【正文】 圖62 故障檢測子程序圖61 主程序流程圖圖63 PID程序流程框圖圖64電機增減主程序流程圖總 結本次設計設計了一套由PLC、變頻器、多臺水泵機組、計算機等主要設備構成的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)及其遠程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，可實現(xiàn)高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的恒壓供水。對外通訊子程序不是每個變頻恒壓供水系統(tǒng)所必須的。其流程框圖（見圖63）。故障檢測是保證系統(tǒng)安全、可靠運行的一個重要環(huán)節(jié)，在本文的自控系統(tǒng)中，檢測的量主要有：變頻器故障、壓力傳感器故障故障，其流程框圖（見圖62）。系統(tǒng)運行主程序首先要進行一系列的初始化工作，并使擴展模塊、觸摸屏、變頻器等設備的數據傳輸正常。圖56 控制電路接線圖。根據以上的分析，本文選用普通壓力表Y100和XMT1270數顯儀實現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。數字量擴展模塊：EM221具有8個輸入點沒有輸出點，EM222具有8個輸出點沒有輸入點，EM223輸入輸出都具有4/8/16三種。用戶程序有三級口令保護，可以對程序實施安全保護。10%三相， (變轉矩)過載能力(即允許過載 140%)，持續(xù)時間3s，重復周期時間300s；(即允許過載110%)，持續(xù)時間60s，重復周期時間300s變頻器效率變頻器效率96%至97%繼電器輸出3個，可編程，30V DC/5A(電阻性負載)，250V AC/2A (電感性負載)模擬輸出2個，可編程，(0/4mA至20mA)數字輸入6個可自由編程的數字輸入，帶電位隔離，可以切換為PNP/NPN型接線模擬輸入2個，可編程；0至10V，0mA至20mA，10V至 +10V(AIN1)；0至10V，和0mA至20mA(AIN2)；兩個模擬輸入可以作為第7和第8個數字輸入 PLC配置PLC是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(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)以及對外的數據交換。供水系統(tǒng)屬泵類負載，低速運行時的轉矩小，可選用價格相對便宜的U/f控制變頻器。圖53 SKL型低噪音生活給水泵的型號意義及工作范圍要對系統(tǒng)所用的變頻器進行選型，首先得確定變頻器的容量，方法是依據所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質，葉輪、導葉采用鑄造件，經過靜電噴塑處理，效率可提高5％以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低（室外噪音60分貝）、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結構設計，水力模型先進，性能更可靠。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應用上。交流接觸器廣泛用作電力的開斷和控制電路。圖51 變頻恒供水系統(tǒng)結構圖各部分作用如下：離心泵是依靠旋轉葉輪對液體的作用吧原動機的機械能傳遞給液體。（2）調節(jié)時間較長，超訓量比較大。l 在控制品質方萌，穩(wěn)定性的要求是前提。一般取或。l 依據經驗知識（如對r的了解），把TI和Td置于合適的數值，然后主要對kc，值進行湊試，得出最合宜的數值。也應取適當的數值。（2）在動態(tài)參數方面，可取作為特征值。下面簡單列舉一些的準則：（1） 如果廣義對象的傳遞函數是，調節(jié)器的比例增益是整個統(tǒng)的總的開環(huán)增益是K0kc。 2）在用計算機、單片機或PLC實施時，等效的TI和Td可以在更大的范圍內自由選擇，但存模擬式調節(jié)器中，出于線路和元件性能上的限制，可調范圍要小得多。這種控制方式用于從產生偏差到出現(xiàn)響應需要一定時間的負載系統(tǒng)（實時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調節(jié)）效果比較好。在該場合為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。對有積分元件的負載系統(tǒng)可以單獨使用P動作控制。僅用P動作控制，不能完全消除偏差。其控制規(guī)律為： （42） （43）式中，Kp：調節(jié)器的比例系數； Td：調節(jié)器的積分時間； Kd：調節(jié)器的微分時間； e(t)：調節(jié)器的偏差信號； ：比例帶，它是慣用增益的倒數 U(t)：輸出簡單束說，Pm控制器各校正環(huán)節(jié)的作用是這樣的：1）環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏羞信號e(t)，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用以減小誤差。即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和PID參數及目標值的設定。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間，比如一、兩分鐘，如果在這段延時的時間內切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作；如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作?；販h(huán)的應用提供了這樣一個保障，即如果切換的判別條件滿足，那就說明此時實際供水壓力在當前機組的運行狀況下滿足不了設定的要求。相應的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的，其實質就是增加了回滯環(huán)的應用和判別條件的延時成立。同時，在切換過程和變頻器從啟動到穩(wěn)定的過程中，系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內震蕩。并且使新投入運行的機組幾乎在變頻器輸出頻率的下限運行，對供水作用很小。當變頻器的輸出頻率己經下降到下限頻率，實際的供水壓力卻仍高于設定的供水壓力時，存在的壓力差不會使輸出頻率繼續(xù)降低，實際的供水壓力也不會降低。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機組切換，增加運行機組數量來實現(xiàn)。那么何時進行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換呢?盡管通用變頻器的頻率都可以在0400Hz范圍內進行調節(jié)，但當它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。在這種情況下，若實際壓力低于設定壓力，則延時后開啟附屬小泵進行補水，附屬小泵開啟后，若實際壓力高于附屬小泵的工作壓力（設定壓力+附屬小泵啟停壓力誤差），則關掉附屬小泵。4）當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網的實際水壓仍高于設定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將上次轉換成工頻運行的水泵關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，使壓力重新達到設定值。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。另外為加強系統(tǒng)的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進行檢測，檢測結果可以送給PLC，作為數字量輸入；液位信號反映水泵的進水水源是否充足。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，這樣構成水泵組有下幾個原因：用幾個小功率的水泵代替一臺大功率的水泵，使水泵選型容易，同時這種結構更適合于大功率的供水系統(tǒng)；供水系統(tǒng)的增容和減容容易，無需更換水泵，只要再增加恒速泵即可；以小功率的變頻器代替大功率的變頻調速器，以降低系統(tǒng)成本，增加系統(tǒng)運行可靠性；附屬小泵的加入，使系統(tǒng)在用水量很低時（如：夜間）可以停止所有的主泵，用小泵進行補水，降低系統(tǒng)的運行噪音：在用水量不太大時，系統(tǒng)中不是所有的水泵在運行，這樣可以提高水泵的運行壽命，同時降低系統(tǒng)的功耗，達到節(jié)能的目的。根據水壓的變化，由變頻器調節(jié)電機轉速來實現(xiàn)恒壓。首先是節(jié)能，每臺泵都可以較高效率運行，長期運行費用少；其二，供水可靠性好，一臺泵故障時，一般并不影響系統(tǒng)供水，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動電流小，不要求增加電源容量；其四，只須按單臺泵來配置變頻器容量，減少投資。水泵變頻軟起動沖擊電流小，也有利于電機泵的壽命，此外水泵在低速運行時，平穩(wěn)、噪聲小。不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也會改變。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關。l 頻器+PLC（包括變頻控制、調節(jié)器控制）+人機界面+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數據通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。同樣，最后調節(jié)的結果是實際供水壓力和設定壓力相等。設定的供水壓力可以是一個常數，也可以是一個時間分段函數，在每一個時段內是一個常數。為了保持供水壓力，就必須增大變頻器的輸出頻率以提高水泵機組的轉速；當用戶的用水量減小時，Q減小，在變頻器輸出頻率不變的情況下，管網的供水壓力將會增大，為了減小供水的壓力，就必須降低變頻器的輸出頻率。水泵在正常工作時，動能的變化相對比較小。軸功率（N）：水泵軸上的輸入功率（電動機的輸出功率），或者說是水泵取用的功率。在水泵結構和理論中，有一些評價水泵性能的參數，供水系統(tǒng)的主要參數如下：流量（Q）：單位時間內流過管道內某一截面的水流量，在管道截面不變的情況下，其大小決定于水流的速度。3 恒壓供水系統(tǒng)理論分析和方案在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，供水壓力是通過對變頻器輸出頻率的控制來實現(xiàn)的。此時水泵輸出功率用圖形表示為（0，Q2，D，H0）圍成的矩形面積，其值為： （25）可見，改變調速控制，節(jié)能量為（H0，D，F(xiàn)，H1）圍成的矩形面積，其值為：圖22 管網及水泵的運行特征曲線 （26）所以，當用閥門控制流量時，有功率被浪費掉。變頻調速供水方式屬于轉速控制。其實質是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻的特性將隨著閥門開啟度的改變而改變，但其揚程特性不變。因此，變頻調速是交流異步電機一種比較合理和理想的。異步電動機的變頻調速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉速而實現(xiàn)調速的。在這一點，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qx處于平衡狀念，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。出圖可知，在同一閥門開啟度下，揚程H越大，流量Q也越大。由圖21可以看出，流量Q越大，揚程H越小。（2）變頻恒壓供水系統(tǒng)的構成及工作原理。它采用微機控制技術；電力電子技術和電機傳動技術實現(xiàn)了工業(yè)交流電動機的無級調速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點。這種調控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管（市政來水管）進口壓力保持恒定為條件。通常情況下，變頻調速系統(tǒng)的應用主要是為了調節(jié)泵的轉速來改變水泵的出水揚程，以滿足不同條件時對水泵的性能要求。采用變頻調速控制改善了工藝，水泵閥門可在全開位置，其出口壓力等于管網供水壓力。該變頻器將壓力閉環(huán)調節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數據通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。與別的監(jiān)控系統(tǒng)（如BA系統(tǒng)）和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數據通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。在眾多供水行業(yè)中的許多實例表明：對水泵電機采用調速技術對企業(yè)降低能耗，提高管網和設備的使用壽命有著重大的經濟意義，也是保障管網系統(tǒng)供水安全運行的方法之一。它根據用戶用水量的實際需求，設定壓力控制值，控制器按傳感器送來的用戶用水量信息，控制變頻器的頻率，自動改變水泵電機的轉速，最終達到調速及調節(jié)水量的目的。特別是在二十世紀90年代開始，己逐漸在各地區(qū)城鎮(zhèn)供水廠的二次加壓泵站中（即二級送水泵站）使用。用水量增大時，系統(tǒng)壓力則降低，易造成系統(tǒng)高位供水點斷流。另外，電動機與水泵之間的大馬拉小車問題也很嚴重。目前全國絕大多數水泵機組都沒有采用調速裝置，在進行供水水量、供水壓力控制調節(jié)時，多采用閥門控制（壓水門）與開機臺數控制，能源資源浪費嚴重。計入其它城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水以及工業(yè)給水設施用電，總計耗電約65億千瓦時左右。這一方面是出于我國居民多，用水量大，造成用電量大；另一方面是因為我國供水設備工作效率低，控制方式不夠科學合理。隨著電力電子器件的發(fā)展，特別是具備有將單極型和雙極型大功率管兩種器件組成的混合氣傳動裝置的控制由模擬控制轉向數字控制，使信息處理能力大幅度地增強[1]，出現(xiàn)了許多高、中壓的變頻設備（像西門子、ABB、羅克韋爾），本設計介紹的變頻調速電壓等級是380V的低壓變頻器。把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網絡技術等應用