【正文】 從上面的分析可以看出 ,恒壓供水實(shí)際上是將壓力恒定在一定范圍內(nèi)，而非某個(gè)特定值上。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。其實(shí) ,在實(shí)際應(yīng)用中 ,變頻器長(zhǎng)期低頻輸出會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱，損壞機(jī)組，浪費(fèi)能量。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制 ,故選定 48Hz 成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)調(diào)速水泵和工頻運(yùn)行水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率 ,此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力 ,此時(shí)需要減少工頻運(yùn)行水泵來(lái)減少供水流量 ,達(dá)到恒壓的目的。 ⑷ 當(dāng)用水量下降水壓升高 ,變頻器的輸出頻率降至下限頻率 ,用戶管網(wǎng)的實(shí)際水壓仍高于設(shè)定壓力值 ,并且滿足減少水泵的條件時(shí) ,系統(tǒng)將上次轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行的水泵關(guān)掉 ,恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié) ,使壓力重新達(dá)到 設(shè)定值。 ⑵ 當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí) ,通過(guò)壓力閉環(huán)和恒壓控制器 ,增加水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值 ,反之 ,當(dāng)用水量減少水壓增加時(shí) ,通過(guò)壓力閉環(huán)和恒壓控制器 ,減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。本文采用前者。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集 ,對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法 ,得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案 ,通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu) (即水泵 )進(jìn)行控制 。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性 ,還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè) ,檢測(cè)結(jié)果可以送給 PLC,作為數(shù)字量輸入 。在用水量不太大時(shí) ,系統(tǒng)中不是所有的水泵在運(yùn)行 ,這樣可以提高水泵的運(yùn)行 壽命 ,同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗 ,達(dá)到節(jié)能的目的。 由上圖可看出系統(tǒng)可分為 :執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分 ,具體為 : ⑴ 執(zhí)行機(jī)構(gòu) :執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組 水泵組成 ,它們用于將水供入用戶管網(wǎng) ,由變頻泵構(gòu)成 ,變頻泵是由變頻調(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(jī)的轉(zhuǎn)速 ,以維持管網(wǎng)的水壓恒定 。 水泵的開(kāi)啟和關(guān)閉，變 頻轉(zhuǎn)工頻等由 PLC 進(jìn)行控制。同時(shí)增強(qiáng)設(shè)備互換性。管網(wǎng)鋪設(shè)如圖 所示： 第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 11 圖 管網(wǎng)鋪設(shè)圖 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 12 供水系統(tǒng)的恒壓通過(guò)壓力變送器、 PID調(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。 恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖 該課題具體是為實(shí)現(xiàn)小區(qū)恒壓供水。同時(shí)由于 PLC 的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高 ,因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。 ⒊ 通用變頻器 +PLC+人機(jī)界面 +壓力變送器 這種控制方式靈活方便。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu) ,降低了設(shè)備成本 ,但在壓力設(shè)定和壓力反饋 值的顯示方面比較麻煩 ,無(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求 ,在調(diào)試時(shí) ,PID 調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難 ,調(diào)節(jié)范圍小 ,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。從而促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。 由公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大 時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n基本上與電源頻率f成正比。硬件設(shè)備的選型， PLC 選型，估算所需 I/O點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行 I/O 模塊選型，繪制硬件配置圖、 I/O 連接圖，分配 I/O 點(diǎn)數(shù)，列出I/O分配表，使用相關(guān)軟件設(shè)計(jì)控制程序，并對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改。 華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 8 本課題主要研究?jī)?nèi)容 本課題是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用 PLC與變頻技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)。 ⑵ 用戶程序 :這是用戶應(yīng)用 PLC 進(jìn)行控制所需要編制的程序。循環(huán)解釋運(yùn)行用戶程序 。它又包括基本控制單元軟件和編程軟件兩部分。用擴(kuò)展模板來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn) : 用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求 ,選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì) PLC 作硬 件組態(tài) ,以求達(dá)到各種功能或控制精度 ,同時(shí)節(jié)省開(kāi)支 ,減少不必要的投資。不同廠家、不同型號(hào)的 PLC的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)也不同 ,有的大型機(jī)輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá) 16K,而很多小型機(jī)僅有十來(lái)點(diǎn) ,而且 CPU 本身不帶模擬輸入與輸出 ,但 CPU 一般都帶有擴(kuò)展接口。 編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。 用于 IBM PC 及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?,也可直接編制成梯形圖 ,其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。 圖形編程器以液晶顯示器 (LCD)或陰極射線管 (CRT)作屏幕 ,用來(lái)顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息 ,還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。目前編程器主要有以下三種類型 :便攜式編程器 (也 叫簡(jiǎn)易編程器 )。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展 ,各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列的智能接口模塊 ,使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。 050mV,01V、 5+5V、 10+10V,010mA 等。模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量 ,經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與 PLC 的 1/0 總線掛接。數(shù)字量輸入模塊帶有光電耦合電路 ,其目的是把 PLC 與外部電路隔離開(kāi)來(lái) ,以提高 PLC的抗千擾能力。由于這些信號(hào)電平各式各樣 ,而可編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平 ,所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。包括輸入、輸出、輔助繼電器狀態(tài)的映像區(qū) ,定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊功能寄存器等狀態(tài)的映像寄存器。此程序由使用者通過(guò)編程器輸入到 PLC 機(jī)的 CMOSRAM 存貯器中 ,以便于用戶隨時(shí)修改。所謂系統(tǒng)程序是指控制和完成 PC機(jī)各種功能的程序 ,如控制器的監(jiān)控程序、基本指令和功能指令翻譯程序、系統(tǒng)診斷程序、通信管理程序等。行系統(tǒng)診斷程序 ,診斷電源 、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。字處理器是 CPU 這個(gè)核心的核心 ,常由通用的 8位、 16 位或 32 位微處理器擔(dān)任 ,位處理器也稱布爾處理機(jī) ,如美國(guó) TI 公司的TI530 等 ,它不僅使 PLC 增加了功能 ,提高了速度 ,也加強(qiáng)了 PLC 的保密性能。 PLC 可分為以下幾個(gè)部分 : ⑴ 中央處理單元 (CPU):同一般微處理機(jī)一樣 ,中央處理單元是可編程控制的核心部件 ,它通過(guò)輸入裝置將外設(shè)的狀態(tài)讀入并按照用戶程序去處理 ,根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)輸出裝置去控制外設(shè)。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過(guò)程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置 ,便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 ⑷ 編程簡(jiǎn)單易學(xué)。為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò) ,它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 PLC 的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。進(jìn)入 80 年代中、后期 ,由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展 ,微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌 ,使得 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成 ,主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等 。目前 ,PLC 在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì) 的飛躍?；?PLC 的恒壓供水系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)用水量及時(shí)做出快速響應(yīng)，具有效率高、穩(wěn)定性高、經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，目前已逐漸取代傳統(tǒng)供水方式，成為城市供水的重要組成部分。 另外，根據(jù)負(fù)載的特性，有針對(duì)性地產(chǎn)生了專用化的變頻器，可對(duì)負(fù)載的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的控制，降低制造成本。未來(lái)發(fā)展前景一片光明。目前，恒壓供水系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)外許多實(shí)際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果和良好的節(jié)能效果，是較受歡迎的中小型實(shí)用、節(jié)能供 水系統(tǒng)。 供水系統(tǒng)是國(guó)民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。 ⑵ 水塔高位水箱供水方式控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，但基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)啟動(dòng)電流大，頻繁啟動(dòng)易損壞，易對(duì)水質(zhì)造成二次污染。 Variable velocity Variable frequency 目 錄 IV 目 錄 摘要 ................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。通過(guò)對(duì)變頻器內(nèi)置 PID 模塊參數(shù)的預(yù)置 ,利用壓力變送器的水壓反饋量 ,構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng) ,根據(jù)用水量的變化 ,采取 PID 調(diào)節(jié)方式 ,在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合 ,實(shí)現(xiàn)恒 壓供水且有效節(jié)能。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn) ,難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面 ,供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作 ,也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。 基于水泵供水流量和水泵轉(zhuǎn)速的三次方成正比 ,論文分析了采取變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水相對(duì)于傳統(tǒng)的閥門控制恒壓供水方式的節(jié)能機(jī)理。 PLC。 傳統(tǒng)的供水方式主要有：恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下： ⑴ 恒速泵加壓供水方式采用人工手動(dòng)方式控制水泵的啟停，無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力變化做出快速響應(yīng)，效率低，可靠性差，在用水量較小時(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，目前已較少采用。 ⑷ 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)已能夠做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度也明顯高于其他供水方式，但是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，對(duì)操作員素質(zhì)要求高，可靠性比較低，維修不 方便，且不適用于惡劣環(huán)境。根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化，由 PLC 自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持供水壓力恒定，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。供水、供氣、供熱、污水處理等市政行業(yè)都面臨快速發(fā)展的機(jī)遇，尤其是水務(wù)行業(yè)對(duì)新型供水系統(tǒng)的需求大增，新建筑的配套設(shè)施與舊建筑的升級(jí)改造都會(huì)用到該系統(tǒng)。 變頻器是一種利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將 工頻電源轉(zhuǎn)換成為可變頻率的電能控制裝置，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過(guò)流 /過(guò)壓 /過(guò)載保護(hù)等功能。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)地不斷發(fā)展，隨著變頻技術(shù)越來(lái)越成熟地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，由計(jì) 算機(jī)、 PLC、變頻器組成的應(yīng)用控制系統(tǒng)層出不窮，在風(fēng)機(jī)控制、中央空調(diào)等工業(yè)應(yīng)用上已獲得很大成功，為民用設(shè)備的產(chǎn)生打下了基礎(chǔ)。再加上 PLC 發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化 ,使之從早期的邏輯控制、順序控制迅速擴(kuò)展到了連續(xù)控制 ,開(kāi)始進(jìn)入批量控制和過(guò)程控制領(lǐng)域 ,并迅速成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱。 1969 年 ,美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器。在軟件方面 ,PLC 采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語(yǔ)言 ,除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外 ,還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息”的世界 PLC 以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱 ,1995 年全球 PLC 及其軟件的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模約 50 億美元 ,隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ,PLC 的功能得到大大的增強(qiáng) ,具有以下特點(diǎn) : ⑴ 可靠性高。另外為了提高操作性能 ,它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊 。 PLC 的各個(gè)部件 ,包括 CPU、電源、 I/O 等華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 4 均采用模塊化設(shè)計(jì) ,由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái) ,系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 PLC 不需要專門的機(jī)房 ,可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 PLC 在水工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)加氯、自動(dòng)加礬、 水泵變頻調(diào)速、 SCADA 系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等。 PLC 機(jī)硬件主要由中央處理單元 (CPU)、存貯器、輸入 /輸出單元以及編程器、電源和智能輸入 /輸出單元等構(gòu)成。對(duì)于雙 CPU 來(lái)說(shuō) ,一般具有一個(gè)位處理器和一個(gè)字處理器。指令寄存器的指令操作碼進(jìn)行譯碼 ,執(zhí)行指令規(guī)定的任務(wù) ,產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào) ,啟閉有關(guān)控制門電路 ,并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志和輸出映像寄存器的內(nèi)容 ,以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通訊 。系統(tǒng)存貯器用以存貯制造廠家編寫的系統(tǒng)程序。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫的控制程序。數(shù)據(jù)存貯器用來(lái)存放 PLC 的數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào) ,如按鈕開(kāi)關(guān) ,行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等 ,都要通過(guò)輸入模塊送到 PLC。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型 ,每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí) ,主要有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊 ,部件上都設(shè)有輸入接線端子排 ,為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理 ,這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量 ,因此這些模擬量必須通過(guò)模擬量輸入 /輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。另外還有。 ⑷ 擴(kuò)展模塊 :當(dāng)一個(gè) PLC中心單元的 1/0點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí) ,就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展 ,擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連 ,以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在磁帶上 ,磁帶上的信息可以重新裝入 PLC。 便于攜帶的特點(diǎn) ,一般只能用指令形式編程 ,通過(guò)按鍵輸入指令 ,通過(guò)數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。但它的價(jià)格高 ,適用于中、大型可編程控制器的編程要求。因此編程器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。 現(xiàn)在產(chǎn)品越來(lái)越模塊化 ,可編程控制器也不例外 ,它的