【正文】 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM4,HL4 Y3 3泵工頻運行接觸器及指示燈 KM5,HL5 Y4 3泵變頻 運行接觸器及指示燈 KM6,HL6 Y5 生活消防供水轉換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報警指示燈 HL8 Y12 火警報警指示燈 HL9 Y13 報警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復位控制 KA Y15 控制變頻器頻率用電壓信號 Uf 模擬量輸入模塊電流通道 30 PLC 系統(tǒng)選型 從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點 6 個、開關量輸出點 12 個；模擬量輸入點 1 個、模擬量輸出點 1 個。 自動運行 合上自動開關后， 1泵電機通電，變頻器輸出頻率從 0 Hz 上升，同時 PID 調節(jié)程序將接收到自壓力傳感器的標準信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，將調節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到 50 Hz， 1泵由變頻切換為工頻，對 2泵進行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量 減小，從先啟的泵開始減，同時根據(jù) PID 調節(jié)器給的調節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設定的。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成 。 圖中的 HL10為自動運行狀態(tài)電源指示燈。 (4)三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。準確地了解控制過程的類型和特性數(shù)據(jù)是非常必要的。 以上兩條途徑表面上看來截然相反，但它們都是以承認 P作用為主體作為前提的。在該場合，為使 P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用 PD控制。 在該系統(tǒng)中我們用硬件型設計這樣可以減少編程 + + + 驅動部 控制對象 P I D 目標值 + (給定值 ) 反饋值 23 PID 控制算法及特點 PID控制算法的一般形式 PID控制器根據(jù)日標值 (設定值 )r(t)與反饋值 (測量值 )c(t)構成的控制偏差 ： e(t)=r(t)c(t) 將偏差的比例 (P)、積分 (I)和微分 (D)通過線性組合構成控制量，對受控對象進行控制。 圖 44 FX N2 2DA 模塊的連接方法 Fig 44 FX N2 2DAmethod of connecting module FX N2 2DA 安裝時裝在 FX N2 基本單元的右邊。 BFM22的b0～ b7由低到高兩兩為一組。 （ 3） BFM5～ 8。 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個通道，可同時接受并處理 4路模擬量輸入信號， 最大分辨率為 12位。該傳感器還具有體積小，重量輕、結構簡單、工 作可靠的特點。 變 頻器選用日本安川變頻器CIMRP5A45P5 產(chǎn)品，適配電機 15 kW，該變頻器基本配置中帶有PID 功能。修訂是為了使 變頻器的性能與實際工作任務更加匹配。采用 fU 控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。 變頻器的基本結構 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。如給定位大于 實際 值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機的轉速．如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機的轉速。另一種 方案是數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行。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 方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。當系統(tǒng)所需水量下降時，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。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、停時間比、開、停頻率等有關。把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網(wǎng)絡技術等應用到供水領域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。運行結果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結構簡單，工作可靠等特點。水 塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水 質因異物進入而被污染的可能性。這類設備雖微化了電路結構，降低了設備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(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)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。而且水泵與電機都有維修的時候，備用 是必要的。 管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置成為反 饋，調節(jié)器是反饋的接收點。 而異步電動機轉速 )1(60)1( 11 sP fsNN ???? 式中 s 異步電機轉差率， 11 /)( NNNs ?? ， 一般小于 3%。 (3)逆變器。 由于通用變頻器的負載主要是電動機，出于電動機磁場恒定的考慮，在變頻的同時都要伴隨著電壓的調節(jié)。在變頻器接入電路工作前，要根據(jù)通用變頻器的實際應用修定變頻器的功能碼。為了方便與網(wǎng)絡接口，變頻器一般都設有網(wǎng)絡接口，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 通信設計了專用的協(xié)議 。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構成了以設定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。模擬量擴展單元可將外部模擬量轉換為 PLC可處理的數(shù)字量及將 PLC內(nèi)部運算結果轉換為機外所需的模擬量。 16進制數(shù)字“ 0～ 3”分別表示“ 10～ +10V、 4～ 20mA、 20～ +20 mA 、通道關閉”。增益為 輸出曲線的斜率，為數(shù)字輸出 +1000時的模擬量輸入值。 5mV)、 0~5DVC（ 分辨率 1。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。 對于 PID控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨 D動作還要大 的操作量，以此來抑制偏差的增加。 在 P， I， D 三個作用中， P作用往往是最基本的控制作用?？刂骗h(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個時間單元內(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。 28 6 系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)要求 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，系統(tǒng)低恒壓值遠行，消防供水時高桓壓值遠行。 主機單元 FX N2 32MR 模擬量 輸入模塊FX N2 4N 模擬量輸入 FX N2 2N 31 圖 62 電控系統(tǒng)主電 路 Figure 62 main circuit electronic control system R S T U V W ~ M ~ M ~ M N L1 L2 L3 KM1 KM3 KM5 KM2 KM4 KM6 FR1 FR2 FR3 QS1 QS2 QS3 QS4 CIMR P5A45P5 32 控制電路圖 如圖 63 為電控系統(tǒng)控制電路圖。具體的操作時，將現(xiàn)行運行 的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運 行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。初步確定的增益和時間常數(shù) ) 增益： ?CK 采樣時間 sTS ? 積分時間 min30?iT 程序中使用的 PLC 元件及其功能如表 62 所示； 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序及程序在附錄中所示。 33 圖 63 電控系統(tǒng)控制電路圖 Figure 63 electronic control system control circuit SA 1 0 2 FU2 SB1 SB2 KM1 Y000 Y001 PLC SB3 SB4 KM3 SB5 SB6 KM5 SB7 SB8 YV2 KM1 FR1 HL1 KM2 HL2 Y002 Y003 Y004 Y005 Y010 16 Y011 18 Y012 20 Y013 22 Y014 Y015 24 26 HL7 HL8 HL9 HA KA HL10 KM6 HL6 YV2 14 KM5 KM3 FR2 HL3 KM4 HL4 KM5 FR3 HL5 KM2 KM1 KM3 KM6 KM5 N L1 34 系統(tǒng)程序設計 硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實 現(xiàn)結合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設計分折如下： 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 前邊已經(jīng)說過，為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺泵或第三臺泵。整個 PLC 系統(tǒng)的配置如圖 51 所示。 如果不想要積分回路，可以把積分時間設為無窮大。 對于含有噪音的過程，不宜引入微分作用，否則高頻分量放大得很厲害。在 其他因素相同的情況下，當大的時候， CK 應該小一些， 0K 小的時候， CK 應該大一些。同時包含這三項的是 PID作用。 (2)BFM17。其中， b0 為，表示有錯 誤；當 b1 為 ON 時，表示存在偏置及增益錯誤；b2 為 ON 時表示存在電源故障； b3 為 ON 時，表示存在硬件錯誤等。 （ 6） BFM20。 模擬量輸入模塊緩沖存儲器 （ BFM）的分配 為了能適用于多種規(guī)格的 輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設成可編程的。 (3)變頻器的驅動控制。變頻控制系統(tǒng)主回路如圖 62所示。各段頻率值通過功能碼設定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。矢量控制是受調速性能優(yōu)良的直流電動機磁場電流及轉矩電流可分別控制啟發(fā)而設計的一種控制方式。逆變電路最常見的結構形式是利用 6個半導體主開關器件組成的三橋式逆變電路。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質量較高的直流電源。 在變頻恒壓供水 系統(tǒng)中，執(zhí)行設備就是變頻器。恒壓供水水壓的高低依需要設定。 研究的主要內(nèi)容 本系統(tǒng)是 三泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)， 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器組成。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、正反轉控制、起制 動控制、壓頻比控制及各種保護功能。高層建筑還可分層設立水箱。以下就逐一分析。1 摘 要 隨社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高 ； 再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術、控制技術以及通訊技術，設計高性能、高節(jié)能、能適應不同領域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。在恒壓供水技術出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。 恒速泵加高位水箱的供水方式 這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設在建筑物的頂層。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。 課題來源及本 文的主要研究內(nèi)容 課題來源 本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實際應用。 圖 21 恒壓供水系統(tǒng)示意圖 Fig21 Constant pressure water supply system schematic drawing P L C 送水 消防 生活 變頻器 工頻 /變頻切換電路 1 號泵 2 號泵 3 號泵 壓力罐 壓力傳感器 調節(jié)器調節(jié)器 7 調節(jié)器是一種電子裝置，在 系統(tǒng)中完成以下幾種功能： (1) 設定水管壓力的給定值。 信 號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅動執(zhí)行設備工作。 (2)直流中間電路。為了電動機制動的需要，中間電路中有時還包括制動電阻及一些輔助電路。 （ 3）矢量控制。變頻器常設有多段頻率選擇功能。變頻器端子的 19端和 20端是傳感器壓力設定的上、下限值，該信號進 PLC，作為工頻切換的控制信息，由 PLC控制水泵的工頻或變頻運行。 增加一臺工頻泵投入運行 PLC則是泵組管理的執(zhí)行設備。其通常轉換速度為 15ms/ 通道，高速轉換速度為 6/ms通道。若設為 0，則為正常轉換速度，即 15ms/通道；若設為 1，則為告訴轉換速度，即 6ms/通道。 圖 43 FX N2 4AD 的偏置和增益 Fig43 Bias and gain of FX N2 4AD （ 10）