【正文】 器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是 0HZ。 水泵切換條件分析 在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當變頻泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的；當變頻泵和工頻泵都在運行且變頻泵己運行在下限頻率，此時管網的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少工頻泵來減少供水流量，達到恒壓的目的。 (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)將工頻泵 M2 關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，使壓力重新達到設定值。 (3) 當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網的實際壓力還未達到設定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下節(jié)有詳細闡述 )時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將在 PLC 的控制下自動投入水泵 M2(變 速運行 )，同時變頻泵M1 做工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，直到水壓達到設定值為止。 (2) 當用水量增加水壓減小時，壓力變送器反饋的水壓信號減小，偏差變大， PLC 的輸出信號變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉速增大，供水量增大，最終水泵的轉速達到另一個新的穩(wěn)定值。由于電信號為模擬量，故必須通過 PLC 的 A/D 轉換模塊才能讀入并與設定值進行比較，將比較后的偏差值進行 PID 運算，再將運算 后的數(shù)字信號通過 D/A 轉換模塊轉計算機控制技術課程答辯論文 14 換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉速，進而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現(xiàn)變頻恒壓供水。所以，在某個特定時段內 ，恒壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水 壓力上 [10]。 變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。 作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。供水控制計算機控制技術課程答辯論文 13 器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執(zhí)行機構 (即水泵機組 )進行控制；變頻器是對水泵進行轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。 (3) 控制機構：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器 (PLC 系統(tǒng) )、變頻器和電控設備三個部分。信號有效時，控制 用 戶M壓 力 變 送 器變 頻 器P L C( 含 P I D )液 位 變 送 器水 池水 泵 機 組管 網 壓 力 信 號報 警 信 號水 池 水 位 信 號 圖 系統(tǒng)要 對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號是模擬信號，讀入 PLC 時，需進行 A/D 轉換。 (2) 信號檢測機構：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精計算機控制技術課程答辯論文 12 度的要求。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。在硬件設計上，只需確定 PLC 的硬件配置和 I/O 的外部接線，當控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過 PC 機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調試 方便。 (3) 通用變頻器 +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。 (2) 通用變頻器 +單片機 (包括變頻控制、調節(jié)器控制 )+人機界面 +壓力傳感器 這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調整方便，具有較高的性價比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產生干擾， 變頻器的功率越大，產生的干擾越大，所以必須采取相應的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。它雖然微化了電路結構，降低了設 備成本，但在壓力設定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調試時， PID 調節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。系統(tǒng)主要的任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據進行傳輸和監(jiān)控。所以調速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。當用調速控制時， 若采用恒壓 (H0)，變速泵 (n2)供水，管阻特性曲線為 b2，揚程特性變?yōu)榍€ n2，工作點從 E 點移到 D 點。 HH 2H 1H 00 Q 2Q 1 Qn 1n 2EFDb 1b 2b 3 圖 管網及水泵的運行特性曲線 當用閥門控制時，若供水量高峰水泵工作在 E 點，流量為 Q1，揚程為 H0，當供水量從 Q1減小到 Q2時，必須關小閥門，這時閥門的摩擦阻力變大，阻力曲線從 b3移到 b1，揚程特性曲線不變。 管 阻 特 性AQHH AQ A揚 程 特 性 圖 恒壓供水系統(tǒng)的基本特征 由流體力學可知，水泵給管網供水時，水泵的輸出 功率 P 與管網的水壓 H計算機控制技術課程答辯論文 10 及出水流量 Q 的乘積成正比；水泵的轉速 n 與出水流量 Q 成正比；管網的水壓 H 與出水流量 Q 的平方成正比。變頻調速供水方式屬于轉速控制。轉速控制法是通過改變水泵電機的轉速來調節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。其實質是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性不變。 在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉速控制法。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質是異步電動機的變頻調速。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機、管道和閥門等構成。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖 中 A 點。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。而管阻特性是以水泵的轉速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下?lián)P程 H 與流量 Q之間的關系曲線，如圖 所示。原理圖見圖 21 圖 21 恒壓供水原理圖 供水系統(tǒng)的揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關系曲線，如圖 所示。 變 頻恒壓 供水 系統(tǒng)的節(jié)能原理 恒壓供水指的是主管出口壓力恒定的供水方式。但是，單一地調節(jié)電源頻率，將導致電機運行性能惡化。 根據公式可知，當轉差率變化不大時，異步電動機的轉速 n 基本上與電源頻率 f成正比。改變轉差率調速為了保證其較大的 調速范圍一般采用串級調速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉差功率，節(jié)能效果好，且調速性能也好，但由于線路過于復雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗 [7]，且成本高而影響它的推廣價值。例如：當流量下降到 80％ ，轉速也下降到80％ 時，其軸功率則下降到額定功率的 51％ ；當流量降到 50％ ，軸功率將下降到額定功率的 13％ ，即使考慮到由于轉速降低引起效率下降等附加控制裝置的效率等因素，其節(jié)能效果也是很明顯的。 H1/ H2= (n1/n2) 2。那么下面我們就關心的問題就是水流量與轉速及軸功率的關系。s— 轉差率 。 從上式可知，三相異步電動機的調速方法有： (l) 改變電源頻率 (2) 改變電機極對數(shù) (3) 改變轉差率 由交流感應電動機轉速公式 n=60f 1/p*(1s) （式中 n— 電機轉速 。硬件設備選型、 PLC 選型，估算所需 I/O 點數(shù)，進行 I/O 模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、 I/O 連接圖，分配 I/O 點數(shù)，列出 I/O分配表，熟練使用相關軟件，設計梯形圖控制程序，對程序進行調試和修改并設計監(jiān)控系統(tǒng)。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。 PLC 控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和 現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，本設計中有 3 個貯水池， 3 臺水泵，采用部分流量調節(jié)方法，即 3臺水泵中只有 1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵做恒速運行。 S7200 有 5種 CPU模塊，最多可擴展 7 個擴展模塊，擴展到 248 點數(shù)字量 I/O 或 38路模擬量 I/O，最多有 30 多 KB 的程序存儲空間和數(shù)據存儲空間； (2) 先進的程序結構，功能強大、使用方便的編程軟件； (3) 靈活方便的尋址方法； 計算機控制技術課程答辯論文 6 (4) 強大的通信功能和品種豐富的配套人機界面； (5) 有競爭力的價格； (6) 完善的網上技術支持等。 西門子 S7200PLC 簡介 西門子公司具有品種非常豐富的 PLC 產品。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣 的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易 。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產品系列化。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。此時的 PLC 為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物 。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數(shù)據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控計算機控制技術課程答辯論文 5 制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。在 1987 年國際電工委員會 (International Electrical Committee)頒布的 PLC標準草案中對 PLC做了如下定義 :“ PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。在實際應用 中如何充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻器調速恒壓供水設備，降低成本、保證產品質量等有著重要意義 。 變頻調速恒壓供水技術其節(jié)能、安全、供水高品質等優(yōu)點，在供水 行業(yè) 得到了廣泛應用。單元水箱和單元增壓泵實際上是一個整 體，我們稱之為單元增壓器。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。各臺水泵自動輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運行，這樣各臺水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動跳過故障泵運行。 恒壓變頻供水是較為理想和先進的。一般設計有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設屋頂水箱。 目前 ,就國內而言，歸結起來主要采用以下三種方法 : 計算機控制技術課程答辯論文 4 （ 1）水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網系統(tǒng)－用水點 這種方式是集中供水。目前有許多工控組態(tài)軟件。工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)，使得大型工業(yè)控制系統(tǒng)的組態(tài)編程變得十分得簡單、容易，工程設計人員不用再設計那些復雜的應用程序（如 I/O driver 等）。組態(tài)軟件均具有良好的擴展性、兼容性，軟件結構開放，可接受各種形式的數(shù)據格式。在軟件設計上由于采用成熟的工控開發(fā)的工具軟件，它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能。組態(tài)（ configuration）意思就是模塊的任意組合，采用組態(tài)技術構成的計算機系統(tǒng)在硬件設計上，除采用工業(yè) PC 機外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的 I/O接口設備和現(xiàn)場設備，基本不再需要單獨進行具體電路設計。 組態(tài)軟件的介紹 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。 基于 PLC 和變頻技術的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣技術、現(xiàn)代控制技術于一體。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠計算機控制技術課程答辯論文 3 性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。 (4) 液力耦合器和電池滑差離合器調速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅動，需經常檢修；優(yōu)點是價格低廉，結構簡單明了，維修方 便。 (2) 氣壓罐供水具有體積小、技術簡單、不受高度限制等特點，但此方式調節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，對電器設備要求 較高、系統(tǒng)維護工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經濟性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。