架最多可以安裝 8 塊 I/O 模塊，根據(jù)實(shí)際需要我選用了 IM361 接口模塊作為從站，它的指標(biāo)： 名稱 主要參數(shù) 電源 PS 307 5A 12 接口模塊 IM 360 輸入模塊 DI32*DC24V 輸出模塊 DI32*DC24V PLC 從站參數(shù) 變頻器的選型 變頻器容量的確定 變頻器容量是變頻器的最重要的參數(shù)，如何選擇變頻器容量是變頻器選型的關(guān)鍵。 變頻器的容量有三種表示方法 :①額定電流 。②適配電動(dòng)機(jī)的額定功率 。③額定視在功率。不管是哪一種表示方法， 歸根到底還是對(duì)變頻器額定電流的選擇，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)有可能向變頻器吸收的電流來(lái)決定。 通常變頻器的過(guò)載能力有兩種 :不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對(duì)變頻器額定電流的選擇，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況根據(jù)電動(dòng)機(jī)有可能向變頻器吸收的電流來(lái)決定 .通常變頻器的過(guò)載能力有兩種 :① 12 倍的額定電流，可持續(xù) 1 分鐘 :② 倍的額定電流，可持續(xù) 1 分鐘 :而且變頻器的允許電流與過(guò)程時(shí)間呈反時(shí)限的關(guān)系。如 12()倍的額定電流可持續(xù) lmin。而 LS()倍的額定電流，可持續(xù)眾 sn 血。這就意味著 :①不論任何時(shí)候向電動(dòng)機(jī)提供在 lmin(或 )以上的電流都必須在某些范圍內(nèi)。②過(guò)載能力這個(gè)指標(biāo)，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，只有在啟動(dòng) (加速 )過(guò)程中才有意義，在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際上等同于不允許過(guò)載 . 下面討論如何根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流的情況來(lái)選擇變頻器帶一臺(tái)電機(jī)時(shí)的容量選擇。 首先計(jì)算出負(fù)載電流，然后應(yīng)考慮三個(gè)方面的因素 :①用變頻器供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流的脈動(dòng)相對(duì)工頻供電時(shí)要大些 。②電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求。即是由低頻低壓?jiǎn)?dòng)，還是額定電壓、額定頻率直接啟動(dòng) .③變頻器使用說(shuō)明書(shū)中的相關(guān)數(shù)據(jù)是用該公司的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)測(cè)試出來(lái)的。要注意按常規(guī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電機(jī)在性能上可 能有一定差異 .故計(jì)算變頻器的容量時(shí)要留適當(dāng)余量。 變頻控制器的選型 目前國(guó)內(nèi)不少變頻器均自帶 PID 控制器或采用 Pl 刀控制器整合方式，兩者均可以很好的實(shí)現(xiàn)壓力反饋控制。由于考慮到一是供水廠參數(shù)較多，除了常見(jiàn)壓力反饋信號(hào)，還需要對(duì)清水池液位信號(hào)、閥門(mén)開(kāi)啟信號(hào)等進(jìn)行處理，因此設(shè)計(jì)采用 PLC 控制系統(tǒng)，主要利用 PID 控制壓力恒定，并能控制電機(jī)的啟動(dòng)停止和泵口閥門(mén)的啟閉。在控制量上，經(jīng)過(guò)供水廠信號(hào)分析，目前至少有 8 個(gè)模擬量 (包括壓力量、液位量、流量、水質(zhì)信號(hào) )， 8 個(gè)開(kāi)關(guān)量需要處理 (包括電機(jī)、閥門(mén) 狀態(tài)、報(bào)警信號(hào) )，考慮到以后的擴(kuò)展需要，設(shè)計(jì)要求 P 比 系統(tǒng)的模擬輸入 /輸出在 12 點(diǎn)以上，開(kāi)關(guān)量輸入 /輸出在 10 點(diǎn)以上。 第一水廠變頻器其它參數(shù)的確定 13 經(jīng)過(guò)計(jì)算，最終第一水廠變頻器的選型需要參考以下要求 : (1)頻率要求 :由第一水廠電機(jī)采用 50Hz， 380v 電網(wǎng)，因此對(duì)變頻器采用 380V 電源，變頻范圍卜 50Hz: (2)擴(kuò)展要求 :要求能按設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一拖二運(yùn)行，并能擴(kuò)展為一拖多運(yùn)行 。 (3)環(huán)境要求 :由于第一水廠泵房溫度范圍在 10℃ ~40℃，濕度常年保持在在 50%以上，因此，對(duì)變頻器及控制電路要求 較高的溫濕度要求，在溫度 .10℃一50℃，濕度在 30%~卯 %溫度環(huán)境中要求變頻器能正常工作 。 (4)保護(hù)功能要求 :要求具有過(guò)電流、短路、過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、過(guò)熱、電流保護(hù)、主器件自保護(hù)功能 。 (5)可靠性要求 :要求變壓器平均無(wú)故障時(shí)間擔(dān) TBF)大于 2 萬(wàn)小時(shí) 。 (6)諧波抑制 :對(duì)電網(wǎng)諧波污染必須滿足 IEEE519 一 1992 的諧波抑制標(biāo)準(zhǔn) 。 (7)尺寸要求 :變頻器及控制電路的尺寸不宜過(guò)大，以方便安裝在空間較小 的第一水廠送水泵房?jī)?nèi)。 PID 調(diào)節(jié)器 僅用 P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增 加 I動(dòng)作的 PI控制。用 PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。但是， I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用 P動(dòng)作控制。 對(duì)于 PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú) D動(dòng)作還要大的操作量，以此來(lái)抑制偏差的增加。偏差小時(shí)， P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅 P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使 P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用 PD控制。換言之，該種控制方式適用于過(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載。 利用 I動(dòng)作消除偏差作用和用 D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合 P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用 PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng) (即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)程控制系統(tǒng)一般都是此類(lèi)系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合 PID調(diào)節(jié) )效果比較好 。 14 PID 控制框圖 通過(guò)對(duì)被控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量 (反饋量 )，將其與目標(biāo)值 (溫度、流量、壓力等設(shè)定值 )進(jìn)行比較。若有偏差，則通過(guò)此功能的控制動(dòng)作使偏差為零 。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過(guò)程量的控制。在恒壓供水中常見(jiàn)的 PID控制器的控制形式主要有兩種 : (1)硬件型：即通用 PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和 P、 I、 D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。 (2)軟件型：使用離散形式的 PID控制算法在可編程序控制器 (或單片機(jī) )上做PID控制器 此次使用硬件型控制形式。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。 15 PID 控制接線圖 電機(jī)的選型 選 用 EJ153 型電動(dòng)機(jī) 其中“ E”表示電動(dòng)機(jī)，“ J”表示交流的， 15 為設(shè)計(jì)序號(hào)， 3 為最大工作電流。 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： EJ15 系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。 (1) 額定電壓為 220V，額定頻率為 50HZ，功率為 ，采用三角形接法。 (2) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行地點(diǎn)的海拔不超過(guò) 1000M。工作溫度 15— 40℃ /濕度≦ 90%。 (3) EJ15 系列電動(dòng)機(jī)效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。其硬件接線如圖 4： 電機(jī)硬件接線圖 16 外圍設(shè)備選型 序號(hào) 名稱 型號(hào) 1 電磁閥 VF550/70 2 接觸器 CJ2510/CJ2515 3 熱繼電器 JR16B60/3D 4 液位傳感器 LSF3 5 壓力 傳感器 CYYZ1001 外圍設(shè)備參數(shù) 電磁閥的選型 (1)入罐液體選用 VF550 型電磁閥。 其中“ V”表示電磁閥，“ F”表示防腐蝕， 5 表示設(shè)計(jì)序號(hào)， 50 表示口徑（ mm）寬度。 相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： ① 材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機(jī)溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體； ② 使用電壓： AC:220V 50Hz/60Hz DC:24V； ③ 功率： AC: ； ④ 介質(zhì)溫度≤ 150℃ /環(huán)境溫度 20— 60℃； 17 ⑤ 操作方式：常閉：通電打開(kāi)、斷電關(guān)閉，動(dòng)作響應(yīng)迅速，高頻率。 （ 2）出罐液體選用 AVF70 型電磁閥。