【正文】 壓的變化通過PID調(diào)節(jié)，輸出控制量，使變頻器通過降低頻率來降低水泵轉(zhuǎn)速、維持水壓。若變頻器輸出頻率達到下限頻率時，水壓仍過高，由PLC給出控制信號，延時1分鐘，將當前變頻運行的水泵關(guān)閉，同時升高變頻器輸出頻率至50Hz，將第一臺工頻運行的水泵切換到變頻運行，再根據(jù)新的水壓偏差自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，維持水壓。整個加泵過程都是原來工作于變頻運行狀態(tài)的水泵轉(zhuǎn)入工頻恒速運行，新啟動的電機泵運行在變頻狀態(tài)，并始終保證只有一臺水泵運行在變頻狀態(tài)。具體工作流程為：PLC控制開啟變頻器，進入變頻供水狀態(tài)，變頻器根據(jù)控制信號變頻啟動1電機泵供水，當用水需求量增加到一臺電機泵已達到工頻運行且滿足不了供水需求時，系統(tǒng)需要把1電機泵切換到工頻運行，并變頻啟動2電機泵供水；而當用水需求量減小到一臺電機泵足以滿足供水需求時，此時系統(tǒng)又需要控制2電機泵停止運行并把1電機泵的工頻運行狀態(tài)切換到變頻運行，由此實現(xiàn)恒壓供水。另外，在消防用水時，還需要從正常供水狀態(tài)逐漸變頻啟動所有電機泵（即：正常供水→變頻啟動1號電機泵至工頻→將1號電機泵卻換到工頻運行→變頻啟動2號電機泵至工頻→將2號電機泵卻換到工頻運行→變頻啟動3號電機泵至工頻→將3號電機泵卻換到工頻運行）；當消防用水結(jié)束，需要逐漸變頻停止電機泵，恢復正常供水（即：將3號電機泵由工頻卻換到變頻運行→變頻停止3號電機泵至零頻→關(guān)閉3號電機泵，并將2號電機泵由工頻卻換到變頻運行→變頻停止2號電機泵至零頻→以此類推→恢復正常供水）。當系統(tǒng)處于單臺主水泵變頻供水狀態(tài)時，若用水量減少，變頻器輸出頻率到達下限頻率，水壓仍過高時，延時5分鐘后，關(guān)閉變頻器運行，啟動附屬小電機泵維持供水。供水系統(tǒng)根據(jù)需要實現(xiàn)的主要功能有自動變頻恒壓運行、自動工頻運行、遠程手動控制和現(xiàn)場手動控制等。全自動變頻恒壓運行方式是系統(tǒng)中最主要的運行方式，也是系統(tǒng)的主要功能，是指利用PLC控制，結(jié)合PID調(diào)節(jié)功能，通過變頻調(diào)速實現(xiàn)自動恒壓供水，其核心是根據(jù)恒壓條件下供水系統(tǒng)中水泵運行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程設計的PLC控制程序。自動工頻運行是指在變頻器故障狀態(tài)時，為維持壓力的相對恒定，系統(tǒng)根據(jù)水壓大小自動調(diào)節(jié)工頻運行電機臺數(shù)，保持恒壓供水，這種運行方式只是在特殊情況下的一種備用供水方案，提高了系統(tǒng)可靠性的冗余度；遠程手動控制是指在控制室，通過計算機和PLC通信遠程操控水泵的運行，是一種輔助供水方案；現(xiàn)場手動控制運行是指通過現(xiàn)場按鈕以及自耦變壓器來人工控制電機工頻、變頻運行，這一方式完全通過電氣控制線路設計來實現(xiàn)，PLC不參與，主要用用于檢修、調(diào)試及PLC故障時的運行。系統(tǒng)還具有水泵故障鎖定功能，當有水泵出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)自動鎖定出故障的水泵，將其退出系統(tǒng)運行，并報警提示。PLC控制程序設計的主要任務是接收各種外部開關(guān)量信號的輸入，判斷當前的供水狀態(tài)，輸出信號去控制中間繼電器、接觸器、信號燈等電器的動作，進而調(diào)整水泵的運行，并給出相應指示或報警。 PLC控制程序流程圖根據(jù)PLC控制程序流程圖可知，PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、主電機泵啟動程序、增加主供水泵程序、減少主供水泵程序、啟動/斷開附屬小泵程序、水位控制閥程序和報警程序及故障處理程序等部分構(gòu)成。具體的程序梯形圖見附錄。在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進行初始化，即在開始啟動的時候先對系統(tǒng)的各個部分的當前工作狀態(tài)進行檢測，如出錯則報警，接著對模擬量(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。初始化過程通過M8002產(chǎn)生的初始化脈沖來完成。由于自動控制系統(tǒng)采用分組方式運行，即主電機泵分為1和2和3和1三組，每天啟動不同組別的電機泵組且三組循環(huán)使用，確保水泵的平均使用量一致，損耗大致相同。在選擇不同機組運行時，PLC程序自動完成相應的電機起動。水泵電機起動前先要保證變頻器三相電源輸入端得電，PLC發(fā)出指令，使連接變頻器三相電源輸出端與電機的接觸器閉合，延時幾秒后自動接通變頻器的外控端子FWDCM之間的常開觸點，同時要保證BXCM之間斷開。增泵過程的實現(xiàn)相對復雜一些，首先要將運行在變頻狀態(tài)的電機和變頻器脫離后，再切換到電網(wǎng)運行，同時變頻器又要以起始頻率起動一臺新的電機運行。切換過程主要考慮三方面的問題：（1）切換過程的可靠性：決不允許出現(xiàn)變頻器的輸出端和工頻電源相連的情況，這一點通過控制電路、PLC內(nèi)部軟繼電器的互鎖及PLC控制程序中動作的時間先后次序來保證。（2）切換過程的完成時間：時間太長，原變頻運行的電機轉(zhuǎn)速下降太多，一方面造成水壓下降大，另一方面在接下來切換到工頻時沖擊電流大；時間太短，切換過程的可靠性下降。具體時間還需根據(jù)電動機的容量大小來設定，容量越大時間越長，一般情況下，500ms足夠。（3）切換過程的電流：因變頻器輸出電壓相位和電網(wǎng)電壓相位一般不同，當電機從變頻器斷開后，轉(zhuǎn)子電流磁場在定子繞組中的感應電壓與電網(wǎng)電壓往往也存在相位差。此時，切換到工頻電網(wǎng)瞬間，如果二者剛好反相，則將產(chǎn)生比直接起動時的起動電流更大的沖擊電流，反過來對變頻器造成沖擊。解決辦法是通過鑒頻鑒相器，在電網(wǎng)電壓和變頻器輸出電壓相位一致時，完成切換。這種方法十分有效、可靠，對于100kW以上的大容量電機十分適用。另外，利用變頻器的緊急停止指令（BX端子）來實現(xiàn)快速滅磁，這一方法的實質(zhì)是通過定子繞組中和變頻器逆變橋上的續(xù)流二極管組成的回路來達到快速滅磁的目的。其動作順序是：在電機從變頻器斷開前，PLC的Y01端給出動作信號，變頻器BX端子功能生效，自由停車命令生效，變頻器立即停止輸出，經(jīng)短暫延時(約500ms)滅磁后，將電機從變頻器斷開，并立即投入電網(wǎng)。這種方法簡單有效、控制方便。程序執(zhí)行過程為：當主供水電機泵變頻起動后，變頻器輸出頻率達到50Hz時，先由鑒頻鑒相控制器檢測工頻電源和變頻輸出電源相位是否一致，若相位一致，PLC動作，使變頻器BXCM之間接通，切斷變頻器的輸出，使變頻器的輸出電流為零。經(jīng)瞬間延時后，PLC發(fā)出指令迅速切斷變頻器控制端子FWDCM，在此狀態(tài)下，切斷變頻運行電機的變頻接觸器，再經(jīng)延時滅弧后，吸合該電機泵的工頻接觸器。如此操作，既保證了在切換時工頻電源和變頻電源相位一致，也從根本上消除了接觸器觸頭間的電弧。之后，再由PLC發(fā)出命令，吸合主電路下一臺電機泵的變頻交流接觸器，對新電機泵進行變頻啟動，并根據(jù)PLC的控制信號結(jié)合此時工頻運行的電機泵共同完成恒壓供水。若相位不一致，經(jīng)PLC比較計算，發(fā)出控制指令，暫不完成切換動作，從而保證變頻器和水泵電機的安全運行。減少主泵是指在多臺主泵供水時，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時，由PLC給出控制信號，延時1分鐘，使變頻器BXCM之間接通，切斷變頻器的輸出，使變頻器的輸出電流為零。經(jīng)瞬間延時后，PLC發(fā)出指令迅速切斷變頻器控制端子FWDCM，然后再由PLC迅速發(fā)出命令，快速斷開主電路該電機泵的變頻交流接觸器，使當前變頻運行的電機泵脫離變頻器控制自由停車。之后，經(jīng)PLC控制使變頻器輸出最高頻率50Hz，由鑒頻鑒相控制器檢測工頻電源和變頻輸出電源相位是否一致，若相位一致，PLC動作，快速斷開第一臺電機泵的工頻交流接觸器，經(jīng)瞬間延時后，吸合該電機泵的變頻交流接觸器，并接通變頻器的外控端子FWDCM之間的常開觸點，同時斷開BXCM之間的連接，將之前運行在工頻狀態(tài)中的電機泵切換為變頻運行。最后PLC再根據(jù)新的水壓偏差自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，維持恒定水壓。啟動附屬小泵是指只有一臺主供水泵供水時，變頻器輸出下限頻率，水壓卻仍處于壓力上限，由PLC給出控制信號，延時5分鐘后，關(guān)閉變頻器運行，吸合主電路中附屬小泵交流接觸器KM13，啟動附屬小電機泵維持供水。斷開附屬小泵則是啟動附屬小泵的逆過程，即：附屬小泵供水中，水壓處于壓力下限，由PLC給出控制信號，延時5分鐘后，先斷開主電路中附屬小泵交流接觸器KM13，然后調(diào)用主電機泵啟動程序，使系統(tǒng)進入全自動恒壓變頻運行方式。初始化模塊中設置好PLC和上位機的通信協(xié)議后，在PLC程序執(zhí)行過程中，當接收到上位機的遠程手動控制命令置M5M4=10時，PLC程序自動轉(zhuǎn)入遠程手動控制運行方式，接收水泵運行狀態(tài)控制字。當接收到命令置M5M4=01時，先停止全部水泵的運行，延時后重新轉(zhuǎn)入全自動恒壓變頻運行方式。水位控制是指控制系統(tǒng)必須確保蓄水池中有足夠的水量供給，保證正常生活供水時的用水需求以及緊急情況（消防供水）時的用水需求。所以蓄水池必須有一個下限水位及上限水位。在控制過程中，PLC接受蓄水池內(nèi)浮球開關(guān)提供的水位信號，當蓄水池水位達到下限值時，浮球開關(guān)閉合，PLC根據(jù)輸入信號動作，吸合水位控制閥JS，讓蓄水池加水；當水位上升到上限水位時，浮球開關(guān)斷開，PLC再根據(jù)輸入信號，斷開水位控制閥JS，停止蓄水池加水動作。如此控制，確保蓄水池的水位在一定范圍內(nèi)波動，有效避免了蓄水池干涸及溢出情況的發(fā)生。報警程序是依據(jù)變頻器故障、熱繼電器動作、空氣開關(guān)跳開、水位過低等故障進行設計的。當故障發(fā)生時，其信號作為PLC的輸入條件，系統(tǒng)通過指示燈指示故障位置并給出聲光報警，然后做出相應的故障處理。各故障具體處理為：（1）欠水位故障：當浮球開關(guān)給出的低水位信號持續(xù)30s時，停止全部的電機運行，防止水泵空轉(zhuǎn)。當?shù)退恍盘柦獬?，延時一段時間，系統(tǒng)自動投入恒壓供水狀態(tài)。（2）變頻器故障：變頻器出現(xiàn)故障時，對應PLC輸入端X06動作，系統(tǒng)自動切換至自動工頻運行模塊。此時變頻器退出運行，兩臺主泵電機均工作于工頻狀態(tài)。該方式下的水泵的投入和切除順序和自動變頻恒壓運行方式時的大致相同，只是原來運行在變頻狀態(tài)下的電機改為了工頻運行。由于沒有了變頻器的調(diào)速和PID調(diào)節(jié)，水壓無法恒定，因此在此運行環(huán)境下，工作人員可隨時通過開關(guān)將系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動運行模式，通過自耦變壓器來手動調(diào)節(jié)電機泵的啟/停及供水。（3）電機泵故障：熱繼電器、空氣開關(guān)一般用于電機泵的保護，二者的動作往往表明了電機泵潛在的故障。檢測到此類故障時，系統(tǒng)首先鎖定故障電機，并自動投入下一臺電機運行。以便在不影響正常供水的前提下將故障電機泵分離出來進行維修。通過PLC控制可以實現(xiàn)全自動變頻恒壓供水，但由于PLC處于現(xiàn)場控制，管理人員不能及時了解現(xiàn)場情況，而且人機交互性差，為彌補這一不足，開發(fā)了一套遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過上位機遠程監(jiān)控水泵站運行狀況，必要時可對水泵進行遠程手動控制，從而提高故障應急處理能力，保障了供水的可靠性，進一步提升了管理水平。監(jiān)控系統(tǒng)采取上、下位機的方式，上位機采用計算機，主要任務是獲取現(xiàn)場水泵、變頻器等運行狀況信息，完成實時顯示，并對故障及時報警；下位機為三菱PLC,型號FX2N32M，其任務是完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、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。FX2N系列PLC內(nèi)部有一個RS232接口，通過適配電纜可和計算機實現(xiàn)通信?？紤]到距離較遠，應選用RS485通信方式。為此在PLC和計算機之間增加擴展的通信模塊RS232C／485變換接口FX485PCIF、RS485通信適配器FX0N485ADP和RS485通信用功能擴展板FX2NCNVBD。其中擴展板FX2NCNVBD安裝在PLC內(nèi)部，只起接口變換的作用。通過正確連接，可完成RS232C與RS485之間的信號轉(zhuǎn)換，最遠傳輸距離可達500米。；。 計算機與PLC的485連接方案圖 RS232與FX485PCIF硬件連線圖 PLC通信程序設計PLC通信程序設計只須對D81D812l和D8129三個特殊功能寄存器的內(nèi)容進行設置，確定通信格式和通信協(xié)議即可。在設計中，選擇的通信參數(shù)為：波特率9600，偶校驗，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，站號為1，校驗時間10ms。 PLC通信參數(shù)設置梯形圖本次設計選擇Microsoft Visual Basic 。在供水系統(tǒng)中進行計算機和PLC的通信，主要完成兩方面的工作。一是讀取PLC輸入、輸出繼電器的狀態(tài)來掌握水泵、水位、變頻器等的運行狀態(tài)；另一方面是將控制參數(shù)寫入PLC來實現(xiàn)水泵運行的遠程控制。MSComm控件串口編程基本流程如下：（1）當前工程中插入MSComm控件；（2）串口初始化并打開串口；（3）設置握手協(xié)議；（4）數(shù)據(jù)傳送與接收；下面給出的兩段程序說明了如何進行計算機和PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸與接收:Private Sub Timerl_Timer() MSComm =0 “清空接收緩沖區(qū)” read$=(5)+OOFFW ROY00000240 “向0號站發(fā)送命令，以字節(jié)方式 讀取PLC內(nèi)Y00Y37的數(shù)據(jù)字符串，等待時間100ms”=read$ “向PLC發(fā)送命令字符串”Do DoEventsLoop Until =9ReadAnswer$= “讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)”End SubPrivate Sub Comdstart_Click()=0 “清接收緩存”BW$=00+FF+BW+0+Y0001+07+CmdData$ “向0號站發(fā)送命令，將手動控制字CmdData$以PLC通信控制格式的“位寫”方式賦予給字符串BW$”=ENQ$+BW$+SumChk(BW$) “SumChk(BW$)字符串BW$求和，向PLC發(fā)送命令字符串”End Sub本章首先分析了多泵供水方式的運行狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，由遠傳壓力表給出的上、下極限水壓信號作為水泵切換的條件，實現(xiàn)水泵的分級調(diào)節(jié)。由遠傳壓力變送器檢測的水壓信號經(jīng)PLC內(nèi)部的PID處理后，控制變頻器輸出頻率，實現(xiàn)對水泵轉(zhuǎn)速的連續(xù)控制，維持恒壓供水。其次，對系統(tǒng)PLC控制程序進行了分析和設計。供水系統(tǒng)P