【導(dǎo)讀】前能源緊缺，嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，設(shè)計(jì)高。性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢(shì)。本文介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控制，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。運(yùn)行結(jié)果表明，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)。而本設(shè)計(jì)是針對(duì)居民生活用水而設(shè)計(jì)的。合理狀態(tài)，保證按需供水。

　　

【正文】 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頻段調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵工作頻率達(dá)到柜內(nèi)微機(jī)控制器預(yù)先設(shè)定的下限工作頻率而實(shí)測(cè)水壓仍高 于水壓設(shè)定值時(shí)，直接停止首臺(tái)工作水泵，第二臺(tái)泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，第三臺(tái)泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定，如 2臺(tái)水泵同時(shí)工作實(shí)際水壓仍高于設(shè)定值，直接停止工頻運(yùn)轉(zhuǎn)水泵，第三臺(tái)調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定。 （ 2）安全問題 在軟件方面設(shè)置多個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)，時(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，安全報(bào)警等。硬件方面設(shè)置 16 安全鏈機(jī)械保護(hù)，經(jīng)多個(gè)閉合觸點(diǎn)組成，包括緊急停車，壓力超上下限開關(guān)，水位超上下限開關(guān)，電機(jī)過熱保護(hù)繼電器，空載保護(hù)等。安全鏈多個(gè)觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn)，其中任一觸點(diǎn)斷開，安全鏈即失效，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。須排除故障，系統(tǒng)才能進(jìn)行正常工作 。 圖 44 電控系統(tǒng)控制電路圖 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， 17 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。 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) ) 積分時(shí)間 min30?iT 程序中使用的 PLC 元件及其功能如表 42 所示； 18 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 表 42 程序中使用 PLC 機(jī)內(nèi)器件及功能 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。 19 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頻段調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵工作頻率達(dá)到柜內(nèi)微機(jī)控制器預(yù)先設(shè)定的下限工作頻率而實(shí)測(cè)水壓仍高于水壓設(shè)定值時(shí)，直接停止首臺(tái)工作水泵，第二臺(tái)泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，第三臺(tái)泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定，如 2臺(tái)水泵同時(shí)工作實(shí)際水壓仍高于設(shè)定值，直接停止工頻運(yùn)轉(zhuǎn)水泵，第三臺(tái)調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定。 （ 2）安全問題 在軟件方面設(shè)置多個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)，時(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，安全報(bào)警等。硬件方面設(shè)置安全鏈機(jī)械保護(hù)，經(jīng)多個(gè)閉合觸點(diǎn)組成，包括緊急停車，壓力超上下限開關(guān)，水 位超上下限開關(guān)，電機(jī)過熱保護(hù)繼電器，空載保護(hù)等。安全鏈多個(gè)觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn)，其中任一觸點(diǎn)斷開，安全鏈即失效，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。須排除故障，系統(tǒng)才能進(jìn)行正常工作。 20 致 謝 在即將畢業(yè)之際，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，我想借此機(jī)會(huì)對(duì)關(guān)心和支持我的所有人表示感謝！ 三年來(lái)，我認(rèn)真地學(xué)習(xí)了專業(yè)課程基礎(chǔ)知識(shí)，具有一定的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是一種整體性的，系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，我真的是很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設(shè)計(jì)在深度和廣度上都有一定的局限性， 不過，我認(rèn)為還是提高了認(rèn)識(shí)，學(xué)到了東西。所以我要感謝所有的任課老師，是您們的教育和培養(yǎng)，才使我學(xué)有所獲。 大學(xué)生活即將結(jié)束，我感到自己樹立了正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。在此，我要感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和班主任李老師，是他們教會(huì)我做人的道理。 還有我要向在我論文傾注了大量心血和提供了許多幫助的各位老師、同學(xué)表示深深的敬意和謝意。特別設(shè)計(jì) 龍慧 老師 在我完成論文的過程中傾注了悉心的指導(dǎo)和大力支持，在此表示深深地感謝。 21 參 考 文 獻(xiàn) [1] 厲無(wú)咎、顧明時(shí)，應(yīng)用變頻調(diào)速恒壓變流量供水系統(tǒng) 中國(guó)第四屆交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議 1995 [2] 孫增析、張?jiān)倥d等智能控制理論與技術(shù)。清華大學(xué)出版社 1997 [3] 張扣寶 基于 PLC 和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2021年第 11 期電氣技術(shù) 2021 [4] 滕俊沛 基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2021。 3 [5] 王樹主。變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 2021。 [6] 吳忠智、吳加林 ， 變頻器應(yīng)用手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 2021