【正文】 壓的變化通過(guò)PID調(diào)節(jié)，輸出控制量，使變頻器通過(guò)降低頻率來(lái)降低水泵轉(zhuǎn)速、維持水壓。若變頻器輸出頻率達(dá)到下限頻率時(shí)，水壓仍過(guò)高，由PLC給出控制信號(hào)，延時(shí)1分鐘，將當(dāng)前變頻運(yùn)行的水泵關(guān)閉，同時(shí)升高變頻器輸出頻率至50Hz，將第一臺(tái)工頻運(yùn)行的水泵切換到變頻運(yùn)行，再根據(jù)新的水壓偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，維持水壓。整個(gè)加泵過(guò)程都是原來(lái)工作于變頻運(yùn)行狀態(tài)的水泵轉(zhuǎn)入工頻恒速運(yùn)行，新啟動(dòng)的電機(jī)泵運(yùn)行在變頻狀態(tài)，并始終保證只有一臺(tái)水泵運(yùn)行在變頻狀態(tài)。具體工作流程為：PLC控制開啟變頻器，進(jìn)入變頻供水狀態(tài)，變頻器根據(jù)控制信號(hào)變頻啟動(dòng)1電機(jī)泵供水，當(dāng)用水需求量增加到一臺(tái)電機(jī)泵已達(dá)到工頻運(yùn)行且滿足不了供水需求時(shí)，系統(tǒng)需要把1電機(jī)泵切換到工頻運(yùn)行，并變頻啟動(dòng)2電機(jī)泵供水；而當(dāng)用水需求量減小到一臺(tái)電機(jī)泵足以滿足供水需求時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)又需要控制2電機(jī)泵停止運(yùn)行并把1電機(jī)泵的工頻運(yùn)行狀態(tài)切換到變頻運(yùn)行，由此實(shí)現(xiàn)恒壓供水。另外，在消防用水時(shí)，還需要從正常供水狀態(tài)逐漸變頻啟動(dòng)所有電機(jī)泵（即：正常供水→變頻啟動(dòng)1號(hào)電機(jī)泵至工頻→將1號(hào)電機(jī)泵卻換到工頻運(yùn)行→變頻啟動(dòng)2號(hào)電機(jī)泵至工頻→將2號(hào)電機(jī)泵卻換到工頻運(yùn)行→變頻啟動(dòng)3號(hào)電機(jī)泵至工頻→將3號(hào)電機(jī)泵卻換到工頻運(yùn)行）；當(dāng)消防用水結(jié)束，需要逐漸變頻停止電機(jī)泵，恢復(fù)正常供水（即：將3號(hào)電機(jī)泵由工頻卻換到變頻運(yùn)行→變頻停止3號(hào)電機(jī)泵至零頻→關(guān)閉3號(hào)電機(jī)泵，并將2號(hào)電機(jī)泵由工頻卻換到變頻運(yùn)行→變頻停止2號(hào)電機(jī)泵至零頻→以此類推→恢復(fù)正常供水）。當(dāng)系統(tǒng)處于單臺(tái)主水泵變頻供水狀態(tài)時(shí)，若用水量減少，變頻器輸出頻率到達(dá)下限頻率，水壓仍過(guò)高時(shí)，延時(shí)5分鐘后，關(guān)閉變頻器運(yùn)行，啟動(dòng)附屬小電機(jī)泵維持供水。供水系統(tǒng)根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的主要功能有自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等。全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式是系統(tǒng)中最主要的運(yùn)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(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過(guò)程設(shè)計(jì)的PLC控制程序。自動(dòng)工頻運(yùn)行是指在變頻器故障狀態(tài)時(shí)，為維持壓力的相對(duì)恒定，系統(tǒng)根據(jù)水壓大小自動(dòng)調(diào)節(jié)工頻運(yùn)行電機(jī)臺(tái)數(shù)，保持恒壓供水，這種運(yùn)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(yuǎn)程手動(dòng)控制是指在控制室，通過(guò)計(jì)算機(jī)和PLC通信遠(yuǎn)程操控水泵的運(yùn)行，是一種輔助供水方案；現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制運(yùn)行是指通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)按鈕以及自耦變壓器來(lái)人工控制電機(jī)工頻、變頻運(yùn)行，這一方式完全通過(guò)電氣控制線路設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，PLC不參與，主要用用于檢修、調(diào)試及PLC故障時(shí)的運(yùn)行。系統(tǒng)還具有水泵故障鎖定功能，當(dāng)有水泵出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)鎖定出故障的水泵，將其退出系統(tǒng)運(yùn)行，并報(bào)警提示。PLC控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接收各種外部開關(guān)量信號(hào)的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)，輸出信號(hào)去控制中間繼電器、接觸器、信號(hào)燈等電器的動(dòng)作，進(jìn)而調(diào)整水泵的運(yùn)行，并給出相應(yīng)指示或報(bào)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(jī)泵啟動(dòng)程序、增加主供水泵程序、減少主供水泵程序、啟動(dòng)/斷開附屬小泵程序、水位控制閥程序和報(bào)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(shí)候，先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動(dòng)的時(shí)候先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對(duì)模擬量(管網(wǎng)壓力、電機(jī)頻率)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。初始化過(guò)程通過(guò)M8002產(chǎn)生的初始化脈沖來(lái)完成。由于自動(dòng)控制系統(tǒng)采用分組方式運(yùn)行，即主電機(jī)泵分為1和2和3和1三組，每天啟動(dòng)不同組別的電機(jī)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(jī)組運(yùn)行時(shí)，PLC程序自動(dòng)完成相應(yīng)的電機(jī)起動(dòng)。水泵電機(jī)起動(dòng)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(jī)的接觸器閉合，延時(shí)幾秒后自動(dòng)接通變頻器的外控端子FWDCM之間的常開觸點(diǎn)，同時(shí)要保證BXCM之間斷開。增泵過(guò)程的實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜一些，首先要將運(yùn)行在變頻狀態(tài)的電機(jī)和變頻器脫離后，再切換到電網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)變頻器又要以起始頻率起動(dòng)一臺(tái)新的電機(jī)運(yùn)行。切換過(guò)程主要考慮三方面的問(wèn)題：（1）切換過(guò)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(diǎn)通過(guò)控制電路、PLC內(nèi)部軟繼電器的互鎖及PLC控制程序中動(dòng)作的時(shí)間先后次序來(lái)保證。（2）切換過(guò)程的完成時(shí)間：時(shí)間太長(zhǎng)，原變頻運(yùn)行的電機(jī)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(lái)切換到工頻時(shí)沖擊電流大；時(shí)間太短，切換過(guò)程的可靠性下降。具體時(shí)間還需根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量大小來(lái)設(shè)定，容量越大時(shí)間越長(zhǎng)，一般情況下，500ms足夠。（3）切換過(guò)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(dāng)電機(jī)從變頻器斷開后，轉(zhuǎn)子電流磁場(chǎng)在定子繞組中的感應(yīng)電壓與電網(wǎng)電壓往往也存在相位差。此時(shí)，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(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流更大的沖擊電流，反過(guò)來(lái)對(duì)變頻器造成沖擊。解決辦法是通過(guò)鑒頻鑒相器，在電網(wǎng)電壓和變頻器輸出電壓相位一致時(shí)，完成切換。這種方法十分有效、可靠，對(duì)于100kW以上的大容量電機(jī)十分適用。另外，利用變頻器的緊急停止指令（BX端子）來(lái)實(shí)現(xiàn)快速滅磁，這一方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)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(lái)達(dá)到快速滅磁的目的。其動(dòng)作順序是：在電機(jī)從變頻器斷開前，PLC的Y01端給出動(dòng)作信號(hào)，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(shí)(約500ms)滅磁后，將電機(jī)從變頻器斷開，并立即投入電網(wǎng)。這種方法簡(jiǎn)單有效、控制方便。程序執(zhí)行過(guò)程為：當(dāng)主供水電機(jī)泵變頻起動(dòng)后，變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz時(shí)，先由鑒頻鑒相控制器檢測(cè)工頻電源和變頻輸出電源相位是否一致，若相位一致，PLC動(dòng)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(shí)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(yùn)行電機(jī)的變頻接觸器，再經(jīng)延時(shí)滅弧后，吸合該電機(jī)泵的工頻接觸器。如此操作，既保證了在切換時(shí)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(tái)電機(jī)泵的變頻交流接觸器，對(duì)新電機(jī)泵進(jìn)行變頻啟動(dòng)，并根據(jù)PLC的控制信號(hào)結(jié)合此時(shí)工頻運(yùn)行的電機(jī)泵共同完成恒壓供水。若相位不一致，經(jīng)PLC比較計(jì)算，發(fā)出控制指令，暫不完成切換動(dòng)作，從而保證變頻器和水泵電機(jī)的安全運(yùn)行。減少主泵是指在多臺(tái)主泵供水時(shí)，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時(shí)，由PLC給出控制信號(hào)，延時(shí)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(shí)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(jī)泵的變頻交流接觸器，使當(dāng)前變頻運(yùn)行的電機(jī)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(cè)工頻電源和變頻輸出電源相位是否一致，若相位一致，PLC動(dòng)作，快速斷開第一臺(tái)電機(jī)泵的工頻交流接觸器，經(jīng)瞬間延時(shí)后，吸合該電機(jī)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(diǎn)，同時(shí)斷開BXCM之間的連接，將之前運(yùn)行在工頻狀態(tài)中的電機(jī)泵切換為變頻運(yùn)行。最后PLC再根據(jù)新的水壓偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，維持恒定水壓。啟動(dòng)附屬小泵是指只有一臺(tái)主供水泵供水時(shí)，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(hào)，延時(shí)5分鐘后，關(guān)閉變頻器運(yùn)行，吸合主電路中附屬小泵交流接觸器KM13，啟動(dòng)附屬小電機(jī)泵維持供水。斷開附屬小泵則是啟動(dòng)附屬小泵的逆過(guò)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(hào)，延時(shí)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(jī)泵啟動(dòng)程序，使系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)恒壓變頻運(yùn)行方式。初始化模塊中設(shè)置好PLC和上位機(jī)的通信協(xié)議后，在PLC程序執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)接收到上位機(jī)的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制命令置M5M4=10時(shí)，PLC程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入遠(yuǎn)程手動(dòng)控制運(yùn)行方式，接收水泵運(yùn)行狀態(tài)控制字。當(dāng)接收到命令置M5M4=01時(shí)，先停止全部水泵的運(yùn)行，延時(shí)后重新轉(zhuǎn)入全自動(dòng)恒壓變頻運(yùn)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(shí)的用水需求以及緊急情況（消防供水）時(shí)的用水需求。所以蓄水池必須有一個(gè)下限水位及上限水位。在控制過(guò)程中，PLC接受蓄水池內(nèi)浮球開關(guān)提供的水位信號(hào)，當(dāng)蓄水池水位達(dá)到下限值時(shí)，浮球開關(guān)閉合，PLC根據(jù)輸入信號(hào)動(dòng)作，吸合水位控制閥JS，讓蓄水池加水；當(dāng)水位上升到上限水位時(shí)，浮球開關(guān)斷開，PLC再根據(jù)輸入信號(hào)，斷開水位控制閥JS，停止蓄水池加水動(dòng)作。如此控制，確保蓄水池的水位在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，有效避免了蓄水池干涸及溢出情況的發(fā)生。報(bào)警程序是依據(jù)變頻器故障、熱繼電器動(dòng)作、空氣開關(guān)跳開、水位過(guò)低等故障進(jìn)行設(shè)計(jì)的。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，其信號(hào)作為PLC的輸入條件，系統(tǒng)通過(guò)指示燈指示故障位置并給出聲光報(bào)警，然后做出相應(yīng)的故障處理。各故障具體處理為：（1）欠水位故障：當(dāng)浮球開關(guān)給出的低水位信號(hào)持續(xù)30s時(shí)，停止全部的電機(jī)運(yùn)行，防止水泵空轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)退恍盘?hào)解除后，延時(shí)一段時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)投入恒壓供水狀態(tài)。（2）變頻器故障：變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)PLC輸入端X06動(dòng)作，系統(tǒng)自動(dòng)切換至自動(dòng)工頻運(yùn)行模塊。此時(shí)變頻器退出運(yùn)行，兩臺(tái)主泵電機(jī)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(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式時(shí)的大致相同，只是原來(lái)運(yùn)行在變頻狀態(tài)下的電機(jī)改為了工頻運(yùn)行。由于沒(méi)有了變頻器的調(diào)速和PID調(diào)節(jié)，水壓無(wú)法恒定，因此在此運(yùn)行環(huán)境下，工作人員可隨時(shí)通過(guò)開關(guān)將系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)運(yùn)行模式，通過(guò)自耦變壓器來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)泵的啟/停及供水。（3）電機(jī)泵故障：熱繼電器、空氣開關(guān)一般用于電機(jī)泵的保護(hù)，二者的動(dòng)作往往表明了電機(jī)泵潛在的故障。檢測(cè)到此類故障時(shí)，系統(tǒng)首先鎖定故障電機(jī)，并自動(dòng)投入下一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。以便在不影響正常供水的前提下將故障電機(jī)泵分離出來(lái)進(jìn)行維修。通過(guò)PLC控制可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)變頻恒壓供水，但由于PLC處于現(xiàn)場(chǎng)控制，管理人員不能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，而且人機(jī)交互性差，為彌補(bǔ)這一不足，開發(fā)了一套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控水泵站運(yùn)行狀況，必要時(shí)可對(duì)水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，從而提高故障應(yīng)急處理能力，保障了供水的可靠性，進(jìn)一步提升了管理水平。監(jiān)控系統(tǒng)采取上、下位機(jī)的方式，上位機(jī)采用計(jì)算機(jī)，主要任務(wù)是獲取現(xiàn)場(chǎng)水泵、變頻器等運(yùn)行狀況信息，完成實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)故障及時(shí)報(bào)警；下位機(jī)為三菱PLC,型號(hào)FX2N32M，其任務(wù)是完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。FX2N系列PLC內(nèi)部有一個(gè)RS232接口，通過(guò)適配電纜可和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信?？紤]到距離較遠(yuǎn)，應(yīng)選用RS485通信方式。為此在PLC和計(jì)算機(jī)之間增加擴(kuò)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(kuò)展板FX2NCNVBD。其中擴(kuò)展板FX2NCNVBD安裝在PLC內(nèi)部，只起接口變換的作用。通過(guò)正確連接，可完成RS232C與RS485之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)500米。；。 計(jì)算機(jī)與PLC的485連接方案圖 RS232與FX485PCIF硬件連線圖 PLC通信程序設(shè)計(jì)PLC通信程序設(shè)計(jì)只須對(duì)D81D812l和D8129三個(gè)特殊功能寄存器的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，確定通信格式和通信協(xié)議即可。在設(shè)計(jì)中，選擇的通信參數(shù)為：波特率9600，偶校驗(yàn)，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，站號(hào)為1，校驗(yàn)時(shí)間10ms。 PLC通信參數(shù)設(shè)置梯形圖本次設(shè)計(jì)選擇Microsoft Visual Basic 。在供水系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(lái)掌握水泵、水位、變頻器等的運(yùn)行狀態(tài)；另一方面是將控制參數(shù)寫入PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵運(yùn)行的遠(yuǎn)程控制。MSComm控件串口編程基本流程如下：（1）當(dāng)前工程中插入MSComm控件；（2）串口初始化并打開串口；（3）設(shè)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(shuō)明了如何進(jìn)行計(jì)算機(jī)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$=(5)+OOFFW ROY00000240 “向0號(hào)站發(fā)送命令，以字節(jié)方式 讀取PLC內(nèi)Y00Y37的數(shù)據(jù)字符串，等待時(shí)間100ms”=read$ “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(hào)站發(fā)送命令，將手動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，由遠(yuǎn)傳壓力表給出的上、下極限水壓信號(hào)作為水泵切換的條件，實(shí)現(xiàn)水泵的分級(jí)調(diào)節(jié)。由遠(yuǎn)傳壓力變送器檢測(cè)的水壓信號(hào)經(jīng)PLC內(nèi)部的PID處理后，控制變頻器輸出頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵轉(zhuǎn)速的連續(xù)控制，維持恒壓供水。其次，對(duì)系統(tǒng)PLC控制程序進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。供水系統(tǒng)P