【正文】 號需16 點，選擇三菱 FX2N32MR 型 PLC，其 I/O 端子如表 33 所示。接地電阻應(yīng)小于 100Ω，接地線須盡可能短和粗，并且應(yīng)連接于專用接地極或公用接地極上，不要使用變頻器、PLC 外殼或側(cè)板上的螺釘作為接地端。（9） 系統(tǒng)設(shè)計時還加入了無人執(zhí)守故障自動撥號報警器。當(dāng)用水量減少時，變頻器通過 PID 調(diào)節(jié)器降低水泵轉(zhuǎn)速來維持水壓。從圖 41 可見，供水狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換不但和轉(zhuǎn)換條件有關(guān)，還與其目前所處的供水狀態(tài)有關(guān)；由輔助泵切換到主泵供水也遵循有效狀態(tài)循環(huán)方式，即上一次啟動 1主泵，則下次由輔助泵切換到主泵供水，應(yīng)啟動 2泵。盡管國內(nèi)外不同廠家采用的編程語言不盡相同，但程序的表達(dá)方式基本類似，主要有四種形式：梯形圖，指令表，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和高級語言。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。PLC 置輸出繼電器 Y1 為 0，同時置 Y7= 1。（3）減少主泵的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊減少主泵是指在多臺主泵供水時，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時，按“先起先停”原則，將當(dāng)前運行狀態(tài)中最先進(jìn)入工頻運行的水泵從電網(wǎng)斷開。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) ， 越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強，ITI易引起系統(tǒng)振蕩。（2）用水量增加時31當(dāng)用水量增加，用水需求 供水能力 ,水壓下降，壓力反饋信號 y 減少，偏差 e UQG= y r0,PID 輸出的控制增量 Δu0，變頻器輸出頻率上升 ,水泵轉(zhuǎn)速升高，增加供水能力，最后達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)，使壓力回復(fù)，維持供需平衡。34致謝本論文的工作是在我的指導(dǎo)老師王金梅老師的悉心指導(dǎo)下完成的，王金梅嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。王金梅老師對于我的畢業(yè)設(shè)計提出了許多的寶貴意見，在此表示衷心的感謝。32結(jié)論本文對于城市供水要求，設(shè)計了一套由 PLC、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、多臺水泵機組、計算機等主要設(shè)備構(gòu)成的變頻恒壓供水及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，可實現(xiàn)高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的恒壓供水。但過大的 對于干擾信號的抑制能力卻將減弱。系統(tǒng)由擬 PID 控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖 51。即由狀態(tài) S0 轉(zhuǎn)入 S11 的過程。27(5)繼電器線圈在一個程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。 梯形圖語言編程的一般規(guī)則通常微、小型 PLC 主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有 [11]：(1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。設(shè)變頻器輸出頻率達(dá)到極限頻率時的信號為 X1，水壓達(dá)到設(shè)定壓力下限值時的欠壓信號為 X2，水壓達(dá)到設(shè)定壓力上限值時的超壓信號為 X3。當(dāng)用水量持續(xù)減少，系統(tǒng)繼續(xù)按“先起先?！痹瓌t逐臺關(guān)閉處于工頻運行的水泵。234 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 水泵工頻/變頻運行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程分析 供水狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換供水狀態(tài)是指供水時按照用水量的大小設(shè)定投入運行的水泵臺數(shù)及運行狀況。（5） 電動機在低速運行時，電機冷卻效果下降，應(yīng)保證電動機具有良好的通風(fēng)條件。 系統(tǒng)可靠性措施作為一個完整的系統(tǒng)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，還需考慮加強抗干擾措施，保證運行的穩(wěn)定性 [9]。（3） 變頻器接線及功能設(shè)定見表 32，頻率參數(shù)設(shè)置說明 [8]：（1） 最高頻率：變頻器的最高頻率只能與水泵額定頻率相等。普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器、矢量控制高功能型變頻器。壓力變送器及數(shù)顯儀的選型選用普通壓力表 Y100 和 XMT1270 數(shù)顯儀實現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。在自動狀態(tài)時，系統(tǒng)執(zhí)行 PLC 的控制程序，自動控制泵的起停。 圖34主電路 電氣控制電路設(shè)計為了保護 PLC 設(shè)備，PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在 PLC 輸出15端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過中間繼電器控制接觸器線圈的得電/失電，進(jìn)而控制電機或者閥門的動作。QFQFQF3 、QFQFQF6 分別為主電路、變頻器和各水泵的工頻運行空氣開關(guān)，F(xiàn)RFR FR3 、FR4 為工頻運行時的電機過載保護用熱繼電器，變頻運行時由變頻器來實現(xiàn)電機過載保護。根據(jù)水壓的變化，由變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)恒壓。間歇型指一天內(nèi)有多段用水低谷時間，流量很小或為零。拖動系統(tǒng)中，動態(tài)轉(zhuǎn)矩 =JMLT ：是電動機的拖動轉(zhuǎn)矩 ：是供水系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩MT圖 31 中 b）反映了全壓起動和變頻起動過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩情況。電動機工作在額定狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率很小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子銅損耗小，電機效率高?？芍{(diào)速方法有：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差調(diào)速和變頻調(diào)整。此外，水錘效應(yīng)還可能損壞閥門和固定件。給定參數(shù) 變 頻 器 （PID） 水泵頻率 轉(zhuǎn)速管網(wǎng)實際壓力壓力傳感器反饋參數(shù)7圖 23 變頻恒壓控制原理圖從圖 23 中可以看出，在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。此時水泵輸出功率用圖 22 表示為(0，Q 2,D, )圍2n 0H成的矩形面積，可見，改用調(diào)速控制，節(jié)能量為（ ,D,F, ）圍成的矩形面積，其值為：01H （22）0210212()==FDQHP?????所以，當(dāng)用閥門控制流量時，有 功率被浪費掉，并且隨著閥門的不斷102gh（ ）關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運行工況點也隨之上移，于是 E增大，而被浪費的功率要隨之增加。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓U力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。容錯性 完善的保護功能當(dāng)出現(xiàn)意外的情況時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動進(jìn)行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 (2)高壓變頻系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用在過去變頻供水涉及較少的商壓變頻系統(tǒng)，也是發(fā)展的重要方向，高一低—高型的高壓變頻系統(tǒng)、串聯(lián)多電平高壓變頻供水系統(tǒng)目前己在實際應(yīng)用中不斷完善高壓高頻中的諧波等問題也逐步得到解決。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠．這類變頻器電機功率在 135kW320kW 之間，電網(wǎng)電壓通常為 200V 或 380V。該系統(tǒng)線路復(fù)雜，操作麻煩，勞動強度大，維護困難，自動化程度低，應(yīng)用前景不好。把先進(jìn)的自動化技術(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。給出了實現(xiàn)有效狀態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換控制的電氣設(shè)計方案和 PLC 控制程序設(shè)計方案。供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟節(jié)能性直接影響到城區(qū)的建設(shè)和經(jīng)濟的發(fā)展，也影響到城區(qū)居民的正常工作和生活。關(guān)鍵詞：PLC ；變頻調(diào)速；恒壓供水；變頻工頻切換Abstract With the continuous deepening of reforming and opening up, the construction and economy of small and mediumsized cities in China have developed rapidly. People39。由于水泵工作在變頻工況下，在其出口流量小于額定流量時，泵的轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長了泵和電動機的機械使用壽命。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，通過變頻技術(shù)調(diào)速。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進(jìn)口變頻器和控制系統(tǒng)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點現(xiàn)有變頻恒壓供水系統(tǒng)具有以下特點:滯后性供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。2 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析 供水系統(tǒng)的基本特性供水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線 f(Q)，如圖 21 所示。因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量 Q 之間的關(guān)系 H=f（ ） 。 （23）21=Q221()HN321=()P式中 Ql、HP1 為變速前的流量、揚程、功率， 、H P 2 為變速后的流量、揚程、Q功率。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設(shè)定壓力相等。通過水泵電動機的軟起動，可減少動態(tài)轉(zhuǎn)矩，因此，選擇好的起動方式和速度調(diào)節(jié)方法，可以減小或徹底消除水錘效應(yīng)，提高供水系統(tǒng)運行的安全性。這種調(diào)速方式只適用于專門的變極電機，而且是有極調(diào)速，級差大，不適用于供水系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用 于恒壓供水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。(3)避免了電機和水泵的硬起動，可大大延長聯(lián)軸器壽命。首先是節(jié)能，每臺泵都可以較高效率運行，長期運行費用少；其二，供水可靠性好，一臺泵故障時，一般并不影響系統(tǒng)供水，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動電流小，不要求增加電源容量；其四，只須按單臺泵來配置變頻器容量，減少投資。（3） 變頻控制電路：根據(jù)壓力設(shè)定及壓力傳感器的壓力檢測信號，由變頻器輸出變頻電源；提供最高頻率、上下限頻率及啟動頻率等信號；并能實現(xiàn) PID 調(diào)節(jié)。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子 FWD（REV）來操作，不得以主電路空氣開關(guān) QF2 的通斷來進(jìn)行?？刂齐娐分羞€考慮了電機和閥門的當(dāng)前工作狀態(tài)指示的設(shè)計，為了節(jié)省 PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。在自動狀態(tài)時，四臺泵在 PLC 的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運行。在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機連續(xù)運轉(zhuǎn)時，變頻器容量（kVA）應(yīng)同時滿足下列三式 [7]： （KVA ） (33)CNP?cosMkhj (KVA) (34)3103CNUI?? (A) (35)IMK式中， —負(fù)載所要求的電動機的輸出功率；MPη—電動機的效率（通常在 以上）。其主要參數(shù)及性能介紹如下。（4） 啟動頻率：在從 0Hz 開始啟動的一段頻率內(nèi)，實際上電機轉(zhuǎn)不起來。（2） 控制柜和水泵現(xiàn)場距離不要太遠(yuǎn)，尤其是遠(yuǎn)傳壓力表至變頻器的 420mA 電流信號和至 PLC 的壓力上、下限開關(guān)量信號的傳輸電纜要盡可能短，而且要盡量遠(yuǎn)離那些會22產(chǎn)生電磁干擾的裝置。（8） 要考慮防雷設(shè)計。在 1 號主水泵供水過程中，變頻器根據(jù)水壓的變化通過 PID 調(diào)節(jié)器調(diào)整 1主水泵的轉(zhuǎn)速來控制流量，維持水壓。若有 N 臺水泵參與變頻調(diào)速，則滿足 “先起先?！痹瓌t的最大有效狀態(tài)數(shù)為 +1。從主泵切換到輔助泵只需將主泵和變頻器的輸出斷開，同時將輔助泵直接投入工頻運行即可。(2)梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。初始化過程通過 M8002 產(chǎn)生的初始化脈沖來完成。（2）主泵的增加增加主泵是將當(dāng)前主泵由變頻轉(zhuǎn)工頻，同時變頻起動一臺新水泵的切換過程。比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù) K 的增大而減少。因此可根據(jù)壓力的變化，來實現(xiàn)對供UQ水流量的調(diào)節(jié)，維持供水能力 和用水需求 之間的乎衡。系統(tǒng)采取變頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果明顯