【正文】 接口限制了帶負載容量，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。 目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制， 有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn) 。 國內(nèi)外研究概況 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。一方面是由于我國居民多，用水量大，造成用電量大 :另一方面是因為我國供水設(shè)備工作效率低，控制方式不夠科學合理。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時可無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時沖擊電流小，啟動能耗比較小。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。最后對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行了詳細的介紹。本論文設(shè)計與實現(xiàn)通過 MCGS 進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h程網(wǎng)絡(luò)巡回監(jiān)控系統(tǒng)。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個較大的缺點。由此可見變頻調(diào)速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。造成不必要的能量浪費。在早期，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。 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。 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。 (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)。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行供水。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。 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。 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。 (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。 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行信息交流的場所。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 )的偏差進行 PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。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，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。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(yù)置值，則需進入增泵過程。當供水壓力大于預(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(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。那么何時進行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換。當變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達 50Hz時，即使實際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 12 主電路接線圖 圖 24 水泵主回路接線圖 圖 主電路圖 電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。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(shè)備短路和嚴重過載。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的簡單編程語句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。美國電氣制造商協(xié)會 (NEMA)將其正式命名為可編程控制器 (Programmable Controller)，簡稱 PC，但是為了和個人計算機 (Persona1 Computer)的簡稱 PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡稱為 PLC。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優(yōu)點： 1）編程方法簡單易學 2）功能強，性能價格比高 3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 4）無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強 5）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 6）維修工作量小，維修方便 7）體積小，能耗低。 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 15 PLC 的選型 水泵 M M2， M3可變頻運行，也可工頻運行，需 PLC的 6個輸出點，變頻器的運行與關(guān)斷由 PLC的 1個輸出點，控制變頻器使電機正轉(zhuǎn)需 1個輸出信號控制，報警器的控制需要 1個輸出點，輸出點數(shù)量一共 9個。 PLC 的接線 圖 PLC的接線圖 Y0接 KM0控制 M1的變頻運行， Y1接 KM1控制 M1的工 Y2接 KM2頻運行；控制 M2的變頻運行， Y3接 KM3控制 M2的工頻運行； Y4接 KM4控制 M3的變頻運行， Y5接 KM5控制 M3的工頻運行。頻率檢測的上 /下限信號分別通過 OL和 FU輸出至 PLC的 X2與 X3輸入端作為 PLC增泵減泵控制信號 變頻器 變頻器的構(gòu)成 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 16 通常由變頻器主電路（ IGBT、 BJT、或 GTO 作逆變元件）給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源。圖 所示是典型的電壓逆變器的例子。 控制電路主要包括： ①運算電路 將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、功率。 ④ 速度檢測電路 以裝在異步電 動機軸上的速度檢測器（ TG、 PLG 等）的信號為速度信號 送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 3）再生過電壓保護。 （ 2）異步電動機的保護 1）過載保護。 變頻器的特點 變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護功能。 X2接變頻器的 FU接口， X3接變頻器的 OL接口。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。偏差小時， P動作的作用減小。 利用 I動作消除偏差作用和用 D動作抑制振蕩作用，在結(jié)合 P動作就構(gòu)成了 PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式 。也就是使反饋量與日標值相一致的一種通用控制方式。 根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。 該傳感器的量程為 0～ ，工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ， 供電電源為 28177。 接觸器的選擇：對于接觸器 KM 選擇的是規(guī)格 SCE03C,功率 3Kw 按鈕 SB 的選擇： PLC 各輸入點 的回路的額定電壓直流 24V，各輸入點的回路的額定電流均小于 40mA，按鈕均只需具有 1 對常開觸點，按鈕均 選用 LAY3— 11 型，其主要技術(shù)參數(shù)為： UN=24VDC， IN=， 含 1 對常開和 1 對常閉觸點。 圖 自動運行順序功能圖 Y0 接 KM0 控制 M1 的變頻運行， Y1 接 KM1 控制 M1 的工頻運行； Y2 接 KM2 控制 M2 的變頻運行， Y3 接 KM3 控制 M2 的工頻運行； Y4 接 KM4 控制 M3 的變頻運行，Y5 接 KM5 控制 M3 的工頻運行 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 25 系統(tǒng)起 動時