【正文】 圖41 系統(tǒng)主流程圖37 圖42 泵2臨界流程圖圖43 泵2運(yùn)行控制流程圖 自動(dòng)部分起動(dòng)1泵按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)檢測(cè)采用那種運(yùn)行模式。如圖42所示，以泵2為例在臨界條件下的系統(tǒng)流程圖，如圖43所示為以泵2為例的控制流程圖，在相應(yīng)條件下觸發(fā)泵1和泵3的運(yùn)行控制。故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號(hào)和工頻泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號(hào)。當(dāng)故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)的指示燈會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時(shí)報(bào)警電鈴響起。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖后，若當(dāng)前2泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于0，或者當(dāng)前3泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于1，KM1線(xiàn)圈得電，使得KM1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，1水泵工頻運(yùn)行，同時(shí)KM1常閉觸點(diǎn)打開(kāi)防止KM2線(xiàn)圈得電，從而實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。33 結(jié)論 (5) 各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯程序水泵的工頻運(yùn)行不但取決于變頻泵的泵號(hào)，還取決于工頻泵的臺(tái)數(shù)。當(dāng)?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產(chǎn)生1泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)并且系統(tǒng)無(wú)故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位1水泵變頻運(yùn)行信號(hào)、1泵未工作在工頻狀態(tài)時(shí)，Q0。當(dāng)只有一臺(tái)變頻泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，對(duì)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行判斷，超過(guò)3h則自動(dòng)倒泵變頻運(yùn)行。(2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序當(dāng)PID調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率（或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí)5min（以便消除水壓波動(dòng)的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺(tái)數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)是實(shí)現(xiàn)的。II 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動(dòng)程序、水泵電機(jī)變頻/工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量(壓力、頻率)比較計(jì)算程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。PLC程序通過(guò)互鎖設(shè)計(jì)使同一臺(tái)泵機(jī)不能同時(shí)處于變頻和工頻狀態(tài)，以防發(fā)生短路，當(dāng)然也不會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)泵機(jī)同時(shí)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)樽冾l器是按單臺(tái)電機(jī)容量選配的。運(yùn)行一段時(shí)間，如果壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口總水壓超過(guò)設(shè)定值，且變頻器輸出頻率已達(dá)到下限頻率，可由PLC切除2號(hào)泵，單獨(dú)由1號(hào)泵變頻運(yùn)行。5Hz，說(shuō)明用水量還在增大，延時(shí)20ｓ后，由PLC使2號(hào)泵變?yōu)楣ゎl運(yùn)行，并啟動(dòng)3號(hào)泵使之變頻運(yùn)行。5Hz(上限頻率通過(guò)變頻器參數(shù)1來(lái)設(shè)定)，說(shuō)明用水量增大，延時(shí)20ｓ后管網(wǎng)壓力仍小于設(shè)定值，PLC控制程序使1號(hào)泵工頻運(yùn)行，并啟動(dòng)2號(hào)泵使之變頻運(yùn)行。當(dāng)合上開(kāi)關(guān)SB0時(shí)，系統(tǒng)能夠進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，由PLC和變頻器聯(lián)合控制各臺(tái)電機(jī)的投入或切除、工頻或變頻運(yùn)行方式。工作時(shí)由壓力傳感器反饋的電流信號(hào)4～20mA送入變頻器4號(hào)引腳，與壓力設(shè)定值在變頻器內(nèi)部進(jìn)行PID運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果控制輸出頻率的增減，從而控制泵組電機(jī)的轉(zhuǎn)速。自動(dòng)運(yùn)行為正常的運(yùn)行狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行主要用于檢修及自動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)急供水方式中。 整個(gè)電路分為主電路，手動(dòng)控制電路和PLC自動(dòng)控制電路三部分。基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)電路圖如附圖所示，三臺(tái)電機(jī)分別為MMM3，它們分別帶動(dòng)水泵3。29 保護(hù)元件及連接元件熱繼電器選用TKE02TC，額定電流5－8A，額定電流為6－9 A熔斷器FU選用RT18系列接觸器KM選擇的是規(guī)格SCE03C，功率3Kw按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0。5MPa，工作溫度為5℃～60 ℃，能實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電信號(hào)。 壓力傳感器壓力傳感器使用CYYZ1001型絕對(duì)壓力傳感器。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類(lèi)似于水的無(wú)顆粒、無(wú)雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求并結(jié)合實(shí)際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用3臺(tái)上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵機(jī)組（電機(jī)功率75KW）。48MPa 。08+0。25m179。19m179。初步設(shè)定樓房為10層樓高，高度約為35米約有住戶(hù)800人。圖32 變頻器接線(xiàn)圖21 水泵機(jī)組選型水泵機(jī)組的選型基本原則：一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。由于變頻器自帶PID調(diào)節(jié)器，PID參數(shù)可由經(jīng)驗(yàn)值直接確定，PID的參數(shù)設(shè)定由變頻器參數(shù)128134來(lái)設(shè)定[10]。4．由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，大大降低水質(zhì)污染的可能性：眾所周知南方氣候炎熱潮濕細(xì)菌和微生物極易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生紅蟲(chóng)必須定期清洗改用變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備后只需一個(gè)低位水箱原來(lái)也有將水質(zhì)污染降到最低限度。27 2．占地面積小，投人少，效率高：設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊占地面積少維護(hù)方便維護(hù)費(fèi)用低投資省安裝快如僅供幾棟居民樓生活用水的小型供水設(shè)備在樓梯間樓梯下幾平方米的地方即可安裝。能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，減小電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過(guò)電壓。對(duì)于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過(guò)電流，也進(jìn)行同樣的控制。急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。動(dòng)作頻繁時(shí)可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。（2）異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)1）過(guò)載保護(hù)。6）冷卻風(fēng)機(jī)異常。逆變器負(fù)載側(cè)接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過(guò)電流保護(hù)功能。但瞬時(shí)停電時(shí)間在10ms以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能25 供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。4）瞬時(shí)停電保護(hù)。采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時(shí)超過(guò)容許值。過(guò)負(fù)載是由于負(fù)載的GD2（慣性）過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器器件、線(xiàn)路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。交流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)回路主要包括：（1）逆變器保護(hù)1）瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)。（4）速度檢測(cè)電路以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（TG、PLG等）的信號(hào)為速度信號(hào)送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路 器件的電路?？刂齐娐分饕ǎ海?）運(yùn)算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，23 決定逆變器的輸出電壓、功率?？刂齐娐方o異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱(chēng)為控制電路。（4）制動(dòng)回路異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。（2）平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。圖31 變頻器的構(gòu)成21 （1）整流器最近大量使用的是二極管的整流器，它把工頻電源變換為直流電源。其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。對(duì)于需要更精密速度或快速響應(yīng)的場(chǎng)合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)和保護(hù)電路信號(hào)，即防止因變頻器主電路的過(guò)電壓、過(guò)電流引起的損失外，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等[10]。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。PLC是泵組電機(jī)管理的執(zhí)行設(shè)備，根據(jù)采樣的模擬量頻率值和管網(wǎng)水壓值，自動(dòng)調(diào)整工頻泵和變頻泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)；同時(shí)PLC還是變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。 PLC的選型 恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)如表31所示表31 I/O統(tǒng)計(jì)表輸入器件輸出器件輸入點(diǎn)符號(hào)名稱(chēng)輸出點(diǎn)符號(hào)名稱(chēng)X1SB0啟動(dòng)Y1AU變頻器控制信號(hào)X2SBT停止Y2KA變頻器啟動(dòng)控制X3FR11水泵故障Y3KM11泵變頻X4FR22水泵故障Y4KM21泵工頻X5FR33水泵故障Y5KM32泵變頻CH1CH1壓力變送器信號(hào)Y6KM42泵工頻CH2CH2變頻器信號(hào)Y7KM53泵變頻Y8KM63泵工頻Y9KA報(bào)警器目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類(lèi)很多，在選用PLC時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：（1）規(guī)模要適當(dāng)；（2）功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理；（3）輸入，輸出功能及負(fù)載能力的選擇要正確；（4）要考慮環(huán)境條件[12]。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，可編程控制器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)，其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測(cè)試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，其硬件可根據(jù)實(shí)際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)的簡(jiǎn)單編程語(yǔ)句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡(jiǎn)單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一[10]?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。所以，采用了變頻調(diào)速以后，水泵的工作壽命將大大延長(zhǎng)。此外，由于水泵平均轉(zhuǎn)速下降、工作過(guò)程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因，使：17 (1) 葉片承受的應(yīng)力大為減小。在停機(jī)過(guò)程中，同樣可以通過(guò)對(duì)降速時(shí)間的預(yù)置來(lái)延長(zhǎng)停機(jī)過(guò)程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)[9]。這也同樣會(huì)引起壓力沖擊和水錘效應(yīng)。此外，水錘效應(yīng)也可能破壞閥門(mén)和固定件。壓力沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，故稱(chēng)為水錘效應(yīng)。25S的時(shí)間里，水的流量從零增到額定流量。25S。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，相應(yīng)的判別條件是通過(guò)對(duì)上面15 兩個(gè)判別條件的修改得到的，其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時(shí)成立。這樣的工作狀態(tài)既無(wú)法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命。在極端的情況下，運(yùn)行機(jī)組增加后，實(shí)際供水壓力超過(guò)設(shè)定供水壓力，而新增加的機(jī)組在變頻器的下限頻率運(yùn)行，此時(shí)又滿(mǎn)足了機(jī)組切換的停機(jī)條件，需要將一個(gè)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行的機(jī)組停掉。當(dāng)輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，實(shí)際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動(dòng)。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20HZ左右。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0HZ。13 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(dāng)變頻泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加水泵來(lái)滿(mǎn)足供水要求，達(dá)到恒壓的目的；當(dāng)變頻泵和工頻泵都在運(yùn)行且變頻泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少工頻泵來(lái)減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時(shí)，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺(tái)水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過(guò)程。如果還沒(méi)到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，并穩(wěn)定運(yùn)行后，如果供水壓力仍沒(méi)達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過(guò)程。開(kāi)始時(shí)，1泵電機(jī)在PLC控制下先投入調(diào)速運(yùn)行，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié)。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類(lèi)別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過(guò)變頻調(diào)速器和