【正文】 路模擬量輸入，一路模擬量輸出。 (2) SIMENS S7200 可編程序控制器是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 。 15 表 擴(kuò)充臨界比例帶法 PID 參數(shù)整定 控制度 調(diào)節(jié)規(guī)律 Ts/Tcr Kc/Kcr Ti/Tcr Td/Tcr PI PID PI PID PI PID PI PID 模擬控制器 PI PID （ 3）擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法是模擬控制器響應(yīng)曲線補(bǔ)充，是一種開環(huán)整定方法。 (2) 積分環(huán)節(jié)：只要偏差存在，控制就會(huì)發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差變?yōu)榱?。變頻應(yīng)用大大提高了工藝的高效性，使變速不依賴于機(jī)械部分，同時(shí)可以比原來的定速運(yùn)行電機(jī)更加節(jié)能。轉(zhuǎn)速控制法則是 通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水流量，不改變閥門開度，是通過改變水的動(dòng)能來改變流量。 變頻恒壓 供水 系統(tǒng)的節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的揚(yáng)程 特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 兩者之間的關(guān)系曲線，如圖 所示。 (3) 停止 轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置，設(shè)備進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，任何設(shè)備不能啟動(dòng)。供水控制器直接采集系統(tǒng)中的工況、壓力、報(bào)警信號(hào)，對(duì)人機(jī)接口和通訊接口所提供的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算 法，得出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案，通過變頻器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu) (水泵 ) 進(jìn)行規(guī)律控制。根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)。變頻恒壓供水系統(tǒng)必將在將來的生產(chǎn)生活中成為新興主流供水方式 [2]。而變頻恒壓供水系統(tǒng)的出現(xiàn)使這些問題迎刃而解。系統(tǒng)實(shí)時(shí)比較管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)定值偏差的變化情況，經(jīng)PLC 進(jìn)行 PID 運(yùn)算，由 PLC 控制水泵電機(jī)的變頻、工頻切換，自動(dòng)控制水泵電機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。這種供水方式 ，供水壓力相對(duì)穩(wěn)定。 這類設(shè)備雖說微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但是其輸出接口 3 的擴(kuò)展功能缺少靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)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)軟件很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，且限制了帶負(fù)載的容量所以在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到局限 [3]。原理圖如圖 所示 設(shè)定壓力 + 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理圖 PID 調(diào)節(jié) 變頻器 水泵 壓力檢測(cè) PLC 5 變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 圖 供 水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖 ，整個(gè)系統(tǒng)由四臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻調(diào)速器，一臺(tái) PLC和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。 (4) 人機(jī)界面 人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交互的場(chǎng)所。 (6) 完善的保護(hù)、報(bào)警功能 在供電控制回路上對(duì)工頻、變頻電源實(shí)現(xiàn)電氣與機(jī)械互鎖，防止產(chǎn)生短路。因此，管阻特性反映的是揚(yáng)程與供水流量 Qc 之間的關(guān)系H=f(Qc)。綜上關(guān)系可得，水泵輸出功率 P 與轉(zhuǎn)速 n 三次方 成正比，即： HQkP1? () Qkn 2? () 23QkH? () 3knP? () 式中 k、 k k k3 為比例常數(shù)。外接模擬量控制信號(hào)時(shí)，電壓信號(hào)一般有： 0~5V、 0~10V 等，外接電流電流信號(hào)一般有： 0~20mA 或 4~20mA。 參數(shù)整定方法 （ 1） 經(jīng)驗(yàn)整定法 可根據(jù)表所示的被控過程特點(diǎn)確定控制器參數(shù)的范圍。 （ 2） PLC 的特點(diǎn)： 。 。 (7) PLC 編程采用 STEP7Micro/win，它是 SIMATIC PLC 的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試 [12]。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 A/D 的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(zhǎng) (16bit)的數(shù)字信號(hào)；輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 D/A 的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長(zhǎng) (16bit)的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換 成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。 使用變頻器之前必須設(shè)置電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，以使電動(dòng)機(jī)與變頻器相配，電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表 所示 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置完成后，設(shè)置 P0010 為 0，使變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)。 100戶的參考流量在12~15m179。 （ 4） 線性度 在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關(guān)系的最大偏離 稱為線性度 。在實(shí)際應(yīng)用 中 傳感器所測(cè)壓力在該范圍之內(nèi)。 （ 4） 應(yīng)盡量選用高效節(jié)能且噪音較低的水泵，不可采用市場(chǎng) 淘汰產(chǎn)品。 MicroMaster440 變頻器的輸出 功率為~90KW，適用 于功率大、要求高的場(chǎng)合，恰好其輸出信號(hào)能作為 的水泵電機(jī)的輸入信號(hào)。 3) 分辨率：電壓 12 位，電流 11 位。其有以下特點(diǎn)： (1) 具有 24 個(gè)輸入點(diǎn)， 10 個(gè)輸出點(diǎn)，共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。 （ 3） PLC 的性能指標(biāo) 。如果控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差（表現(xiàn)為振蕩現(xiàn)象），可適當(dāng)加大控制度，直到獲得滿意的控制效果。相應(yīng)的傳遞函數(shù)形式： （ ） PID 控制器 P 、 I 、 D 環(huán)節(jié)的作用以及調(diào)節(jié)規(guī)律： (1) 比例環(huán)節(jié)：成比例的反映控 制系統(tǒng)偏差信號(hào)，一旦產(chǎn)生偏差 e(t)，控制器隨之產(chǎn)生控制作用，實(shí)現(xiàn)減小偏差，但不能夠消除系統(tǒng)偏差隨著比例系數(shù) Kc 的增大，系統(tǒng)偏差減小，但比例系數(shù)過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 （ 3）變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用 大部分的電機(jī)拖動(dòng)場(chǎng)合均可使用變頻調(diào)速，由于其能夠提供精確的速度控制，因此可方 便地控制機(jī)械傳動(dòng)的上升、下降和變速運(yùn)行。在實(shí)際用水中，水需求量是實(shí)時(shí)變化的，如果在一段時(shí)間內(nèi)閥門開度保持不變，必然出現(xiàn)超壓或欠壓現(xiàn)象。伴隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多種性能優(yōu)越、工作穩(wěn)定的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。 (2) 手動(dòng)運(yùn)行 當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器發(fā)生故障時(shí)，為保障用水，三臺(tái)常規(guī)泵可以手動(dòng)控制工頻運(yùn)行。 1）供水控制器 :它是變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心器件，包括變頻器和電控設(shè)備。 4 第二章 恒壓供水系統(tǒng)控制方案確定 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本 設(shè)計(jì)是以 普通 小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象 ， 設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)， 保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。 變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、安全性高、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。所以 保持供水壓力恒定可以實(shí)現(xiàn)供、用水的平衡 [1]。 經(jīng)軟件仿真及實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，證明系統(tǒng)基本可以滿足設(shè)計(jì)要求。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大，水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要，而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而 下降，同時(shí)還存在一些能量損失和二次污染問題。 目前國(guó)內(nèi)很多公司在做變頻恒壓供水工程，大多數(shù)采用國(guó)外品牌的變頻器控制基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，水泵的轉(zhuǎn)速，供水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)以及多臺(tái)水泵的 循環(huán)控制，有的采用 PLC（可編程控制器）及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)，有的采用單片機(jī)及相關(guān)軟件予以實(shí)現(xiàn)。四臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管都安裝手動(dòng)閥，以方便維修和調(diào)節(jié)水量，三臺(tái)常規(guī)水泵協(xié)調(diào)工作以滿足實(shí)際供水需要，輔助泵僅在自動(dòng)狀態(tài)啟動(dòng)前處于啟動(dòng)狀態(tài)，在自動(dòng)狀態(tài)啟動(dòng)后關(guān)閉；在變頻供水系統(tǒng)中檢測(cè)管網(wǎng)壓力的壓力傳感器，通常采用電阻式傳感器 (反饋 0～ 5V電壓信號(hào) )或壓力變送器 (反饋 4～ 20mA電流信號(hào) )；變頻器作為供水系統(tǒng)的核心器件，通過改變電機(jī)的頻率來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速、無波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng) 功能。借助于人機(jī)界面，使用者可以完成更改設(shè)定壓力，修改系統(tǒng)設(shè)定等操作以滿足不同工藝的需求，同時(shí)使用者還可以從人機(jī)界面上了 解系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及設(shè)備的工作狀態(tài)。由于水泵功率較大，為了避免直接啟動(dòng)電流過大，需要采用軟啟動(dòng)方法，即用變頻器 8 來啟動(dòng)水泵 [9]。管阻特性曲線和揚(yáng)程特性曲線的交點(diǎn)，稱之為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖 所示點(diǎn) A。 HH 2H 1H 00 Q 2Q 1 Qn 1n 2EFDb 1b 2b 3 11 圖 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線 當(dāng)使用閥門控制時(shí)，若供水量高峰水泵工作在 E 點(diǎn)，流量為 Q1，揚(yáng)程為 H0，當(dāng)供水量從 Q1 減小到 Q2 時(shí)，必須關(guān)小閥門，閥門的摩擦阻力變大，管阻特性曲線從 b3 移到 b1，揚(yáng)程特性曲線不變，揚(yáng)程從 H0 上升到 H1，運(yùn)行工況點(diǎn)從 E 點(diǎn)轉(zhuǎn)移到F 點(diǎn)，水泵的輸出功率正比于 H1 Q2。 由模擬量進(jìn)行頻率設(shè)定時(shí)，給定頻率與對(duì)應(yīng)的給定信號(hào) X（電壓或電流信號(hào)）之間的關(guān)系曲線 )(Xffx ? ,稱做頻率給定線。經(jīng)驗(yàn)整定法可先設(shè)置一個(gè)比例度，確定出系統(tǒng)振蕩周期 Tp，然后根據(jù)被控過程的特點(diǎn)，當(dāng)采用 PI 控制時(shí)，設(shè)置 Ti=（ ~1） Tp；對(duì)溫度、成分等被控過程，可采用 PID 控制，設(shè)置 Td=（ ~）Ti。 功能強(qiáng)。 。 擴(kuò)展模塊選型 為了擴(kuò)展 I/O 點(diǎn)和執(zhí)行特殊的功能， S7200 系列 PLC 可以連接擴(kuò)展模塊（ CPU221除外）。針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，EM235 模塊可以通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。然后設(shè)置變頻器控制端口開關(guān)操作控制參數(shù)，如表 所示 A+ A M0 V0 MM440 3 9 4 18 U V W M 3~ 21 表 設(shè)置電動(dòng)機(jī)參數(shù)表 參數(shù)表 設(shè)置值 說明 P003 1 用戶訪問級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) P0100 1 快速調(diào)試 P010 0 功率以 KW 為單位，頻率為 50HZ P0304 380 電動(dòng)機(jī)額定電壓（ V） P0305 電動(dòng)機(jī)額定電流（ A） P0307 電動(dòng)機(jī)額定功率（ KW） P0310 50 電動(dòng)機(jī)額定頻率 P0311 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 表 控制端口開關(guān)開關(guān)操作控制參數(shù) 參數(shù)號(hào) 設(shè)置值 說明 P0003 1/2 用戶訪問級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)級(jí) /擴(kuò)展級(jí) P0004 命令和數(shù)字 I/O P0700 2 命令源選擇“由端子排輸入” P0701 1 數(shù)字輸入端 1 接通正轉(zhuǎn)，斷開停止 P0702 2 數(shù)字輸入端 2 接通反轉(zhuǎn)，斷開停止 P1000 2 頻率設(shè)定值選擇為“模擬輸入” P1080 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最低頻率（ HZ） P1082 50 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最高頻率（ HZ） P1120 斜坡上 升時(shí)間（ s） P1121 斜坡下降時(shí)間（ s） 水泵機(jī)組的選型 水泵機(jī)組的選型原則 供水系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)是依靠水泵抽水來實(shí)現(xiàn)的，水泵作為整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 22 因此，水泵型號(hào)選擇是否合適將影響系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能高效、安全穩(wěn)定的重要因素。/h 左右。 （ 5） 壓力遲滯 在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近 于 某一壓力時(shí)，傳感器輸出 的 差 值 。也就是在最高 溫度 和最低溫度之間，傳感器輸出 的 符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。 實(shí)際使用時(shí)，只能按標(biāo)牌所注揚(yáng)程和流量的 80%～ 90%估算，水泵配套動(dòng)力的選擇，可按標(biāo)牌上注明的功率選擇， 但 為了使水泵啟動(dòng)迅速和使用安全，動(dòng)力機(jī)的功率也可略大于水泵所需功率，一般高出 10%左右為宜 。其采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有完善的電動(dòng)機(jī)和變頻器保護(hù)功能，內(nèi)置 RS485/232C 接口和用于簡(jiǎn)單過程控制的 PI 閉環(huán)控制器，可根據(jù)用戶特殊需要對(duì) I/O 端子進(jìn)行自定義。 2) 數(shù)據(jù)字格式：電壓： 320xx~+320xx；電流 0~+320xx。 表 S7200