【正文】 圖如圖44所示。根據(jù)本設(shè)計要求并結(jié)合實際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用3臺江蘇常州機械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵機組（電機功率65KW）。由于本設(shè)計中PLC選擇的西門子S7200型號，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。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(jìn)行監(jiān)測控制。如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動投切的機組將一直這樣投入—切出—再投入—再切出地循環(huán)下去，這增加了機組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。其實，在實際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到0HZ。反之，當(dāng)用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵機組)進(jìn)行控制；變頻器是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。(2) 信號檢測機構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。圖 24 壓力傳感器的壓力接口形式（2）變送器屬于精密儀器，安裝時忌強力沖擊、摔打。對于恒壓供水系統(tǒng)而言，316不銹鋼材料就能滿足要求。（2） 上限值：測量范圍的最高值稱為測量范圍的上限值。參照壓力為真空時所測量的壓力值為絕對壓，通常簡稱絕壓。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。如在一定延時時間內(nèi)，壓力還是不足或過大，則通過PLC作工頻/變頻切換，使實際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。 具體安排如下： 第一章介紹了課題背景和恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r； 第二章研究系統(tǒng)控制方案的確定，主要介紹了恒壓供水原理、供水傳感器的原理與選型、供水壓力信號的采集；第三章介紹了變頻恒壓供水的控制流程；第四章介紹了控制系統(tǒng)的硬件部分；第五章介紹了控制系統(tǒng)的軟件部分。艾默生電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器()，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，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。(3) 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，只能是一對一驅(qū)動，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點是價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方便。壓力傳感器檢測當(dāng)前水壓信號，送入PLC與設(shè)定值比較后進(jìn)行PID運算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變水泵電機的轉(zhuǎn)速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。采用變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動和變頻調(diào)速，運行切換采用“先啟先停”的原則。(2) 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。但在系統(tǒng)的動態(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。 本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)本文以城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)為研究對象，介紹了供水系統(tǒng)的組成及其系統(tǒng)模型，采用PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，選用西門子 S7200 系列的 PLC 為控制核心，利用PLC的PID功能進(jìn)行恒壓供水控制構(gòu)成恒壓供水控制系統(tǒng)。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機運行性能惡化。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理：一般用電位器設(shè)定壓力（也可采用面板內(nèi)部設(shè)定壓力），采用一個壓力傳感器（反饋為4～20mA或010V）檢測管網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將信號送入變頻器PID回路，PID回路處理之后，送出一個水量增加或減少信號，控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化為一種電信號的敏感器件，它是壓力傳感器的主要組成部分之一。圖 23 壓阻傳感器的惠斯通電橋 壓力傳感器的特性參數(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中，壓力傳感器一般測量的類型包括絕對壓、表壓和差壓。具體如下：（1） 測量范圍：在允許誤差限內(nèi)被測量值得范圍稱為測量范圍。 壓力傳感器的選型變頻恒壓供水的壓力傳感器的選型有以下兩個步驟：（1） 按測量介質(zhì)及使用環(huán)境要求選用；傳感器介質(zhì)接觸材料包括陶瓷、316不銹鋼、哈氏合金、蒙耐爾合金等。1℅FS(0～60℃)工作溫度20℃～85℃溫度補償范圍0～60℃負(fù)載能力≤(Vdd10V)*40最大工作壓力3*FS介質(zhì)與316不銹鋼兼容介質(zhì)外部零件材料普通不銹鋼防護(hù)等級IP67(M12*1航空插頭)IP65（赫斯曼接頭）表21 JYBK型供水壓力傳感器的技術(shù)參數(shù)在壓力傳感器的安裝過程中需要注意以下幾個問題：（1） 確認(rèn)壓力接口形式，該產(chǎn)品以螺紋連接（M20*15）為標(biāo)準(zhǔn)接口形式如圖24所示。三 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制流程 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，：圖31 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分，具體為：(l) 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺變頻泵和兩臺工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(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的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達(dá)到工頻運行狀態(tài)都無法滿足用水要求時）的情況下投入工作。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。(2) 當(dāng)用水量增加水壓減小時，壓力變送器反饋的水壓信號減小，偏差變大，PLC的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個新的穩(wěn)定值。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負(fù)值，最低只能是0HZ。在極端的情況下，運行機組增加后，實際供水壓力超過設(shè)定供水壓力，而新增加的機組在變頻器的下限頻率運行，此時又滿足了機組切換的停機條件，需要將一個在工頻狀態(tài)下運行的機組停掉。S7200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)中要實現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器還應(yīng)具有通訊功能。本設(shè)計的要求為：電動機額定功率65KW，177。最后再設(shè)置定時中斷和中斷連接。該系統(tǒng)利用單臺變頻器實現(xiàn)三臺水泵電機的軟起動和調(diào)速，把水泵電機控制納入自動