【正文】 39 。另外本文的設計、控制方法完全可以用于恒風壓控制，進而實現(xiàn)風機的變頻節(jié)能，因為風機和水泵的能耗大約占整個電能能耗的三分之一左右。隨著各方面技術的發(fā)展以及網(wǎng)絡技術被廣泛的應用，與此同時能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會越來越普及，當然對恒壓供水控制技術將提出更高的要求。同時通過變頻器自帶保護功能可輕松實現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷。由西門子 S7 200 系列 PLC、變頻器和壓力傳感器等組成的恒壓供水系統(tǒng) ,充分發(fā)揮了 PLC 內置的 PID 運算模塊 ,自動調節(jié)變頻器輸 出頻率、投入使用泵數(shù) ,達到恒壓供水的目的 。 采用模塊化的編程方式進行了 PLC 程序的設計、編寫、調試，使系統(tǒng)的動態(tài)調節(jié)性能、程序控制算法都基本達到系統(tǒng)工藝的要求。采用一臺變頻器拖動 3臺電動機的起動、運行與調速。 38 第五章 總 結 全文總結 本 文針對我國中小城市水廠供水的特點，設計開發(fā)了一套基于 PLC 的變頻調速恒壓供水自動控制系統(tǒng)。 37 軟件型，使用離散形式的 PID 控 制算法在可編程序控制器 (或單片機 )上做 PID 控制器。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。 3）當用水量減小時：當用水量減小時，用水需求小于供水能力，水壓上升，壓力反饋信號 y增大，偏差 e=yr0， PID 輸出的控制增量Δ u0，變頻器輸出頻率下降，水泵轉速降低，減弱 供水能力，最后達到一個新的平衡狀態(tài)，使壓力回復，維持供需平 。其具體調節(jié)過程如下： 1）穩(wěn)態(tài)運行：當供水能力等于用水需求，目標壓力信號 r 和壓力反饋信號y相當，偏 差 e=yr=0， PID 輸出的控制增量Δ u=0，變頻器輸出頻率不變，水泵轉速不變，處于穩(wěn)態(tài)運行。 在供水系統(tǒng)中，變頻器、 PID 控制器 、壓力變送器、水泵等構成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以對供水能力實現(xiàn)有效的自動調節(jié)，從而實現(xiàn)恒壓供水。當供水能力 36 和用水需求之間不能平衡時，必然引起壓力的變化。一般來說，系統(tǒng)是使用它們的組合，如 PI控制算法， PD控制算法和 PID 控制算法。顯 然，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，單獨使用上面任意一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。 PID 的三種作用是各自獨立的，互不影響的。它是用來控制被調量的振蕩，減小超調量，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，減小調節(jié)時間，用來改善系統(tǒng)的動態(tài)特特性。然而，單純的積分作用速度太慢，無法及時對系統(tǒng)的偏差變化做出快速反應。因此積分作用主要是用來消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差， 提高精度，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 積分部分 (I)表明控制器的輸出不僅與輸入控制的系統(tǒng)偏差的大小有關，還與偏差持續(xù)的時間有關，即與偏差對時間的積分成線性關系。 PID 控制 器各個部分的作用及其在控制中的調節(jié)規(guī)律如下： 比例增益部分 (P)用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關系的分量，能夠快速反應系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。 33 34 圖 PID控制中斷子程序 INT_0梯形圖 PID 設計 PID 控制 PID 控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應用的最廣泛的反饋控制方式之一。 32 圖 初始化子程序 SBR_0梯形圖 (2) PID 控制中斷子程序 首先將由 AIW0 輸入的采樣數(shù)據(jù)進行標準化轉換，經(jīng)過 PID 運算后，再將標準值轉化成輸出值，由 AQW0 輸出模擬信號。最后再設置定時中斷和中斷連接。假設所選變頻 器的輸出頻率范圍為 0~100HZ，則上下限給定值分別為 16000 和 6400。 3泵的運行控制情況與 2泵相似，在此就不再重復。由于在圖 運行控制做詳細介紹，因此圖 和圖 對其作了完整的補充。 由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復雜，不方便全部畫出，在此僅畫出其控制過程的流程圖。而試燈按鈕按下時，各指示燈會一直點亮。 (6) 報警及故障處理程序 本系統(tǒng)中包括水池水位越限報警指示燈、變頻器故 障報警指示燈白天模式運行指示燈以及報警電鈴。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進行說明。當?shù)谝淮紊想姟⒐收舷蛘弋a生 1泵變頻啟動脈沖信號并且系統(tǒng)無故障產生、未產生復位 1水泵變頻運行信號、 1泵未工作在工頻狀態(tài)時， 置 1， KM2常開觸點閉合接通變頻器，使 1水泵變頻運行，同時 KM2 常閉觸點打開防止 KM1線圈得電，從而在變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖， KM2 的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。 當只有一臺變頻泵長時間運行時，對連 續(xù)運行時間進行判斷，超過 3h 則自動倒泵變頻運行。 (2) 增、減泵判斷和相應操作程序 當 PID 調解結果大于等于變頻運行上限頻率（或小于等于變頻運行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運行時，定時器計時 5min（以便消除水壓波動的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產生相應的泵變頻啟動脈沖信號。系統(tǒng)進行初始化是在主程序中通過調用子程序來是實現(xiàn)的。 控制系統(tǒng)主程序設計 PLC 主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻 /工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量 (壓力、頻率 )比較計算程序和報警程序等構成。功能塊圖 (FWD)的圖形結構與數(shù)字電路的結構極為相似，功能塊圖中每個模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關系使用與、或、非、異或邏輯運算，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)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。 PLC 程序設計 PLC控制程序采用 SIEMENS公司提供的 STEP 7MicroWINV40編程軟件開發(fā)。 圖 只是簡單的表明 PLC 及擴展模塊的外圍接線情況，并不是嚴格意義上的外圍接線情況。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11 個數(shù)字量輸出信號和 1 個模擬量輸出信號。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋ －壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號輸 入 變 頻 器 圖 PLC及擴展模塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個輸入量，其中包括 4個數(shù)字量和 1個模擬量。 表 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱 代 碼 地址編號 輸入信號 供水模式信號 (1白天， 0夜間 ) SA1 水池水位上下限信號 SLHL 變頻器報警信號 SU 試燈按鈕 SB7 壓力變送器輸出模擬量電壓值 Up AIW0 輸出信號 1泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL1 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL2 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL3 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL4 3泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL5 3泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL6 輸出信號 水池水位上下限報警指示燈 HL7 變頻器故障報警指示燈 HL8 白天模式運行指示燈 HL9 報警電鈴 HA 變頻器頻率復位控制 KA 變頻器輸入電壓信號 Uf AQW0 結合系統(tǒng)控制電路圖 和 PLC 的 I/O 端口分配表 ，畫出 PLC 及擴展模塊外圍接線圖，如圖 所示： 26 1M0.00.11.00.70.60.50.40.30.22.72.62.52.42.32.22.12.01.71.62M1.51.41.31.21.11L0.0L+M1.51.41.31.21.13L1.00.70.60.52L0.40.30.20.1地1.71.6L1N。 (5) 系統(tǒng)要有完善的報警功能。 (3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計的基本要求如下： (1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同，本設計采用白 天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設定的給定水壓值不同。同理， 3水泵的控制原理也是如此。 輸出 1水泵工頻運行信號， 輸出 1水泵變頻運行信號，當 輸出 1時， KM1 線圈得電， 1水泵 工頻運行指示燈 HL1點亮，同時 KM1 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM2 的電氣互鎖。 （ 2）自動控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。只有當 SB2 按下時才會切斷電路， KM1 線圈失電，電機 M1 停止運行。單刀雙擲開關 SA 打至 1 端時開啟手動控制模式，此時可以通過開關分別控制三臺水泵電機在工頻下的運行和停止。 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 1K M 1K M 2H L 1H L 2F R 1S B 5K M 5S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5K M 6K M 5K M 5K M 6H L 5H L 6F R 3S B 3K M 3S B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 3K M 3K M 4H L 3H L 4F R 2P L CNL 1F U 2S A12Q 1 . 1H L 7Q 1 . 3H L 9Q 1 . 2H L 8H L 1