【正文】 ，否則無法工作。在控制電路中多處對各主泵電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行接觸器作了互鎖設(shè)計(jì)；變頻器是按單臺(tái)電機(jī)容量配置，不允許同時(shí)帶多臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，為此對各電機(jī)的變頻運(yùn)行也作了互鎖設(shè)計(jì)。中間繼電器 KA 的常閉觸點(diǎn)接在四臺(tái)泵的手動(dòng)控制電路上，控制四臺(tái)泵的手動(dòng)運(yùn)行。壓力表測量范圍 0～1MP，精度 ；數(shù)顯儀輸出一路 4～20mA 電流信號，送給變頻器作為 PID調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設(shè)定壓力上、下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對便宜的 U/f 控制變頻器。（2） 上限頻率：實(shí)際預(yù)置需略低于額定頻率 50Hz。（1） 變頻器和 PLC 應(yīng)安裝于專門的控制柜中，但一定要保證良好的通風(fēng)環(huán)境和散熱，PLC 四周留有 50 mm 以上的凈空間。（6） 在電氣設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中，充分考慮電氣設(shè)備之間的互鎖關(guān)系。根據(jù)城區(qū)用水量可分為小、較小、較大和大四種情況，并分別由輔助泵、一臺(tái)主泵變頻、兩臺(tái)主泵一工一變及三臺(tái)主泵兩工一變投入運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)處于單臺(tái)主水泵變頻供水狀態(tài)時(shí)，若用水量減少，變頻器輸出頻率達(dá)到下限頻率時(shí)，水壓仍過高時(shí)，延時(shí) 5 分鐘后，關(guān)閉變頻器運(yùn)行，啟動(dòng)輔助泵維持供水。從輔助泵切換到主泵條件：滿足 X2；從主泵切換到輔助泵條件：同時(shí)滿足 XX3；增泵條件：同時(shí)滿足 XX2；減泵條件：同時(shí)滿足 XX3。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。(6)PLC 在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的。具體起動(dòng)哪一臺(tái)主泵，進(jìn)入哪一種狀態(tài)，要依據(jù)其上一個(gè)狀態(tài)，按有效狀態(tài)循環(huán)法的原則來操作。比例 P被控對象積分 I微分 D驅(qū)動(dòng)r(t) d(t)u(t)— —y(t)圖 51 控制系統(tǒng)原理框圖圖中 u（t）為 PID 調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量PID 控制規(guī)律為 （52）])()(1[)( dteTtteKtDIP???式（52）中， —比例系數(shù)； —積分時(shí)間常數(shù)； —微分時(shí)間常數(shù)。DT 恒壓供水 PID 調(diào)節(jié)過程分析恒壓供水的目的就是要保證供水能力 適應(yīng)用水 需求變化。本系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：l、采用了可靠性高、使用簡單、編程靈活的工控設(shè)備 PLC 和內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)模塊的變頻器作為主要控制設(shè)備，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，確保恒壓供水。在撰寫論文期間，范彥輝、張少華、吳彥斌等同學(xué)對我論文中的軟件設(shè)計(jì)與研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)感激之情。33附錄34錨泵，主泵轉(zhuǎn)換、主泵之間轉(zhuǎn)換部分程序。其具體調(diào)節(jié)過程如下 [14]:（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行當(dāng)供水能力 =用水需求 ,目標(biāo)壓力信號和壓力反饋信號 y 相等,偏差 e = y r, PIDGQU輸出的控制增量 Δu =0,變頻器輸出頻率不變,水泵轉(zhuǎn)速不變,處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。（2）積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。這段程序設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮動(dòng)作的先后關(guān)系及互鎖保護(hù)。即由狀態(tài) S11 轉(zhuǎn)入 S0 的過程。(3)梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“1”態(tài)，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“0”態(tài)。采用了面向控制過程、面向問題、簡單直觀的 PLC 編程語言，易于學(xué)習(xí)和掌握。224本系統(tǒng)采用了三臺(tái)主水泵和一臺(tái)輔助穩(wěn)壓泵供水，其中只有主水泵參與變頻運(yùn)行，共有 10 種有效供水狀態(tài)，見表 41表 41 系統(tǒng)供水狀態(tài)用水量 狀態(tài)符號 供水狀態(tài)小 S0 輔助泵運(yùn)行，3停機(jī)S20 1變頻運(yùn)行，3停機(jī)S21 2變頻運(yùn)行，3停機(jī)較小S22 3變頻運(yùn)行，2停機(jī)S23 1工頻運(yùn)行，2變頻運(yùn)行，3停機(jī)S24 2工頻運(yùn)行，3變頻運(yùn)行，1停機(jī)較大S25 3工頻運(yùn)行，1變頻運(yùn)行，2停機(jī)S26 2工頻運(yùn)行，3變頻運(yùn)行S27 3工頻運(yùn)行，1變頻運(yùn)行大S28 1工頻運(yùn)行，2變頻運(yùn)行各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系見圖 41：25圖 41 供水狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖中，箭頭向下為增泵過程，箭頭向上為減泵過程。系統(tǒng)工作于 1 號工頻、2 號變頻的兩臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行的供水狀態(tài)。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備 [10]。（4） 變頻器和 PLC 均要可靠接地。表 32 變頻器接線及功能設(shè)定變頻器端子 現(xiàn)場器件與接線端子 功能代碼 參數(shù)預(yù)置 注釋FWD PLC的Y0端子 啟動(dòng)/停止變頻運(yùn)行CM PLC的COMX1 PLC的Y16 E01 7 PLC 的 Y16 動(dòng)作，自由停車Y2 PLC的X1 E21 1 頻率極限信號輸出30A PLC的X5 變頻器故障總報(bào)警信號30C PLC的COM 接公共端F03 50 最高輸出頻率（Hz）F15 上限頻率（Hz）F16 30 下限頻率（Hz）F23 10 起動(dòng)頻率F17 100 頻率設(shè)定信號增益 PLC 的選型PLC 的選型主要從 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、輸入/ 輸出接口模塊類型等方20面來選擇 PLC 型號。② 功能特點(diǎn)風(fēng)機(jī)、泵等二次方遞減轉(zhuǎn)矩專用型變頻器；可選用自動(dòng)和手動(dòng)的轉(zhuǎn)矩提升功能，保證最佳的啟動(dòng)；加速時(shí)間設(shè)定范圍寬（ 秒到 3600 秒） ，具有 S 形加減速功能和曲線加減速功能，讓加減速過程變得緩和，防止沖擊和載物倒塌；直流制動(dòng)功能，制動(dòng)時(shí)間在 030 秒范圍可調(diào)，保證快速可控的制動(dòng)，不需要外接電阻；內(nèi)置 PID 模塊，可用于閉環(huán)控制；多種頻率設(shè)定方式；多種附加功能；三路晶體管輸出。Ik—電流波形的修正系數(shù)，對 PWM 方式，取 ～ ；—變頻器的額定容量（kVA） ；CNP18—變頻器的額定電流（A） 。HL0 為自動(dòng)運(yùn)行指示燈。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)及相應(yīng)的電路來實(shí)現(xiàn) [6]。變頻器接地端子必須可靠接地，以保證安全，減少噪聲。恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及控制方案如圖 33 所示。供水系統(tǒng)如圖 32 所示。11 供水系統(tǒng)的方案確定 供水系統(tǒng)的流量類型根據(jù)用戶的用水時(shí)段特點(diǎn)，可將用戶用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型兩大類，根據(jù)流量的變化特點(diǎn)，還可進(jìn)一步細(xì)分為高流量變化型，低流量變化型，全流量變化型等。在改變輸出頻率的同時(shí)也改變輸出電壓，以保證電機(jī)磁通基本不變，其關(guān)系為： 1=Uf常 數(shù)式中： —變頻器輸出電壓、 —變頻器輸出頻率1 1f頻率 f 從額定值 往下調(diào)時(shí)，電機(jī)機(jī)械特性變化情況如圖 31 a）所示 [5]，圖中Nf4321fN??10 a)變頻調(diào)速機(jī)械特性 b)全壓起動(dòng) 圖 31 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性變頻調(diào)速過程的特點(diǎn)：靜差率小，調(diào)速范圍大，調(diào)速平滑性好，而且，很關(guān)鍵的一點(diǎn)是調(diào)速過程中，其轉(zhuǎn)差率不變。9三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子銅損耗為: (32)39。通過轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓供水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。水錘效應(yīng)具有極大的破壞性。6H210HFE 1n20 2Q1D 3?2?1圖 22 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線 變頻恒壓控制的理論模型變頻恒壓控制系統(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。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量 和供水系統(tǒng)的供水流量 處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，Uc也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況。非線性用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 (1)變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡單化方向發(fā)展在國內(nèi)外，專門針對供水的變頻器集成化越來越高。變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類：(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點(diǎn)是變頻控制的電機(jī)功率小，一般在 135kW 以下，控制系統(tǒng)簡單。 變頻恒壓供水的現(xiàn)況 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀從 20 世紀(jì) 70 年代起，國內(nèi)外的很多專家，學(xué)者就開始嘗試將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于供水系統(tǒng)的模擬，優(yōu)化設(shè)計(jì)及供水系統(tǒng)控制等方面。 Variable Velocity Variab le frequency。論文分析了采取變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水相對于傳統(tǒng)的閥門控制恒壓供水方式的節(jié)能機(jī)理。通過對變頻器內(nèi)置 PID 模塊參數(shù)的預(yù)置，利用遠(yuǎn)傳壓力表的水壓反饋量，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)用水量的變化，采取 PID 調(diào)節(jié)方式，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。 Constantp ressurewatersupply。目前，國內(nèi)外供水系統(tǒng)采用的自動(dòng)控制技術(shù)不少，其特點(diǎn)是變頻技術(shù)與其他自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是且前國內(nèi)研究和推廣最多的方式。很多專用供水變頻器集成了 PLC或 PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。多變性變頻調(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(yáng)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(qiáng)的多變性。因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程 H 與用水流量 Q（）間的關(guān)系。HAA揚(yáng)程特性管阻特性A圖 21 供水系統(tǒng)的基本特性5 不同控制方式下的能耗分析與比較當(dāng)用閥門控制時(shí)，若供水量高峰期水泵工作在 E 點(diǎn)，流量為 Ql，揚(yáng)程為 ，當(dāng)供水0H量從 減小到 時(shí)必須關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從 移到 ，揚(yáng)1Q2 3?1程特性曲線不變。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。壓強(qiáng)過高，將引起管子的破裂。水泵通過聯(lián)軸器由三相異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)，因此水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)就是需要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。239。電機(jī)的運(yùn)行效率高，適合于恒壓供水方式中的轉(zhuǎn)速控制法。不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也會(huì)改變。12圖 32 供水系統(tǒng)圖1—水位上限檢測 2—水位下限檢測 3—閘閥 4—止回閥 5—壓力檢測控制方式多泵變頻循環(huán)工作方式的可靠切換，是實(shí)現(xiàn)多泵分級調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，可選用編程靈活、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小的 PLC 通過編程來實(shí)現(xiàn)。13圖 33 恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及控制方案圖 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與選型 主電路設(shè)計(jì)三臺(tái)大容量的主水泵根據(jù)供水狀態(tài)的不同，具有變頻、工頻、停泵三種運(yùn)行方式，因此每臺(tái)主水泵均要求通過兩個(gè)接觸器分別與工頻電源和變頻電源輸出相聯(lián)；輔助泵只運(yùn)行在工頻狀態(tài)，通過一個(gè)接觸器接入工頻。在電動(dòng)機(jī)三相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機(jī)工作電流大小，設(shè)計(jì)三相電源信號指示。圖 35 給出了供水系統(tǒng)的部分電氣控制線路圖 35 中，SA 為手動(dòng)/ 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)， KA 為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換用中間繼電器，打在①位置為手動(dòng)狀態(tài)，打在②位置 KA 吸合，為自動(dòng)狀態(tài)。FR FR FRFR4 為四臺(tái)泵的熱繼電器的常閉觸點(diǎn)，對電機(jī)進(jìn)行過流保護(hù)。CNI這三個(gè)式子是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足三個(gè)算式的關(guān)系，尤其變頻器電流是一個(gè)較關(guān)鍵的量。③ I/0 特性8 個(gè)可設(shè)定的多功能開關(guān)量輸入口，給操作者極大的靈活性；3 路可設(shè)定的開路集電極晶體管多功能輸出，可用于頻率到達(dá)、頻率值檢測、過載、運(yùn)等多種提示；設(shè)有模擬電流/ 電壓輸入端子，實(shí)現(xiàn)外部頻率設(shè)定。根據(jù)供水系統(tǒng)控制任務(wù)及設(shè)計(jì)方案，輸入信號需 16 點(diǎn)，輸出信