【正文】 性不高，能耗嚴重，性差的缺點。在 60 年代末美國最早出現(xiàn)了可編程邏輯控制器，其提出目的是為了代替繼電器。 圖 32 ACS 結構圖 PLC 電路設計 PLC 介紹及特點 可編程控制器是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。最后還要補充的是 ACS400 擁有多種調試工 具，使用時在調試向導下進行參數(shù)設定，加上全部的自優(yōu)化調試過程， ACS400常常以 15分鐘作為產品典型的調試時間。其內部還包含磁場電抗器和熔斷器。產品在軟件結構設計上采用新穎的想法，站在使用者的角度讓調試過程變得簡單。在 的功率范圍內，節(jié)約 能源，控制準確 ,安全可靠 ,ACS400 預置了九種應用宏 .主電源： 230—500V， 50/60HZ；控制電源： 115—230V。其結構設計特別的有創(chuàng)意，充分地考慮到現(xiàn)場安裝的便利以及有效的使用面積。 2）智能控制方式 主要有神經網絡控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學習控制等。變頻調速特點簡述如下表： 表 31 變頻調速特點 1 采用多重化 PWM 方式控制 2 功率因數(shù)高，輸入諧波小 3 模塊化設計，結構緊湊，可更換能力強 4 直接高壓輸出，無需輸出變壓器 5 極低的 dv/dt 輸出，雜波較低，不須過多濾波 6 采用光纖技術，提高了產品的抗干擾能力和可靠性 7 功率單元采用自動旁路，實現(xiàn)故障不停機待修理自保持功能 本文設計恒壓供水調速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機無級調速，跟據(jù)用水量的變化來調節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù) ，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。變頻器供水控制不僅設備投資少，運行成本低，并且系統(tǒng)穩(wěn)定性能夠保證，自動化水平也高，相繼也會帶來節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點。依據(jù)現(xiàn)實生活用水系統(tǒng)中用水的變化來自動調節(jié)水位控制系統(tǒng)的運行參數(shù)，目的是在用水量隨著不同時段發(fā)生變化時保持水壓和水位恒定以滿足客戶用水要求。 在供水行業(yè)應用變頻調速設備是一次質的飛躍。由于變頻器是由整流、濾波等電子元件構成，因此體積小、維護簡單。舉個例子，現(xiàn)代變頻調速技術常常會被應用在電力水泵供水系統(tǒng)中，頗為常見，與傳統(tǒng)方式相比較，結果普遍會節(jié)約電能 40％～ 60％，節(jié)水 15％～ 30％。其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。 圖 31 四臺水泵連接圖 變頻器電路設計 變頻器選型及調速特點 變頻調速技術依靠它自身的小型化、低成本和高可靠性等方面的優(yōu)點，在現(xiàn)場工業(yè)中穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)了一片江山。 FR FR FR FR4 分別為四臺水泵電機熱繼電器，起過載保護作用； QS QS QS QS QS5 分別為變頻器和四臺電機主電路的隔離開關，在無負荷電流情況下起隔 離作用； FU 為主電路的熔斷器，有短路及過電流保護作用。 四臺水泵連接圖 四臺電機分別為 M M M M4，編為 4。 供水泵的自動控制系統(tǒng)主要完成供水泵在工頻安全運行，在變頻 下自動安全運行。由于線路眾多，為防止運行過程中出現(xiàn)意外，即防止主運行接觸器與變頻控制接觸器一起上電，本方案采用必要的互鎖，從根本上杜絕了一起上電的可能性。本文降壓方式采用的是星 /角啟動控制。以此類推，順序實現(xiàn)工頻泵的摘除。當供水管網壓力高于設定值時，系統(tǒng)完成變頻泵頻率的下調。如果出現(xiàn)頻率到達 50Hz，而管網壓力仍低則啟動第二臺工頻泵。系統(tǒng)選擇 “變頻自動 ”的方式，先利用變頻 器隨機啟動運行第一臺泵，同時系統(tǒng)檢測供水管網的實時壓力。泵的供電系統(tǒng)由三相電源提供。假設 1 號泵正處于變頻的狀態(tài)，向 2 號泵傳遞的工作流程如下： 表 24 向 2 號泵傳遞的工作流程 1 先停止變頻器的工作 2 關閉 1 號泵的變頻接觸器 3 接通 2 號泵的工頻接觸器 4 最后在接通變頻器 在供水系統(tǒng)中假定只有 4 臺泵。加泵、減泵時均需考慮 30 秒的延時，要做到無擾切換，以免電機產生震蕩。當管網壓力當前值高于變頻器設定值時，變頻器就會提高其頻率；當前值低于變頻器設定時，變頻器就會降低其頻率。 圖 系統(tǒng)結構圖 系統(tǒng)運 行過程 由遠程壓力表將監(jiān)測到的管網供水壓力傳送給 PLC 輸入 I/O 口，經過 PLC 微機處理后，輸出模擬量給變頻器。并增加水質檢測；節(jié)水程序控制；故障及異常狀況的記錄等。 設備運行時 ， 壓力傳感器 通過壓力 “三選一 ”選出合適的管網壓力 信號變換成電信號送入 經微機處理器，計算得到 最佳控制參數(shù) ，經過 D/A轉換輸入到 變頻器和繼電器 中，進行控制 調整水泵機組高效率地運行 。 系統(tǒng)控制流程設計 系統(tǒng)組成及作用 恒壓供水設備 由變頻 器、傳感器、 低壓電氣控制柜和水泵等組成 。 結構原理 本儀表主要 由一個彈簧管壓力表和一個滑線電阻式發(fā)送器 所組成。 主要技術指標 精確度等級： 發(fā)送器起始電阻值： 3～ 20Ω 發(fā)送器接線端 ①② 外加電壓不大于 6V 發(fā)送器滿度電阻值： 340400Ω 滑線電阻式發(fā)送器連接圖： 圖 滑線電阻式 發(fā)送器接線圖 使用環(huán)境條件： 50℃ 左右，相對濕度低于 80% 溫度影響：使用溫度偏離 20177。本儀表既可以就地進行壓力指示，又可以輸出與被測壓力信號成線性的直流信號。 4）水泵負載的匹配要選擇變頻器的容量稍大于或等于電動機的容量即可 。 3）防止隨機干擾的出現(xiàn)，必須要有良好的接地；給儀表等輸入電源加裝濾波器，防止共模、串模干擾；給變頻器輸入加濾波器，有效抑制變頻器對電網的傳導干擾。環(huán)境溫度一部分取決于外在因素，而另一部分就取決于變頻器本身的散熱問題，所以一定要解決好周圍環(huán)境溫度及變頻器散熱的問題。 變頻器注意事項 1）環(huán)境溫度對變頻器的使用壽命有很大的影響。變頻器附帶檢測功能，根據(jù)檢測到的負載的轉動慣量的大小，設置在啟動和停止電機時所需的不同時間。樓層用水量一般是不穩(wěn)定的，供水壓力處于實時的變換過程中 ，那么要求控制系統(tǒng)不但要有較好的穩(wěn)定性，還要有較好的動態(tài)性。均勻的分散管網負壓保護測點，可以減少誤發(fā)風險，壓力取樣點根據(jù)實際情況合理安排。其中要想真實地反映現(xiàn)場官網壓力的變化，壓力控制點的選取至關重要。在 PID 控制模式中，變頻 器根據(jù)比較給定值和實際值，自動調整輸出頻率。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的參數(shù)選取 （ 1）目前工業(yè)控制中，控制器應用最多的就是 PID 控制。均勻的分散管網負壓保護測點，可以減少誤發(fā)風險，壓力取樣點根據(jù)實際情況合理安排。 除了 管網壓力取樣的設計外，對管網壓力測點的分布也要重視。采用三個差壓變送器的目的是為了防止變送器故障影響管網壓力測量的可靠性。系統(tǒng)利用布置在管網上的壓力傳感器上測得的結果將管網系統(tǒng)內因用水量的變化引起的水壓變化及時地用信號（ 420mA或 010V）反饋到 PID 調節(jié)器，網管壓力采用三個差壓變送器分別放在現(xiàn)場的三個位置進行測量。 表 23 流量與變頻調速系統(tǒng)節(jié) 電量關系 流量 % 100 90 80 70 60 50 節(jié)電量 % 0 由此可見，與閥門控制的相比，采用變頻調速除了在全功率下運行時沒有節(jié)電量，在隨后流量降低的時候，采用變頻調速系統(tǒng)的節(jié)電量明顯將采用閥門的系統(tǒng)甩在身后，甚至在流量為 50%的時候，變頻調速系統(tǒng)幾乎節(jié)電達到了 82%，從理論計算結果可看到節(jié)能效果非常顯著 [14]。 由此可知在使用變頻調速技術供水時，系統(tǒng)中流量變化與功率的關系： Ｐ變＝Ｎ 3Ｐ額＝Ｑ 3Ｐ額。 在現(xiàn)場中各類工業(yè)都需要恒壓控制的用水，恒壓控水目的是為了間接控制水的流量，現(xiàn)場中多以水的流量為運行參數(shù)進行監(jiān)視和控制。 變頻節(jié)能理論 交流電機變頻調速原理： 交流電機轉速特性： n=60f(1s)/p，其中 n為電機轉速， f 為交流電頻率， s 為轉差率， p為極對數(shù)。但是程序需要調試，耗時和投資很大，比較麻煩，既不省時也不省力。 （ 6）變頻器或 PLC 帶有 PID 調節(jié)器 為了改進控制系統(tǒng)的性能，通常采用 PID 調節(jié)器進行控制，確定積分環(huán)節(jié) I的長短，時間太短則加快系統(tǒng)動態(tài)響應，但是易產生振蕩，導致執(zhí)行器來回切換而損壞機械性能；時間太長，此時壓力如果變化 迅速，系統(tǒng)反應時間慢，會造成因輸出有偏差而破壞輸送管道。 （ 5）合理安排水泵運行的時間。所以為了保證水泵由工頻到變頻之間安全可靠的運行，避免變頻器輸出端與工頻電源出現(xiàn)短路狀況，控制水泵的兩臺接觸器觸點和 PLC 里面的觸點必須加以互鎖。電氣聯(lián)鎖是利用接觸器輔助觸點、繼電器觸點等控制線路鎖住對方電路。通常延時 2 至 3 秒時間即可。 （ 2）操作過電壓 操作過電壓現(xiàn)象的產生是由于故障跳閘引起的過電壓。反之，如果變頻器工作頻率下降，并且低于下限，壓力和規(guī)定值相比較大時，則停止 1泵的運行，系統(tǒng)又處在一個工頻運行一個變頻運行的狀態(tài)，如果變頻器工作頻率再次低于下限值，則停止 2泵的運行，這時僅僅有一臺水泵處于變頻運行狀態(tài)，而其他使泵都停止運行。 “一拖 N”系統(tǒng)控制要求 （ 1）多泵循環(huán)運行程序控制 假設系統(tǒng)為 “一拖三 ”的運行模式。 系統(tǒng)方案 目前，變頻恒壓供水系統(tǒng)已經普及在各住宅小區(qū)得到廣泛應用，主要采用兩種設計方案：單泵控制系統(tǒng)和多泵控制系統(tǒng)，即 “一拖一 ”和 “一拖 N”。當滿足用水量 Q 在 1／ 3QmaxQ2／ 3Qmax時，此時說明用戶的用水將大于 1泵所提供的用水量，此時 PLC 會發(fā)出指令， 1泵則轉為工頻運行狀態(tài)， 2泵會被軟啟動，因為用戶用水量的多少會發(fā)生變化，所以 2泵會受到可編 程控制器 CPU 的控制處于變頻運行狀態(tài)，用水量的多少會決定 2泵的運行轉速，所以最不利點所需的供水壓力得以保證。 運行特征 假設供水泵的臺數(shù)為四臺，供水系統(tǒng)運行時， PLC 作為整個系統(tǒng)的 “大腦 ”，支配 著變頻器運行，1泵被啟動，其轉速平滑地逐漸加快，處于變頻模式轉動。居民用水量無論是增加還是減少，系統(tǒng)的設定壓力也立即正向的增加或減少，我們稱之為變量恒壓供水，泵站出口的總壓力可以是連續(xù)并且可以調制的，但是最不利點的供水壓力不發(fā)生任何變化典型的自動恒壓供水系統(tǒng)的結構框圖如下圖所示： 自動恒壓供水系統(tǒng)的結構框圖 在出水總管 上配置流量傳感器和壓力傳感器，可以對總管中的水流量和壓力時刻進行記錄，對檢測到的流量和壓力等一些數(shù)據(jù)準換成電信