【正文】 380V480V177。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大電流確 定變頻器電流和過(guò)載能力。 3) 變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)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?？蛇B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(guò)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： 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 :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(kāi)關(guān)； 1KM、 3KM、 5KM、 7KM:工頻交流接觸器； 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(kāi)始逐漸上升。經(jīng)過(guò)變量泵基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 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(guò)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(guò)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(lái)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 : 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 ??102 21QHPd ? （ ） 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(kāi)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(guò)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度來(lái)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)。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 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： %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(guò)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(guò)改變水泵的給水能力來(lái)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(kāi)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(guò)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度大小來(lái)調(diào)節(jié)流量。這種調(diào)節(jié)就是以壓力恒定為前提來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這說(shuō)明，通過(guò)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。 由此可見(jiàn)，流體壓力 P 的變化反映了給水能力 Qg與用水需求 Qv 之間的矛盾。 若：給水能力 Qg? 用水需求 Qv，則壓力 P 下降 ?？紤]到動(dòng)態(tài)情況下，管道中水壓的大小是揚(yáng)程大小的反映，而揚(yáng)程與給水能力 (由流量Qg表示 )和用水需求 (由用水流量 Qg表示 )之間的平衡情況有關(guān)。所以，流量是給水系統(tǒng)的基本控制對(duì)象。在這一點(diǎn)，消防的用水流量 Qv和給水系統(tǒng)的給水流量 Qg 處于平衡狀態(tài)，給水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與給水流量 Qg 之間的關(guān)系 H=f(Qg)。由圖可知，在同一閥門開(kāi)度下，揚(yáng)程 H越大，流量 Q 也越大。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤幔砻鏖y門在某一開(kāi)度下，揚(yáng)程 H與流量 Q之間的關(guān)系 H=f(Qv)。由圖 可以看出，流量 Q越大，揚(yáng)程 H越小。見(jiàn)圖 。但各參數(shù)之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。梯形圖畫好后便用編程軟件直接把梯形圖輸入計(jì)算機(jī)并下裝到 PLC進(jìn)行模擬調(diào)試，修改直至符合控制要求，這便是程序設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。在分配了PLC 的輸入輸出點(diǎn)，內(nèi)部輔助繼電器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器之后，就可以設(shè)計(jì) PLC 程序 畫出梯形圖。 顯然，在建立一個(gè) PLC控制系統(tǒng)時(shí)，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來(lái)，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。 （ 5）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試（模擬和現(xiàn)場(chǎng)）。 梯形圖體現(xiàn)了按照正確的順序所要求的全部功能及其相互關(guān)系。并將 PLC 的輸入輸出口與之進(jìn)行分配。 PLC程序設(shè)計(jì)可遵循以下六步進(jìn)行： （ 1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作及完成這些動(dòng)作的順序。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 PLC的基本工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、消防程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 一般地 PLC 主要 由 中央處理單元 （ CPU） 、存儲(chǔ)器 （ RAM和 ROM） 、輸入輸出接口 （ I/O）電路、電源 及其他可選組 件構(gòu)成。 （ 8）可實(shí)現(xiàn)三電一體化 PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過(guò)程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。 PLC的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過(guò)各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。而采用PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制 I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。 （ 4）功能完善 PLC的輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入 /輸出。 （ 3）編程方便，易于使用 PLC 是面向 消防 的設(shè)備， PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣， PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。 I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 2 可編程序控制器（ PLC）的概 述 PLC 的定義 1987 年 2 月，國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）對(duì)可編程序控制器的定義是： 可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。闡述設(shè)備的調(diào)試及變頻器參數(shù)設(shè)定。最后列舉消防給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。具體的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面： 分析給水系統(tǒng)特性和原理，分析和論證變頻 調(diào)速方式在消防給水系統(tǒng)中的節(jié)能原理和效果。用 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)消防水泵的控制，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配線，提高了系統(tǒng)的可靠性，并且增加了傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的定期主備互投和自動(dòng)測(cè)試功能。極大的提高了在發(fā)生火災(zāi)時(shí)人的生命財(cái)產(chǎn)安全。 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 采用 PLC控制的消防給水泵，有利于及時(shí)了解消防泵的實(shí)際性能，能解決消防泵的銹蝕卡死問(wèn)題、保持消防泵良好的工作狀況，也有利于消防管理系統(tǒng)的智能化。本課題研究的基于 PLC的消防給水泵控制系統(tǒng)將在自動(dòng)撲救火災(zāi)的環(huán)節(jié)起到重要的作用。 目前，一旦遇到火災(zāi)都會(huì)出現(xiàn)大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的狀況呢。目前，世界上許多工業(yè)國(guó)家把 PLC 的使用作為衡量電氣控制水平的標(biāo)志。為此，《民用建筑水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定超高建筑、一類高層公共建筑的消防泵宜設(shè)定時(shí)自檢裝置。對(duì)于這些技術(shù)的更新，傳統(tǒng)控制回路設(shè)計(jì)方式所存在的元件數(shù)量多、元件使用壽命較短、接線復(fù)雜、通用性差等缺點(diǎn)給設(shè)備的改造、維護(hù)帶來(lái)了較多的困難?；馂?zāi)時(shí)若發(fā)生管網(wǎng)爆裂 , 整個(gè)消火栓系統(tǒng)就會(huì)癱瘓 , 后果不堪設(shè)想。倘若在消防系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)下列情況 (1)有人出于好奇或惡作劇在無(wú)火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)按鈕； (2)發(fā)生火災(zāi)時(shí) ,慌亂中人可能先擊碎破 玻按鈕 ,然后才動(dòng)用水槍滅火 ,由于不熟練 ,在展開(kāi)水帶、連接搭扣、開(kāi)啟閥門等步驟中就會(huì)延誤一些時(shí)間 , 或者由于火情危急 , 現(xiàn)場(chǎng)中人僅擊碎破玻按鈕而來(lái)不及動(dòng)用水槍滅火。為此 ,有相關(guān)規(guī)定 :臨時(shí)高壓給水系統(tǒng)的每個(gè)消火栓處應(yīng)設(shè)置直接啟動(dòng)消防水泵的按鈕 ,并應(yīng)設(shè)有保護(hù)按鈕的設(shè)施 ,以便迅速遠(yuǎn)距離啟動(dòng)消防泵 (設(shè)計(jì)中較常采用破玻按鈕 )。 關(guān)鍵詞： PLC 消防給水泵 自動(dòng)控制 基于 PLC 的消防給水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) III Abstract Now, the city fire, forest fires will appear the frequency is higher, how to reduce losses, fire departments responsibility, so the study of efficient large fire pump control system can reduce property losses, and has certain practical values. control system’s work principle, the hardware design and software design. Thus transformed the