【正文】 看出，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。實(shí)際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內(nèi)變化。 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本系統(tǒng)以一個(gè)供水系統(tǒng)作為被控對(duì)象，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為：了解供水系統(tǒng)的運(yùn)行工藝情況，設(shè)計(jì)恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件電路；研究恒壓變頻供水的控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的高性能控制。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 課題研究的對(duì)象 供水流程簡(jiǎn)圖此次設(shè)計(jì)研究的對(duì)象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個(gè)用戶。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。由于帶模擬量輸入，輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無形中就增加了供水設(shè)備的成本。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。三臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺(tái)泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測(cè)管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號(hào))或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速、無波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。(3)控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。通過人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時(shí)使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。將手動(dòng)、自動(dòng)開關(guān)打到自動(dòng)上，系統(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。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1臺(tái)泵變頻運(yùn)行。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時(shí)變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。減泵工作過程：假定減泵順序依次為1泵。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運(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)需要減少恒速水泉來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。由于在變頻運(yùn)行狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電機(jī)的運(yùn)行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個(gè)下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。 主電路接線圖圖24 水泵主回路接線圖電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)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(yán)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(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的簡(jiǎn)單編程語句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡(jiǎn)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(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。隨著微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來愈高的需求，PLC無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。因此，在現(xiàn)今的稍微復(fù)雜一些的控制系統(tǒng)中，PLC通常與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)完整的控制功能。 PLC的工作過程 PLC的掃描工作過程 PLC是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的工作方式，其工作過程就是程序的執(zhí)行過程，它分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段?？刂破饎?dòng)和停止需要2個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測(cè)信號(hào)占用PLC2個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)起動(dòng)需1輸入點(diǎn)，手動(dòng)控制電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行需6個(gè)輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需1個(gè)輸入點(diǎn)，檢測(cè)電機(jī)是否過載需3個(gè)輸入點(diǎn)，共需15個(gè)輸入點(diǎn)。X0接起動(dòng)按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。② 平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。④制動(dòng)回路異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。，僅以控制電路A部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無速度檢測(cè)電路，為開環(huán)控制。③ 驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路 器件的電路。保護(hù)回路主要包括：（1）逆變器保護(hù)1）瞬時(shí)過電壓保護(hù)。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器器件、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時(shí)超過容許值。但瞬時(shí)停電時(shí)間在10ms以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。6）冷卻風(fēng)機(jī)異常。動(dòng)作頻繁時(shí)可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過電壓。4．由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，大大降低水質(zhì)污染的可能性：眾所周知南方氣候炎熱潮濕細(xì)菌和微生物極易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生紅蟲必須定期清洗改用變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備后只需一個(gè)低位水箱原來也有將水質(zhì)污染降到最低限度。 PID調(diào)節(jié)器僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。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。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。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。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。 PID控制接線圖壓力傳感器使用CYYZ1001型絕對(duì)壓力傳感器。3V（DC）。元件符號(hào)型號(hào)個(gè)數(shù)可編程控制器PLCFXos30MRD1變頻器FRA540系列1接觸器KMSCE03C7水泵M1,M240160(I)A2M340160(I)1閘刀開關(guān)QSHD11100/181熔斷器FU1，F(xiàn)U2RT18 6A2FU3RT18 8A1熱繼電器FR1 FR2TKE02TC2FR3KE02UC1按鈕SBLAY3—1110水泵符號(hào)型號(hào)流量(m3/h)揚(yáng)程(m)轉(zhuǎn)速(r/min)電機(jī)功率(kw)M1,M240160(I)A11282900M340160(I)322900變頻器適用電機(jī)容量（KW)輸出額定容量(KVA)輸出額定電流（A）過載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式（三菱）12150%60s ,200% (反時(shí)限特性)3相，380V至480V 50Hz/60Hz強(qiáng)制風(fēng)冷 變頻器的參數(shù)4 PLC控制及編程 PLC控制PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。手動(dòng)模式主要是解決系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問題在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。按下SB10手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。 自動(dòng)運(yùn)行由PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 編程及介紹 總程序的順序功能圖 系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩部分。如果再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開KM2吸合，第2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3水泵變頻起動(dòng)。在同是控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KMKM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。當(dāng)用戶按下SBn（n=1，3，5）三臺(tái)電機(jī)分別處于工頻運(yùn)行，當(dāng)用戶按下SBn（n=2，4，6）三臺(tái)電機(jī)分別處于變頻運(yùn)行。起動(dòng)1泵按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)檢測(cè)采用那種運(yùn)行模式。起動(dòng)1，2，3泵：再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開KM2吸合，第2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3水泵變頻起動(dòng)。（2）手動(dòng)運(yùn)行部分 (2)手動(dòng)運(yùn)行部分按下手動(dòng)起動(dòng)按鈕SB10，手動(dòng)起動(dòng)變頻器。按下SB1,斷開KM1，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在工頻電源下運(yùn)行。電機(jī)只能在一種頻率下運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)工頻/變頻同時(shí)打開時(shí)將發(fā)出警報(bào)且電機(jī)停止運(yùn)行。該系統(tǒng)采用PCL控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運(yùn)行，在啟動(dòng)時(shí)壓力波動(dòng)小，可控制在給定值的5%范圍內(nèi)。目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。[8]趙小惠，(2)：1820[9](4)：48，49[10]，2006 21(4)[11]劉大銘，2006(3): 251一257。在論文工作中，戴老師為我提供了大量的研究資料，并給予了精心指導(dǎo)，從開題到實(shí)驗(yàn)研究到論文撰寫，提出了很多非常好的意見和建議。 感謝評(píng)閱和閱讀本文的老師為此付出的辛勤