【正文】 起動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機(jī)械轉(zhuǎn)矩對于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)的使用壽命。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(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)過程。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。目前，PLC在國內(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、及文化娛樂等各個行業(yè)，被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。 只讀存儲器ROM用以存放系統(tǒng)程序，可編程控制器在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)程序固化在ROM中，用戶是不可改變的。（2）I/O擴(kuò)展接口可編程控制器利用I/O擴(kuò)展接口使I/O擴(kuò)展單元與PLC的基本單元實(shí)現(xiàn)連接，當(dāng)基本I/O單元的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠使用時，可以用I/O擴(kuò)展單元來擴(kuò)充開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的I/O端子。 第三章 恒壓供水系統(tǒng) 變頻恒壓供水系統(tǒng)分析 電動機(jī)調(diào)速原理水泵電機(jī)多采用三相異步電動機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： （） 式中：f表示電源頻率，p表示電動機(jī)極對數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率。 變頻器的特點(diǎn)由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達(dá)到20%～60%，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時，風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。 方便控制，使控制系統(tǒng)簡單化 ①、變頻器很容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn) ②、加、減速時間及頻率可任意調(diào)節(jié) ③、變頻器還具有直流制動功能，需要制動時，變頻器給電動機(jī)加上一個直流電壓，進(jìn)行制動，則無需另加制動控制電路 ④、運(yùn)行平穩(wěn) ⑤、可進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)。僅用P動作控制，不能完全消除偏差。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。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。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(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。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(jìn)行供水。 變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有：1．邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)，往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號。4．新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，國內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO— I系列；ABB公司的ACS600、ACS400系列產(chǎn)品；富士公司的GIIS／PIIS系列產(chǎn)品；等等。(1)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)，:調(diào)速泵: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。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報(bào)警信號進(jìn)行采集，對來自人機(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，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵)進(jìn)行控制。(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(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等(6)報(bào)警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。此時PID會繼續(xù)通過由遠(yuǎn)傳壓力表送來的檢測信號進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過程。當(dāng)變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達(dá)50Hz時，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時候才進(jìn)行機(jī)組的切換。圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)，打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。如果是自動運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對應(yīng)的啟停按鈕，. 自動運(yùn)行由PLC分別控制某臺電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(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，第一臺水泵M1，啟動且轉(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，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穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。(2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機(jī)均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個管理規(guī)范。泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T34工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制（1） 根據(jù)圖1所示及控制要求,統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱，代碼及地址編號如下表2所示。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，在啟動時壓力波動小，可控制在給定值的5%范圍內(nèi)。 。輸出信號生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥、壓力轉(zhuǎn)換YV2,KA1水池水位下限報(bào)警指示燈HL5變頻器報(bào)警指示燈HL6火災(zāi)報(bào)警指示燈HL7報(bào)警電鈴HA變頻器開停機(jī)控制KA2（2） PLC供水控制系統(tǒng)流程圖如下:壓力轉(zhuǎn)換上電一個變頻泵運(yùn)行時間判斷初始化是否一臺泵變頻運(yùn) 否行 壓力高壓力低 是否 否 運(yùn)行1天時間判斷1min激活變頻泵號存儲器工頻泵臺數(shù)減1工頻泵加1產(chǎn)生下一臺泵變頻啟動信號1變頻運(yùn)行判斷 復(fù)位變頻器頻率2變頻運(yùn)行判斷 關(guān)斷當(dāng)前變頻泵 3變頻運(yùn)行判斷低恒壓力運(yùn)行火災(zāi)判斷 否變頻泵加1 是4變頻運(yùn)行判斷高恒壓力運(yùn)行水池低水位判斷產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動脈沖信號1工頻運(yùn)行判斷變頻器故障產(chǎn)生下一臺變頻啟動信號2工頻運(yùn)行判斷停機(jī)變頻泵號的轉(zhuǎn)移3工頻運(yùn)行判斷復(fù)位變頻器4工頻運(yùn)行判斷激活變頻泵號存儲器（3）該系統(tǒng)PLC控制程序如下： 結(jié)束語本論文研究的是變頻恒壓供水系統(tǒng)。 碼地址編碼變頻器故障消鈴邏輯當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動脈沖VD410倒泵時間存儲器利用定時器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時采樣及輸出控制。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時切斷電機(jī)變頻，同時啟動電機(jī)工頻運(yùn)行,再起動下一臺電機(jī)。 PLC程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運(yùn)行模式還是手動運(yùn)行模式。接觸器KMKMKMKM7，分別控制MMMM4的工頻運(yùn)行；接觸器KMKMKMKM8，分別控制MMMM4的變頻運(yùn)行；FRFRFRFR4分別為四臺水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QSQSQSQS4和QS5分別為變頻器和四臺泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FUFUFU3和FU4為主電路的熔斷器；BPQ為風(fēng)光供水專用變頻器。這個頻率遠(yuǎn)大于0Hz,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在20Hz左右。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時，只能在50Hz時進(jìn)行。如果還沒到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行。同時變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限，會將頻率到達(dá)信號送給PLC，PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號，由程序判斷是否要起動第2臺泵(或第3臺泵)。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)。(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)備三個部分。 供水系統(tǒng)方案圖 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的及工作原理 系統(tǒng)的構(gòu)成 控制原理圖，整個系統(tǒng)由四臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。如果采用一個開關(guān)量輸入，輸出的可編程控制器和一個PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入，輸出的可編程控制器差不多。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運(yùn)行)是時時發(fā)生的，同時定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。偏差小時，P動作的作用減小。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動態(tài)響應(yīng)變慢。而使用變頻器調(diào)節(jié)后由于變頻器內(nèi)濾波電容的使用，使得功率因素接近為1，增大了電網(wǎng)的有功功率。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。S7系列是傳統(tǒng)意義的PLC，S7200屬于小型PLC，在1998年升級為第二代產(chǎn)品，2004年升級為第三代產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下[6]：（1） 功能強(qiáng)大。根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。小型PLC 的CPU多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ肅PU，中型PLC的CPU大多采用16位微處理器或單片機(jī)，大型PLC的CPU多用高速位片式處理器，具有高速處理能力。編程裝置將用戶程序送入可編程控制器，在可編程控制器運(yùn)行狀態(tài)下，輸入單元接收到外部元件發(fā)出的輸入信號，可編程控制器執(zhí)行程序，并根據(jù)程序運(yùn)行后的結(jié)果，由輸出單元驅(qū)動外部設(shè)備。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言[5] ，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲組件都以繼電器命名。第二章 PLC的概述 可編程控制器定義 PLC的定義可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置?？梢钥闯觯壳霸趪鴥?nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(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。即1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一)后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像瑞典、瑞士的ABB集團(tuán)推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”兩種模式。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個很有意義的工作。隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但由于最不利點(diǎn)一般距離水泵較遠(yuǎn)，壓力信號的傳輸在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚(yáng)程中所占比例較小，整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應(yīng)用時，由于管路能耗較大，在低峰用水時，最不利點(diǎn)的流出水頭高于設(shè)計(jì)值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人工操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)