【正文】 基于PLC的給水泵組變頻恒壓控制程序設(shè)計(jì)溫筱茜電子郵箱：wenxq168@博客：@126/二○○九年八月基于PLC的給水泵組變頻恒壓控制程序設(shè)計(jì)使用變頻器的PID功能、由PLC控制水泵切換摘 要隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，高層建筑比例的不斷增加，人們對給水質(zhì)量和給水系統(tǒng)可靠性的要求在不斷提高，由于能源緊缺，如何利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓給水系統(tǒng)成為必然趨勢。本文根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行特性曲線，闡明了二次加壓給水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理，接著分析了變頻恒壓給水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出基于PLC的多種不同的控制方案：控制系統(tǒng)有使用自帶PID功能的變頻器及PLC構(gòu)成的最簡系統(tǒng)，和使用帶模擬量輸入輸出的PLC加上不帶PID的變頻器構(gòu)成的系統(tǒng)。應(yīng)用范圍包含常規(guī)多泵變頻恒壓給水系統(tǒng)，無負(fù)壓變頻恒壓給水系統(tǒng)，以及高穩(wěn)定度的多泵變頻恒壓系統(tǒng)。并詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的構(gòu)成及相應(yīng)的PLC程序設(shè)計(jì)。本文研究常規(guī)多泵變頻恒壓給水系統(tǒng)：使用變頻器的PID功能、由PLC控制水泵切換。無負(fù)壓變頻恒壓給水系統(tǒng)，以及高穩(wěn)定度的多泵變頻器恒壓系統(tǒng)將另文介紹。關(guān)鍵詞：PLC；恒壓給水；PID控制； 第一章 緒 論隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對給水的質(zhì)量和給水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，其水質(zhì)、水壓、流量的監(jiān)測與控制，直接影響給水系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量、服務(wù)質(zhì)量和工作效率。把先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到給水領(lǐng)域，成為對給水系統(tǒng)的新要求。 項(xiàng)目的背景及現(xiàn)狀分析[1][4]水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，城市的生活生產(chǎn)用水主要由自來水公司的市政管網(wǎng)提供。,一般只能達(dá)到7～8層樓。隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市內(nèi)的次高層和高層建筑的比例不斷增加。自來水的給水壓力已無法滿足次高層和高層建筑的生活消防給水的要求，只能依靠二次加壓給水設(shè)備進(jìn)行加壓。當(dāng)前的二次加壓生活給水設(shè)備的給水方式主要有高位水塔、水箱給水、增壓給水，其中增壓給水又包括氣壓給水和變頻恒壓給水。高位水塔和高位水箱給水由水箱、水塔直接向用戶給水，即為重力給水。給水壓力比較穩(wěn)定，但它需要由位置高度所形成的壓力進(jìn)行給水，為此需要建造水塔或?qū)⑺渲糜诮ㄖ镯攲拥淖罡唿c(diǎn)。即使如此，還常常不能滿足最不利給水點(diǎn)的給水要求，同時(shí)由于其存儲的水量比較大，在屋頂形成很大的負(fù)重，增加了結(jié)構(gòu)的承重和占用樓宇的建筑面積，也妨礙美觀，且投資大、增加建筑周期長，還存在二次污染問題。氣壓給水系統(tǒng)僅在地下室或某些空余之處設(shè)置水泵機(jī)組和氣壓儲水罐設(shè)備，采用氣壓增壓給水來滿足給水要求，即以氣壓罐代替水塔或高位水箱，利用密閉壓力水罐內(nèi)空氣的壓力將水加壓到管網(wǎng)中去，其優(yōu)點(diǎn)是不必設(shè)高位水箱。但壓力采用上下限控制，壓力變化較大，耗費(fèi)動力較多，運(yùn)行效率低，不節(jié)能，橡膠隔膜氣壓水罐的維護(hù)費(fèi)用較高。近年來隨著電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的成熟、普及和應(yīng)用，其產(chǎn)品己用來更新改造傳統(tǒng)給水系統(tǒng)，使我國的給水行業(yè)技術(shù)的裝備水平經(jīng)歷了一次飛躍。變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水泵電機(jī)無級調(diào)速，根據(jù)水泵出口的壓力情況自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而保持水壓恒定，以滿足人們對給水系統(tǒng)的高要求。恒壓給水系統(tǒng)與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱或氣壓給水系統(tǒng)相比，無論是投資的規(guī)模，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，可靠性，穩(wěn)定性和自動化程度等方面都優(yōu)于水塔給水系統(tǒng)和水箱給水系統(tǒng)，而且還有顯著的節(jié)能效果。 二次加壓給水系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢為了滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對恒壓生活給水的相關(guān)要求，二次加壓給水系統(tǒng)的類型除了由高位水箱給水或氣壓給水發(fā)展到變頻恒壓給水以外，還從帶儲水箱的變頻恒壓給水泵組加壓系統(tǒng)發(fā)展到無負(fù)壓變頻變頻恒壓給水系統(tǒng)。在技術(shù)上還從普通的繼電器開關(guān)量控制發(fā)展到電腦全自動程序控制，從本地控制發(fā)展到遠(yuǎn)程、超程監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)的核心通常有單片機(jī)或PLC加變頻器構(gòu)成。用于給水控制單片機(jī)由于無法達(dá)到足夠的批量，因而其可靠性、工作穩(wěn)定性、壽命的持久性均比不上PLC；單片機(jī)控制程序固定，無法更新；一旦生產(chǎn)廠服務(wù)跟不上，設(shè)備出故障用戶就無法維修和更換。因而使用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)更受用戶的歡迎。目前市面占主流地位的變頻器均增設(shè)了PID控制功能，采用該類變頻器加上一只小型PLC，就可以構(gòu)成一套最簡的變頻恒壓給水控制核心。其構(gòu)成成本較低，使用較廣。但功能無法擴(kuò)展?？刂坪诵牟捎脦M量輸出輸入的高性能PLC與常規(guī)變頻器構(gòu)成的系統(tǒng)，變頻恒壓的PID控制由PLC實(shí)現(xiàn)，可擴(kuò)展液晶顯示單元將運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到液晶顯示屏上顯示，或通過顯示屏方便的修改控制參數(shù)。還可以擴(kuò)展遠(yuǎn)程通訊模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程和超遠(yuǎn)程控制。 項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容 項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容通過對現(xiàn)有給水系統(tǒng)的調(diào)研和分析，確定以工作可靠、性能穩(wěn)定、價(jià)格合理等特點(diǎn)的西門子S7系列單片機(jī)和西門子變頻器構(gòu)成的控制核心來設(shè)計(jì)變頻恒壓給水系統(tǒng)，確定控制要求，設(shè)計(jì)控制軟件，并在工程項(xiàng)目實(shí)踐中考驗(yàn)與使用，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。具體的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：分析給水系統(tǒng)特性和原理，分析和論證變頻調(diào)速方式在恒壓給水系統(tǒng)中的節(jié)能原理和效果。通過對比異步電動機(jī)的調(diào)速方法后,給水系統(tǒng)中采用的變頻調(diào)速節(jié)能效果顯著。最后列舉變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。本文就最簡的給水泵組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的敘述，包括硬件電路設(shè)計(jì)，控制軟件的總體方案及程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及相關(guān)的控制程序?qū)嶋H。闡述設(shè)備的調(diào)試及變頻器參數(shù)設(shè)定。最后還提出了保障系統(tǒng)可靠性的一些措施。 小結(jié)本章首先介紹了論文的選題背景、意義及課題來源，在對現(xiàn)有給水系統(tǒng)存在問題調(diào)研的基礎(chǔ)上，確定了以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、自動、可靠、穩(wěn)定給水的變頻恒壓給水及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。提出了設(shè)計(jì)需要解決的主要技術(shù)問題和本文的主要研究內(nèi)容。第二章 變頻恒壓給水系統(tǒng)的特性及原理變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)主要由水泵、電動機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成，通常由鼠籠式異步電動機(jī)驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來給水。在同一路給水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，給水量大時(shí)多臺泵全開，給水量小時(shí)開一臺或兩臺。這章主要分析給水系統(tǒng)的一些基本概念和特性。 給水系統(tǒng)基本特性給水系統(tǒng)的參數(shù)表明了給水的性能。但各參數(shù)之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。這種聯(lián)系和變化規(guī)律可用給水系統(tǒng)的特性曲線[3]直觀地反映，主要有揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線。見圖21。水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以給水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程與流量Q之間的關(guān)系曲線f（Q） [7][8]。由圖21可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qv之間的關(guān)系。而管阻特性是以水