【正文】
。 變頻器獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）功能是目前最佳的電機(jī)控制方式，它可以對所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無需速度反饋就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn) 矩的精確控制。 28 外型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。 連續(xù)負(fù)載能力： 150% In，每 10 分鐘允許 1 分鐘 串行通訊能力：標(biāo)準(zhǔn)的 RS— 485 接口可使變頻器方便地與計(jì)算機(jī)連接。 主要技術(shù)數(shù)據(jù)： 功率范圍： 電源電壓： 380/400/415/440/460/480/500VAC 3 相 177。 ACS 600 系列變頻 器是 ABB 公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。 （ 4）變頻控制柜選型： 用戶可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號(hào)及臺(tái)數(shù)，然后對控制柜進(jìn)行選型。 （ 2）水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、 PLC 等組成。對于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制器可以得到比較滿意的效果 ； 2． 結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn) ； 3． 有較強(qiáng)的靈活性和適用性； 4． 使用方便 ； S7200/CPU226 置有 PID 功能，在系統(tǒng)中它是通過 PID 調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸出，保證偏差值為零，使系統(tǒng)在到穩(wěn)定狀態(tài)。這種模型忽略了實(shí)際系統(tǒng)中的非線和時(shí)變性，與實(shí)際系統(tǒng)有很大的差距。對于 PID 控制，先要了解一下 PID 控制器。 S7200/CPU226 內(nèi)置 PID 功能及其編程介紹 本系統(tǒng)采用 PID 模塊 控制 ,對反饋信號(hào)進(jìn)行處理。系統(tǒng)誤差變化的越快，控制器的 D 項(xiàng)將產(chǎn)生更大的控制輸出。 （ 3） D 項(xiàng) 26 D 項(xiàng)輸入是計(jì)算前次誤差值與當(dāng)前誤差值的差來獲得的。因此，小的靜態(tài)誤差隨時(shí)間累計(jì)為一個(gè)較大的誤差值。當(dāng)誤差信號(hào)增大時(shí)，控制器的 P 項(xiàng)將變大以提供更大的校正量。誤差的符號(hào)表明控制輸入所需的變化方向。假定控制器的執(zhí)行頻率足夠高，以使系統(tǒng)得到真確控制。 PID 功能的優(yōu)點(diǎn)：可通過對一個(gè)或多個(gè)增益值進(jìn)行調(diào)節(jié)以及觀測系統(tǒng)響應(yīng)變化的方法，以實(shí)驗(yàn)為根據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 PID 既比例 積分 微分控 制，是對閉環(huán)控制中的誤差信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，并對控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以獲得期望的系統(tǒng)響應(yīng)。 4． 容易實(shí)現(xiàn)。 3． 控制規(guī)則容易理解。 2． 具有良好的適應(yīng)性和較強(qiáng)的魯棒性。 模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。由于模糊控制規(guī)則用模糊條件語句來描述，有時(shí)也稱為模糊語言控制器。 模糊理論是美國柏克萊加州大學(xué)電氣工程系 教授于 1965 年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內(nèi)容。當(dāng)進(jìn)行大功率電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行狀態(tài)到小功率電機(jī)變頻工作切換時(shí)，同樣需要先 25 切斷變頻器的輸出電流，將大功率電機(jī)從變頻電源電路上斷開，然后將小功率電機(jī)接到變頻電源上，接著接通變頻器的輸出電路，小功率電機(jī)變頻運(yùn)行，這樣就完成了大機(jī)工頻狀態(tài)到小機(jī)變頻運(yùn)行的切換過程。定時(shí)器有三種： 1 接通延時(shí)定時(shí)器，指令是 TON； 2 有記憶接通延時(shí)器，指令是： TONR； 3 斷開延時(shí)定時(shí)器，指令是 TOF。 定時(shí)器時(shí)間的計(jì)算， T=PT*S （ T 為實(shí)際定時(shí)時(shí)間， PT 為設(shè)定值， S 為精度等級(jí)） 例 ： T33 設(shè)定值為 125 實(shí)際時(shí)間 T=125*10=1250 毫秒。電機(jī)頻率 f、管網(wǎng) 壓力 P、相位比較是否相同值在 EM235 接口上，其接口地址為 AIW0、 AIW AIW6。管網(wǎng)壓力 P～ 般在 ～ ，其對應(yīng)的十進(jìn)制范圍是： 17450～ 17200。為此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)及選擇水泵時(shí)，應(yīng)盡量選擇 Q—H特性曲線較陡型水泵，并在設(shè)備調(diào)試時(shí)，恒壓線盡量靠近水泵 Q—H 特性曲線高效區(qū)的下半?yún)^(qū)。 4．從上三點(diǎn)可以得出： FWD 端子主要是電機(jī)正轉(zhuǎn)、停止指令的輸入端，當(dāng)FWD—CM 之間接通，正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，斷開后減速停止； BX 端子是自由運(yùn)轉(zhuǎn)指令輸入端， BX—CM 之間接通，立即切斷變頻器輸出，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后停止，不輸出報(bào)警信號(hào)； CM 端子是接地輸入信號(hào)公用端。 2． 一機(jī)變頻工頻切換，另一機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器端子的開啟情況如下：BX—CM 端子閉合 —FWD—CM 端子斷開 —斷開變頻接觸器 —閉合工頻接觸器 —另一機(jī)變頻接觸器閉合 —BX—CM 端子斷開 —FWD—CM 端子閉合。在程序設(shè)計(jì)中，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是依據(jù)輸出繼電器 (Q)的狀態(tài)來確定的；由于管網(wǎng)壓力和電機(jī)頻率接入 EM235 模塊時(shí)自動(dòng)完成 A/D轉(zhuǎn)換，因此管網(wǎng)壓力和電機(jī)頻率都是以數(shù)字量傳輸給自由通信口的。如用 SM30 來設(shè)置端口號(hào)，用 SM86～ SM95來設(shè)置通信傳輸數(shù)據(jù)格式、傳輸信息字節(jié)長度、信號(hào)傳輸空閑時(shí)間、起止標(biāo)志符等等。模擬量數(shù)據(jù)處理子程序是采集管網(wǎng)壓力信號(hào)和電機(jī)頻率信號(hào)，并進(jìn)行平均值處理。 PLC 子程序設(shè)計(jì)共包括四個(gè)子程序，分別是模擬量初始化子程序、模擬量數(shù)據(jù)處理子程序、自由通信初始化子程序、自由數(shù)據(jù)通信子程序。 SL為水位下限開關(guān)， SH 為水位上限開關(guān)。 軟件設(shè)計(jì) KM KM KM5 是分別控制 M M M3 變頻運(yùn)行， KM KM KM6是分別控制 M M M3 工頻運(yùn)行， KM7 控制變頻器工作， KA 為自來水閥門電磁閥。特別是對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)電機(jī)的額定電流來確定。 4．線圈的連接 使用一個(gè)條件驅(qū)動(dòng)多個(gè)線圈時(shí)，不能串聯(lián)，只能并聯(lián) 。 2．編號(hào)分配 對于外接電路的各元件分配編號(hào)，編號(hào)的分配必須是主機(jī)或者擴(kuò)展模塊本身實(shí)際提供的，而且可以用來編程，兩個(gè)設(shè)備不能共用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)。 梯形圖的基本繪制規(guī)則： 1．編程順序 梯形圖按照從上到下，從左到右的順序控制。梯形圖 (LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng) 用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級(jí)語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電 氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。 編程軟件的簡介和梯形圖的基本繪制規(guī)則 PLC控制程序采用 SIEMENS公司提供的 STEP7 MOCRO/WIN32 編程軟件開發(fā) ,基于 WINDOWS 的應(yīng)用軟件，該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言、功能塊圖 (FWD)語言。假設(shè)增泵順序?yàn)?p p3 和 p2，當(dāng)供水設(shè)備開始工作時(shí)，先起動(dòng)變頻泵 p1，當(dāng)管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定數(shù)值上。反之，當(dāng)用水量減少，供水壓力大于設(shè)定值時(shí)，變頻器的輸出頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，變頻器的輸出頻率達(dá)到最小值（ 30hz）時(shí)，延時(shí) 20s 后，則發(fā)出減少一臺(tái)工頻泵的命令，其他泵依次類推。供水系統(tǒng)共有 3 臺(tái)泵組電 機(jī)，在根據(jù)水壓決定投入泵組臺(tái)數(shù)后，只有最初投入的電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，其它后投入的電機(jī)則在工頻下全速運(yùn)行，泵組電機(jī)的切換過程由邏輯控制單元 plc 實(shí)現(xiàn)。 手動(dòng)部分是通過按鈕控制電機(jī)在工頻下運(yùn)行和停止，主要考慮系統(tǒng)調(diào)試或檢修時(shí)用。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括 plc 的程序設(shè)計(jì)和變頻器的功能參數(shù)設(shè)定。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能 塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或 、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。語句表 (STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令 助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向 機(jī)器硬件的語言。 20 （ 2）預(yù)置的顯示借用水位正常燈（閃光 3 秒），解除借用高水位報(bào)警燈（閃光3 秒）。預(yù)置時(shí)按動(dòng)啟動(dòng)按鈕三下使計(jì)數(shù)器 C103 啟動(dòng)，則其常開接點(diǎn) C103 閉合。 自啟動(dòng)的預(yù)置 自啟動(dòng)功能可根據(jù)用戶需要事先預(yù)置，否則，該功能會(huì)被屏蔽。由于計(jì)數(shù)器 C103 具有停電記憶特性，所以只要水位恢復(fù)正常時(shí) 01002 閉合就可自啟動(dòng)。 自啟功能的實(shí)現(xiàn) 圖 24 自動(dòng)邏輯圖 如圖所 24 示。 （ 2）低水位使泵跳閘后水位恢復(fù)時(shí)的自啟動(dòng)管網(wǎng)用水負(fù)荷過大或蓄水水壓過低流量減少造成的低水位，會(huì)引起供水泵跳閘。這項(xiàng)功能在啟停調(diào)試設(shè)備過程中得到檢驗(yàn)?？紤]到泵短時(shí)間內(nèi)的頻繁啟動(dòng)對泵運(yùn)行不利，故設(shè)置 1 分鐘內(nèi)只允許連續(xù)啟動(dòng)兩次，第三次需延時(shí) 3 分鐘后進(jìn)行，以利泵的散熱，延長設(shè)備使用壽命，減少功耗。水位高時(shí) 20201000 同時(shí)啟動(dòng)，使輸出黃燈亮（閃光 l5 秒轉(zhuǎn)平光）且無條件停蓄水泵。 （ 2）水位信號(hào)顯示、報(bào)警、保護(hù)功能水位正常時(shí) 01002 動(dòng)作，使輸出綠燈亮。 （ 1）水位信號(hào)保持功能水位開關(guān)檢測分別由 PLC 的常開接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。 PLC 的 I／ O 地址分配見圖 23（ a）所示，簡化梯形圖如圖 23（ b）所示。該裝置內(nèi)選用了干簧繼電器用以提高開關(guān)接點(diǎn)的可靠性和使用壽命。 此外，對于電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，報(bào)警指示輸出既需要四個(gè)端口顯示哪一臺(tái)電機(jī)故障，也需要一個(gè)輸出端子進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警輸出。 PLC 的輸出端口包括控制各電機(jī)的變頻、工頻切換和給變頻器復(fù)位。 PLC輸入輸出端口地址的分配如表 21 所示。系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入 點(diǎn) 9 個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn) 8 個(gè)，如果選用CPU222PLC，也需要擴(kuò)展單元 PLC，參照西門子 S7200 產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為 CPU224（ 14 輸入 /10 繼電器輸出）。用戶程序有三級(jí)口令保護(hù)，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。 SIEMENS公司的 PLC 具有可靠 性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點(diǎn)； PLC 可以上接工控計(jì)算機(jī)，對自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。 以下是針對本系統(tǒng)所選西門子 PLC 的介紹 1． S7200 型 PLC 的特點(diǎn) 本系統(tǒng) PLC 選用德國 SIEMENS 公司的 S7200 型。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外， 絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，有相應(yīng)的 I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接 連接。 PLC 提供了多種面向用戶的語言，如常用的梯形圖 LAD，指令語句 表 STL，控制系統(tǒng)流程圖 CSF 等?？删幊绦蚩刂破鞑坏哂袑﹂_關(guān)量和模擬量的控制能力，還具有數(shù)值運(yùn)算、 PID 調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)通信、中斷處理等功能?？删幊炭刂破髟谠O(shè)計(jì)、制作、元件的選取上，采用了精選、高度集成化和冗余量大等一系列措施大很大程度上提高了可編程序控制器的可靠性。在 PLC 控制系統(tǒng)中，大量的開關(guān)動(dòng)作是由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成的，加之 PLC 在硬件和軟件方面都采取了強(qiáng)有力的措施，所以繼電器控制系統(tǒng)中的很多問題都能夠避免。電器系統(tǒng)靠機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題，而 PLC 通過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制的，速度快，程序執(zhí)行時(shí)間在微秒級(jí)，不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)問題， PLC 精度高，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境影響。目前 PLC 被廣泛用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)和閥門的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì) ，為了節(jié)省 PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥門的工作狀態(tài)。所以在大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，要自動(dòng)切斷小容量電動(dòng)機(jī)的變頻控制電路。組內(nèi)互 鎖是指同一組中電動(dòng)機(jī)的互鎖，組間互鎖是指不同機(jī)組之間電動(dòng)機(jī)的互鎖。在 PLC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、閥門接觸器的動(dòng)作，都是按照 PLC 的程序邏輯來完成的。每次抽真空的時(shí)候，需要預(yù)先決定需要抽真空的水泵，然后先開啟真空抽取電動(dòng)機(jī)，接著開啟控制要抽真空的水泵的電磁換向氣閥，這樣就能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的抽取真空的功能。 水泵閥門主電路用兩個(gè)交流接觸器來控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。在變頻器起