【正文】 動，則其常開接點 C103 閉合。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括 plc 的程序設(shè)計和變頻器的功能參數(shù)設(shè)定。假設(shè)增泵順序為 p p3 和 p2，當供水設(shè)備開始工作時，先起動變頻泵 p1，當管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定數(shù)值上。 2．編號分配 對于外接電路的各元件分配編號，編號的分配必須是主機或者擴展模塊本身實際提供的，而且可以用來編程，兩個設(shè)備不能共用一個輸入輸出點。特別是對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動機，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。模擬量數(shù)據(jù)處理子程序是采集管網(wǎng)壓力信號和電機頻率信號，并進行平均值處理。 4．從上三點可以得出： FWD 端子主要是電機正轉(zhuǎn)、停止指令的輸入端，當FWD—CM 之間接通，正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)，斷開后減速停止； BX 端子是自由運轉(zhuǎn)指令輸入端， BX—CM 之間接通，立即切斷變頻器輸出，電動機自動運轉(zhuǎn)后停止，不輸出報警信號； CM 端子是接地輸入信號公用端。 定時器時間的計算， T=PT*S （ T 為實際定時時間， PT 為設(shè)定值， S 為精度等級） 例 ： T33 設(shè)定值為 125 實際時間 T=125*10=1250 毫秒。由于模糊控制規(guī)則用模糊條件語句來描述，有時也稱為模糊語言控制器。 4． 容易實現(xiàn)。誤差的符號表明控制輸入所需的變化方向。系統(tǒng)誤差變化的越快，控制器的 D 項將產(chǎn)生更大的控制輸出。對于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制器可以得到比較滿意的效果 ； 2． 結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn) ； 3． 有較強的靈活性和適用性； 4． 使用方便 ； S7200/CPU226 置有 PID 功能，在系統(tǒng)中它是通過 PID 調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸出，保證偏差值為零，使系統(tǒng)在到穩(wěn)定狀態(tài)。 ACS 600 系列變頻 器是 ABB 公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。 變頻器獨特的直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）功能是目前最佳的電機控制方式，它可以對所有交流電機的核心變量進行直接控制，無需速度反饋就可以實現(xiàn)電機速度和轉(zhuǎn) 矩的精確控制。 28 外型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。 （ 4）變頻控制柜選型： 用戶可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號及臺數(shù)，然后對控制柜進行選型。這種模型忽略了實際系統(tǒng)中的非線和時變性，與實際系統(tǒng)有很大的差距。 （ 3） D 項 26 D 項輸入是計算前次誤差值與當前誤差值的差來獲得的。假定控制器的執(zhí)行頻率足夠高，以使系統(tǒng)得到真確控制。 3． 控制規(guī)則容易理解。 模糊理論是美國柏克萊加州大學電氣工程系 教授于 1965 年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內(nèi)容。電機頻率 f、管網(wǎng) 壓力 P、相位比較是否相同值在 EM235 接口上，其接口地址為 AIW0、 AIW AIW6。 2． 一機變頻工頻切換，另一機變頻運行時，變頻器端子的開啟情況如下：BX—CM 端子閉合 —FWD—CM 端子斷開 —斷開變頻接觸器 —閉合工頻接觸器 —另一機變頻接觸器閉合 —BX—CM 端子斷開 —FWD—CM 端子閉合。 PLC 子程序設(shè)計共包括四個子程序，分別是模擬量初始化子程序、模擬量數(shù)據(jù)處理子程序、自由通信初始化子程序、自由數(shù)據(jù)通信子程序。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機的容量適當選擇。 梯形圖的基本繪制規(guī)則： 1．編程順序 梯形圖按照從上到下，從左到右的順序控制。反之，當用水量減少，供水壓力大于設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，變頻器的輸出頻率達到最小值（ 30hz）時，延時 20s 后，則發(fā)出減少一臺工頻泵的命令，其他泵依次類推。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能 塊圖中每個模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或 、非、異或邏輯運算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。 自啟動的預置 自啟動功能可根據(jù)用戶需要事先預置，否則，該功能會被屏蔽。這項功能在啟停調(diào)試設(shè)備過程中得到檢驗。 （ 1）水位信號保持功能水位開關(guān)檢測分別由 PLC 的常開接點實現(xiàn)。 PLC 的輸出端口包括控制各電機的變頻、工頻切換和給變頻器復位。 SIEMENS公司的 PLC 具有可靠 性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點； PLC 可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。 PLC 提供了多種面向用戶的語言，如常用的梯形圖 LAD，指令語句 表 STL，控制系統(tǒng)流程圖 CSF 等。電器系統(tǒng)靠機械觸點的動作以實現(xiàn)控制，工作頻率低，機械觸會出現(xiàn)抖動問題，而 PLC 通過程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制的，速度快，程序執(zhí)行時間在微秒級，不會出現(xiàn)抖動問題， PLC 精度高，定時范圍寬，用戶可根據(jù)需要設(shè)定定時值，修改方便，不受環(huán)境影響。組內(nèi)互 鎖是指同一組中電動機的互鎖，組間互鎖是指不同機組之間電動機的互鎖。 水泵閥門主電路用兩個交流接觸器來控制電動機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機的容量適當選擇。 14 第 2 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 主電路設(shè)計 采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器 (PLC)構(gòu)成 控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。在變頻器停止運行的條件下， 在其輸出端進行切換。當變頻泵的轉(zhuǎn)速升高到 13 工頻轉(zhuǎn)速 ， 由變頻供水控制器控制把該臺水泵切換到由工頻電網(wǎng)直接 供電（不通過變頻器供電）。在變頻恒壓變量供水當中，變頻泵的流量是變化的，當變頻泵是各并聯(lián)泵中最大，即可保證恒壓供水 。 目前， 越來越成熟的 變頻器技術(shù)為 恒壓供水系統(tǒng) 提供了充份 支持 。該系統(tǒng)為一臺變頻器依次控制每臺水泵實現(xiàn)軟啟動及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)恒壓 控制。如是在定子繞組中的互感電動勢尚未消失的情況下接通工頻電源，則互感電動勢與外加的工頻電壓相迭加，有可能產(chǎn)生較大的過電流。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚程規(guī)定，當選定某型號的水泵時即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚程確定具體最低調(diào)速范圍，在實際配泵時揚程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動機的負載率在 50%100%范圍內(nèi)變化，電動機的效率基本上都在高效區(qū)。 Q1/Q2=n1/n2 （ ） H1/H2=(n1/n2)2 （ ） P1/P2 =(n1/n2)3 （ ） H =KQ2 （ ） 式 15 是頂點在坐標原點的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。在變頻調(diào)速恒水位供水過程中，水泵工況點的變化如圖 14 所示： 圖 14 水泵工況點的變化 8 當 P P2 高于 P0 時，說明管網(wǎng)系統(tǒng)用水量減少，管路阻力特性曲線 A A2 向 A0 方向變化，此時水泵轉(zhuǎn)速逐漸降低，管網(wǎng)口壓力也由 P P1 逐漸下降，當P1`低于 P0 時，其工況點變化與上述相反即由 A1`逐漸向 A0 移動，使管網(wǎng)系統(tǒng)供水始終保持恒定。 7 H=PRPV （ ） 式（ )給出了水泵的揚程與出水壓力間的相互關(guān)系。矢量控制能夠?qū)D(zhuǎn)矩進行控制，獲得和直流電動機一樣的優(yōu)良的調(diào)速性能。在采用變頻調(diào)速進行恒壓供水時，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。反映水泵運行工況的水泵工作點也稱為水泵工況點，是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。而發(fā)展到現(xiàn)在為止交流電機的變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一項成熟的技術(shù)，它將供給交流電機的工頻交流電源經(jīng)過二極管整流變成直流，再由 IGBT 或 GTR 模塊等器件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動電機在變速狀態(tài)下運行，并自動適應(yīng)變負荷的條件。 軟件設(shè)計主要包括了 編程軟件的簡介和梯形圖的基本繪制規(guī)則 、 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計 、 軟件 設(shè) 計 、 編程中應(yīng)注意的細節(jié)問題 、 系統(tǒng)控制方式選擇 、S7200/CPU226 內(nèi)置 PID 功能及其編程介紹 等內(nèi)容。還要根據(jù)工作情況實時的對水泵進行切換使大泵輪流擔任主泵。 3 第 1 章 恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方案 本設(shè)計系統(tǒng)的方案分析 本設(shè)計的內(nèi)容如下： 恒壓供水的基本控制策略是 :采用可編程控制器 （ PLC） 與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量 ,自動補償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值 ,既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)， 實現(xiàn)恒壓供水。變頻器的無級調(diào)速運行，實現(xiàn)了機泵軟啟動，避免了電機開停時的大電流對電機線圈和電網(wǎng)的沖擊，消除了水泵的水錘效應(yīng)。從單臺水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大 ， 優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行；根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓 力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象 。用水低峰期時，管網(wǎng)壓力經(jīng)常超過規(guī)定的壓力上限，極易造成爆管事故并且能源損耗嚴重。 傳統(tǒng)的自來水廠的供水模式在用水量高峰期時供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動較大。 供水廠以前雖然也進行過一些技術(shù)改造，但是生產(chǎn)系統(tǒng)大部分仍然采用人工手動控制，生產(chǎn)過程中的重要參數(shù)仍然依靠人工定時記錄，例如清水池水位、電機運行時間、耗電量等都是由值班人員定時記錄。在這種供水模式下長期以來許多水廠各部門的管理人員采用傳統(tǒng)的人工管理模式，通過手工從事繁重的業(yè)務(wù)管理、各種日報表、月報表、年報表的統(tǒng)計匯總等工作。 系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，避免了用水的 “二次污染 ”， 安全衛(wèi)生。萬一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動系統(tǒng)，以保護供水。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動 3 臺電機的運行，起動，調(diào)速。 2． 變頻 恒壓供水 系統(tǒng)的理論原理硬件設(shè)計 。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、泵組電機、供水管網(wǎng)、儲水箱、智能 PID 調(diào)節(jié)器、壓力變送器、 plc控制單元等部分組成，控制系統(tǒng)原理圖如圖 11 所示。 通用變頻器的 發(fā)展正是把變頻調(diào)速和電力電子技術(shù)完善的結(jié)合起來 ， 特別是近幾年來隨著微機技術(shù)的日新月異 ,現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代調(diào)速控制理論的長足進步 ,通用變頻器不僅用于一般性能的調(diào)速控制而且已經(jīng)用于高性能、高轉(zhuǎn) 5 速、大容量調(diào)速控制方面。水泵在實際運行時的工作點取 決于水泵性能、管路水力損失以及所需實際揚程，這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化。 V/F 控制簡單，通用性優(yōu)良。如：一臺水泵電機功率為 55KW，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的 4/5 時，其耗電量為，省電 ％，當轉(zhuǎn)速下降到原轉(zhuǎn)速的 1/2 時，其耗電量為 ，省電 ％。 工作點 A 是水泵運行的理想工作點，實際運行時水泵的工作點并非總是固定在 A 點。 不改變電動機的極對數(shù) ，只改變電源的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速就按比例變動。 圖 16 變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖 由圖 16 可見，設(shè)定管網(wǎng)壓力值（揚程）為 H0，管網(wǎng)初始用水量為 QA，初始工況點為 A，水泵電機的轉(zhuǎn)速為 n1，工作點 A 的軸功率即為