【正文】 其中圖 是以 2泵為例的變頻運(yùn)行控制流程圖，圖 是以 2泵為例的工頻運(yùn)行控制流程圖。 (6) 報(bào)警及故障處理程序 本系統(tǒng)中包括水池水位越限報(bào)警指示燈、變頻器故障報(bào)警指示燈白天模式運(yùn)行 指示燈以及報(bào)警電鈴。 (2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序 當(dāng) PID 調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率（或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí) 5min（以便消除水壓波動(dòng)的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺(tái)數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)。語(yǔ)句表 (STL)語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。系統(tǒng) 初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。判斷需啟動(dòng)新水泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。AC。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運(yùn)行；夜間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行。同理，可以通過(guò)按下 SB SB5 啟動(dòng)電機(jī) M M3，通過(guò)按下 SB SB6 來(lái)使電機(jī) M M3停機(jī)。 圖中的 HL10 為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。為提高變頻器的功率因數(shù)，必須接電抗器。而且變頻器的輸出端絕對(duì)不允許直接接電源，故必須經(jīng)過(guò)接觸器的觸點(diǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接通工頻回路時(shí)，變頻回路接觸器的觸點(diǎn)必須先行斷開(kāi)。 系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì) 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 所示 ：三臺(tái)電機(jī)分別為 M MM3，它們分別帶動(dòng)水泵 3。 因此本設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)功率為 75KW 的上海 熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列水泵 3 臺(tái)。另外選擇西門(mén)子的變頻器可以通過(guò) RS485 通信協(xié)議和接口直接與西門(mén)子 PLC 相連，更便于設(shè)備之間的通信。本系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器 還 應(yīng)具有通訊功能 。 SIEMENS 公司的 PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)； PLC可以上接工控計(jì)算機(jī)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。這樣的工作狀態(tài)既無(wú)法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命 。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同 時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。 (3)當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz 時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下 節(jié) 有詳細(xì)闡述 )時(shí)，在變頻 循環(huán) 式的控制方式下，系統(tǒng)將 在 PLC 的控制下自動(dòng)投入水泵 M2(變速運(yùn)行 )， 同時(shí) 變頻泵 M1 做工頻運(yùn)行， 系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。 變頻 恒壓 供水 系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電 機(jī)和水泵。該系統(tǒng)能適用于各類 不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。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。 HH 2H 1H 00 Q 2Q 1 Qn 1n 2EFDb 1b 2b 3 圖 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線 當(dāng)用閥門(mén)控制時(shí)，若供水量高峰水泵工作在 E 點(diǎn)，流量為 Q1，揚(yáng)程為 H0，當(dāng)供水量從 Q1減小到 Q2時(shí)，必須關(guān)小閥門(mén)，這時(shí)閥門(mén)的摩擦阻力變大，阻力曲線從 b3移到 b1，揚(yáng)程特性曲線不變。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變水路中的阻力大小來(lái)改變流量，因此，管阻將隨閥門(mén)開(kāi)度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不變。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖 中 A 點(diǎn)。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。 根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)。 目前， PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。 20 世紀(jì) 70 年代中末期， 可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)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(tái)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(shí)現(xiàn) ； 有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，我國(guó)約有 200 家左右的公司、工廠和研究所從 事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國(guó)際市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在 ： 一是節(jié)能顯 著；二是在開(kāi)、 停機(jī)時(shí)能 減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊 ； 三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗 [2]。 關(guān)鍵詞 ：變頻調(diào)速，恒壓供水， PLC 3 目錄 1 緒論 .....................................................................................5 課題的提出 ......................................................................5 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................7 變頻 調(diào)速技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀 ..................................................... 7 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究與現(xiàn)狀 .............................................. 7 PLC 概述 ..........................................................................8 可編程控制器的定義 .......................................................................... 8 PLC的發(fā)展和應(yīng)用 ............................................................................ 8 西門(mén)子 S7200PLC 簡(jiǎn)介 .................................................................... 9 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 .................................................10 2 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 .....................................11 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 ......................................11 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 ..................................................................... 11 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理 ................................................... 11 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 ..............................13 控制方案的比較和確定 ............................................................... 13 變頻恒壓供水 系統(tǒng)的組成及原理圖 ............................................ 14 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程 ....................................................... 17 水泵切換條件分析 ..................................................................... 17 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ................................................................20 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 .....................................................20 PLC及其擴(kuò)展模 塊的選型 ........................................................... 20 變頻器的選型 ............................................................................ 21 水泵機(jī)組的選型 ........................................................................ 22 4 壓力變送器的選型 ..................................................................... 22 液位變送器選型 ........................................................................ 23 系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì) ............................................................. 23 系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計(jì) ..........................................25 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 ...............................27 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................................30 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 .........................................................30 PLC 程序設(shè)計(jì) .................................................................31 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) .................................................................. 32 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) ................................................................. 35 PID 控制器參數(shù)整定 ......................................................38 PID控制及其控制算法 ............................................................... 38 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型 ............................................ 40 PID參數(shù)整定 ............................................................................. 40 參考文獻(xiàn) ...............................................................................43 5 1 緒論 課題的提出 水和電是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度 較 低，而隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。 本系統(tǒng)包含三臺(tái)水泵電機(jī)，它們組成變頻循環(huán)運(yùn)行方式。 (4)液力 耦 合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修 ； 優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，維修方便。 20 世紀(jì) 80 年代初，日本學(xué)者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡控制方法。應(yīng)