【正文】 通過泵號管理程序 ,實現(xiàn)泵號自動切換 ,使每臺水泵工作狀況基本相同 ,提高設(shè)備利用率并減少維修費用 。 2）用水量增加時：當用水量增加時，用水需求大于供水能力，水壓下降，壓力反饋信號 y減小，偏差 e=yr0， PID 輸出的控制增量Δ u0，變頻器輸出頻率上升，水泵轉(zhuǎn)速升高，增加供水能力，最后達到一個新的平衡狀態(tài)，使壓力回復(fù)，維持供需平衡。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)。其中圖 是以 2泵為例的變頻運行控制流程圖，圖 是以 2泵為例的工頻運行控制流程圖。在初 始化后緊接著要設(shè)定白天 /夜間兩種供水模式下的水壓給定 28 值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。AC。同理，可以通過按下 SB SB5 啟動電機 M M3，通過按下 SBSB6 來使電機 M M3停機。為提高變頻器的功率因數(shù) ，必須接電抗器。 主要技術(shù)要求： 精確度等級： 發(fā)送器起始電阻值： 3～ 20Ω 發(fā)送器滿度電阻值： 340～ 400Ω 21 第四章 恒壓供水 系統(tǒng) 電路 設(shè)計 系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖 所示 ：三臺電機分別為 MM M3，它們分別帶動水泵 3。 在壓力測量中，常有絕對壓力、表壓力、負壓力或真空度之分。另外，啟動停止頻繁的時候也應(yīng)該考慮取大值，這是因為啟動過程以及有制動電路的停止過程電流會短時超過額定電流，頻繁啟動停止則相當于增加了負載率。主要設(shè)備選型如表 所示： 表 本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單 主要設(shè)備 型號及其生產(chǎn)廠家 可編程控制器（ PLC） Siemens CPU 226 模擬量擴展模塊 Siemens EM 235 變頻器 富士公司的 P11S 系列 水泵機組 SFL 系列水泵 3 臺（上海熊貓機械有限公司） 壓力變送器及顯示儀表 HRYTZ 電阻遠傳壓力表 液位變送器 分體 式液位變送器 DS26(淄博丹佛斯公司 ) PLC 及其擴展模塊的選型 PLC 是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號的 15 采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。 3) 控制機構(gòu) :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。 2) 占地面積小，投入少，效率高。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號， 420mA 變化的電流信號或010V 間變化的電壓信號。即保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量。目前的供水方式朝高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng) 工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用 6 水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機時能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機自身的機械沖擊 損耗 [1]。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。 共三臺電機，其中由 一臺變頻器拖動 兩 臺電動機的起動、運行與調(diào)速， 一 臺電機備用。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有 :恒速泵 加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、液力藕合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)缺點如下： 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。因為在恒壓供水系統(tǒng)中，我們要想保持的供水管網(wǎng)的壓力恒定，因此就必須引入水壓反饋值與給定的壓力值比較，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。在此這里有兩種配置方案，一種是為每一臺水泵電機配一臺相應(yīng)的變頻器，從解決問題方案這個比較簡單和方便，電機與變頻器間不須切換，但是從經(jīng)費的角度來看的話這樣比較昂貴。 恒壓供水的 優(yōu)點 對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根到底是為了滿足用戶對流量的需求 。水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號泵在變頻器控制下運行 ， 2號泵處于停止狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。 EM235 模塊可以針對不同的標準輸入信號，通過 DIP 開關(guān)進行設(shè)置。使用繼電器接點時，常因接觸不良而帶來誤動作 。 設(shè)計中需要測量管道出口處的壓力值，故采用遠傳壓 力表。同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時，也必須先將工頻接觸器斷開，才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以 KM1 和 KM KM3 和KM KM5 和 KM6 絕對不能同時動作，相互之間必須設(shè)計可靠的互鎖。對變頻器頻率進行復(fù)位是只提供一個干觸發(fā)點信號，本系統(tǒng)通過一個中間繼電器 KA 的觸點對變頻器進行復(fù)頻控制。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。 語句表 (STL)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。 (6) 報警及故障處理程序 本系統(tǒng)中包括水池水位越限報警指示燈、變頻器故 障報警指示燈白天模式運行指示燈以及報警電鈴。 33 34 圖 PID控制中斷子程序 INT_0梯形圖 PID 設(shè)計 PID 控制 PID 控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣泛的反饋控制方式之一。一般來說，系統(tǒng)是使用它們的組合，如 PI控制算法， PD控制算法和 PID 控制算法。 38 第五章 總 結(jié) 全文總結(jié) 本 文針對我國中小城市水廠供水的特點，設(shè)計開發(fā)了一套基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)。 39 。 37 軟件型，使用離散形式的 PID 控 制算法在可編程序控制器 (或單片機 )上做 PID 控制器。顯 然，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，單獨使用上面任意一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。 32 圖 初始化子程序 SBR_0梯形圖 (2) PID 控制中斷子程序 首先將由 AIW0 輸入的采樣數(shù)據(jù)進行標準化轉(zhuǎn)換，經(jīng)過 PID 運算后，再將標準值轉(zhuǎn)化成輸出值，由 AQW0 輸出模擬信號。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進行說明。 PLC 程序設(shè)計 PLC控制程序采用 SIEMENS公司提供的 STEP 7MicroWINV40編程軟件開發(fā)。 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的基本要求如下： (1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同，本設(shè)計采用白 天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設(shè)定的給定水壓值不同。手動運行時，可用按鈕SB1~SB6 控制三臺水泵的啟 /停；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。變頻和工頻兩個回路不允許同時接通。顯然當絕對壓力值 PA 小于大氣壓力值 P0時，表壓力為負值，所測值稱為負壓力或稱真空壓，它的絕對值稱為真空度。 17 開關(guān)指令信號的輸入 變頻器的輸入信號中包括對運行、停止，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、微動等運行狀態(tài)進行操作的開關(guān)型指令信號 (數(shù)字輸入信號 )。由于實際中需要模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是 EM235， 該模塊有 4個模擬輸入 (AIW)， 1個模擬輸出 (AQW)信號通道。該控制方案的控制原理如圖 。 上 位計 算 機外 部控 制電 接 點壓 力 表管道機組變頻器電器組P L C水 池液 位開 關(guān)A / D D / A用戶變 頻 器 輸 出 標 準 信 號模 擬 量 信 號標準電信號開關(guān)量信號變 頻 器 故 障 及 頻 率 到 達 信 號內(nèi) 置P I D 圖 系統(tǒng)硬件原理圖 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 : 1) 執(zhí)行機構(gòu) :執(zhí)行機構(gòu)是由三臺水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式 ， 這需采用 PLC 的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端子接受到傳感器送來的模擬信號，輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng) PID 處理后得出的模擬量信號，并依此信號的變化改變變頻器的輸出頻率。而且水泵與電機維修的時候，備用泵是必要的。 在自動恒壓供水系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶實際用水量決定的。 課題研究的目的和意義 眾所周知，水是人類生 活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低， 5 而隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。 恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。這種靠水的勢能或氣壓供水方式具有占地面積大、投資高、水泵電機啟動頻繁、耗電多、管網(wǎng)水壓不穩(wěn)、爆管現(xiàn)象頻繁、漏失嚴重等缺點 ；不僅生活用水容易受到二次污染，而且水泵電機的頻繁開啟使設(shè)備故障率高，檢修、維護也存在困難，而且像水塔這樣傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，在維護和升級系統(tǒng)方面，是非常昂貴 的。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的 總管壓力實際值進行比較，其差值輸入 經(jīng) 運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。在變頻器恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。 4) 運行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用，并且水泵的壽命大大提高。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、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 )進行控制 。由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此 PLC 選用德國 SIEMENS 公司的 S7200 型。 變頻器的