【導(dǎo)讀】壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)是針對(duì)居民生活用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、PLC、PID調(diào)。節(jié)器和組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺(tái)水。狀態(tài)，保證按需供水。輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力凋節(jié)。在經(jīng)過PID運(yùn)算，通過PLC控制變。頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水。該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等特點(diǎn)。

　　

【正文】 需要積分或微分回路，分項(xiàng)和微分項(xiàng)時(shí)，把增益當(dāng)作 1 看待。 正作用或反作用回路 如果增益為正，那么該回路為正作用回路。如果增益為負(fù)，那么是反作用回路。對(duì)于增益為 正 的積分或微分控制來說，如果指定積分時(shí)間、微分時(shí)間為正，就是正作用回路；指定為 負(fù)，則為反作用回路。 28 6 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)要求 對(duì)三泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： (1)生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值遠(yuǎn)行，消防供水時(shí)高桓壓值遠(yuǎn)行。 (2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要．采取“先開先?！钡脑瓌t接人和退出。 (3)在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過 3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。 (4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。 (5)要有完善的報(bào)警功。 (6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。 控制系統(tǒng)的 I/O 及地址分配 將系統(tǒng)所有的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)統(tǒng)一進(jìn)行編址，該系統(tǒng)有 7個(gè)輸入信號(hào)和 13 個(gè)輸出信號(hào)，表 61 是將 控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)。水位上下限信號(hào)分別為 X X2 它們?cè)谒蜎]時(shí)為 0，時(shí)為 1 29 61 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) Table 61 point code input and output numbers and addresses 名 稱 代碼 地址編號(hào) 輸入信號(hào) 手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 X0 水池水 位下限信號(hào) SLL X1 水池水位上限信號(hào) SLH X2 變頻器報(bào)警信號(hào) SU X3 消鈴按鈕 SB9 X4 試燈按鈕 SB10 X5 遠(yuǎn)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(hào) 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM1,HL1 Y0 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2,HL2 Y1 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3,HL3 Y2 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM4,HL4 Y3 3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM5,HL5 Y4 3泵變頻 運(yùn)行接觸器及指示燈 KM6,HL6 Y5 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報(bào)警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報(bào)警指示燈 HL8 Y12 火警報(bào)警指示燈 HL9 Y13 報(bào)警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Y15 控制變頻器頻率用電壓信號(hào) Uf 模擬量輸入模塊電流通道 30 PLC 系統(tǒng)選型 從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 6 個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn) 12 個(gè)；模擬量輸入點(diǎn) 1 個(gè)、模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)。選用FX N2 32MR 主機(jī)一臺(tái)，加上一個(gè)模擬量輸入擴(kuò)展模塊 FX N2 4N，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸出擴(kuò)展模塊 FX N2 2N。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè) PLC 系統(tǒng)的配置如圖 51 所示。 圖 61 PLC 系統(tǒng)的組成 Figure 61 PLC system ponents 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖。 主電路圖 如圖 62 所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為 MM M3。接觸器 KM KM KM5 分別控制 M M M3 的工頻運(yùn)行；電機(jī)分別為 M M M3。接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運(yùn)行； FRl、 FR FR3 分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器： QS QS QS QS4 別為變頻器和三合泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)； FU1 為主電路的熔斷器；CIMRP5A45P5 是 日本安川變頻器 。 主機(jī)單元 FX N2 32MR 模擬量 輸入模塊FX N2 4N 模擬量輸入 FX N2 2N 31 圖 62 電控系統(tǒng)主電 路 Figure 62 main circuit electronic control system R S T U V W ~ M ~ M ~ M N L1 L2 L3 KM1 KM3 KM5 KM2 KM4 KM6 FR1 FR2 FR3 QS1 QS2 QS3 QS4 CIMR P5A45P5 32 控制電路圖 如圖 63 為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中 SA 為手動(dòng) /轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA 打在 1 的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SBl～ SB8 控制三臺(tái)泵的啟 /停和電磁閥 YV2的通斷；自動(dòng)運(yùn) 行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。 圖中的 HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對(duì)變頻器 R 進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于 PM 為 4 個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè) COM 端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單 獨(dú)的 COM 端輸出組，所以通過一個(gè)中間繼電器 KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器實(shí)行復(fù)頻控制。 （ 1）手動(dòng)運(yùn)行 按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制 1～ 3泵的啟停 (見圖 1)。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。 自動(dòng)運(yùn)行 合上自動(dòng)開關(guān)后， 1泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從 0 Hz 上升，同時(shí) PID 調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到 50 Hz， 1泵由變頻切換為工頻，對(duì) 2泵進(jìn)行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量 減小，從先啟的泵開始減，同時(shí)根據(jù) PID 調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng) 1泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。 33 圖 63 電控系統(tǒng)控制電路圖 Figure 63 electronic control system control circuit SA 1 0 2 FU2 SB1 SB2 KM1 Y000 Y001 PLC SB3 SB4 KM3 SB5 SB6 KM5 SB7 SB8 YV2 KM1 FR1 HL1 KM2 HL2 Y002 Y003 Y004 Y005 Y010 16 Y011 18 Y012 20 Y013 22 Y014 Y015 24 26 HL7 HL8 HL9 HA KA HL10 KM6 HL6 YV2 14 KM5 KM3 FR2 HL3 KM4 HL4 KM5 FR3 HL5 KM2 KM1 KM3 KM6 KM5 N L1 34 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí) 現(xiàn)結(jié)合前述泵站的控制要求，對(duì)泵站軟件設(shè)計(jì)分折如下： 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 前邊已經(jīng)說過，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)第二臺(tái)泵或第三臺(tái)泵。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定 各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。在該系統(tǒng)中，控制要求中規(guī)定任一臺(tái)泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過 3h，因此每次需啟動(dòng)新泵或切 換變額泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體的操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行 的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn) 行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號(hào)加 1 的方法實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制 (3 再加 1 等于 0)，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 35 開始 自動(dòng)工作？ 手動(dòng)工頻工作 消防供水？ 消防供水 程序初始化 生活供水 程序初始化 供電故障 蓄水池 水位過低？ 緊急停車 已有一 臺(tái)泵工作？ 壓力不到設(shè)定 值 ,頻率達(dá)到上限？ 壓力到設(shè)定值， 頻率達(dá)到下限？ N Y N N N N N N Y Y Y Y Y Y Y 將變頻運(yùn)行的泵從變頻器上切除，并變頻啟動(dòng)下一臺(tái)泵 將變頻運(yùn)行的泵從變頻器上切除，并將上一臺(tái)工頻運(yùn)行的泵接到變頻器上 變頻啟動(dòng) M1 泵 加壓泵是否過載？ 結(jié)束 停止否？ N N N 36 程序的結(jié)構(gòu)及程序 功能的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)可知， PLC 上在恒壓供水系統(tǒng)中的功能較多，由于模擬量單元及 PID 調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序分可為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成 。 這樣可節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序。生活及消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70％，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90％。在本系 統(tǒng) PID 中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過工程計(jì)算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益和時(shí)間常數(shù) ) 增益： ?CK 采樣時(shí)間 sTS ? 積分時(shí)間 min30?iT 程序中使用的 PLC 元件及其功能如表 62 所示； 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序及程序在附錄中所示。 37 表 62 程序中使用 PLC 機(jī)內(nèi)器件及功能 Table62 standard procedures used in the PLC machines, devices and functions 器件地址 功能 器件地址 功能 D100 過程變量標(biāo)準(zhǔn)值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 D102 壓力給定值 T39 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D104 PI 計(jì)算值 M10 故障結(jié)束脈沖信號(hào) D11 比例系數(shù) M11 泵變頻啟動(dòng)脈沖 D111 采樣時(shí)間 M12 減泵中間繼電器 D112 積分時(shí)間 M13 倒泵變頻啟動(dòng)脈沖 D113 微分時(shí)間 M14 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖 D114 變頻運(yùn)行頻率下限值 M15 當(dāng)前泵運(yùn)行啟動(dòng)脈沖 D115 生活供水變頻運(yùn)行上限值 M16 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 D116 消防供水變頻運(yùn)行上限值 M20 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D150 PI 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元 M21 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D180 變頻工作泵泵號(hào) M22 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D182 變頻工作泵的總臺(tái)數(shù) M30 故障信號(hào)匯總 D184 倒泵時(shí)間存儲(chǔ)器 M31 水池水位下限故障邏輯 D190 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M32 水池水位下限故障消鈴邏輯 T33 工 頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M33 變頻器故障消鈴邏輯 T34 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 M34 火災(zāi)消鈴邏輯 38 系統(tǒng)的運(yùn)行分析 （ 1） 設(shè)備控制 3 臺(tái)水泵電 機(jī) 低峰供水時(shí) ， 工作一臺(tái)水泵電機(jī)變頻調(diào)速 ,用水量加大時(shí) ， 首臺(tái)工作水泵由低速向高速調(diào)頻 ， 當(dāng)工作頻率達(dá)到 50 Hz 即水泵滿負(fù)荷工作時(shí)仍不能滿足用水要求時(shí) ， 將首臺(tái)工作水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn) ，變頻調(diào)速器控制第二臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn) ， 同時(shí)工作 2 臺(tái)水泵。如用水量進(jìn)一步增加 ， 第二臺(tái)水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn) ,變頻調(diào)速器控制第三臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn) ,同時(shí)工作 3 臺(tái)水泵。供水量減少時(shí) ， 調(diào)速工 作水泵首先由高頻段向低