【正文】 對三泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： (1)生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值遠(yuǎn)行，消防供水時(shí)高桓壓值遠(yuǎn)行。例 如只27 需要比例回路或者比例積分回路?？刂骗h(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)操作值必須被更新的頻率決定了可以安裝的控制器的數(shù)量。在以上情況下，由 I作用引起的相位滯后不超過 400，幅值比增加不超過 20%。 在 P， I， D 三個(gè)作用中， P作用往往是最基本的控制作用。 25 PID 參數(shù)整定的相關(guān)原則 針對一個(gè)具體的系統(tǒng)，設(shè)置和調(diào)整 PID參數(shù)，使調(diào)節(jié)過程達(dá)到滿意的品質(zhì)，稱為參數(shù)整定， 不管是用常規(guī)調(diào)節(jié)器還是數(shù)字 PID調(diào)節(jié)器，統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。 對于 PID控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú) D動(dòng)作還要大 的操作量，以此來抑制偏差的增加。但只包含第三項(xiàng)的單純微分 (D)作用是不采用的，因?yàn)樗荒芷鸬绞贡豢刈兞拷咏O(shè)定值的效果，只包含第一、二項(xiàng)的是 PI作用 。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。 模塊共有 32 個(gè)緩沖存儲(chǔ)器，但只用了以下兩個(gè)： (1)BFM16。 5mV)、 0~5DVC（ 分辨率 1。 當(dāng) BFM22指定單元中的某些位置 1時(shí)，偏置值及增益值會(huì)送入相應(yīng)通道的增益和偏置寄存器中。增益為 輸出曲線的斜率，為數(shù)字輸出 +1000時(shí)的模擬量輸入值。選擇 A/D轉(zhuǎn)換的速度。 16進(jìn)制數(shù)字“ 0～ 3”分別表示“ 10～ +10V、 4～ 20mA、 20～ +20 mA 、通道關(guān)閉”。占編號(hào)），如圖 42所示 FX N2 4AD將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的 +5VDC電源 （ 內(nèi)部電源） 30mA電流 ，24+ 地 24 FG VI I+ V+ FG VI I+ V+ 24VDC 電流輸入 4～ 20mA 電壓輸入 10～ +10V 18 FU2 SA 1 0 2 KM1 KM3 KM6 KM5 KM5 FR3 HL5 KM3 FR2 HL3 KM4 HL4 14 KM5 KM6 HL6 YV2 HL10 KA 基本單元 0 1 2 +24VDC電源 （ 外部 電源） 55mA電流。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)換為 PLC可處理的數(shù)字量及將 PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量。主泵在運(yùn)行時(shí)達(dá)到最高頻率時(shí) 。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值 (14端 )，壓力傳感器反饋來的壓力信號(hào) (0～ 10V)接至變頻器端子的 7端、 8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改14 變水泵轉(zhuǎn)速。為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都可以通過通信方式接 收頻率控制指令，不少變頻器生產(chǎn)廠家還為自己的變頻器與 PLC 通信設(shè)計(jì)了專用的協(xié)議 。 （ 2）外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式。在變頻器接入電路工作前，要根據(jù)通用變頻器的實(shí)際應(yīng)用修定變頻器的功能碼。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。 由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動(dòng)機(jī)，出于電動(dòng)機(jī)磁場恒定的考慮，在變頻的同時(shí)都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)。 一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成．直流中間電路的儲(chǔ)能元件在整電路是電壓源時(shí)是大容量的電解電容，在整流電路是電流源時(shí)是大容量的電感。 (3)逆變器。電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相 (也可以是單相 )交流整流成直流。 而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 11 sP fsNN ???? 式中 s 異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率， 11 /)( NNNs ?? ， 一般小于 3%。 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一 般 是模擬信號(hào)， 4～ 20mA變化的電流信號(hào)或 0～ 10V間變化的電 壓信號(hào)。 管網(wǎng)實(shí)測水壓回送到泵站控制裝置成為反 饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點(diǎn)。水壓傳感器將 水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。而且水泵與電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用 是必要的。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓5 供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng) (如 BA系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。 變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水 質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水 泵不能進(jìn)行自動(dòng)的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。水 塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。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(yīng)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(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能使水管爆破和用 水設(shè)備的損壞。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)是針對居民生活用水而設(shè)計(jì)的。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。 一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng) 這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市2 公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時(shí)間比、開、停頻率等有關(guān)。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對建筑物的造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過大，所以供水范圍較小。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費(fèi)。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多 方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。本文研究的目標(biāo)是對恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速，同時(shí)具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。另一種 方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。 供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。如給定位大于 實(shí)際 值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速．如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 8 3 變頻器 和壓力傳感器 交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 從頻率變換的形式來說．變頻器分為交 交和交 直 交兩種形式。由于逆變器的負(fù)載多為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性 負(fù)載。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的通與斷，可 以得到任意頻率的三相交流輸出。采用 fU 控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。矢量控制將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計(jì)算出定子電流的磁場分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。修訂是為了使 變頻器的性能與實(shí)際工作任務(wù)更加匹配。變頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端，如圖 4端子 XX X3，他們的 7種組合課選定 7種工作頻率值。 變 頻器選用日本安川變頻器CIMRP5A45P5 產(chǎn)品，適配電機(jī) 15 kW，該變頻器基本配置中帶有PID 功能。 變頻器有 2個(gè)作用，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。該傳感器還具有體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工 作可靠的特點(diǎn)。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采 PLC的模擬量控制模塊 ， 該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來的模擬信號(hào) 。 模擬量輸入模塊的功能及與 PLC 系統(tǒng)的連接 FX N2 4AD 4模擬量輸入模塊具有 4個(gè)通道，可同時(shí)接受并處理 4路模擬量輸入信號(hào)， 最大分辨率為 12位。 FX N2 4AD模塊利用緩沖存儲(chǔ)器 (簡稱 模 BFM)的設(shè)置完成編輯工作。 （ 3） BFM5～ 8。若將 BFM20設(shè)為 1，則模塊的所有設(shè)置都將復(fù)位成默認(rèn)值。 BFM22的b0～ b7由低到高兩兩為一組。 數(shù)字輸出 +1000 0 4 20 模擬輸入（ mA） （偏置值） （增益值） 20 （ 11） BFM30 中存在的模塊的識(shí)別碼 K2020。 圖 44 FX N2 2DA 模塊的連接方法 Fig 44 FX N2 2DAmethod of connecting module FX N2 2DA 安裝時(shí)裝在 FX N2 基本單元的右邊。 BFM17 的 B0 位從“ 1” 變 為“ 0”時(shí)，通道 2的 D/A 轉(zhuǎn)換開始； 當(dāng) B2 位從“ 1”變成“ 0” D/A 轉(zhuǎn)換低 8 位保持，其余各位沒有意義。 在該系統(tǒng)中我們用硬件型設(shè)計(jì)這樣可以減少編程 + + + 驅(qū)動(dòng)部 控制對象 P I D 目標(biāo)值 + (給定值 ) 反饋值 23 PID 控制算法及特點(diǎn) PID控制算法的一般形式 PID控制器根據(jù)日標(biāo)值 (設(shè)定值 )r(t)與反饋值 (測量值 )c(t)構(gòu)成的控制偏差 ： e(t)=r(t)c(t) 將偏差的比例 (P)、積分 (I)和微分 (D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進(jìn)行控制。 僅用 P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。在該場合，為使 P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用 PD控制。 2， 在動(dòng)態(tài)參數(shù)方面，可取 0/T??? 作為特征值越 0/T??? 大，系統(tǒng)越不易穩(wěn)定，因此 CK 應(yīng)該小一些。 以上兩條途徑表面上看來截然相反，但它們都是以承認(rèn) P作用為主體作為前提的。 26 在控制品質(zhì)方面，穩(wěn)定性的要求是前提。準(zhǔn)確地了解控制過程的類型和特性數(shù)據(jù)是非常必要的。即使沒有積分作用，積分項(xiàng)還是不為 0 因?yàn)橛谐踔?MX，但積分作用可以忽略。 (4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。 圖 61 PLC 系統(tǒng)的組成 Figure 61 PLC system ponents 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖。 圖中的 HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成 。 37 表 62 程序中使用 PLC 機(jī)內(nèi)器件及功能 Table62 standard procedures used in the PLC machines, devices and functions 器件地址 功能 器件地址 功能 D100 過程變量標(biāo)準(zhǔn)值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 D102 壓力給定值 T39 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D104 PI 計(jì)算值 M10 故障結(jié)束脈沖信號(hào) D11 比例系數(shù) M11 泵變頻啟動(dòng)脈沖 D111 采樣時(shí)間 M12 減泵中間繼電器 D112 積分時(shí)間 M13 倒泵變頻啟動(dòng)脈沖 D113 微分時(shí)間 M14 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖 D114 變頻運(yùn)行頻率下限值 M15 當(dāng)前泵運(yùn)行啟動(dòng)脈沖 D115 生活供水變頻運(yùn)行上限值 M16 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 D116 消防供水變頻運(yùn)行上限值 M20 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D150 PI 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元 M21 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D180 變頻工作泵泵號(hào) M22 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D182 變頻工作泵的總臺(tái)數(shù) M30 故障信號(hào)匯總 D184 倒泵時(shí)間存儲(chǔ)器 M31 水池水位下限故障邏輯 D190 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M32 水池水位下限故障消鈴邏輯 T33 工 頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M33 變頻器故障消鈴邏輯 T34 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 M34 火災(zāi)消鈴邏輯 38 系統(tǒng)的運(yùn)行分析 （ 1） 設(shè)備控制 3 臺(tái)水泵電 機(jī) 低峰供水時(shí) ， 工作一臺(tái)水泵電機(jī)變頻調(diào)速 ,用水量加大時(shí) ， 首臺(tái)工作