【正文】 的任務是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。 (2) 單片微機電路控制方式 這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應付不同管網(wǎng)、不同供水情況時，調(diào)試較麻煩，追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。 (4) 完成供水系統(tǒng) PLC 程序設計。由于本系統(tǒng)能 水泵切換后啟動和停電后需 5s報警，運行要自動切換到備用泵，并報警， 因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由 PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失 。 (4) 人機界面 人機界面是人與機器進行信息交流的場所。 ② 變頻器 :它是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元。該信號為開關量信號。 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 時間 報警裝置等部分組成。 (6) 水泵的電氣控制柜，其有遠程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等功能。 (3) 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。追求高度智能化、系列化、標準化，是未來供水設備適應城鎮(zhèn)建設中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。 2 1 變頻 恒 壓供水系統(tǒng) 變頻恒壓供水系統(tǒng) 簡介 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點 隨著變頻技術的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛應用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。 本設計 針 對恒壓供水控制系統(tǒng)包括軟硬件方面在工業(yè)實際應用中具體作用 進 行詳細的介紹。 目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變 頻 器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(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 PLC 及相應的軟件予以實現(xiàn) ， 有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等優(yōu)點。 由變頻器及 PLC 組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。 該課題 分析變頻 調(diào)速 恒壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過研究和比較， 該課題 采用變頻器和 PLC 實現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸，然后用數(shù)字PID 對系統(tǒng)中的恒壓控制進行設計。系統(tǒng)通過 PLC 控制變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。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，同時有可能導致水管爆破和用水設備的損壞。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐。變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要， 其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達到高效率優(yōu)質(zhì)運行， 降低自來水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制、多品種系列化的方向發(fā)展。 (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。兩臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，兩臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測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 )或壓力變送器 (反饋 4～ 20mA電流 )；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。 ② 報警信號 :它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu) (即水泵 )進行控制。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手 /自動切換等。 (5) 通訊接口 通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成 部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進的網(wǎng)絡技術應用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進行遠程的診斷和維護等 5 (6) 報警裝置 作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。 (3) 完成恒壓供水系統(tǒng)的硬件配置。因此，控制精度較低、水泵切換時水 壓波動大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動時有沖擊、抗干擾能力較弱，其成本較低。實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。 6 (4) 新型變頻調(diào)速供水設備 新 產(chǎn)品將 PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合 在 變頻器內(nèi)，形成了 不同作用 的新型變頻器。 考慮以上四種方案后，此次設計采用第四種方案。 7 2 電氣 元 件的選用 可編程控制器 可編程控制器 簡介 可編程控制器是 60 年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當時稱作可編程邏輯控制器 (Programmable Logic Controller)，簡稱 PLC?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入 /輸出接口，并具有較強的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，其靈活標準的配置能夠適應工業(yè)上的各種控制。因此，合理選擇 PLC，對于提高 PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標起著重要的作用。主要由中央處理器（ CPU） 、存儲器（ RAM、 ROM） 、輸入輸出單元（ I/O）接口、電源及外圍設備等幾大部分構(gòu)成。 (2) I/O 點數(shù)是基礎。對于 大多數(shù)應用場合來說， PLC 的響應時間不是主要的問題。 (4) 根據(jù)程序存儲器容量選型。對于開關量控制系統(tǒng)，用戶程序所需存儲器的字數(shù)等于I/O 信號總數(shù)乘以 8。 三菱 FX2N的主要特點：較高的可靠性；豐富的指令集；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性強和強大的通信能力。 根據(jù)系統(tǒng)要求和功能 ，本系統(tǒng)選用 FX2N32MR型 PLC。 安裝臥式離心泵的泵站，平面尺寸較大而高度較低；立式軸流泵的泵站，情況正好相反，泵站的高度較大而平面尺寸較小。使用多臺水泵供水可防止一臺水泵出現(xiàn)故障時，停止供水 ， 使得系統(tǒng)癱瘓。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。交 交變頻器將電網(wǎng)的交流電直接變?yōu)殡妷汉皖l率都可調(diào)的交流電。 變頻器的型號很多，選擇合適的變頻器對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有很大的幫助。 (3) 驅(qū)動多個電動機時，是同時啟動還是分別啟動 ， 大多數(shù)情況下是使用變頻器驅(qū)動單一的電動機，并且是軟啟動，這時候變頻器額定電流選擇為電動機的額定電流的 ～ 倍 。因電機的計算功率小于所選用功率，根據(jù)變頻器的容量的選擇方法進行計算。 表 22 變頻器的參數(shù) 表 變頻器 適用電機容量（ 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 FRE540 （三菱） 12 150% 60s ，200% 3相 ， 380V~480V 50Hz/60Hz 強制 風冷 12 變頻器的接線 管腳 STF接 PLC的 Y7管腳，控制電機的正轉(zhuǎn)。為了消除殘留偏差，一般采用增加 I動作的 PI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。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。 13 圖 24 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。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。 壓力傳感器 壓力傳感器作用是通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4～ 20mA 變化的電流信號或 0～ 5V 間變化的電 壓信號 的標準信號進行 PID 調(diào)節(jié)，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出一個調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。該 傳感器采用硅壓阻效應原理實現(xiàn)壓力測量的力－電轉(zhuǎn)換。 圖 25 傳感器的接線圖 FXON3A 模塊 模塊介紹 FXON3A 模擬 特殊功能模塊有兩個輸入通道和一個輸出通道。 所有數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設置都是通過應用到 PLC 中的 TO/FROM 指令，通過FXON3A 的軟件控制調(diào)節(jié)的。然而，在連接了下述特殊功能塊的情況下，有下列限制。 可供下述特殊功能塊的消耗電流 ≦ 300mA。連接到 FX2N 或 FX2NC 主單元或 FX2N 擴展單元的所有特殊功能塊總共 5V 的消耗絕不能超過系統(tǒng)的 5V 電壓電源 容量 。 (1) 讀特殊功能模塊（ FROM 指令） 。 操作數(shù) 如圖 26 所示。 圖 27 特殊功能模塊號 16 m2：緩沖存儲器（ BFM）號（范圍 0～ 31） 。 n：傳送點數(shù)，用 n 指定傳送的字點數(shù)。表示如 圖 29 所示。 操作數(shù) 如圖 210 所示。 當 X0=ON 時，將可編程控制器中以 D10 開始的 2個數(shù)據(jù)寫入 0 號特殊功能模塊內(nèi)以 10 號緩沖存儲器（ BFM10）開始的 2個緩沖存儲器中。 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。 . 19 PLC 控制系統(tǒng)程序設計 PLC 控制 流程 PLC 工作流程如圖 32 所示。 控制系統(tǒng)的 I/O 分配及系統(tǒng)接線 (1) I/O 分配 PLC 輸入、輸出分配表見表 31。 21 PLC 控制 程序 設計 圖 34 啟動控制 如圖 34 所示 ， M8002 常開觸點，僅在 PLC 運行開始時接通一個掃描周期。同時，語句轉(zhuǎn)到 P20 地址，啟動報警 ,或者過壓時同樣啟動報警。 M8000 常開觸點， PLC 運行時一直接通。把 D160 的數(shù)據(jù)除以 k25，把余數(shù)存到 D102 中，商存到 D101 中，進行壓力值校正。把 k1 賦值給 D121，設定動作方向。把 K10 賦 值給 D125，設定積分增益。 M500 為 1，進入自動啟動 模式。延遲時間到， T T21 產(chǎn)生一個上升沿脈沖信號， Y004 設為1（報警器警報），同時設定計數(shù)器。當 T20 或 T21 接受到上脈沖時，系統(tǒng)故障報警。 1 號水泵和 2號水泵不能同時運行。 END 程序結(jié)束。 變頻 恒壓供水在日常生活中非常重要，基于 PLC和變頻器技術設計的 變頻 恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應速 度快。 27 致 謝 大學本科的四年學習生活，在愉快而緊張中轉(zhuǎn)眼也要告以段落了。在此，作者表示深