【正文】 ])( )()(1)([)( ? ??? to Dip td tdeTdtteT。 以上所有算法，將由 PLC 內(nèi)置的 PID 模塊計(jì)算實(shí)現(xiàn)。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 7 硬件連接 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 8 系統(tǒng) PID 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)將通過變送器傳送的實(shí)時(shí)反饋得到的反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，器差值送入 PLC 內(nèi)部，經(jīng)過 PID 模塊計(jì)算輸出變頻器參數(shù)驅(qū)動(dòng)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。2% 穩(wěn)定時(shí)間 電壓輸出 電流輸出 100μs 2ms 最大驅(qū)動(dòng) 24V 用戶電源 電壓輸出 電流輸出 最小 5000Ω 最大 500Ω 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 電動(dòng)機(jī) 采用 TS200150315 型電動(dòng)機(jī) 揚(yáng)程： h=32m 功率： 37kw 6 變頻器及電動(dòng)機(jī)參數(shù) 設(shè)定值為 首先回復(fù)變頻器工廠默認(rèn)值：設(shè)定 P0010=30 和 P0970=1，按下 P鍵，開始恢復(fù)，恢復(fù)過程大約 3 分鐘。10V 0～ 20mA 輸出分辨率 電壓輸出 電流輸出 12BIT 11BIT 數(shù)據(jù)字格式 電壓輸出 電流輸出 32020～ +32020 0～ 32020 精度 電壓輸出 電流輸出 典型值 : 滿量程的 177。5V 量程 ) mV (177。50mV,177。250mV, ?177。1V, 177。5V, 177。 量 程 : 0～ 1～ 150(MPa) 綜合精度 : %FS、 %FS、 %FS 輸出信號(hào) : 4～ 20mA(二線制 )、 0～ 5V、 1～ 5V、 0～ 10V(三線制 ) 供電電壓 : 24DCV(9～ 36DCV) 介質(zhì)溫度 : 20～ 85～ 150℃ 環(huán)境溫度 : 常溫 (20～ 85℃ ) 負(fù)載電阻 : 電流輸出型：最大 800Ω；電壓輸出型：大于 50KΩ 絕緣電阻 : 大于 2020MΩ (100VDC 密封等級(jí) : IP65 長(zhǎng)期穩(wěn)定性能 : %FS/年 振動(dòng)影響 : 在機(jī)械振動(dòng)頻率 20Hz～ 1000Hz 內(nèi)，輸出變化小于 %FS 電氣接口 (信號(hào)接口 ): 四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母 模擬量轉(zhuǎn)換模塊 模擬量輸入特性 輸入點(diǎn)數(shù) 4 隔離 (現(xiàn)場(chǎng)與邏輯電路間 ) 光耦隔離： 500VAC， 1 分鐘 輸入類型 差分輸入 量程范圍 電壓輸入 (單極性 ) 010V, 05V,? 01V, 0500mV, 0100mV, 050mV 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 電壓輸入 (雙極性 ) 177。 水壓傳感器 選用 PT500503 水壓傳感器 PT500503 水壓傳感器的詳細(xì)介紹 PT500503 壓力傳感器 /變送器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。 綜上所述，本系統(tǒng)選用風(fēng)機(jī)水泵型 MM430 系列西門子變頻器，型號(hào)：6SE64302UD275CA0 具體參數(shù)： 380V480V177。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需 要參考電基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題； ；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器 產(chǎn)品尺寸 80 62mm 變頻器 變頻器：對(duì)于變頻器的選型，變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： 1)采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 特點(diǎn) 1個(gè) RS485通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力 。可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35路模擬量 I/O 點(diǎn)。 變頻器的 18 腳為頻率下限信號(hào)，與 PLC 的 相連，用于控制水泵的停機(jī)； 變頻器的 22 腳為頻率上限信號(hào)，與 PLC 的 相連，用于控制變頻泵切換為工頻運(yùn)行，然后軟啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。 變頻器的控制回路 變頻器采用西門子 440（也可用 430，但其過載能力較差，對(duì)輸入電壓的偏差要求較高） 壓力傳感器接到變頻器的 1模擬輸入口。 PLC 的輸入信號(hào)是： :缺水保護(hù)信號(hào)； 變頻頻率下限； 變頻頻率上限； 時(shí)控信號(hào)。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主回路 圖 變頻控制系統(tǒng)主回路 圖中： QL：空氣開關(guān)； 1KM、 3KM、 5KM、 7KM:工頻交流接觸器； 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 2KM、 4KM、 6KM、 8KM：變頻交流接觸器。各泵循環(huán)輪換工作，使水泵均衡運(yùn)行。這樣，每臺(tái)水泵的啟動(dòng)均經(jīng)變頻器控制，全部機(jī)組實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟啟動(dòng)，即每臺(tái)泵的啟動(dòng)頻率都從設(shè)定的最低頻率開始逐 漸上升。經(jīng)過變量泵的切換調(diào)節(jié)，如管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定值，控制器則以同樣的方式將運(yùn)行頻率為50Hz 的變頻泵切換成工頻運(yùn)行，而后繼續(xù)軟啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵作變頻運(yùn)行，直至滿足消防用水要求為止。 其控制要求是： 當(dāng)消防管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，控制器通過壓力傳感器檢測(cè)，輸出控制信號(hào)啟動(dòng)其中一臺(tái)水泵作變頻運(yùn)行，通過控制變頻泵使消防管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值相等。常規(guī)的變頻器均集成有 PID 閉環(huán)控制功能，如使用 變頻器的 PID 功能，則PLC 就僅負(fù)責(zé)控制水泵的切換。由 4臺(tái)水泵構(gòu)成的變頻泵組實(shí)例如 下圖： 圖 變頻給水泵組 自來水進(jìn)水閥 液壓水位控制閥 浮球閥 儲(chǔ)水箱 閥門 橡膠接頭 水泵 橡膠接頭 止回閥 閥門 1出水總管 泵組的控制要求 對(duì)變頻給水泵組的控制要求是 PLC 程序設(shè)計(jì)的依據(jù)，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及程序之前必須確定具體的控制要求。 由公式 ()可以看出，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗功率與流量成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式給水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是 1H 增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。而揚(yáng)程則從 H0上升到 H!，運(yùn)行的工況點(diǎn)從 E 點(diǎn)移到 F 點(diǎn)，此時(shí)水泵輸出功率用圖形表示為 (0 ,Q1 ,F ,H1)圍成矩形部分，其值為 : ??102 21QHPd ? （ ） 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 用調(diào)速控制時(shí)，若采用恒壓 (H0)、變速泵 (n2)給水，管阻特性曲線為β 2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€ n2，工作點(diǎn)從 E點(diǎn)移到 D點(diǎn)。其工作原理是根據(jù)消防用水量的變化自動(dòng)地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時(shí)電機(jī)加速，用水量減小時(shí)電機(jī)減速。因此，揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻的特性不變。由于實(shí)際用水中，需水量是變化的，若閥門的開度在一段時(shí)間內(nèi)保持不 變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)流量，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。圖中 Fnf1f2f3f3f4。xxsrrfsrpUmT? （ ） 式中： m1 為電機(jī)相數(shù)； r1為定子電阻； X1 為定子漏電抗； x2’為轉(zhuǎn)子漏電抗折算值。39。在改變輸出頻率的同時(shí)也改變輸出電壓，以保證電機(jī)磁通m? 基本不變，其關(guān)系為： U1/f1=常數(shù) 式中： U1 為變頻器輸出電壓； f1 為變頻器輸出頻率。 這種調(diào)速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。 因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓給水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法 。但在給水系統(tǒng)中由轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓給水時(shí)，為適應(yīng)流量的變化，電機(jī)一般難以工作于額定狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速值往往遠(yuǎn)低于額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)的轉(zhuǎn)差率 s 增大，轉(zhuǎn)差功率增大，電機(jī)運(yùn)行效率降低。3 2222 （ ） 該損耗和電機(jī)的轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差功率，以電阻發(fā)熱方式消耗。 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子銅損耗為： emCu sPrIP ?? 39。這種調(diào)速方式只適用于專門的變極電機(jī)，而且是有極調(diào)速，級(jí)差大，不適用于給水系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。 變極調(diào)速 在電源頻率一定的情況下，改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為： 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 %10011 ??? n nns （ ） 異步電機(jī)的同步速度為： pfn 601 ? （ ） 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： psfn )1(60 ?? （ ） 其中： s 為轉(zhuǎn)速差； n1為異步電機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速， r/min； n 為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速， r/min； f是異步電機(jī)的定子電源頻率； p 為異步電機(jī)的極對(duì)數(shù)。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法及其原理 通過轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓給水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。 實(shí)質(zhì)是通過改變水泵的給水能力來適應(yīng)消防對(duì)流量的需求。這 時(shí)的管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性則不變。 閥門控制法 轉(zhuǎn)速保持不變，通過調(diào)節(jié)閥門的開度大小來調(diào)節(jié)流量。這種調(diào)節(jié)就是以壓力恒定為前提來實(shí)現(xiàn)的。這說明，通過恒壓給水就能保證給水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了消防所需的用水流量。