【導讀】近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，從1990年到。由于每天不同時段用水對供水壓力的要求變化較大，僅僅?？抗┧畯S值班人員依據(jù)經(jīng)驗進行人工手動調(diào)節(jié)很難及時有效的達到目的。能源而且存在事故隱患。機運行時間、耗電量等都是由值班人員定時記錄。民生活用水和工業(yè)用水量大幅度上升。經(jīng)過改造和擴建，供水廠目前的日供水能。用水所占的比例比較大，用水量的需求具有時變性。在用水高峰期時，清水池的。水位達不到要求高度,管網(wǎng)壓力達不到規(guī)定的標準壓力，造成高層建筑斷水。年報表的統(tǒng)計匯總等工作。提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平，這為現(xiàn)在化的恒壓供水控制廣泛應(yīng)用提供了條件。系統(tǒng)將PID調(diào)節(jié)、PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)有。變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大。通過工控機和PLC連接，實現(xiàn)監(jiān)測控制。的自感電動勢現(xiàn)象，各種連鎖保護及報警、應(yīng)急措施。2．變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論原理硬件設(shè)計。主要介紹由PLC和變頻器控制

　　

【正文】 實現(xiàn)電機的過流過載保護接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)小機的額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機的容量適當選擇。 變頻器主電路電源輸入端子（ R、 S、 T）經(jīng)過空氣開關(guān) 與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子 （ U、 V、 W）經(jīng)接觸器 接至三相電動機上，當旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時，需要調(diào)換輸出端子（ U、 V、 W）的任意兩相。特別是對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動機，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。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，不得以主電路的通斷來進行。 軟件設(shè)計 KM KM KM5 是分別控制 M M M3 變頻運行， KM KM KM6是分別控制 M M M3 工頻運行， KM7 控制變頻器工作， KA 為自來水閥門電磁閥。 SA SA SA3 分別為 M M M3 的停止開關(guān)， SA SA SA6 分別為 M M M3 的手動起停開關(guān)。 SL為水位下限開關(guān)， SH 為水位上限開關(guān)。 FRFR FR3 分別為 M M M3 過載保護， FA 為變頻器保護，使系統(tǒng)停止工作。 PLC 子程序設(shè)計共包括四個子程序，分別是模擬量初始化子程序、模擬量數(shù)據(jù)處理子程序、自由通信初始化子程序、自由數(shù)據(jù)通信子程序。 模擬量初始化子程序是將 模擬量（管網(wǎng)壓力、電機頻率）數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進行初始化處理，賦予一定的初值。模擬量數(shù)據(jù)處理子程序是采集管網(wǎng)壓力信號和電機頻率信號，并進行平均值處理。 自由通信初始化子程序主要是完成通信端口的設(shè)置，自由通信設(shè)置主要是通過特殊標志寄存器（ SM）來完成的。如用 SM30 來設(shè)置端口號，用 SM86～ SM95來設(shè)置通信傳輸數(shù)據(jù)格式、傳輸信息字節(jié)長度、信號傳輸空閑時間、起止標志符等等。自由數(shù)據(jù)通信子程序設(shè)計就是要求把當前設(shè)備的運行狀態(tài)、水池水位、電機頻率一起傳輸給自由通信口。在程序設(shè)計中，設(shè)備的運行狀態(tài)是依據(jù)輸出繼電器 (Q)的狀態(tài)來確定的；由于管網(wǎng)壓力和電機頻率接入 EM235 模塊時自動完成 A/D轉(zhuǎn)換，因此管網(wǎng)壓力和電機頻率都是以數(shù)字量傳輸給自由通信口的。 24 編程中應(yīng)注意的細節(jié)問題 1． 變頻運行時，變頻接觸器接通 FWD—CM 端子閉合 —BX—CM 端子斷開。 2． 一機變頻工頻切換，另一機變頻運行時，變頻器端子的開啟情況如下：BX—CM 端子閉合 —FWD—CM 端子斷開 —斷開變頻接觸器 —閉合工頻接觸器 —另一機變頻接觸器閉合 —BX—CM 端子斷開 —FWD—CM 端子閉合。 3．停機時， BX—CM 端子閉合， FWD—CM 端子斷開，變頻工頻接觸器斷開即可。 4．從上三點可以得出： FWD 端子主要是電機正轉(zhuǎn)、停止指令的輸入端，當FWD—CM 之間接通，正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)，斷開后減速停止； BX 端子是自由運轉(zhuǎn)指令輸入端， BX—CM 之間接通，立即切斷變頻器輸出，電動機自動運轉(zhuǎn)后停止，不輸出報警信號； CM 端子是接地輸入信號公用端。 5． 變頻恒水位供水系統(tǒng)高速范圍的確定：水泵調(diào)速具有一定的范圍，不同水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需的揚程或壓力決定，當選定某型號的水泵時，可確定此泵的最大調(diào)速范圍，再根據(jù)用戶的揚程或壓力確定具體低調(diào)頻范圍，一 般情況下，其頻率變化在 40HZ 以上（一般不低于 45HZ），也就是說轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動機的負載率在 50%—100%范圍內(nèi)變化，電動機的效率都在高效區(qū)。為此，在實際工程設(shè)計及選擇水泵時，應(yīng)盡量選擇 Q—H特性曲線較陡型水泵，并在設(shè)備調(diào)試時，恒壓線盡量靠近水泵 Q—H 特性曲線高效區(qū)的下半?yún)^(qū)。 6． 電機頻率 f 值一般在 45～ 50HZ，其對應(yīng)的十進制范圍是： 32700～ 29500。管網(wǎng)壓力 P～ 般在 ～ ，其對應(yīng)的十進制范圍是： 17450～ 17200。相位比較值為 300。電機頻率 f、管網(wǎng) 壓力 P、相位比較是否相同值在 EM235 接口上，其接口地址為 AIW0、 AIW AIW6。 7． 定時器時間的確定 定時器一般有三個精度等級： 1 毫秒、 10 毫秒、 100毫秒。 定時器時間的計算， T=PT*S （ T 為實際定時時間， PT 為設(shè)定值， S 為精度等級） 例 ： T33 設(shè)定值為 125 實際時間 T=125*10=1250 毫秒。定時器的名稱和編號（最大 255）來表示。定時器有三種： 1 接通延時定時器，指令是 TON； 2 有記憶接通延時器，指令是： TONR； 3 斷開延時定時器，指令是 TOF。 8． 切換過程中應(yīng)注意的問題 當進行小功率電機變頻工作狀態(tài)到工頻工作和大功率電機變頻工作的工作狀態(tài)切換的時候，需要先關(guān)斷變頻器的輸出電流，然后再將小功率電機從變頻電源電路上斷開，然后再將小功率電機接入工頻電路上運行，同時將大功率電機接入變頻電源電路，再通過變頻器輸出電流完成切換。當進行大功率電機單獨變頻運行狀態(tài)到小功率電機變頻工作切換時，同樣需要先 25 切斷變頻器的輸出電流，將大功率電機從變頻電源電路上斷開，然后將小功率電機接到變頻電源上，接著接通變頻器的輸出電路，小功率電機變頻運行，這樣就完成了大機工頻狀態(tài)到小機變頻運行的切換過程。 系統(tǒng)控制方式選擇 本系統(tǒng)控制可采用 PID 控制和模糊控制兩種方式。 模糊理論是美國柏克萊加州大學電氣工程系 教授于 1965 年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內(nèi)容。模糊控制器 (Fuzzy Controller, FC)又稱為模糊邏輯控制器 (Fuzzy Logic Controller, FLC)。由于模糊控制規(guī)則用模糊條件語句來描述，有時也稱為模糊語言控制器。模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖 51 的虛線框部分，主要有四個部分組成：模糊化接口，知識庫 、推理機以及解模糊接口。 模糊控制是建立在人工經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上的。模糊控制具有以下特點： 1． 無需知道被控對象的精確數(shù)學模型。 2． 具有良好的適應(yīng)性和較強的魯棒性。模糊控制是一種非線性控制，主要采用比例因子進行參數(shù)整定的控制，有利于實現(xiàn)參數(shù)的自適應(yīng)，具有較強的魯棒穩(wěn)定性。 3． 控制規(guī)則容易理解。模糊控制是一種反應(yīng)人類思維的智能控制，其控制規(guī)則是以人的經(jīng)驗和知識為基礎(chǔ)建立起來的，容易理解和接受。 4． 容易實現(xiàn)。模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般的數(shù)字控制系統(tǒng)大致相同，模糊控制算法通過軟件實現(xiàn)。 PID 既比例 積分 微分控 制，是對閉環(huán)控制中的誤差信號進行響應(yīng)，并對控制量進行調(diào)節(jié)，以獲得期望的系統(tǒng)響應(yīng)。被控參數(shù)可測系統(tǒng)量，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或磁通。 PID 功能的優(yōu)點：可通過對一個或多個增益值進行調(diào)節(jié)以及觀測系統(tǒng)響應(yīng)變化的方法，以實驗為根據(jù)進行調(diào)節(jié)。 PID 是周期性地控制操作。假定控制器的執(zhí)行頻率足夠高，以使系統(tǒng)得到真確控制。誤差信號是通過將被控參數(shù)的期望設(shè)定值減去該參數(shù)的實際測量值來獲得的。誤差的符號表明控制輸入所需的變化方向。 （ 1） P 項 由誤差信號乘以一個 P 增益因子形成，使 PID 控制響應(yīng)為誤差幅值的函數(shù)。當誤差信號增大時，控制器的 P 項將變大以提供更大的校正量。 （ 2） I 項 對全部誤差信號進行連續(xù)積分。因此，小的靜態(tài)誤差隨時間累計為一個較大的誤差值。累計誤差信號乘以一個 I 增益因子即成為 PID 控制器的 I 輸出項。 （ 3） D 項 26 D 項輸入是計算前次誤差值與當前誤差值的差來獲得的。該誤差乘以一個 D項增益因子即成為 D 輸出項。系統(tǒng)誤差變化的越快，控制器的 D 項將產(chǎn)生更大的控制輸出。 本系統(tǒng)應(yīng)用在中小型供水系統(tǒng)中，采用 PID 控制可既可獲得較好的控制效果又能適應(yīng)工業(yè)控制的要求。 S7200/CPU226 內(nèi)置 PID 功能及其編程介紹 本系統(tǒng)采用 PID 模塊 控制 ,對反饋信號進行處理。很多 PLC 或變頻器都內(nèi)置有PID 控制模塊。對于 PID 控制，先要了解一下 PID 控制器。 PID 控制器是應(yīng)用廣泛的閉環(huán)控制器，有人估計現(xiàn)在有 90%以上的閉環(huán)控制都采用 PID 控制器，這是因為 PID 控制器有以下的優(yōu)點： 1． 不需要被控對象的數(shù)學模型 ， 自動控制理論中的分析和設(shè)計方法主要是建立在被控對象的線性定常數(shù)學模型的基礎(chǔ)上的。這種模型忽略了實際系統(tǒng)中的非線和時變性，與實際系統(tǒng)有很大的差距。對于有些工業(yè)控制對象根本無法建立較為準確的數(shù)學模型，因此自動控制理論中的設(shè)計方法很難用于大多 數(shù)控制系統(tǒng)。對于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制器可以得到比較滿意的效果 ； 2． 結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn) ； 3． 有較強的靈活性和適用性； 4． 使用方便 ； S7200/CPU226 置有 PID 功能，在系統(tǒng)中它是通過 PID 調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸出，保證偏差值為零，使系統(tǒng)在到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差值 e 是給定值 SP（希望值）與過程變量值 PV（實際值）的差， PID 控制原理基于下面的模型： PID 運算的控制算式如下： Mn=Kc[(sPnp+Vn)+Ts/Ti(SPnpVn)+Tp/Ts(PVn1PVn)]+Mx SPn— 被控對象的給定量 式中 PVn— 被控對象的輸出量 其中式中有九個變量參數(shù)，其控制參數(shù)表如下： 表 31 PID 參數(shù)控制表 參數(shù)編號 地址編號 變量名 變量類型 注釋 1 +0 PVn I 輸出量 2 +4 SPn I 給定量 3 +8 Mn I/O 控制量 27 4 +12 Kc I 增益 5 +16 Ts I 積分時間 s 6 +20 Ti I 微分時間 Min 7 +24 Td I 累積誤差 8 +28 Mx I/O 上次輸出量 9 +32 PVn1 I/O 最近一次運算值 設(shè)備選型說明 設(shè)備選型 說明 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、 PLC 等組成。 1. 供水系統(tǒng)選用原則 （ 1）蓄水池容量應(yīng)大于每小時最大供水量。 （ 2）水泵揚程應(yīng)大于實際供水高度。 （ 3）水泵流量總和應(yīng)大于實際最大供水量。 （ 4）變頻控制柜選型： 用戶可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號及臺數(shù)，然后對控制柜進行選型。 2. 變頻器 根據(jù)工藝要求，建議配用 ABB ACS600 系列變頻器。 ACS 600 系列變頻 器是 ABB 公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性 ,完整的保護功能以及靈活的編程能力，較高的可靠性和較小的體積。 主要技術(shù)數(shù)據(jù)： 功率范圍： 電源電壓： 380/400/415/440/460/480/500VAC 3 相 177。10%； 電源頻率： 4863Hz 控制連接： 2 個可編程的模擬輸入（ AI）； 1 個可編程的模擬輸出（ AO）；5 個可編程的數(shù)字輸入（ DI）； 2 個可編程的數(shù)字輸出（ DO）。 連續(xù)負載能力： 150% In，每 10 分鐘允許 1 分鐘 串行通訊能力：標準的 RS— 485 接口可使變頻器方便地與計算機連接。 保護特性：過流保護、 I2t、過壓保護、欠壓保護、過熱保護、短路保護、接地保護、欠壓緩沖、電機欠 /過載保護、堵轉(zhuǎn)保護、串行通訊故障保護、 AI 信號丟失保護等。 28 外型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。產(chǎn)品經(jīng)過多種電氣安全規(guī)范認證，符合 GE、 UL及質(zhì)量認證體系 ISO9001 和 ISO4001 等。 變頻器獨特的直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）功能是目前最佳的電機控制方式，它可以對所有交流電機的核心變量進行直接控制，無需速度反饋就可以實現(xiàn)電機速度和轉(zhuǎn) 矩的精確控制。 ACS600 變頻器內(nèi)置 PID、 PFC、預(yù)磁通等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動設(shè)置，輸入輸出端子也將自動配置，這些預(yù)設(shè)的應(yīng)用宏配置大大節(jié)約了調(diào)試時間，減少出錯。