【正文】 統(tǒng)進入全自動運行狀態(tài)， PLC 中程序首先接通 KM6，并起動變頻器。根據(jù)壓力設定值（根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設定）與壓力實際值（來自于壓力傳感器）的偏差進行 PID 調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預先設定好的加速時間控制水泵的轉速以保證水壓保持在壓力設定值的上、下限范圍之內(nèi)，實現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運行頻率器的運行頻率是否到達信號，由程序判斷是否要起動第 2 臺泵（或第 3 臺泵）。當變頻器 運行頻率達到頻率上限值，并保持一段時間，則 PLC 會將當前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下一臺泵變頻運行。此時 PID 會繼續(xù)通過由遠傳壓力表送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓設定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。 增泵工作過程：假定增泵順序為 3 泵。開始時， 1 泵電機在 PLC 控制下線投入調(diào)速運行，其運行運行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當供水壓力小于壓力預置時變頻器輸出頻率升高，水泵轉速上升，反之下降。當變頻器的輸出頻率達到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水壓力仍沒達到預置值，則需進入增泵過 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。如果還沒有達到設定值，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。當供水壓力大于預置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，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， 當組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定值，則停機并啟動輔助泵投入調(diào)速運行，從而達到節(jié)能效果。 9 控制思想 電機有兩種工作模式即：再工頻電下運行和在變頻電下運行。 KM KMKM5 分別為電動機 M M M3 工頻運行時接通電源的控制接觸器， KM0、KM KM4 分別為電動機 M M M3 變頻運行時接通電源的控制接觸器。 熱繼電器（ FR）是利用電流的熱效應原理工作的保護電路，它在電路中的用作電動機的過載保護。 熔斷器（ FU）是電路中的一種簡單的短路保護裝置。使用 中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設備短路和嚴重過載。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖 10 第三章 硬件設備選型 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 時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及 4 臺水泵等組成。用戶 通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開關來了解和控制系統(tǒng)的運行 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)較復雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也降低了設備的工作效率。采用可編程控制器較好地 解決了這一問題，可編程控制器是一種將計算機技術、自動控制技術和通訊技術結合在一起的新型工業(yè)自動控制設備，不僅能實現(xiàn)對開關量信號的邏輯控制，還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設備之間的通信。因此，將可編程控制器應用于多種液體混合灌裝機，完全能滿足控制要求。且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點。 PLC 的一般結構如圖 所示，由圖可見主要有 6 個部分組成，包括 CPU（中央處理器）、存儲器、輸入 /輸出接口電路、電源、外設接口、 I/O 擴展接口。 S7— 300PLC 系統(tǒng)結構 (1)中央處 理器（ CPU） 11 與通用計算機的 CPU 一樣。 PLC 中的 CPU 也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構成，此處還有外圍芯片、總線接口以及有關電路。 CPU 在很大程度上決定了 PLC 的整體性能，如整個系統(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 的對外功能主要是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現(xiàn)場 I/O 裝置或設備之間的連接部件，起著 PLC 與外部設備之間 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 I/O 設備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉換為 PLC 能夠接收和處理的信號，將 CPU 送來的弱電信號轉換為外部設備所需要的強電信號。 PLC 主站指標： 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 的中央機架最多可以安裝 8 塊 I/O 模塊，根據(jù)實際需要我選用了 IM361 接口模塊作為從站，它的指標： 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鍵。 變頻器的容量有三種表示方法 :①額定電流 。②適配電動機的額定功率 。③額定視在功率。不管是哪一種表示方法， 歸根到底還是對變頻器額定電流的選擇，應結合實際情況根據(jù)電動機有可能向變頻器吸收的電流來決定。 通常變頻器的過載能力有兩種 :不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對變頻器額定電流的選擇，應結合實際情況根據(jù)電動機有可能向變頻器吸收的電流來決定 .通常變頻器的過載能力有兩種 :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程時間呈反時限的關系。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不論任何時候向電動機提供在 lmin(或 )以上的電流都必須在某些范圍內(nèi)。②過載能力這個指標，對電動機來說，只有在啟動 (加速 )過程中才有意義，在運行過程中，實際上等同于不允許過載 . 下面討論如何根據(jù)電動機負載電流的情況來選擇變頻器帶一臺電機時的容量選擇。 首先計算出負載電流，然后應考慮三個方面的因素 :①用變頻器供電時，電動機電流的脈動相對工頻供電時要大些 。②電動機的啟動要求。即是由低頻低壓啟動，還是額定電壓、額定頻率直接啟動 .③變頻器使用說明書中的相關數(shù)據(jù)是用該公司的標準電機測試出來的。要注意按常規(guī)設計生產(chǎn)的電機在性能上可 能有一定差異 .故計算變頻器的容量時要留適當余量。 變頻控制器的選型 目前國內(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，除了常見壓力反饋信號，還需要對清水池液位信號、閥門開啟信號等進行處理，因此設計采用 PLC 控制系統(tǒng)，主要利用 PID 控制壓力恒定，并能控制電機的啟動停止和泵口閥門的啟閉。在控制量上，經(jīng)過供水廠信號分析，目前至少有 8 個模擬量 (包括壓力量、液位量、流量、水質(zhì)信號 )， 8 個開關量需要處理 (包括電機、閥門 狀態(tài)、報警信號 )，考慮到以后的擴展需要，設計要求 P 比 系統(tǒng)的模擬輸入 /輸出在 12 點以上，開關量輸入 /輸出在 10 點以上。 第一水廠變頻器其它參數(shù)的確定 13 經(jīng)過計算，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 :由第一水廠電機采用 50Hz， 380v 電網(wǎng)，因此對變頻器采用 380V 電源，變頻范圍卜 50Hz: (2)擴展要求 :要求能按設計實現(xiàn)一拖二運行，并能擴展為一拖多運行 。 (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)保護功能要求 :要求具有過電流、短路、過壓、欠壓、過載、過熱、電流保護、主器件自保護功能 。 (5)可靠性要求 :要求變壓器平均無故障時間擔 TBF)大于 2 萬小時 。 (6)諧波抑制 :對電網(wǎng)諧波污染必須滿足 IEEE519 一 1992 的諧波抑制標準 。 (7)尺寸要求 :變頻器及控制電路的尺寸不宜過大，以方便安裝在空間較小 的第一水廠送水泵房內(nèi)。 PID 調(diào)節(jié)器 僅用 P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增 加 I動作的 PI控制。用 PI控制時，能消除由改變目標值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。但是， I動作過強時，對快速變化偏差響應遲緩。對有積分元件的負載系統(tǒng)可以單獨使用 P動作控制。 對于 PD控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨 D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時， P動作的作用減小?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負載場合，僅 P動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使 P動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程本身沒有制動作用的負載。 利用 I動作消除偏差作用和用 D動作抑制振蕩作用，在結合 P動作就構成了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，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應需要一定時間的負載系統(tǒng) (即實時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(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 通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量 (反饋量 )，將其與目標值 (溫度、流量、壓力等設定值 )進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零 。也就是使反饋量與日標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、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的 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，在使用時只需要進行線路的連接和 P、 I、 D參數(shù)及日標值的設定。 (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 )上做PID控制器 此次使用硬件型控制形式。 根據(jù)設計的要求，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 電機的選型 選 用 EJ153 型電動機 其中“ E”表示電動機，“ J”表示交流的， 15 為設計序號， 3 為最大工作電流。 相關元件主要技術參數(shù)及原理如下： EJ15 系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。 (1) 額定電壓為 220V，額定頻率為 50HZ，功率為 ，采用三角形接法。 (2) 電動機運行地點的海拔不超過 1000M。工作溫度 15— 40℃ /濕度≦ 90%。 (3) EJ15 系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉轉矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。其硬件接線如圖 4： 電機硬件接線圖 16 外圍設備選型 序號 名稱 型號 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 表示設計序號， 50 表示口徑（ mm）寬度。 相關元件主要技術參數(shù)及原理如下： ① 材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學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、斷電關閉，動作響應迅速，高頻率。 （ 2）出罐液體選用 AVF70 型電磁閥。