【正文】 水、各類自來水廠、油田、油庫、鍋爐定壓供熱和恒壓補(bǔ)水噴淋及消防等供水系統(tǒng)中，采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓增壓等設(shè)備，不但占地面積和設(shè)備投資大，維護(hù)困難，且不能滿足高層建筑、工業(yè)、消防等高水壓、大流量的快速供水需求。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定，在用水低谷時投入小流量泵，降低電能損耗。經(jīng)實踐證明該系統(tǒng)具有高度的可靠性和實時性，極大地提高了供水的質(zhì)量，并且節(jié)省了人力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。具體講述了系統(tǒng)的總體設(shè)計與軟件的實現(xiàn)，并對系統(tǒng)采取的可靠性措施進(jìn)行了說明。本論文分析變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過研究和比較，本論文采用變頻器和PLC實現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸，然后用數(shù)字PID對系統(tǒng)中的恒壓控制進(jìn)行設(shè)計?；赑LC與變頻器通信方式閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)基于PLC和變頻器串行通訊的變頻恒壓供水系統(tǒng)董小丹摘 要：隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢。最后對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)許多實際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運行效果和良好的節(jié)能效果。關(guān)鍵字：變頻調(diào)速；恒壓供水；PLC；監(jiān)控系統(tǒng) 引言介紹了一種基于PLC和變頻器采用串行總線方式通訊的變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。變頻器故障時仍能自動運行，保證不間斷供水，同時故障消除后能自啟動，實現(xiàn)無人值守全自動運行。另一方面，由于供水量的隨機(jī)性，采用傳統(tǒng)方法難以保證供水的實時性，且水泵的選取往往是按最大供水量來確定，而高峰用水時間較短，這樣水泵在很長一段時間內(nèi)有較大余量，不僅水泵效率低，供水壓力不穩(wěn)，而且造成大量電力浪費。一、系統(tǒng)介紹 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)由PLC控制器、觸摸屏顯示器、變頻調(diào)速器、壓力變送器、水位變送器、交流接觸器等其它電控設(shè)備以及3臺水泵（水泵數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置）和一臺小流量泵等構(gòu)成，如圖1所示。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實際供水壓力和設(shè)定供水壓力和各泵的工作狀態(tài)等信息；可以通過觸摸屏在線修改設(shè)定供水壓力和控制水泵的運行。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。在實際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點:(一)、供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。(二)、用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。(四)、在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運行)是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。(七)、用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。 如用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。 對于居民生活供水或其它用水時段性較強(qiáng)的供水系統(tǒng)，可設(shè)置一臺小流量水泵。若系統(tǒng)中設(shè)置一臺5KW左右的小流量水泵，為了維持出水壓力，由小流量水泵變頻工作，不僅電動機(jī)工作在較高頻率，而且消耗的電能也很小。 在自動供水的過程中，PLC實時檢測水池水位，若水位低于設(shè)定的報警水位時，蜂鳴器發(fā)出缺水報警信號；若水位低于設(shè)定的停機(jī)水位時，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機(jī)報警信號；若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時，自動關(guān)斷水池給水管電動閥門。在電源恢復(fù)后，PLC會發(fā)出指令，蜂鳴器發(fā)出警告，然后按自動運行方式變頻啟動1泵，直到穩(wěn)定地運行在給定水壓值。 變頻故障從冗余設(shè)計原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。此時，PLC切換泵則根據(jù)實際水壓的變化在工頻泵間切換。條件許可時可以添加MODEM模塊，在變頻器、電動機(jī)發(fā)生故障時能通過遠(yuǎn)程通信口撥叫值班人員電話，通知有關(guān)人員前來維修。 ㈠.可編程控制器簡介PLC可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來的，當(dāng)時稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC。繼電器是一種用弱電信號控制強(qiáng)電信號的電磁開關(guān)，但在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應(yīng)于工藝要求發(fā)生變化的場合?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入/輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖可編程邏輯控制器，采用的是計算機(jī)的設(shè)計思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運算。現(xiàn)在的PLC已不只是開關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。事實上與所有的器件一樣，PLC本身也有其局限性，它無法向操作者顯示動態(tài)的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，無法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉(zhuǎn)化，尤其是當(dāng)系統(tǒng)工藝改變時，無法方便、快速地改變相關(guān)參數(shù)、配方。 PLC的特點現(xiàn)代可編程控制器不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)學(xué)處理、運動控制、模擬量PID控制、通信網(wǎng)絡(luò)等功能。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優(yōu)點：⑴、編程方法簡單易學(xué)⑵、功能強(qiáng)，性能價格比高⑶、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)⑷、無觸點免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)⑸、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少⑹、維修工作量小，維修方便 ⑺、體積小，能耗低。PLC在I/O處理方面必須遵守的規(guī)則如下：⑴、輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板在上一個刷新時間的狀態(tài)；⑵、程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需軟元件的狀態(tài)；⑶、輸出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中）的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。 PLC的選型水泵MM2，M3可變頻運行，也可工頻運行，需PLC的6個輸出點，變頻器的運行與關(guān)斷由PLC的1個輸出點，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個輸出信號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數(shù)量一共9個。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點數(shù)量共為24個點。PLC的接線 PLC的接線圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號㈡、變頻器變頻器的構(gòu)成通常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO作逆變元件）給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源。而控制指令則根據(jù)外部的運轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運算獲得。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產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。①整流器最近大量使用的是二極管的交流器，它把工頻電源變換為直流電源。為了抑制電壓波動，采用電感和電壓吸收脈動電壓（電流）。②逆變器同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù)PWM控制信號使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。制動回路異步電動機(jī)在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。 典型的電壓型逆變器一例⑵.控制電路給異步電動機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。，僅以控制電路A部分構(gòu)成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。①控制電路主要包括：它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。速度檢測電路以裝在異步電動機(jī)軸上的速度檢測器（TG、PLG