【文章內容簡介】 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。(2)信號檢測機構：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網水壓信號反映的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進行A/D轉換。另外為加強系統(tǒng)的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測，檢測結果可以送給PLC，作為數字量輸入；水池水位信號反映水泵的進水水源是否充足。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號[6]。(3)控制機構：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))、變頻器和電控設備三個部分。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。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據信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執(zhí)行機構(即水泵機組)進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。根據水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇，本設計中采用前者。作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失[7]。變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數，也可以是一個時間分段函數，在每一個時段內是一個常數。所以，在某個特定時段內，恒壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上。：恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時地測量參考點的水壓，檢測管網出水壓力，并將其轉換為4—20mA的電信號，此檢測信號是實現(xiàn)恒壓供水的關鍵參數。由于電信號為模擬量，故必須通過PLC的A/D轉換模塊才能讀入并與設定值進行比較，將比較后的偏差值進行PID運算，再將運算后的數字信號通過D/A轉換模塊轉換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉速，進而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn)變頻恒壓供水。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下:(l)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動變頻泵M1工作，根據壓力變送器測得的用戶管網實際壓力和設定壓力的偏差調節(jié)變頻器的輸出頻率，控制Ml的轉速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩(wěn)定到某一定值，這期間Ml工作在調速運行狀態(tài)。(2)當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，所以水泵的轉速增大，供水量增大，最終水泵的轉速達到另一個新的穩(wěn)定值。反之，當用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值。(3)當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率50Hz時，若此時用戶管網的實際壓力還未達到設定壓力，并且滿足增加水泵的條件時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在PLC的控制下自動投入水泵M2(變速運行)，同時變頻泵M1做工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，直到水壓達到設定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，將另外一臺工頻泵M3投入運行，變頻器輸出頻率達到上限頻率50Hz時，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。(4)當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網的實際水壓仍高于設定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵M2關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，使壓力重新達到設定值。當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，將另外一臺臺工頻泵M3關掉[7]。 水泵切換條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當變頻泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的；當變頻泵和工頻泵都在運行且變頻泵己運行在下限頻率，此時管網的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少工頻泵來減少供水流量，達到恒壓的目的[8]。由于電網的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50HZ成為頻率調節(jié)的上限頻率。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是0HZ。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降到0HZ。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網供水時，由于管網中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。這個頻率遠大于0HZ，具體數值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關，一般在20HZ左右。所以選擇50HZ和20HZ作為水泵機組切換的上下限頻率。當輸出頻率達到上限頻率時，實際供水壓力在設定壓力上下波動。若出現(xiàn)時就進行機組切換，很可能由于新增加了一臺機組運行，供水壓力一下就超過了設定壓力。在極端的情況下，運行機組增加后，實際供水壓力超過設定供水壓力，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[9]。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，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震蕩。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運行壽命。另外，實際供水壓力超調的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內滿足。所以，在實際應用中，相應的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的，其實質就是增加了回滯環(huán)的應用和判別條件的延時成立。實際的機組切換判別條件如下：加泵條件： 且延時判別成立 減泵條件： 且延時判別成立 式中： ：上限頻率 ：下限頻率 ：設定壓力 ：反饋壓力 29 第3章 系統(tǒng)的硬件設計 系統(tǒng)主要設備的選型根據基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，： 系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括：(1)水泵機組、變頻器(2)PLC及擴張模塊(3)壓力變送器及數顯儀 水泵機組的選型水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配[10]。(1)設置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時波動要小；(2)系統(tǒng)能自動可靠運行，為方便檢修和應急，應具備手動功能，各主泵均能可靠地實觀軟啟動；MMM3選用小型號為40 （）式中：Inp為熔斷器額定電流；Inm為電動機額定電流。初略計算，Inm=P/KU一般取1/K=，即對于額定電壓為380V的電機來說，Inm=P*。 PLC的選型該系統(tǒng)有7個輸入信號和13個輸出信號，、代碼及地址編號。水位上下限信號分別為XX2它們在水淹沒時為0沒有淹沒的時候1。 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱代碼地址編號輸入信號手動和自動消防信號SA1X0水池水位下限信號SLLX1水池水位上限信號SLHX2變頻器報警信號SUX3消鈴按鈕SB9X4試燈按鈕SB10X5遠程壓力表模擬量電壓值Up模擬量輸入模塊電流通道輸出信號1泵工頻運行接觸器及指示燈KM1，HL1Y01泵變頻運行接觸器及指示燈KM2，HL2Y12泵工頻運行接觸器及指示燈KM3，HL3Y22泵變頻運行接觸器及指示燈KM4，HL4Y33泵工頻運行接觸器及指示燈KM5，HL5Y43泵變頻運行接觸器及指示燈KM6，HL6Y5生活消防供水轉換電磁閥YV2Y10水池水位下限報警指示燈HL7Y11變頻器故障報警指示燈HL8Y12火警報警指示燈HL9Y13報警電鈴HAY14變頻器頻率復位控制KAY15　控制變頻器頻率用電壓信號Vf模擬量輸入模塊電壓通道、開關量輸出點12個；模擬量輸入點1個、模擬量輸出點1個。選用FX32MR主機一臺，加上一個模擬量輸入擴展模塊FX4N，再擴展一個模擬量輸出擴展模塊FX2N。這樣的配置是最經濟的。FX系列PLC具有編程和下載程序方便、體積小巧、便于安裝及成本低等特點。主機單元FX32MR模擬量輸入模塊FX4N模擬量輸入FX2N PLC系統(tǒng)的組成 變頻器的選型調節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號，4～20mA或0～20mA變化的電流信號或0～10V間變化的電壓信號。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。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設備就是變頻器。R S TS1 US2 VS3 W VVVFFIFCM1 M2 M3 M4接PLC接PLC 接指示燈接電機~380V78 日本安川變頻器CIMRP5A45P5在電路中的接線圖該產品可以和三菱PLC工作協(xié)調。變頻器選用日本安川變頻器CIMRP5A45P5產品，適配電機10kW，該變頻器基本配置中帶有PID功能。通過變頻器面板設定一個給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來的壓力信