第一篇：2006psLW004059基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

[摘 要 ] 介紹了一種替代水塔供水的基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。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)速或加、減泵。改變以往“先啟后停”方式，自動完成泵組軟啟動及無沖擊切換，使水壓平穩(wěn)過渡。變頻器故障時系統(tǒng)仍可運行，保證不間斷供水。系統(tǒng)斷電恢復(fù)后可自啟動。采用硬件/軟件備用及鐘控功能，使各泵進(jìn)行輪休，延長了設(shè)備的機(jī)械使用壽命。

0 引言

隨著變頻調(diào)速技術(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)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實踐中，往往會出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，同時有效的節(jié)省了資金。系統(tǒng)介紹

變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖1所示，它主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。

通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

同時系統(tǒng)配備的時間控制器和PID控制器，使其具有定時換泵運行功能（即鐘控功能，由時間控制器實現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（PID控制器和時間控制器實現(xiàn)）。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。

正常情況（無泵檢修）時，各泵的運行順序為1#，2#，3#，4#。工作原理 2.1 運行方式

該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式： ⑴.手動運行

按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。

⑵.自動運行

合上自動開關(guān)后，1#泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，啟2#變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

若有電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)運行，然后按自動運行方式啟動1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。

變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。

2.2 故障處理 2.2.1 故障報警

當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報警信號；特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時，系統(tǒng)還會自動停機(jī)，并發(fā)出聲響報警信號，通知維修人員前來維修。此外，變頻器故障時，系統(tǒng)自動停機(jī)，此時可切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水。2.2.2 水泵檢修

為維護(hù)和檢修水泵，要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下，在一段時間間隔內(nèi)使某一臺水泵停運，系統(tǒng)設(shè)有水泵強制備用功能（硬件備用），可隨意備用某一臺水泵，同時不影響系統(tǒng)正常運行；為了使水泵進(jìn)行輪休，系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能（鐘控功能，由時間控制器實現(xiàn)），工作泵與備用N泵具有周期定時切換功能，周期間隔由時間控制器設(shè)定：1小時每次～96小時每次連續(xù)可調(diào)。PLC控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用的是歐姆龍可編程序控制器SYSMAC CPM2A系列，I/O點數(shù)為60點，PLC編程采用OMRON CX-Programmer，它是Omron PLC的32位視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個系統(tǒng)的性價比，該系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機(jī)的啟停、定時切換、軟起動、循環(huán)變頻及故障的報警等，而電機(jī)轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由PID調(diào)節(jié)器和變頻器來控制。

泵組的切換示意圖如圖2。開始時，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時有效時硬件優(yōu)先），1#泵變頻啟動，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時水壓還在下限值，延時一段時間（避免由于干擾而引起誤動作）后，1#泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2#泵變頻啟動，如

水壓仍不滿足，則依次啟動3#、4#泵，泵的切換過程同上；若開始時1#泵備用，則直接啟2#變頻，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時水壓還在下限值，延時一段時間后，2#泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，3#泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則啟動4#泵，泵的切換過程同上；若1#、2#泵都備用，則直接啟3#變頻，具體泵的切換過程與上述類同。

同樣，若3臺泵（假設(shè)為1#、2#和3#）運行時，3#泵變頻運行降到0Hz，此時水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1#泵停止，變頻器頻率從0Hz迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使2#泵停止。這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時間停水的情況發(fā)生。

以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟

停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中，直接停工頻泵，同時由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。注意事項

要使系統(tǒng)穩(wěn)定的運行，有幾個參數(shù)需特別注意： ⑴.變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間TMC

設(shè)置TMC是為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)TMC必須盡可能的小。⑵.上下限頻率持續(xù)時間TH和TL

變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻器運行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量的變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作；兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。結(jié)束語

在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運行的狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水；減泵時采用“先啟先停”的切換方式，相對于“先啟后停”方式，更能確保各泵使用平均以延長設(shè)備的使用壽命；同時針對所用四臺泵均已使用多年、需要定期進(jìn)行檢修的實際情況，增加了硬件/軟件備用功能，有效延長了設(shè)備的使用壽命；壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定，大大提高了供水品質(zhì)；變頻器故障后仍能保障不間斷供水，同時實現(xiàn)故障消除后自啟動，具有一定的先進(jìn)性。目前該系統(tǒng)已投入使用，效果明顯。

參考文獻(xiàn) OMRON可編程序控制器CPM2A操作手冊。OMRON可編程序控制器CPM1/CPM1A/CPM2A/CPM2C/SRM1（-V2）編程手冊。

第二篇：基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書

指導(dǎo)老師 ；

張繼濤

基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 引言

在供水系統(tǒng)中，恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。本文采用計算機(jī)(PC)、可編程控制器(PLC)、變頻器組成變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)，通過變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水、滿足節(jié)能降耗的要求，而且有利于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化及遠(yuǎn)程監(jiān)測。用水量變化具有隨機(jī)性，用水高峰時水壓不足，低谷時又造成能量浪費。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)公共管網(wǎng)的壓力變化，通過PLC和變頻器自動調(diào)節(jié)水泵的增減、水泵電機(jī)的運行方式及電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水，既防止了能量空耗，又避免出現(xiàn)電機(jī)啟動時沖擊電流對設(shè)備的影響。工作原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動兩臺大功率電動機(jī)，可在變頻和工頻兩種方式下運行;一臺低功率的電機(jī)，作為輔助泵電機(jī)

啟動方式:為避免啟動時的沖擊電流，電機(jī)采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復(fù)位。

變頻調(diào)速:根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。如設(shè)備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發(fā)出指令1號泵自動切換到工頻電源運行，待1號泵完全退出變頻運行，對變頻器復(fù)位后，2號泵投入變頻運行。

多泵切換:根據(jù)恒壓的需要，采取無主次切換，即“先開先停”的原則接入和退出。在PLC的程序中，通過設(shè)置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數(shù)，由給定頻率是否達(dá)到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運行超過3小時。當(dāng)工頻泵臺數(shù)為零，有一臺運行于變頻狀態(tài)時，啟動計時器，當(dāng)達(dá)到3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當(dāng)有泵運行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動時，計時器停止計時并清零。

故障處理:能對水位下限，變頻器、PLC故障等報警。PLC故障，系統(tǒng)從自動轉(zhuǎn)入手動方式。PLC控制電路

系統(tǒng)采用S7-200PLC作下位機(jī)。S7-200PLC硬件系統(tǒng)包含一定數(shù)量的輸入/輸出(I/O)點，同時還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能模塊。輸入點為6個，其中水位上、下限信號分別為I0.0、I0.1。輸出點為10個，O0.0-O1.0對應(yīng)PLC的輸出端子。對變頻器的復(fù)位是由輸出點O1.0通過一個中間繼電器KA的觸點來實現(xiàn)的。根據(jù)控制系統(tǒng)I/O點及地址分配可知，系統(tǒng)共有5個開關(guān)量輸入點，9個開關(guān)量輸出點;1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點。可以選用CPU224PLC(14DI/10DO)，再擴(kuò)展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AO)。PLC通信程序

S7-200PLC硬件功能完善，指令系統(tǒng)豐富。可為用戶提供多種通訊方式:PPI方式，MPI方式，自由通訊口方式等。應(yīng)用自由通訊口方式，使S7-200PLC可以與任何通信協(xié)議已知，具有串口通訊的智能設(shè)備和控制器(如打印機(jī)、變頻器、上位PC機(jī)等)進(jìn)行通信，也可以用于兩個CPU之間簡單的數(shù)據(jù)交換。該通信方式使可通信的范圍大大增大，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。

采用PLC自由通訊口方案，PLC工作于從站，PC處于主站模式，PLC從站只響應(yīng)來自主站的申請。主站向PLC從站發(fā)送指令格式的報文，讀指令00為向從站PLC申請產(chǎn)生于PLC的數(shù)據(jù)，讀取水壓，頻率，變頻泵號，工頻臺數(shù)，輔助泵狀態(tài)等數(shù)據(jù);寫指令01為向PLC傳送產(chǎn)生于主站的數(shù)據(jù)，包括壓力設(shè)定值和控制器輸出值。在自由口通信模式下，通信協(xié)議完全由用戶程序控制。通過設(shè)定特殊存儲字節(jié)SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允許自由口模式，用戶程序可以通過使用發(fā)送中斷、接收中斷、發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)對通信口操作。

馬勇 2010-4-27

第1章 緒論

目錄

1.1 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義 1.2 恒壓供水的特點

1.2.1 恒壓供水方式討論 1.2.2 恒壓供水的實現(xiàn)

1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況

1.3.1 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍 1.3.3 變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

第2章 變頻調(diào)速恒壓供水分析

2.1 變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹

2.2 調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建 2.2.1 調(diào)速原理

2.2.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計算方法

2.2.3 變頻恒壓供水頻率變化分析

2.3 節(jié)能分析

2.3.1 水泵的基本參數(shù)和特性 2.3.2 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理

第3章 恒壓供水系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概述

3.2 控制系統(tǒng)的組成

3.2.1 供水系統(tǒng)的組成 3.2.2 系統(tǒng)功能說明

3.3 恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理 3.3.1 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 3.3.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成

3.4 變頻器

3.4.1 變頻器輸入輸出接口 3.4.2 變頻器外圍設(shè)備的選擇及保養(yǎng)

3.5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點

第4章 可編程控制器PLC

4.1 的定義

4.2 的發(fā)展階段及發(fā)展方向 4.3 的特點與應(yīng)用領(lǐng)域

4.3.1 可編程序控制器的特點

4.3.2 可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較 4.3.3 可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域

4.3.4 在現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)應(yīng)用中所面臨的問題

4.4 我國常用 的性能比較研究

4.4.1 的一般結(jié)構(gòu) 4.4.2 基本工作原理

4.5 我國常用 的性能特點

4.5.1 SIMATIC S7系列

4.5.2 S7-200系列可編程序控制器 4.5.3 控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容 4.5.4 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 4.5.5 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

4.6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.6.1 軟件設(shè)計概述 4.6.2 軟件設(shè)計

4.6.3 程序設(shè)計的常用方法 4.6.4 程序設(shè)計步驟

第5章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

5.1 概述

5.2 輸入輸出 分配

5.2.1 輸入口 5.2.2 輸出口 5.2.3 輔助觸點

5.3 控制系統(tǒng)功能介紹

5.4 恒壓供水系統(tǒng)的流程圖 5.5 控制系統(tǒng)的可靠性及應(yīng)用程序設(shè)計

5.5.1 程序的優(yōu)化設(shè)計 5.5.2 應(yīng)用程序的設(shè)計

5.5.3 故障檢測程序的設(shè)計

第6章 系統(tǒng)調(diào)試

6.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定

6.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試

參考文獻(xiàn)··········································

附錄··········································

第一章

緒論

水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動機(jī)帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機(jī)泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機(jī)泵的效率、確保供水機(jī)泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能 耗，將具有重要經(jīng)濟(jì)意義。

我國供水機(jī)泵的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，有一定的差距。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提 高。衡量供水質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工 業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當(dāng)發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不 能迅速滅火，會造成更大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡.但是用戶用水量是經(jīng)常變動的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上: 用水多而供水少，則供水壓力低;用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的 水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機(jī)運行的安全可靠性。

對于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運行費用太高，供水 成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機(jī)泵設(shè)計按最大揚程與最大流 量這一最不利條件設(shè)計，水泵大多數(shù)時間在設(shè)計效率以下運行。導(dǎo)致電動機(jī)與水 泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題(如圖 1.1)。因此，如何解決供水與能耗之間的 不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點問題 之一。

變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動控制技 術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行.變頻恒水壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采 用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的 集中管理與監(jiān)控;同時可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設(shè)計基于PLC變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水，如圖1.2)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。

1.1PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義

我國長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一 直比較落后，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于 需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象;而在用水低峰期，水的供給量常常高于 需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時會造成能量的浪費，同時還有可能 造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電。

機(jī)控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命;后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

1.2恒壓供水的特點

恒壓供水是指用戶段不管用水量大小，總保持管網(wǎng)水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對水的需求，又不使電動機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費。而變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程特點； 1.2.1 恒壓供水方式討論

泵組的切換開始時，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時有效時硬件優(yōu)先），1＃泵變頻啟動，轉(zhuǎn)速從 開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)，而此時水壓還在下限值，延時一段時間（由 內(nèi)部時間繼電器控制，目的是避免由于干擾而引起誤動作）后，1＃泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由 滑停至，2＃泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則依次啟動3＃、4＃泵；若開始時1＃泵備用，則直接啟2＃變頻，轉(zhuǎn)速從０開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)，而此時水壓還在下限值，延時一段時間后，2＃泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由 滑停至，3＃泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則啟動4＃泵；若1＃、2＃泵都備用，則直接啟3＃變頻，具體泵的切換過程與上述類同。1.2.2 恒壓供水的實現(xiàn)

同樣，如水壓在上限值，若３臺泵（假設(shè)為1＃、2＃和3＃）運行時，3＃泵變頻運行降到，此時水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1＃泵停止，3＃泵變頻器頻率從 迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使2＃泵停止。這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式，理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而我們這次的設(shè)計的系統(tǒng)中，要求直接停工頻泵，同時由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象，提高供水品質(zhì)。

1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況

1.3.1

國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀

變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒 壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進(jìn)。國外變頻供水系統(tǒng)在設(shè)計時主 要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式 更靈活。此方式的缺點必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，因而投資成本高。國外生產(chǎn)的變頻器，特別是供水廠用變頻器，相對于國產(chǎn)變頻器而言，價格明顯偏高，維護(hù)成本也高于國內(nèi)產(chǎn)品。

1.3.2

變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用范圍

變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)

這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓 站，特點是變頻控制的電機(jī)功率小，一般在135kw以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這

一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式.如希望集團(tuán)(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專用變頻器(5.sk認(rèn)嘆22kw)。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)

這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機(jī)功率在135kV沐320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為ZOOV或380V。受中小水廠

規(guī)模和經(jīng)濟(jì)條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)

這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于

犯OKW)、機(jī)組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較

高，多數(shù)采用了國外進(jìn)口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器 在本文中，研究和設(shè)計的變頻器是以第二種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。

目前國內(nèi)，除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)恒壓供水變頻系統(tǒng)均聲稱只要改變 容量就可以通用于各種供水范圍，但在實際運用中，不同供水環(huán)境對變頻器的要 求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實現(xiàn)通用。以中小水廠供水 環(huán)境來說，由于其包括了自來水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見小區(qū) 和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(如水質(zhì)信號停機(jī)管理)也多于小 區(qū)供水系統(tǒng)，所以在部分條件復(fù)雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并 不能完全滿足實踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認(rèn)識到這一情況，并針對實際情況對 變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進(jìn)和完善.1.3.3變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡單化方向發(fā)展

目前國內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要 采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的 優(yōu)勢占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國 產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善r仆網(wǎng)

第二章

變頻調(diào)速恒壓供水分析

2.1變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹

變頻恒壓供水所用水泵主要是離心泵，而普通離心泵如圖2.1所示:葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機(jī)直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8排出管9連接。

在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣 并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐 漸擴(kuò)大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由 于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。可見，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。

2.2 調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建

水泵的調(diào)速運行構(gòu)建，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的需要，人為的改變運行工作狀況點(簡稱工況點)的位置，使流量、揚程、軸功率等運行參數(shù)適應(yīng)新的工作狀況的需要。水泵的工況點是由水泵的性能曲線和管網(wǎng)的特性曲線的交點確定的。因此，只要這兩條曲線之一的形狀或位置有了改變，工況點的位置也就隨之改變。所以，水泵的調(diào)節(jié)從原理上講是通過改變水泵的性能曲線或管網(wǎng)特性曲線或二者同時改變來實現(xiàn)的。

水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度 的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡便 易行，但往往造成很大的能量損失。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運行中需要進(jìn) 行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因 此，研究并改進(jìn)它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關(guān)鍵所在[l0]41氣

水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。詳細(xì)劃分如下:

目前常見的調(diào)節(jié)方法有節(jié)流調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)、改變泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié)、液力 禍合器調(diào)節(jié)、繞線式異步電動機(jī)的串極調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等

2.2.1 調(diào)速原理

水泵的恒速調(diào)節(jié)主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)、改變泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié)三種.(1)節(jié)流調(diào)節(jié)

節(jié)流調(diào)節(jié)是在水泵的出口或進(jìn)口管路上裝設(shè)閥門或擋板，通過改變閥門或擋板的開度，使裝置需要揚程曲線發(fā)生變化，從而導(dǎo)致水泵工作點位置的變化。

節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)點是調(diào)節(jié)簡單、可靠、方便，且調(diào)節(jié)裝置的初投資很少，故以前各種離心泵多采用這種調(diào)節(jié)方式。缺點是能量損失很大，目前正逐漸被其它調(diào)節(jié)方式所取代。

(2)動葉調(diào)節(jié)

采用動葉調(diào)節(jié)的水泵，在泵的輪毅內(nèi)部安裝動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而使動葉調(diào)節(jié)得以實現(xiàn)。對于大型的泵，可以采用液壓傳動調(diào)節(jié).動葉調(diào)節(jié)的優(yōu)點是:在調(diào)節(jié)過程中其效率變化很小，能在較大范圍保持高效率。缺點是:動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，控制自動化程度低;成本高，通常適用大容量水泵，對中小供水廠的水泵通常不適用。

(3)改變機(jī)泵運行臺數(shù)調(diào)節(jié)

改變機(jī)泵運行臺數(shù)調(diào)節(jié)是根據(jù)不同的流量要求，采用不同數(shù)量和型號的機(jī)泵進(jìn)行并聯(lián)運行，來滿足供水量要求.優(yōu)點是:它不改變電機(jī)和水泵的電氣及機(jī)械結(jié)構(gòu)，在水泵臺數(shù)眾多、搭配合理的情況下，可以達(dá)到較好的調(diào)節(jié)效果。缺點是:不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)、需要大量的機(jī)泵進(jìn)行合理搭配、隨著供水量的變化要不斷啟停電機(jī);電能損失較大。因此，目前此種方法雖大量使用，但正逐步被新的流量調(diào)節(jié)方式取代。

從恒速調(diào)節(jié)的分析可以看出，由于恒速調(diào)節(jié)要不結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要不能量損失很大，因此，正逐步被變速調(diào)節(jié)所取代.這里所指的速度是水泵的轉(zhuǎn)速.水泵的變速調(diào)節(jié)可分為變速傳動裝置調(diào)節(jié)和變電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

(1)變速傳動裝置

定速電動機(jī)驅(qū)動的水泵可以通過傳動裝置來實現(xiàn)變速調(diào)節(jié)。變速傳動裝置按其工作特性可分為兩類。一類是有級變速裝置，如齒輪變速等;另一類是無級變速裝置，主要有液力禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器等。液力禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器及電磁轉(zhuǎn)差離合器在傳動變速時具有一個共同的特點:傳動裝置產(chǎn)生的傳動損失在其所傳遞功率中所占的比例與水泵的轉(zhuǎn)速變化的大小成正比，轉(zhuǎn)速變化越大，傳動損失所占的比例也越大，因此，這類變速調(diào)節(jié)方式也被稱為低效變速調(diào)節(jié)方式。

1)液力禍合器

水泵通過液力禍合器實現(xiàn)變速調(diào)節(jié)，從液力藕合器的特性來看，其調(diào)節(jié)效率等于轉(zhuǎn)速比，故當(dāng)調(diào)節(jié)量越大，其轉(zhuǎn)速比越低，傳動效率也越低。

調(diào)速型液力禍合器用于葉片式水泵的變速調(diào)節(jié)時，主要具有以下優(yōu)點:可以輸出連續(xù)的、無級的、變化的轉(zhuǎn)速;可以平穩(wěn)的啟動、加速;電動機(jī)能空載或輕載啟動，降低啟動電流，節(jié)約電能;液力禍合器是無級調(diào)速，故便于實現(xiàn)自動控制，適用于各伺服系統(tǒng)控制:與閥門節(jié)流調(diào)節(jié)相比較，節(jié)能效果顯著。

液力禍合器的缺點:在電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速較低的場合，要求同樣的轉(zhuǎn)矩而采用較小的轉(zhuǎn)速時，液力禍合器的工作腔直徑將加大，這不但增加了造價，而且還會使禍合器調(diào)速的延遲時間增加;大功率的液力禍合器設(shè)備復(fù)雜;在運轉(zhuǎn)中隨著負(fù)載的變化，轉(zhuǎn)速比也相應(yīng)變化，因此不可能有精確的轉(zhuǎn)速比:液力禍合器一旦產(chǎn)生故障，水泵也不能繼續(xù)工作。

2)電磁轉(zhuǎn)差離合器

電磁轉(zhuǎn)差離合器又稱電磁離合器、渦流聯(lián)軸器等。電磁調(diào)速電動機(jī)的主要優(yōu)點是:可靠性高，只要把絕緣處理好，就能長期無檢修運行;控制裝置的容量小;結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，價格便宜。

電磁調(diào)速電動機(jī)的缺點是:存在轉(zhuǎn)差損失，尤其是對凡較低的電磁調(diào)速電動機(jī)，運行經(jīng)濟(jì)性較低;調(diào)速時響應(yīng)時間較長:噪聲較大。

(2)變電動機(jī)轉(zhuǎn)速

由電機(jī)學(xué)得知，交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n，與電源頻率fl、極對數(shù)p之間的關(guān)系式為: 由式2.4可以看出，要實現(xiàn)交流電動機(jī)的調(diào)速，可以通過改變磁極對數(shù)p和改變電源頻率fl實現(xiàn)，下面就兩種變速調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較1161一即氣1)異步電動機(jī)的變極調(diào)速

變極調(diào)速原理:異步電動機(jī)在正常運行時，通常其轉(zhuǎn)差率5很小，則由式2.4知，在電源頻率fl不變的情況下，改變電動機(jī)繞組的極對數(shù)，就可改變同步轉(zhuǎn)速n: 從而改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速no 變極調(diào)速的主要優(yōu)點是:調(diào)速效率高，僅是因在設(shè)計變極電動機(jī)時要兼顧不同轉(zhuǎn)速時的性能指標(biāo)，與普通的全速電動機(jī)相比較，其效率和功率因數(shù)要稍低一些:調(diào)速控制設(shè)備簡單，僅用轉(zhuǎn)換開關(guān)或接觸器;初投資低，特別是中小型變極電動機(jī)價錢和定速電動機(jī)相差不是很大:維護(hù)方便，除軸承外，不需要特別的維修，可靠性較高，在相當(dāng)惡劣的環(huán)境下可使用。

變極調(diào)速的主要缺點是:有級調(diào)速，不能進(jìn)行連續(xù)調(diào)速。此外，變極電動機(jī)在變速時電力必須瞬間中斷，不能進(jìn)行熱態(tài)變換，因此在變速時電動機(jī)有電流沖擊現(xiàn)象發(fā)生.高壓電動機(jī)若需進(jìn)行頻繁地切換變速時，則其切換裝置的安全可靠性尚需進(jìn)一步完善提高。因此，變極調(diào)速目前應(yīng)用較少。

2)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速

由式2.4可知，極對數(shù)p一定的異步電動機(jī)，在轉(zhuǎn)差率變化不大時，轉(zhuǎn)速基本上與電源頻率成正比。因此，只要能設(shè)法改變fl.即可改變n。基于這個原理，變頻調(diào)速就是用晶閘管等變流元件組成的變頻器作為變頻電源，通過改變電源頻率的辦法，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。圖2.2為變頻調(diào)速系統(tǒng)的示意圖。

在對變速傳動裝置和變電動機(jī)調(diào)節(jié)方式進(jìn)行比較時，我們以兩者的代表，也是目前運用最廣的兩種變速方式:液力禍合器調(diào)速和變頻器調(diào)速進(jìn)行對比，如表21，從中可以看出，采用變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，具有較大的優(yōu)勢。

2.2.3調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計算方法 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。因此，要討論節(jié)能問題，必須從 考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對水壓流量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實現(xiàn)壓力或流量的自動控制，同時可獲得大量節(jié)能。閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設(shè)施及閥門調(diào)節(jié)。(l)閥門控制法:即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變(通常為額定轉(zhuǎn)速)。閥門控制法的實質(zhì)是:水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強行改變流量，以適應(yīng)用戶對流量的要求。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚程特性不變。

如圖24所示，設(shè)用戶所需流量為Ox為額定流量的印喊即Ox=60%QN)，當(dāng)通過關(guān)小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點移至E點，這時: 流量減小為Q以=Ox);揚程增加為H。;由式(26)知，供水功率Pa與面積。DEJ成正比，其中Cp為比例常數(shù)，Q為流量。

恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的。據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對值

(1)水泵工作效率的近似計算公式 丫的近似計算公式如(2.17): 流量和轉(zhuǎn)速的相對值:

(2)不同控制方式時的工作效率 由式(2.1刀可知，當(dāng)通過關(guān)小閥門來減小流量時，由于轉(zhuǎn)速不變，n’=1，比值，可見，隨著流量的減小，水泵工作的效率降低十分明顯。

在轉(zhuǎn)速控制方式時，由于在閥門開度不變的情況下，流量Q*和轉(zhuǎn)速n’是成正比的，比值Q’/n’不變。就是說，采用轉(zhuǎn)速控制方式時，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。

所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門控制方式相比，水泵的工作效率要大得多.這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的方面之一121沖3].從電動機(jī)的效率看節(jié)能

在設(shè)計供水系統(tǒng)時，由于:(1)對用戶的管路情況無法預(yù)測:(2)管阻特性難 以精確計算:(3)必須對用戶的需求留有足夠的余地。因此，在決定額定揚程和額定流量時，通常裕量較大。

所以，在實際的運行過程中，即使在用水流量的高峰期，電動機(jī)也常常處于輕載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。采用了轉(zhuǎn)速控制方式后，可將排水閥完全打開而適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。由于電動機(jī)在低頻運行時，變頻器具有能夠根據(jù)負(fù)載輕重調(diào)整輸入電壓的功能，從而提高了電動機(jī)的工作效率。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的另外一個方面1川4311.圖 2.5“兩種常見調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和常見變頻器的效率一轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低(例如: 額定轉(zhuǎn)速時效率0.95，75%轉(zhuǎn)速時效率約0.72，20%轉(zhuǎn)速時效率約019)，而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高(例如:額定轉(zhuǎn)速時效率住97，了5%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.95，20%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.9)。

從曲線數(shù)據(jù)看，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時，液力偶合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特性比液力禍合器要好。當(dāng)然，有一點我們應(yīng)該看到，就是用于水泵(風(fēng)機(jī))類負(fù)載時，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動機(jī)綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節(jié)能作用。

2.2.3 變頻恒壓供水頻率變化分析

由于變頻恒壓供水基本上都采用了變頻啟動，啟動頻率低，啟動電流小，因 此，除了對供水機(jī)泵和供水管網(wǎng)有保護(hù)作用，對供水電機(jī)和電網(wǎng)也有良好的保護(hù)作用。供水系統(tǒng)電機(jī)直接啟動與變頻啟動的對比表如表2.2所示。

2.3 節(jié)能分析

恒壓供水系統(tǒng)的基本特性。根據(jù)揚程特性曲線和管阻特性曲線可以看 出用水流量和供水流量處于平衡狀態(tài)時系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速是由于水泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式節(jié)能效果顯著.最后從理論上分析了采取變頻恒壓供水方式對供水安全積極作用:可以消除水錘效應(yīng)，減少電機(jī)電網(wǎng)沖擊，延長系統(tǒng)的運行壽命。

2.3.1 水泵的基本參數(shù)和特性

在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，供水壓力是通過對變頻器輸出頻率的控制來實現(xiàn)的。

確定供水壓力和輸出頻率的關(guān)系是設(shè)計控制環(huán)節(jié)控制策略的基礎(chǔ)，是確定控制算法的依據(jù)。送水泵站所采用的水泵是離心泵，它是通過裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)來完成對水流的輸送，也就是通過葉輪高速旋轉(zhuǎn)帶動水流高速旋轉(zhuǎn)，靠水流產(chǎn)生的離心力將水流甩出去。離心泵也因此而得名。在給水排水工程中，從使用水泵的角度來看，水泵的工作必然要和管路系統(tǒng)以及許多外界條件聯(lián)系在一起.在給水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系統(tǒng)稱為 “裝置”，在控制系統(tǒng)的設(shè)計中，真正對系統(tǒng)的分析和設(shè)計有價值的也是這種成為系統(tǒng)的裝置，而不是單單的孤立水泵。在水泵結(jié)構(gòu)和理論中，有一些評價水泵性能的參數(shù)，供水系統(tǒng)的主要參數(shù)如下:流量(Q):單位時間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水流量，在管道截面不變的情況下，其大小決定于水流的速度。常用單位是時/m訪。

供水系統(tǒng)把水從一個位置上揚到另一位置時水位的變化量，數(shù)值上等于對應(yīng)的水位差。其常用單位是m。軸功率(幾):水泵軸上的輸入功率(電動機(jī)的輸出功率)，或者說是水泵取用的功率。

供水功率(幾):供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率幾你叨，供水功率與流量和揚程的乘積成正比:

式中Cp一 比例常數(shù)。

工作效率為，):水泵的供水功率Pc和軸功率界之比，如式2.6所示。這里所說的水泵工作效率，實際上包含了水泵本身的效率和供水系統(tǒng)的效率。其根據(jù)實際供水的揚程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。

其中有效功率是指單位時間內(nèi)通過水泵的液體從水泵那里得到的能量叫做有效功率。轉(zhuǎn)速(n卜水泵葉輪的轉(zhuǎn)動速度。

根據(jù)水泵理論，如圖2.3所示.2.3.2 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理

由于水泵在送水過程中，清水池水位一般高于水泵的測量點，所以不存在進(jìn)水口抽真空，所以在進(jìn)水口的真空值為0.水泵進(jìn)水口與出水口都沿水平方向放置，位置差為0。水泵在正常工作時，動能的變化相對較小。考慮這些具體情況，上式可以改寫為:

由于水泵是由一臺交流感應(yīng)電動機(jī)帶動運行的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與水泵的轉(zhuǎn)速相同。電機(jī)的輸出有效功率與水泵的軸功率相等。在電機(jī)理論中，感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械

功率為:

在變頻調(diào)速時，由于磁通中m不變，從電機(jī)公式(212)可以看出，要使主磁 通中m保持不變，則UI/fl必須保持不變。

因此在變頻調(diào)速過程中.電壓應(yīng)該與頻率成正比例變化，設(shè) 代入式(2.n)得

根據(jù)能量守恒定律，有

水泵裝置在變頻調(diào)速的工作狀態(tài)下運行時，有: 其中杯為電機(jī)的效率。所以，從上式可以看出，當(dāng)變頻器的輸出頻率一定的情況下，當(dāng)用戶用水量增大，從而Q增大時，壓力表的讀數(shù)將會變小，即管網(wǎng)供水壓力將會降低。為了保持供水壓力，就必須增大變頻器的輸出頻率以提高水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速;當(dāng)用戶的用水量減小時，Q減小，在變頻器輸出頻率不變的情況下，管網(wǎng)的供水壓力將會增大，為了減小供水的壓力，就必須降低變頻器的輸出頻率.由于用戶的用水量是始終在變化的，雖然在時段上具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，但對精度要求很高的恒壓控制來講，在每個時刻它都是一個隨機(jī)變化的值。這就要求變頻器的輸出頻率也要在一個動態(tài)的變化之中，依靠對頻率的調(diào)節(jié)來動態(tài)地控制管網(wǎng)的供水壓力，從而使管網(wǎng)中的壓力恒定。

第3章

恒壓供水系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概述

從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)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(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟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(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，有以下幾種方案可供選擇。

(1)有供水基板的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器

這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將Pm調(diào)節(jié)器和P比 可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC 和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)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(diào)試時，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。

(2)通用變頻器十單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機(jī)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(diào)整方便，具有較高的性能價格比，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(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。

(3)通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制卜人機(jī)界面+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定P比 的硬件配置和拍 的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于P比 的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。3.2 控制系統(tǒng)的組成

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(P比 系統(tǒng))、變頻 器和電控設(shè)備三個部分:(1)供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接 對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù) 信息進(jìn)行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和 接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵成行控制.(2)變頻器:它是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元.變頻器跟蹤供水控制器送來 的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)組中 水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有如下兩種工作方式: 1)變頻循環(huán)式:變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運行在50Hz 時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時，系統(tǒng)先將變頻器從該 水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機(jī)。

2)變頻固定式:變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運行50Hz 時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇。

3.2.1 供水系統(tǒng)的組成

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(P比 系統(tǒng))、變頻 器和電控設(shè)備三個部分組成。

3.3 恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理

恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺變頻器控制1臺水泵的簡單控 制方案，也有1臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面將分別加以敘述.(l)單臺變頻器控制單臺水泵

單臺變頻器控制單臺水泵的控制方案在國內(nèi)通常是指是一臺變頻器控制一臺水泵。由于全部變頻系統(tǒng)中，變頻器、控制器、電機(jī)均無備份設(shè)備，出現(xiàn)問題無法切換，故目前多適用于用水量不大，對供水的可靠性要求不高的場合。該控制方案的控制原理框圖見圖3.2，電路見圖3.3。

值得一提的是，在國外或國內(nèi)少數(shù)大企業(yè)，也有一種每臺變頻器只帶一 臺水泵的運行方式，但它的控制方式與上面是不同的，這些泵站往往是同時配備了多臺變頻器配多臺水泵，采用集中控制的辦法，這種變頻系統(tǒng)與國內(nèi)水泵站常用的一臺變頻器控制單臺水泵的工作方式是完全不一樣的。在這種系統(tǒng)中，由于有多臺變頻器，各水泵既可以同時變頻運行，也可以分別工頻運行，使其可靠性、安全性、可調(diào)節(jié)性大大優(yōu)于國內(nèi)常見的各種控制方式，不過在成本上，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國內(nèi)的常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)。(2)單臺變頻器控制多臺水泵

利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較先進(jìn)的一種方案。下面以單臺變頻器控制2臺水泵的方案來說明。該控制方案的控制原理見圖3.4。

3.2.2 系統(tǒng)功能說明

控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1一2一3一4一1的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號泵在變頻器控制下運行，2號泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當(dāng)用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動

3.3.1 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1一2一3一4一1的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號泵在變頻器控制下運行，2號泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當(dāng)用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動。2號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2.當(dāng)系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻

率時，表示只有 1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，可將 1號泵電機(jī)停運，2號泵電機(jī)仍由變頻器電源供電，這時，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。

當(dāng)用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動1號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4.當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動1號泵電機(jī)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。

當(dāng)控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設(shè)定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號泵電機(jī)停運，1號泵電機(jī)仍由變頻器供電，這時，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往復(fù)的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要。(3)單臺變頻器控制單臺水泵以及其他水泵

單臺變頻器控制單臺水泵以及其他水泵啟停的控制方案與控制方案2有許多相同之處，只是方案2中，變頻器可在水泵電機(jī)間輪換工作，而控制方案3則不同，變頻器只控制某1臺泵，不能去控制其它泵，其它泵工作在普通電源的控制下.下面以2臺泵中的1臺由變頻器供電，另外1臺由普通交流電源供電的恒壓供水系統(tǒng)來加以說明。

2臺水泵中，1臺是由變頻器供電的變速泵，另外 1臺為普通交流電壓供電的定速泵。當(dāng)系統(tǒng)用水量較小時，可以只用變頻器供電的變速泵，當(dāng)變頻器供電的頻率達(dá)到最大時，表明1臺水泵己不能滿足系統(tǒng)用水要求，此時需要啟動1臺定速泵，由1臺變速泵與1臺定速泵同時工作。當(dāng)系統(tǒng)用水量減小到使變頻器的輸出頻率低于某一設(shè)定值時，此時控制系統(tǒng)就將定速泵停運，只應(yīng)用變速泵工作。當(dāng)變頻器供電的頻率再次達(dá)到最大時，又表明1臺水泵已不能滿足系統(tǒng)用水要求。

此時又需要啟動1臺定速泵，由1臺變速泵與1臺定速泵同時工作，循環(huán)往復(fù)。這種控制方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便.但在整個供水過程中由變頻器供電的變速水泵總在工作，該水泵一旦出現(xiàn)故障將會影響整個系統(tǒng)的供水。

采用變頻恒壓供水，如果變頻器出現(xiàn)故障，應(yīng)及時報替，并使整個供水過程中由變頻器供電的水泵改又普通交流電壓供電，使水泵全速運行。為了應(yīng)付這種事情的發(fā)生，在選用水泵時就應(yīng)考慮到用水系統(tǒng)管網(wǎng)的承受壓力，選用流量揚程曲線平緩型的水泵，使管網(wǎng)能夠承受水泵全速運行時的全揚程水壓.當(dāng)由多臺水泵組成恒壓供水系統(tǒng)時，對于控制系統(tǒng)也有一定的要求，應(yīng)選用功能強大的控制器如Pm調(diào)節(jié)器及用可編程序控制器進(jìn)行控制。按照先啟動先停止，后啟動后停止的原則運行，使水泵能循環(huán)運行，通過可編程序控制器的編程，使各臺水泵的運行概率相同，避免出現(xiàn)某臺水泵經(jīng)常工作，而其他水泵經(jīng)常停歇，甚至受潮和生銹的情況I32H3slo

3.3.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成

從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)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(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟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(jù)進(jìn)行傳輸。

(2)通用變頻器十單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機(jī)界面+壓力傳感器;通過變頻恒壓供水系統(tǒng)我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)信 號檢測、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、通訊接口以及報警裝置等部分組成。如圖3.1.3.1供水泵系統(tǒng)組成

3.4 變頻器

變頻器是一種改變交流頻率的儀器。變頻器的電控設(shè)備它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成.用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換及就地集中等工作。3.4.1 變頻器輸入輸出接口

(1)有供水基板的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器(2)通用變頻器十單片機(jī)(3)通用變頻器+PLC 3.4.2 變頻器外圍設(shè)備的選擇及保養(yǎng)

在停機(jī)過程中，同樣可以通過對降速時間的預(yù)置來延長停機(jī)過程，使動態(tài)轉(zhuǎn) 矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應(yīng)。

此外，由于水泵平均轉(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因是(1)葉片承受的應(yīng)力大為減小。(2)軸承的磨損也大為減小。

(3)克服電動機(jī)的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。

3.5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點

這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將Pm調(diào)節(jié)器和P比 可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC 和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)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(diào)試時，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。

(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機(jī)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(diào)整方便，具有較高的性能價格比，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(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。

具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定P比 的硬件配置和拍 的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于P比 的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。

第四章

可編程控制器PLC

4.1 的定義

可編程控制器PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它可以采用可以編程的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并能通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于拓展其 功能的原則而設(shè)計。

4.2 的發(fā)展階段及發(fā)展方向

全世界幾乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一個品牌就要使用對應(yīng)的編程器。有多少種品牌的PLC，就要有多少種編程器。（國內(nèi)現(xiàn)在出了一些國產(chǎn)PLC，是仿制國外一些品牌PLC的，這些是可以使用被仿制品牌的編程器的。）

手提編程器價格昂貴，而且編程使用指令操作（不能用梯形圖），可讀性不高，非常不方便。

所以，做工程的人大多會使用電腦來對PLC編程。需要說明的是，使用電腦編程還需要有配套的程序下載連線。也是每個品牌都有專門線的（互不通用）。但是這種連線比起手持編程器來說，不知道便宜多少。

任何一款手提電腦都可以用來做PLC編程，前提是 1 支持串行通訊安裝相應(yīng)品牌PLC的編程軟件。

4.3 的特點與應(yīng)用領(lǐng)域

最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。

4.3.1

可編程序控制器的特點 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價格便宜的特點。

4.3.2

可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較

維修方便，可在現(xiàn)場修改程序；維修方便，最好是插件式；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機(jī)；在成本上可與繼電器控制競賽；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V/2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；在擴(kuò)展時，原有系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。

4.3.3

可編程序控制器的應(yīng)用領(lǐng)域

PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。例如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

4.3.4

在現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)應(yīng)用中所面臨的問題

全世界幾乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一個品牌就要使用對應(yīng)的編程器。有多少種品牌的PLC，就要有多少種編程器。（國內(nèi)現(xiàn)在出了一些國產(chǎn)PLC，是仿制國外一些品牌PLC的，這些是可以使用被仿制品牌的編程器的。）

手提編程器價格昂貴，而且編程使用指令操作（不能用梯形圖），可讀性不高，非常不方便。

所以，做工程的人大多會使用電腦來對PLC編程。需要說明的是，使用電腦編程還需要有配套的程序下載連線。也是每個品牌都有專門線的（互不通用）。但是這種連線比起手持編程器來說，不知道便宜多少。

4.4

我國常用的性能比較研究

目前我國主要使用和研究用松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺達(dá)，富士等。各個應(yīng)用PLC的廠家都會保護(hù)自己的程序不被別人抄寫，和設(shè)備廠家為了能控制使用和回收貨款.在程序內(nèi)設(shè)定一些參數(shù)進(jìn)行控制。各廠家都有各自的加密方式：三菱PLC的解密最簡單，其中以西門子S7-200CN的加密最復(fù)雜，只有拆機(jī)從芯片破解。

4.4.1 的一般結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。

CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。

CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。

在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。

CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。

I/O模塊

PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。

常用的I/O分類如下：

開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。

模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。

按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。

電源模塊

PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。

底板或機(jī)架

大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。

PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備

編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機(jī)（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。

人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機(jī)（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。

PLC的通信聯(lián)網(wǎng)

依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點說法。

PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。

4.4.2

基本工作原理

最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機(jī)（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。它采用可以編制的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

4.5

我國常用的性能特點

具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學(xué)易用、體積小，重量輕，價格便宜的特點。

4.5.1

SIMATIC S7系列

SIMATIC S7系列主要有S7—200、S7—300、S7--400、m7等。

4.5.2

S7-300系列可編程序控制器

S7--300周而復(fù)始地執(zhí)行應(yīng)用程序，控制一個任務(wù)或過程。利用STEP 7--Micro/WIN可以創(chuàng)建一個用戶程序并將它下載到S7--300中。STEP 7--Micro/WIN軟件中提供了多種工具和特性用于完成和調(diào)試應(yīng)用程序。

4.5.3

控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容

? EN/ENO的定義 EN（使能輸入）是LAD和FBD中盒的布爾輸入。要使盒指令執(zhí)行，必須使能流到達(dá)這個輸入。在STL中，指令沒有EN輸入，但是要想使STL指令執(zhí)行，堆棧頂部的邏輯值必須是“1”。

ENO（使能輸出）是LAD和FBD中盒的布爾輸出。如果盒的EN輸入有能流并且指令正確執(zhí)行，則ENO輸出會將能流傳遞給下一元素。如果指令的執(zhí)行出錯，則能流在出錯的盒指令處被中斷。

在STL中沒有使能輸出，但是STL指令象相關(guān)的有ENO輸出的LAD和FBD指令一樣，置位一個特殊的ENO位。這個位可以用AND ENO（AENO）指令訪問，并且可以產(chǎn)生與盒的ENO位相同的作用。

4.5.4

控制系統(tǒng)設(shè)計步驟

1．熟悉被控對象，制定控制方案 分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對象對 PLC控制系統(tǒng)的控制要求。

2．確定I／O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號指示燈等)由此確定PLC的I／O點數(shù)。

3．選擇PLC 選擇時主要包括PLC機(jī)型、容量、I／O模塊、電源的選擇。

4．分配PLC的I／O地址

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號列出輸入／輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對照表，以便繪制PLC外部I／O接線圖和編制程序。

5．設(shè)計軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計，進(jìn)行控制柜（臺）等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工。由于程序與硬件設(shè)計可同時進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計。

6．聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。開始時，先不帶上輸出設(shè)備（接觸器線圈、信號指示燈等負(fù)載）進(jìn)行調(diào)試。利用編程器的監(jiān)控功能，采分段調(diào)試的方法進(jìn)行。各部分都調(diào)試正常后，再帶上實際負(fù)載運行。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部分程序即可，全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改則應(yīng)將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。

7．整理技術(shù)文件 包括設(shè)計說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細(xì)表及使用說明書等。4.5.5

控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由6臺水泵、17個遠(yuǎn)程I／O分站、1個控制柜(包括變頻器、PLC、4個16點DI模塊、2個16點DO模塊、3個8點AI模塊、1個8點AO模塊和1個以太網(wǎng)模塊等)、1套壓力傳感器、各種保護(hù)裝置以及供電主回路等構(gòu)成。其中，PI。C模塊和變頻器模塊是系統(tǒng)的控制核心。

4.6

控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

根據(jù)功能要求, PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案主要采用順序控制繼電器指令,軟件設(shè)計主要包括加速、恒速、減速三段梯形圖。其中主程序流程圖如圖6所示,加速部分流程圖如圖7所示;恒速部分采用P ID算法,減速部分與加速部分類似。

4.6.1 軟件設(shè)計概述

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用環(huán)型拓?fù)湫褪剑傮w結(jié)構(gòu)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，分別為調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)、1 000 M工業(yè)以太網(wǎng)及接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)由主干千兆光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、調(diào)度指揮控制中心骨干路由網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)以及連接用光纖、光配等組成。

4.6.2

軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計和下位機(jī)PI。C控制軟件設(shè)計。上位機(jī)與下位機(jī)之間通過以太網(wǎng)方式通信，共同完成整個控制系統(tǒng)的現(xiàn)場流程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測管理功能。上位機(jī)控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理功能，利用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，通過具體運行工況動態(tài)顯示、實時數(shù)據(jù)獲取及顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲與打印、故障報警等功能，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中監(jiān)測和控制。由于供水系統(tǒng)是一個慣性較大的系統(tǒng)，不需要過高的響應(yīng)速度，因而在PI。C程序的設(shè)計思想上查詢方式為主，中斷方式為輔。其具體程序流程如圖3所示。核心技術(shù)

該恒壓系統(tǒng)采用PID控制，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。其流程如下所述：當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，首先接通變頻器，然后通過接觸器把水泵電機(jī)接入變頻輸出電路，實現(xiàn)電機(jī)軟啟動；同時，安裝在供水管網(wǎng)出水I：1的壓力傳感器將水壓轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電信號，PLC根據(jù)給定值與測量值的偏差大小，按照

PID控制器的控制策略選擇原則，在壓力允許范圍內(nèi)，由變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。在超出壓力允許的范圍內(nèi)，通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，再結(jié)合變頻達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。

當(dāng)用戶用水量增加時，使得水管壓力下降，此時PLC輸出相應(yīng)控制信號，使變頻器帶動水泵電機(jī)升速，直至變頻器輸出至工頻，把更多的水送往出水管網(wǎng)。電機(jī)由變頻到工頻的轉(zhuǎn)換時間應(yīng)盡可能短。而電機(jī)脫離變頻后，在水壓的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降很快，轉(zhuǎn)換時間過長，會導(dǎo)致電機(jī)啟動電流增加。因此，應(yīng)在電路設(shè)計與軟件設(shè)計中，考慮變頻與工頻接觸器的互鎖。通常，PID連續(xù)控制算法表達(dá)式為

具體到本例中，K。一0．18，K．=o．08，Kd=1，壓強設(shè)定值為0．32 MPa，則其控制效果曲線如圖5所示。

此外，根據(jù)日用水量變化情況，用水高峰集中在早、中、晚3個時段，而在深夜用水量處于低谷。因此，如果改變不同時段的壓力給定值，就能更進(jìn)一步地起到節(jié)能的作用。

4.6.3

程序設(shè)計的常用方法

主干網(wǎng)絡(luò)的布置以調(diào)度室和水廠的交換機(jī)為核心，其它子系統(tǒng)交換機(jī)為系統(tǒng)以后的改造、信號的上傳預(yù)留接口，所有交換機(jī)形成環(huán)網(wǎng)，并通過光纖彼此相連，從而使得各個子系統(tǒng)的信號可以匯總傳送到調(diào)度室交換機(jī)上，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

4.6.4 程序設(shè)計步驟

初始化程序: LD SM0.0 // 開機(jī)始終為ON MOVB

16#9,SMB30

file://自由口通信，選擇9600波特，8位數(shù)據(jù)位，無校驗 MOVB

16#2, VB0 file://預(yù)設(shè)PLC地址 MOVD

&VB1000, VD20

file://設(shè)置接收緩沖區(qū)，將其首地址傳給指針VD20 MOVD

&VB1200, VD30

file://設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)，將首地址傳給VD30 MOVD

VD20, VD24 file://指針值保存 MOVD

VD30, VD34 MOVB

8, SMB34

file://設(shè)置8ms的定時器0時基中斷

ATCH

0,8

file://接收字符連接到中斷0，連接靜止線定時器和接收器 ATCH

1,10 file://定時中斷0，連接到中斷1 ENI

file://開中斷

為了保證通訊接收的可靠性，程序采用前導(dǎo)符，PLC地址，靜止線接收，結(jié)束字符。首字符的確認(rèn)可通過設(shè)置前導(dǎo)符來完成，并且通過比較還可以剔除部分干擾字符。首字符確認(rèn): Network 1

file://判斷前導(dǎo)符 LD

SM0.0 AB<>

SMB2, 16#40

file://不是前導(dǎo)符則跳出中斷 RETI Network 2

file://終止定時中斷 LD

SM0.0 DTCH

file://斷開時基中斷 Network 3

file://是前導(dǎo)符則連接中斷3 LD

SM0.0 AB=

SMB2, 16#40 ATCH

3, 8 靜止線是通訊過程中的一個檢測用時間，即設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸過程中無任何數(shù)據(jù)的任意2點的間隔時間。靜止線的設(shè)計和處理包括長度的確定及定時器和接收器的設(shè)計。INT_

// 靜止線定時器 LD

SM0.0 ATCH 1, 10

file://靜止線定時器采用8ms的時基中斷。INT_1

// 靜止線接收器 LD

SM0.0 ATCH 2, 8 file://開始接收字符 尾字符的確認(rèn)和校驗處理: Network 1 // 接收及計算校驗碼 LDN M0.0 LDB<>

SMB2, 16#2A

// 判斷是否為第一個結(jié)束符 MOVB

SMB2，*VD24

file://不是則保存數(shù)據(jù)并計算異或值 XORW

SMW1, AC0 INCD

VD24 INCD

VB40 Network 2

file://如果是第一個結(jié)束符，則對M0.0置位，并跳出中斷，file://接收下一個字符，看是否為第二個結(jié)束符 LDN

M0.0 AB＝

SMB2,16#2A S M0.0, 1 MOVB

SMB2, AC1 RETI Network3 LD M0.0 AB<> SMB2, 16#0A

file://判斷第二個結(jié)束符，如不是則繼續(xù)執(zhí)行

AB<> SMB2,16#2A

file://判斷又是第一個結(jié)束符？不是則執(zhí)行保存數(shù)據(jù)，file://異或運算，并對M0.0復(fù)位。XORW

AC1, AC0 MOVB

VB300, *VD24 INCD

VD24 MOVB

SMB2, *VD24 XORW

SMW1, AC0 INCD

VD24 INCD

VB40 INCD

VB40 R M0.0, 1 RETI Network 4

file://如果又是第一個結(jié)束符，則上一個是有用的數(shù)據(jù)，需要保存 LD M0.0 AB= SMB2, 16#2A XORW AC1, AC0 MOVB VB1300, *VD24 INCD VD24 MOVB SMB2, AC1 RETI Network 5

file://如前一個為2A，現(xiàn)在接收到0A，則接收完畢，啟動延時中斷 LD

M0.0 AB= SMB2, 16#0A DTCH

file://斷開接收狀態(tài)，準(zhǔn)備組織發(fā)送 MOVB

20, SMB34 ATCH

5, 10

第5章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

5.1 概述

與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，控制柔性，維修方便性，隨著PLC的普及和推廣，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。特別是在許多新建項目和設(shè)備的技術(shù)改造中，常常采用PLC作為控制裝置。

5.2 輸入輸出分配

PLC輸入端子板是將機(jī)床外部開關(guān)的端子連接轉(zhuǎn)換成I/O模塊所需的針形插座連接，從而使外部控制信號輸入至PLC中。同樣，PLC輸出端子板是將PLC的輸出信號經(jīng)針形插座轉(zhuǎn)換外部執(zhí)行原件的端子連接。

5.2.1 輸入口

其輸入口I模塊組的的輸入元件組成是由;控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)、玩控開關(guān)組成。輸入又分為如圖5-15；

5.2.2 輸出口

其輸入口O模塊組的的輸入元件組成是由；接觸器、繼電器、來組成的。而輸出方式又分為如圖；

5.2.3 輔助觸點

主要用于二次回路中，容量小，分常開觸電和常閉觸電兩種，主要用于控制、測量、儀表、信號、保護(hù)等回路。我們在進(jìn)行操作時，就是利用小小的輔助觸電去接通和斷開主觸點去接通和斷開主觸點的線圈，從而控制主回路。

5.3 控制系統(tǒng)功能介紹 最大限度的滿足被控對象的控制要求。

在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。

保證控制系統(tǒng)安全可靠。考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。

5.4 恒壓供水系統(tǒng)的流程圖

5.5 控制系統(tǒng)的可靠性及應(yīng)用程序設(shè)計

該系統(tǒng)邏輯控制采用PLC控制變頻器實現(xiàn)恒壓調(diào)速供水，使用方便，工作可靠，系統(tǒng)壓力恒定，具有較好的控制效果。

5.5.1 程序的優(yōu)化設(shè)計

增加主泵是將當(dāng)前主泵由變頻轉(zhuǎn)工頻，同時變頻起動一臺新水泵的切換過程。當(dāng)變頻器輸出上限頻率，水壓達(dá)到壓力下限時，PLC 給出控制信號，PLC 的Y0 失電，變頻器的FWD端子對CM 短接，變頻器的自由制動停車，切斷變頻器輸出，延時500ms 后，將主水泵與變頻器斷開，延時300ms(防止變頻器輸出對工頻短路)，將其轉(zhuǎn)為工頻恒速運行，再延時200～300ms PLC 的Y0 得電，變頻器以起始頻率啟動一臺新的主水泵。這段程序設(shè)計時要充分考慮動作的先后關(guān)系及互鎖保護(hù)。

5.5.2 應(yīng)用程序的設(shè)計

在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動的時 候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯則報警，接著對模擬量(管網(wǎng)壓力、液位等)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。

5.5.3 故障檢測程序的設(shè)計

對水位過低、水壓上下限報警、變頻器故障等故障給出報警，并做出相應(yīng)的故障處理。

(1)欠水位故障：進(jìn)入P0 處理模塊，停止全部的電機(jī)運行，防止水泵空轉(zhuǎn)。當(dāng)欠水位信號解除后，延時一段時間，自動執(zhí)行以下程序。

(2)壓力上下限報警：輸出報警信號，報警信號30s 內(nèi)未解除，則進(jìn)入P0 處理模塊，停止全部的電機(jī)運行。信號解除則自動運行以下程序。

(3)變頻器故障：變頻器出現(xiàn)故障時，對應(yīng)PLC 輸入繼電器X5 動作，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入自動工頻運行模塊。此時變頻器退出運行，三臺主泵電機(jī)均工作于工頻狀態(tài)。該方式下的水泵的投入和切除順序和自動變頻恒壓運行方式時的大致相同，只是原來運行在變頻狀態(tài)下的電機(jī)改為了工頻運行。由于沒有了變頻器的調(diào)速和PID 調(diào)節(jié)，水壓無法恒定。為防止出現(xiàn)停開一臺水泵水壓不足而增開一臺水泵又超壓造成系統(tǒng)的頻繁切換，通過增加延時的方法來解決。設(shè)定延時時間為20 分鐘。

第6章 系統(tǒng)調(diào)試

6.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定

運用變頻器加減速時間—加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是從最大頻率下降到0所需時間。通常頻率下降到0所需時間。通常用頻率設(shè)定信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機(jī)加速時須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。

加速時間設(shè)定要求；將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時間設(shè)定要點是；防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。減速時間設(shè)定要點是；防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時間可根據(jù)負(fù)載計算出來，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗先預(yù)定較長加減速時間，通過起、停電動機(jī)觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設(shè)定時間逐漸縮短，以運轉(zhuǎn)中不發(fā)生報警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳的加減速時間。

6.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試

(1)對五臺供水系統(tǒng)進(jìn)行PLC自動控制改造，實現(xiàn)供水的遠(yuǎn)程控制和生產(chǎn)設(shè)備的集中控制。

(2)在改造原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將供水系統(tǒng)電機(jī)的直接啟動控制方式改為變頻控制，減小對系統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊和節(jié)約能源。

(3)制定具體實施的控制方式、設(shè)備啟停步驟、軟件功能、通訊方式、功能擴(kuò)充、報警系統(tǒng)（故障診斷、顯示、排除）。

(4)采用相應(yīng)的控制算法，實現(xiàn)供氣的恒定，提高供氣質(zhì)量和效率，保證供水系統(tǒng)的安全供水。

（二）系統(tǒng)控制功能要求如下：

(1)實現(xiàn)調(diào)度指揮操作生產(chǎn)自動化；

(2)實現(xiàn)設(shè)備順序控制，減少供水起、停時間，并對各設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行自動檢測，實現(xiàn)設(shè)備的故障自動診斷和保護(hù)，從而提高生產(chǎn)效率；(3)實現(xiàn)供水組的自動控制，這主要包括：單臺供水系統(tǒng)的自動啟停，電機(jī)組的順序啟停控制，空壓機(jī)組的集中控制和保護(hù)，提高生產(chǎn)效率；

(4)增強軟、硬件功能，保證整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，并具有一定的先進(jìn)性和代表性。

（三）集控系統(tǒng)要求如下：

1、集控系統(tǒng)的基本功能

1)系統(tǒng)的控制方式

為方便靈活地對所有設(shè)備進(jìn)行控制，主要工藝流程設(shè)備的運行采用五種控制方式：

遠(yuǎn)程自動控制：由集控室開啟設(shè)備起、關(guān)閉命令，實現(xiàn)現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備的按流程變頻恒壓供水控制；

遠(yuǎn)程單遙控：由集控室發(fā)出單臺設(shè)備起、關(guān)閉命令，實現(xiàn)設(shè)備之間單個切換運行，用于特殊設(shè)備的單個起、關(guān)閉控制；

緊急關(guān)閉：當(dāng)現(xiàn)場或集控室出現(xiàn)故障，需要立即對分系統(tǒng)停車關(guān)閉時，由程序或現(xiàn)場實現(xiàn)緊急停車控制，在現(xiàn)場操作與在集控室操作PLC的執(zhí)行是等價的。需在集控室進(jìn)行復(fù)位后才能重新開啟。

2)集控系統(tǒng)的順序啟、停控制步驟

開啟前的操作

a、控制方式選擇：集控方式下，PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能。單個方式下，PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能。

b、流程選擇：當(dāng)選定自動控制流程后，PLC將檢測有關(guān)輸入狀態(tài)，判斷參與該流程控制的恒壓供水系統(tǒng)，設(shè)備工作方式，以及保護(hù)點狀態(tài)等是否滿足開啟條件，若條件具備，則先發(fā)出信號“系統(tǒng)準(zhǔn)備開啟”。否則將對所檢測出的故障點，作出多方位報警。

c、遠(yuǎn)動設(shè)備：對不需參予時序起動，或難以進(jìn)入順序開啟過程的設(shè)備，可以在開啟前按閉鎖關(guān)系遠(yuǎn)動控制起動該設(shè)備。開啟過程控制

a、當(dāng)前述指令操作完畢，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，發(fā)出開啟指令，所選PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)在指定的開啟方式下進(jìn)入供水控制過程。

b、在供水過程中出現(xiàn)故障時，供水指令自動撤除并報警，已起設(shè)備保持運行，在短時間排除故障后，可從故障設(shè)備繼續(xù)起車；否則可全部停車。c、對供水過程的時間累計并顯示。

系統(tǒng)運行的閉鎖控制

a、在運行過程中出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)閉鎖保護(hù)、報警。b、對系統(tǒng)有效工作時間自動統(tǒng)計，顯示。c、對各種保護(hù)、運行參數(shù)實時檢測。

供水過程控制

a、當(dāng)系統(tǒng)對任一流程供水停車指令后，PLC將按用戶程序完成停車功能控制。b、對供水過程累計時間及總停車時間顯示。

3)故障報警系統(tǒng)

a.當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或運行條件不滿足時，能根據(jù)閉瑣關(guān)系控制設(shè)備供水，并在監(jiān)控操作站上顯示故障原因。b.報警方式：現(xiàn)場使用電笛報警、集控室內(nèi)使用語音報警，并能夠即時顯示報警清單。如圖;

結(jié)束語

傳統(tǒng)恒壓控制系統(tǒng)的供水管網(wǎng)能耗大、設(shè)備損耗快、對電網(wǎng)要求高，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用及PLC技術(shù)的應(yīng)用普及，PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)已成為供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的主流，恒壓供水系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)高壓供水系統(tǒng)與水塔式供水系統(tǒng)的不足。

采用變頻調(diào)速和可編程控制器控制的恒壓供水系統(tǒng)可以根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定壓力自動調(diào)整水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)水泵流量，利用其控制系統(tǒng)可以優(yōu)化泵組的調(diào)速運行，自動調(diào)整供水水泵的臺數(shù)，完成供水系統(tǒng)的自動控制。致謝；

感謝老師對我們的指導(dǎo)以及對變頻恒壓供水系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中普遍采用的一種水處理系統(tǒng)的了解和認(rèn)識。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們節(jié)能意識的不斷增強，變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統(tǒng)。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持網(wǎng)管中水壓的基本恒定。變頻恒壓供水系統(tǒng)利用PLC、傳感器、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點，在高速科技發(fā)展的今天使得小區(qū)供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

此致

敬禮

參考文獻(xiàn)··········································

《變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用》

編著丁斗章

機(jī)械工業(yè)出版社

《變頻器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》

編著 王樹

機(jī)械工業(yè)出版社

《典型自動化設(shè)備及生產(chǎn)線應(yīng)用與維護(hù)》

編著鮑風(fēng)雨

機(jī)械工業(yè)出版社 《可編程控制器原理于應(yīng)用》

編著 史增芳

中國林業(yè)出版社

第三篇：基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

張雷雷

南山紡織服飾有限公司

摘要：隨著社會主義市場的經(jīng)濟(jì)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。

本論文采用變頻器和PLC實現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸。本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)以再國內(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。經(jīng)實踐證明該系統(tǒng)具有高度的可靠性和實時行，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。

關(guān)鍵字：恒壓供水：變頻調(diào)速：PLC：泵切換

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為核心的智能供水系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，啟動平穩(wěn)，啟動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了啟動時對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可以延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除啟動和挺及時的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運行目的。

PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)是以PLC為控制核心，由PLC控制器、變頻調(diào)速器、壓力傳感器等其他電控設(shè)備以及4臺水泵組成，如圖1.1所示

圖1.1 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的原理圖

其工作過程：設(shè)定一個水壓值后，根據(jù)變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網(wǎng)上的壓力傳感器，連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號，并將水壓信號轉(zhuǎn)換為電信號送入PLC，PLC根據(jù)實際水壓值與設(shè)定水壓值進(jìn)行比較和經(jīng)PID運算，并將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號，輸出送到變頻器的信號給定端，變頻器根據(jù)給定信號，調(diào)節(jié)水泵的電源頻率，從而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水管網(wǎng)中水壓值在設(shè)定的水壓范圍內(nèi)。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最或大最小時，由PLC控制加泵或減泵實現(xiàn)恒壓供水，從而達(dá)到恒壓供水的目的。我公司在2009年11月份正式啟用了該系統(tǒng)，并從中受益。本文介紹基于PLC變頻調(diào)速恒壓供水的設(shè)計

我公司水處理車間擔(dān)負(fù)了南山紡織服飾有限公司下屬單位和附屬單位的工業(yè)及生活消防用水的任務(wù)。包括4臺22KW的工業(yè)用水水泵和2臺11KW的應(yīng)急不壓水泵。1.控制要求

1）.水泵能自動變頻軟啟動，四臺水泵自動變頻軟啟動，并根據(jù)用水量的大小自動調(diào)節(jié)水泵的臺數(shù)。四臺水泵自動輪換變頻運行，工作泵故障時備用泵自動投入，可轉(zhuǎn)換自動或人工手動開·停機(jī)。2）.設(shè)備具有缺相、欠壓、過壓、短路、過載等多種電氣保護(hù)功能，具有相許保護(hù)防止水泵反轉(zhuǎn)抽空，并具有缺水保護(hù)及水位恢復(fù)開機(jī)功能。且有設(shè)備工作、停機(jī)、報警指示。2.PLC及變頻器控制電路 2.1）.供水系統(tǒng)主電路

該系統(tǒng)有四臺水泵，如圖2.1所示，合上空氣開關(guān)（QS）后，當(dāng)交流接觸器KM1、KM3、KM5、KM7主觸點閉合時，水泵為工頻運行；當(dāng)KM2、KM4、KM6、KM8主觸點閉合時，水泵為變頻運行。四個熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4分別對四臺電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動機(jī)在過載時可能產(chǎn)生的過熱損壞。

圖2.1恒壓供水的主電路

2.2）.供水系統(tǒng)的控制電路

如圖2.2所示，Y0、Y7為PLC輸出軟繼電器觸點，其中Y0、Y2、Y4、Y6控制變頻運行電路；Y1、Y3、Y5、Y7控制工頻電路。SAC為轉(zhuǎn)換開關(guān)，實現(xiàn)手動、自動控制切換。當(dāng)SAC切在手動位時，通過1#SB24#SB2按鈕分別啟動四臺水泵工頻運行；當(dāng)SAC在自動位時，由PLC控制水泵進(jìn)行變頻或工頻狀態(tài)的啟動、切換、停止運行。

圖2.2恒壓供水系統(tǒng)的控制電路

1KA為缺水保護(hù)電路的中間繼電器觸點，當(dāng)水池缺水或水位不足時，配合缺水保護(hù)裝置斷開控制電路，切斷主電路，實現(xiàn)缺水保護(hù)作用。2.3）.缺水保護(hù)電路

當(dāng)水池缺水或水位不足時，若不及時切斷電源就會損壞水泵，甚至發(fā)生事故。如圖2.3所示。利用液位繼電器等裝置時刻檢測水池里的水位，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換及處理后對控制回路電源進(jìn)行控制。水池水位正常時，控制回路電源接通，系統(tǒng)正常工作。水池缺水或水位不足時，液位繼電器1K釋放，系統(tǒng)報警、指示燈亮并通過1KA切斷系統(tǒng)控制電路和主電路，水泵停止。水位正常后，液位繼電器1K吸合，重新啟動系統(tǒng)。

圖2.3缺水保護(hù)電路 2.4）.缺相相序保護(hù)電路

圖2.4缺相相序保護(hù)電路

水泵工作在三相交流電，電源發(fā)生缺相時，電動機(jī)中某一相無電流，而另外兩相電流會增大，容易燒壞電動機(jī)；另外，為了避免電源相序相反，電動機(jī)反轉(zhuǎn)水泵抽空的現(xiàn)象，設(shè)置了缺相相序保護(hù)電路，如圖2.4所示。采用缺相相序保護(hù)電路繼電器KP接在主電路電源進(jìn)線空氣開關(guān)之后，三項正常時，KP得電吸合，控制電路中KP的1-2觸點吸合，接通PLC控制電路。反之，缺相或反相時，KP的1-2觸點斷開，會切斷PLC控制電路，系統(tǒng)停止工作，缺相相序保護(hù)指示燈亮。

2.5）.硬件接線圖

圖2.5 硬件原理圖

該系統(tǒng)的硬件連接圖即PLC和系統(tǒng)的各個硬件的接線。由于PLC所輸出的信號是數(shù)字信號，不能被變頻器所識別，所以我們在他們之間加了個模擬量輸入輸出模塊FXON-3A。其功能：該模塊具有2路模擬量輸入（0-10V直流或4-20mA直流）通道和1路模擬量輸出通道。其輸入通道數(shù)字分辨率為8位，A/D的轉(zhuǎn)換時間為100us,在模擬與數(shù)字信號之間采用光電隔離，占用8個I/O點。2.6）.變頻器頻率（速度）的設(shè)定及PID 1.最高頻率：水泵屬于平方率負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動機(jī)嚴(yán)重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等，即Fmax=Fn=50HZ。

2.上限頻率：一般來說，上限頻率以等于額定頻率為宜。但有時也可以預(yù)置得略低一些，變頻器內(nèi)部有轉(zhuǎn)差補償功能，同在50HZ的情況下，水泵在變頻運行時的實際轉(zhuǎn)速要高于工頻運行時的轉(zhuǎn)速，從而增大了水泵和電機(jī)的負(fù)載；變頻調(diào)速系統(tǒng)在50HZ下運行時，還不如直接在工頻下運行，可以減少變頻器本身的損失。因此，將上限頻率預(yù)置為49HZ或49.5HZ是適宜的。

3.下限頻率：在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速降低，會出現(xiàn)水泵的全揚程小于實際揚程，形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，下限頻率預(yù)置為25-30HZ 4.啟動頻率:水泵在啟動時，如果從0HZ開始啟動，水泵基本沒有壓力輸出，為調(diào)節(jié)時間，應(yīng)預(yù)置啟動頻率值為15-20HZ，及設(shè)置變頻器PID輸出值的下限為最大值的30%-40%。

變頻器利用PID控制器將被控對象的傳感等檢測到控制量（反饋信號），將其與目標(biāo)值（流量、壓力等設(shè)定值）進(jìn)行比較，再有PLC控制變頻器輸出。如圖2.60若有偏差，則通過此功能的控制動作是偏差為零，也就是是反饋量與目標(biāo)值保持一致，從而達(dá)到好好的調(diào)速作用。

圖2.6 PID控制器接線圖 2.7 PLC在系統(tǒng)中的控制

根據(jù)變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網(wǎng)上的壓力傳感器，連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號，并將水壓信號轉(zhuǎn)換為電信號送入PLC，PLC根據(jù)實際水壓值與設(shè)定水壓值進(jìn)行比較和經(jīng)PID運算，并將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號，輸出送到變頻器的信號給定端，變頻器根據(jù)給定信號，調(diào)節(jié)水泵的電源頻率，從而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水管網(wǎng)中水壓值在設(shè)定的水壓范圍內(nèi)。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最或大最小時，由PLC控制加泵或減泵實現(xiàn)恒壓供水，PLC在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用是控制交流接觸器組近進(jìn)行工頻-交頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。如圖2.7

系統(tǒng)運行之后，在自動運行方式下開始啟動運行時，首先檢測水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，1#變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0HZ開始上升，此時壓力傳感器檢測壓力信號反饋到PLC，由PLC經(jīng)PID運算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50HZ,延時一定時間后，將1#水泵切換為工頻，2#水泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，以此類推增加水泵。

如用水量減少，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。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值，而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時，PLC開始計時，若在一定時間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計時，繼續(xù)變頻調(diào)速運行；若子一定時間，內(nèi)壓力仍高于設(shè)定值，根據(jù)先停機(jī)的原則，PLC將停止正在運行的水泵中運行時間最長的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)中只有一臺水泵變頻運行且連續(xù)一段時間頻率低于設(shè)定出水頻率，則切除變頻運行主泵，投入小流量泵，既保護(hù)主泵電動機(jī)，又節(jié)約能源。當(dāng)外來管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時，則控制其完全停止各泵的工作。

在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時蜂鳴器報警，則PLC發(fā)出指令使全部水泵停止工作，然后1#水泵工頻運行，經(jīng)一定演示后根據(jù)壓力變化情況在使2#泵工頻運行。此時，PLC切換泵則根據(jù)實際水壓的變化在工頻泵之間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動機(jī)欠壓、過壓、錯相、電機(jī)故障等情況時，均能有蜂鳴器發(fā)出報警聲。3.結(jié)束語

由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用，它取代了傳統(tǒng)的水塔、高位水箱或氣壓罐，不但大大的提高和改善了廠區(qū)工業(yè)及生活消防供水系統(tǒng)的性能，而且節(jié)能環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。我公司自2009年11月投入使用以來，未出現(xiàn)過大的技術(shù)問題，保障了了公司下屬和附屬單位的正常可靠的工業(yè)用水，為企業(yè)的發(fā)展提供了強有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

1.張還.《控制其原理及控制過程》，北京:中國電力出版社，2008-10 2.岳大為.《變頻器應(yīng)用技術(shù)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009-6 3.周志敏.《變頻器調(diào)速系統(tǒng)》，北京：電子工業(yè)出版社，2008-5 4.宮淑貞.《可編程序制器原理與應(yīng)用》，北京:人民店有出版社，2004

第四篇：l基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

摘要

第1章 變頻恒壓供水的現(xiàn)況

1.1國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 1.2變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

目錄

第2章 變頻調(diào)速恒壓供水分析

2.1變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹 2.2調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建

2.2.1 調(diào)速原理

2.2.2 變頻恒壓供水頻率變化分析

2.3節(jié)能分析

2.3.1 水泵的基本參數(shù)和特性 2.3.2 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理

第3章 恒壓供水系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)概述

3.2控制系統(tǒng)的組成

3.3恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理

3.3.1單臺變頻器控制單臺水泵 3.3.2恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 3.3.3恒壓供水系統(tǒng)

3.4 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點 3.5變頻器

第4章 可編程控制器PLC 4.1可編程控制器PLC的定義

4.2可編程控制器PLC的發(fā)展階段及發(fā)展方向 4.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 4.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

4.4.1軟件設(shè)計

第5章 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

5.1概述

5.2輸入輸出 分配

5.2.1輸入口 5.2.2輸出口 5.2.3輔助觸點

5.3控制系統(tǒng)功能介紹

5.4恒壓供水系統(tǒng)的流程圖

5.5控制系統(tǒng)的可靠性及應(yīng)用程序設(shè)計

5.5.1程序的優(yōu)化設(shè)計 5.5.2應(yīng)用程序的設(shè)計 5.5.3故障檢測程序的設(shè)計

第6章 觸摸屏同步監(jiān)控 6.1概述

6.2觸摸屏工作的特點與應(yīng)用領(lǐng)域 6.3觸摸屏指示燈同步監(jiān)控程序設(shè)計

6.3.1控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 6.3.2應(yīng)用程序設(shè)計 6.3.3同步監(jiān)控設(shè)計

第7章 系統(tǒng)調(diào)試

7.1變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定

7.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試 7.3觸摸屏同步監(jiān)控測試

參考文獻(xiàn)

摘要

水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中基本上都是靠供水站的電動機(jī)帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機(jī)泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機(jī)泵的效率、確保供水機(jī)泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟(jì)意義。

近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，從1990年到1998年，我國人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升，增長了37.2%，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。欽州市是廣西壯族自治區(qū)的港口城市，隨著城區(qū)的擴(kuò)大和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，欽州市城區(qū)用水量急劇上升，城區(qū)居民生活用水和工業(yè)用水總量從1994年的1700多萬噸激增到2000年的7500多萬噸。在用水量高峰期時供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動較大。由于每天不同時段用水對供水的水位要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行人工手動調(diào)節(jié)很難及時有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時水位達(dá)不到要求,供水壓力不足，用水低峰期時供水水位超標(biāo),壓力過高，不僅十分浪費能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。對于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運行費用太高，供水成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機(jī)泵設(shè)計按最大揚程與最大流量這一最不利條件設(shè)計，水泵大多時間在設(shè)計效率以下運行。導(dǎo)致電動機(jī)與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題(如圖 1.1)。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點問題之一。變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。利用變頻技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達(dá)到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行.變頻恒水壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設(shè)計基于PLC變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水，如圖1.2)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。

1.1PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義

恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能:(1)維持水壓恒定；(2)控制系統(tǒng)可手動/自動運行；(3)多臺泵自動切換運行；(4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒 ；(5)在線調(diào)整 PID參數(shù)；(6)泵組及線路保護(hù)檢測報警、信號顯示等。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 ；恒壓供水； PLC

第一章

1.變頻恒壓供水的現(xiàn)況

1.1國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀

恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組運行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本SAMC公司，就推出了恒壓供水基板，備 有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn);有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。艾默生電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器(5.5kW-22kW)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡單化方向發(fā)展,在國內(nèi)外，專門針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時維護(hù)操作也越來越簡明顯偏高，維護(hù)成本也高于國內(nèi)產(chǎn)品。目前國內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合PLC 或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場。目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)，的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。1.2變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護(hù)操作簡單化方向發(fā)展目前國內(nèi)有不少公司在從事進(jìn)行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進(jìn)口元件組裝或直接進(jìn)口國外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當(dāng)部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。

第二章

2.變頻調(diào)速恒壓供水分析

2.1變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹

變頻恒壓供水所用水泵主要是離心泵，而普通離心泵如圖2.1所示:葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機(jī)直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進(jìn)入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8排出管9連接。在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進(jìn)入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐漸擴(kuò)大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中。可見，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。

2.2調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建

水泵的調(diào)速運行構(gòu)建，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的需要，人為的改變運行工作狀況點(簡稱工況點)的位置，使流量、揚程、軸功率等運行參數(shù)適應(yīng)新的工作狀況的需要。水泵的工況點是由水泵的性能曲線和管網(wǎng)的特性曲線的交點確定的。因此，只要這兩條曲線之一的形狀或位置有了改變，工況點的位置也就隨之改變。所以，水泵的調(diào)節(jié)從原理上講是通過改變水泵的性能曲線或管網(wǎng)特性曲線或二者同時改變來實現(xiàn)的。

水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡便易行，但往往造成很大的能量損失。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運行中需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因此，研究并改進(jìn)它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關(guān)鍵所在。氣水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。詳細(xì)劃分如下:

目前常見的調(diào)節(jié)方法有節(jié)流調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)、改變泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié)、液力 禍合器調(diào)節(jié)、繞線式異步電動機(jī)的串極調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等

2.2.1 調(diào)速原理

水泵的恒速調(diào)節(jié)主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)、改變泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié)三種.(1)節(jié)流調(diào)節(jié)

節(jié)流調(diào)節(jié)是在水泵的出口或進(jìn)口管路上裝設(shè)閥門或擋板，通過改變閥門或擋板的開度，使裝置需要揚程曲線發(fā)生變化，從而導(dǎo)致水泵工作點位置的變化。

節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)點是調(diào)節(jié)簡單、可靠、方便，且調(diào)節(jié)裝置的初投資很少，故以前各種離心泵多采用這種調(diào)節(jié)方式。缺點是能量損失很大，目前正逐漸被其它調(diào)節(jié)方式所取代。

(2)動葉調(diào)節(jié)

采用動葉調(diào)節(jié)的水泵，在泵的輪毅內(nèi)部安裝動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，從而使動葉調(diào)節(jié)得以實現(xiàn)。對于大型的泵，可以采用液壓傳動調(diào)節(jié)。動葉調(diào)節(jié)的優(yōu)點是:在調(diào)節(jié)過程中其效率變化很小，能在較大范圍保持高效率。缺點是:動葉調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，控制自動化程度低;成本高，通常適用大容量水泵，對中小供水廠的水泵通常不適用。

(3)改變機(jī)泵運行臺數(shù)調(diào)節(jié)

改變機(jī)泵運行臺數(shù)調(diào)節(jié)是根據(jù)不同的流量要求，采用不同數(shù)量和型號的機(jī)泵進(jìn)行并聯(lián)運行，來滿足供水量要求.優(yōu)點是:它不改變電機(jī)和水泵的電氣及機(jī)械結(jié)構(gòu)，在水泵臺數(shù)眾多、搭配合理的情況下，可以達(dá)到較好的調(diào)節(jié)效果。缺點是:不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)、需要大量的機(jī)泵進(jìn)行合理搭配、隨著供水量的變化要不斷啟停電機(jī);電能損失較大。因此，目前此種方法雖大量使用，但正逐步被新的流量調(diào)節(jié)方式取代。2.2.2變頻恒壓供水頻率變化分析

由于變頻恒壓供水基本上都采用了變頻啟動，啟動頻率低，啟動電流小，因

此，除了對供水機(jī)泵和供水管網(wǎng)有保護(hù)作用，對供水電機(jī)和電網(wǎng)也有良好的保護(hù)作用。供水系統(tǒng)電機(jī)直接啟動與變頻啟動的對比表如表2.2所示。

2.3節(jié)能分析

恒壓供水系統(tǒng)的基本特性。根據(jù)揚程特性曲線和管阻特性曲線可以看出用水流量和供水流量處于平衡狀態(tài)時系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速是由于水泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式節(jié)能效果顯著.最后從理論上分析了采取變頻恒壓供水方式對供水安全積極作用:可以消除水錘效應(yīng)，減少電機(jī)電網(wǎng)沖擊，延長系統(tǒng)的運行壽命。

2.3.1水泵的基本參數(shù)和特性

在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，供水壓力是通過對變頻器輸出頻率的控制來實現(xiàn)的。確定供水壓力和輸出頻率的關(guān)系是設(shè)計控制環(huán)節(jié)控制策略的基礎(chǔ)，是確定控制算法的依據(jù)。送水泵站所采用的水泵是離心泵，它是通過裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)來完成對水流的輸送，也就是通過葉輪高速旋轉(zhuǎn)帶動水流高速旋轉(zhuǎn)，靠水流產(chǎn)生的離心力將水流甩出去。離心泵也因此而得名。在給水排水工程中，從使用水泵的角度來看，水泵的工作必然要和管路系統(tǒng)以及許多外界條件聯(lián)系在一起.在給水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系統(tǒng)稱為 “裝置”，在控制系統(tǒng)的設(shè)計中，真正對系統(tǒng)的分析和設(shè)計有價值的也是這種成為系統(tǒng)的裝置，而不是單單的孤立水泵。在水泵結(jié)構(gòu)和理論中，有一些評價水泵性能的參數(shù)，供水系統(tǒng)的主要參數(shù)如下:流量(Q):單位時間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水流量，在管道截面不變的情況下，其大小決定于水流的速度。常用單位是時/m訪。供水系統(tǒng)把水從一個位置上揚到另一位置時水位的變化量，數(shù)值上等于對應(yīng)的水位差。其常用單位是m。軸功率(幾):水泵軸上的輸入功率(電動機(jī)的輸出功率)，或者說是水泵取用的功率。

供水功率(幾):供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率幾你叨，供水功率與流量和揚程的乘積成正比:

式中Cp一 比例常數(shù)。

工作效率為，):水泵的供水功率Pc和軸功率界之比，如式2.6所示。這里所說的水泵工作效率，實際上包含了水泵本身的效率和供水系統(tǒng)的效率。其根據(jù)實際供水的揚程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。

其中有效功率是指單位時間內(nèi)通過水泵的液體從水泵那里得到的能量叫做有效功率。轉(zhuǎn)速(n卜水泵葉輪的轉(zhuǎn)動速度。

根據(jù)水泵理論，如圖2.3所示.2.3.2 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理

由于水泵在送水過程中，清水池水位一般高于水泵的測量點，所以不存在進(jìn)水口抽真空，所以在進(jìn)水口的真空值為0.水泵進(jìn)水口與出水口都沿水平方向放置，位置差為0。水泵在正常工作時，動能的變化相對較小。考慮這些具體情況，上式可以改寫為:

由于水泵是由一臺交流感應(yīng)電動機(jī)帶動運行的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與水泵的轉(zhuǎn)速相同。電機(jī)的輸出有效功率與水泵的軸功率相等。在電機(jī)理論中，感應(yīng)電機(jī)的機(jī)械

功率為:

在變頻調(diào)速時，由于磁通中m不變，從電機(jī)公式(212)可以看出，要使主磁 通中m保持不變，則UI/fl必須保持不變。

因此在變頻調(diào)速過程中.電壓應(yīng)該與頻率成正比例變化，設(shè)

代入式(2.n)得

根據(jù)能量守恒定律，有

水泵裝置在變頻調(diào)速的工作狀態(tài)下運行時，有: 其中杯為電機(jī)的效率。所以，從上式可以看出，當(dāng)變頻器的輸出頻率一定的情況下，當(dāng)用戶用水量增大，從而Q增大時，壓力表的讀數(shù)將會變小，即管網(wǎng)供水壓力將會降低。為了保持供水壓力，就必須增大變頻器的輸出頻率以提高水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速;當(dāng)用戶的用水量減小時，Q減小，在變頻器輸出頻率不變的情況下，管網(wǎng)的供水壓力將會增大，為了減小供水的壓力，就必須降低變頻器的輸出頻率.由于用戶的用水量是始終在變化的，雖然在時段上具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，但對精度要求很高的恒壓控制來講，在每個時刻它都是一個隨機(jī)變化的值。這就要求變頻器的輸出頻率也要在一個動態(tài)的變化之中，依靠對頻率的調(diào)節(jié)來動態(tài)地控制管網(wǎng)的供水壓力，從而使管網(wǎng)中的壓力恒定。

第三章

3.恒壓供水系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)概述

供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機(jī)無極調(diào)速技術(shù)，它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：

（1）維持水壓恒定；

（2）控制系統(tǒng)可手動/自動運行；

（3）多臺泵自動切換運行；

（4）系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；

（5）在線調(diào)整PID參數(shù)；

（6）泵組及線路保護(hù)檢測報警，信號顯示等；

3.2 控制系統(tǒng)的組成

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(P比統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個部分,如圖3.1 a、在恒壓供水節(jié)電智能控制系統(tǒng)中,通過三菱變頻器實現(xiàn)調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速來調(diào)整水泵的壓力和流量，在一天當(dāng)中除了供水高峰時段外，其它時間都是運行在很低的頻率狀態(tài)下，即使在用水高峰時段也未必是運行在50Hz，因此可以大幅度的節(jié)能。同時,實現(xiàn)自動增泵、停泵、輪換、自動保護(hù)等功能；

b、通過UNO2050的串口，讀取變頻器的PID設(shè)置參數(shù)、當(dāng)前運行參數(shù)和各種報警，并通過MODEM和電話網(wǎng)傳送到上位控制中心；

c、在收到現(xiàn)場報警后，控制中心可以遠(yuǎn)程的控制UNO2050，進(jìn)行變頻器的啟停控制。

圖3.1恒壓供水控制系統(tǒng)的組成

3.3 恒壓供水系統(tǒng)的機(jī)理及調(diào)速泵的調(diào)速原理

恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺變頻器控制1臺水泵的簡單控 制方案，也有1臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面將分別加以敘述：.3.3.1單臺變頻器控制單臺水泵: 單臺變頻器控制單臺水泵的控制方案在國內(nèi)通常是指是一臺變頻器控制一臺水泵。由于全部變頻系統(tǒng)中，變頻器、控制器、電機(jī)均無備份設(shè)備，出現(xiàn)問題無法切換，故目前多適用于用水量不大，對供水的可靠性要求不高的場合。該控制方案的控制原理框圖見圖3.2，電路見圖3.3。

值得一提的是，在國外或國內(nèi)少數(shù)大企業(yè)，也有一種每臺變頻器只帶一 臺水泵的運行方式，但它的控制方式與上面是不同的，這些泵站往往是同時配備了多臺變頻器配多臺水泵，采用集中控制的辦法，這種變頻系統(tǒng)與國內(nèi)水泵站常用的一臺變頻器控制單臺水泵的工作方式是完全不一樣的。在這種系統(tǒng)中，由于有多臺變頻器，各水泵既可以同時變頻運行，也可以分別工頻運行，使其可靠性、安全性、可調(diào)節(jié)性大大優(yōu)于國內(nèi)常見的各種控制方式，不過在成本上，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前國內(nèi)的常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)。(2)單臺變頻器控制多臺水泵

利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應(yīng)用中比較先進(jìn)的一種方案。下面以單臺變頻器控制2臺水泵的方案來說明。該控制方案的控制原理見圖3.4。

3.3.2 系統(tǒng)功能說明

控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1一2一3一4一1的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號泵在變頻器控制下運行，2號泵處于停止?fàn)顟B(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當(dāng)用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速也增加，當(dāng)變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動 3.3.2恒壓供水系統(tǒng)的工作原理

變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動兩臺大功率電動機(jī)，可在變頻和工頻兩種方式下運行；一臺低功率的電機(jī)，作為輔助泵電機(jī)，啟動方式：為避免啟動時的沖擊電流，電機(jī)采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復(fù)位。

變頻調(diào)速：根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。如設(shè)備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發(fā)出指令1號泵自動切換到工頻電源運行，待1號泵完全退出變頻運行，對變頻器復(fù)位后，2號泵投入變頻運行。

多泵切換：根據(jù)恒壓的需求，采用無主次切換，即“先開先停”的原則接入和退出。在PLC的程序中，通過設(shè)置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數(shù)，由給定頻率是否達(dá)到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運行超過3小時。當(dāng)工頻泵臺數(shù)為零，有一臺運行于變頻狀態(tài)時，啟動計時器，當(dāng)達(dá)到3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當(dāng)有泵運行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動時，計時器停止計時并清零。

故障處理：能對水位下限，變頻器、PLC故障等報警。PLC故障，系統(tǒng)從自動轉(zhuǎn)入手動方式。

3.3.3恒壓供水系統(tǒng)

系統(tǒng)由變頻器、PLC和兩臺水泵構(gòu)成。利用了變頻器控制電路的PID等相關(guān)功能，和PLC配合實施變頻一拖二自動恒壓力供水。具有自動/手動切換功能。變頻故障時，可切換到手動控制水泵運行。

控制過程：水路管網(wǎng)壓力低時，變頻器啟動1#泵，至全速運行一段時間后，由遠(yuǎn)傳壓力表來的壓力信號仍未到達(dá)設(shè)定值時，PLC控制1#泵由變頻切換到工運行，然后變頻啟動2#泵運行，據(jù)管網(wǎng)壓力情況隨機(jī)調(diào)整2#泵的轉(zhuǎn)速，來達(dá)到恒壓供水的目的。當(dāng)用水量變小，管網(wǎng)壓力變高時，2#泵降為零速時，管網(wǎng)壓力仍高，則PLC控制停掉1#工頻泵，由2#泵實施恒壓供水。至管網(wǎng)壓力又低時，將2#泵由變頻切為工頻運行，變頻器啟動1#泵，調(diào)整1#泵的轉(zhuǎn)速，維修恒壓供水。如此循環(huán)不已。

圖3.4為恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點 恒壓供水是指用戶段不管用水量大小總保持管網(wǎng)水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對水的需求，又不使電動機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費。

變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹：泵組的切換開始時，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時有效時硬件優(yōu)先），1＃泵變頻啟動，轉(zhuǎn)速從 開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)，而此時水壓還在下限值，延時一段時間（由 內(nèi)部時間繼電器控制，目的是避免由于干擾而引起誤動作）后，1＃泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由 滑停至，2＃泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則依次啟動3＃、4＃泵；若開始時1＃泵備用，則直接啟2＃變頻，轉(zhuǎn)速從０開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)，而此時水壓還在下限值，延時一段時間后，2＃泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由 滑停至，3＃泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則啟動4＃泵；若1＃、2＃泵都備用，則直接啟3＃變頻，具體泵的切換過程與上述類同。同樣，如水壓在上限值，若３臺泵（假設(shè)為1＃、2＃和3＃）運行時，3＃泵變頻運行降到，此時水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1＃泵停止，3＃泵變頻器頻率從 迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使2＃泵停止。這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式，理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而我們這次的設(shè)計的系統(tǒng)中，要求直接停工頻泵，同時由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象，提高供水品質(zhì)。

3.5變頻器

根據(jù)工藝要求，建議配用ABB ACS600系列變頻器。ACS 600系列變頻器是ABB公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性,完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力，較高的可靠性和較小的體積。主要技術(shù)數(shù)據(jù)：

功率范圍：2.2-3000kW 電源電壓：380/400/415/440/460/480/500VAC 3相±10%； 電源頻率：48-63Hz 控制連接：2個可編程的模擬輸入（AI）；1個可編程的模擬輸出（AO）；5個可編程的數(shù)字輸入（DI）；2個可編程的數(shù)字輸出（DO）。連續(xù)負(fù)載能力：150% In，每10分鐘允許1分鐘

串行通訊能力：標(biāo)準(zhǔn)的RS—485接口可使變頻器方便地與計算機(jī)連接。保護(hù)、欠壓緩沖、電機(jī)欠/過載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、串行通訊故障保護(hù)、AI信號丟失保護(hù)等。外型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。產(chǎn)品經(jīng)過多種電氣安全規(guī)范認(rèn)證，符合GE、UL及質(zhì)量認(rèn)證體系ISO9001和ISO4001等。

變頻器獨特的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）功能是目前最佳的電機(jī)控制方式，它可以對所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無需速度反饋就可以實現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制。ACS600變頻器內(nèi)置PID、PFC、預(yù)磁通等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動設(shè)置，輸入輸出端子也將自動配置，這些預(yù)設(shè)的應(yīng)用宏配置大大節(jié)約了調(diào)試時間，減少出錯。

第四章

4.可編程控制器PLC

4.1 可編程控制器PLC的定義

可編程控制器PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它可以采用可以編程的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并能通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于拓展其功能的原則而設(shè)計。

4.2 可編程控制器PLC的發(fā)展階段及發(fā)展方向

全世界幾乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一個品牌就要使用對應(yīng)的編程器。有多少種品牌的PLC，就要有多少種編程器。（國內(nèi)現(xiàn)在出了一些國產(chǎn)PLC，是仿制國外一些品牌PLC的，這些是可以使用被仿制品牌的編程器的。）

手提編程器價格昂貴，而且編程使用指令操作（不能用梯形圖），可讀性不高，非常不方便。

所以，做工程的人大多會使用電腦來對PLC編程。需要說明的是，使用電腦編程還需要有配套的程序下載連線。也是每個品牌都有專門線的（互不通用）。但是這種連線比起手持編程器來說，不知道便宜多少。

任何一款手提電腦都可以用來做PLC編程，前提是 1 支持串行通訊安裝相應(yīng)品牌PLC的編程軟件。

4.3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由6臺水泵、17個遠(yuǎn)程I／O分站、1個控制柜(包括變頻器、PLC、4個16點DI模塊、2個16點DO模塊、3個8點AI模塊、1個8點AO模塊和1個以太網(wǎng)模塊等)、1套壓力傳感器、各種保護(hù)裝置以及供電主回路等構(gòu)成。其中，PI。C模塊和變頻器模塊是系統(tǒng)的控制核心。

4.4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

根據(jù)功能要求, PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案主要采用順序控制繼電器指令,軟件設(shè)計主要包括加速、恒速、減速三段梯形圖。其中主程序流程圖如圖6所示,加速部分流程圖如圖7所示;恒速部分采用P ID算法,減速部分與加速部分類似。

4.4.1 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計和下位機(jī)PI。C控制軟件設(shè)計。上位機(jī)與下位機(jī)之間通過以太網(wǎng)方式通信，共同完成整個控制系統(tǒng)的現(xiàn)場流程控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測管理功能。上位機(jī)控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理功能，利用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)，通過具體運行工況動態(tài)顯示、實時數(shù)據(jù)獲取及顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲與打印、故障報警等功能，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中監(jiān)測和控制。

由于供水系統(tǒng)是一個慣性較大的系統(tǒng)，不需要過高的響應(yīng)速度，因而在PI。C程序的設(shè)計思想上查詢方式為主，中斷方式為輔。其具體程序流程如圖3所示。

核心技術(shù)：該恒壓系統(tǒng)采用PID控制，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。其流程如下所述：當(dāng)系統(tǒng)開始工作時，首先接通變頻器，然后通過接觸器把水泵電機(jī)接入變頻輸出電路，實現(xiàn)電機(jī)軟啟動；同時，安裝在供水管網(wǎng)出水I：1的壓力傳感器將水壓轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電信號，PLC根據(jù)給定值與測量值的偏差大小，按照

PID控制器的控制策略選擇原則，在壓力允許范圍內(nèi)，由變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。在超出壓力允許的范圍內(nèi)，通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，再結(jié)合變頻達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。

當(dāng)用戶用水量增加時，使得水管壓力下降，此時PLC輸出相應(yīng)控制信號，使變頻器帶動水泵電機(jī)升速，直至變頻器輸出至工頻，把更多的水送往出水管網(wǎng)。電機(jī)由變頻到工頻的轉(zhuǎn)換時間應(yīng)盡可能短。而電機(jī)脫離變頻后，在水壓的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降很快，轉(zhuǎn)換時間過長，會導(dǎo)致電機(jī)啟動電流增加。因此，應(yīng)在電路設(shè)計與軟件設(shè)計中，考慮變頻與工頻接觸器的互鎖。通常，PID連續(xù)控制算法表達(dá)式為

具體到本例中，K。一0．18，K．=o．08，Kd=1，壓強設(shè)定值為0．32 MPa，則其控制效果曲線如圖5所示。

此外，根據(jù)日用水量變化情況，用水高峰集中在早、中、晚3個時段，而在深夜用水量處于低谷。因此，如果改變不同時段的壓力給定值，就能更進(jìn)一步地起到節(jié)能的作用。

4.4.2 程序設(shè)計步驟

初始化程序: LD SM0.0 // 開機(jī)始終為ON MOVB

16#9,SMB30

file://自由口通信，選擇9600波特，8位數(shù)據(jù)位，無校驗 MOVB

16#2, VB0 file://預(yù)設(shè)PLC地址 MOVD

&VB1000, VD20

file://設(shè)置接收緩沖區(qū)，將其首地址傳給指針VD20 MOVD

&VB1200, VD30

file://設(shè)置發(fā)送緩沖區(qū)，將首地址傳給VD30 MOVD

VD20, VD24 file://指針值保存 MOVD

VD30, VD34 MOVB

8, SMB34

file://設(shè)置8ms的定時器0時基中斷 ATCH

0,8

file://接收字符連接到中斷0，連接靜止線定時器和接收器 ATCH

1,10

file://定時中斷0，連接到中斷1 ENI

file://開中斷

為了保證通訊接收的可靠性，程序采用前導(dǎo)符，PLC地址，靜止線接收，結(jié)束字符。首字符的確認(rèn)可通過設(shè)置前導(dǎo)符來完成，并且通過比較還可以剔除部分干擾字符。首字符確認(rèn): Network 1

file://判斷前導(dǎo)符 LD

SM0.0 AB<>

SMB2, 16#40

file://不是前導(dǎo)符則跳出中斷 RETI Network 2

file://終止定時中斷 LD

SM0.0 DTCH

file://斷開時基中斷 Network 3

file://是前導(dǎo)符則連接中斷3 LD

SM0.0 AB=

SMB2, 16#40 ATCH

3, 8 靜止線是通訊過程中的一個檢測用時間，即設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸過程中無任何數(shù)據(jù)的任意2點的間隔時間。靜止線的設(shè)計和處理包括長度的確定及定時器和接收器的設(shè)計。INT_

// 靜止線定時器 LD

SM0.0 ATCH 1, 10

file://靜止線定時器采用8ms的時基中斷。INT_1

// 靜止線接收器 LD

SM0.0 ATCH 2, 8 file://開始接收字符 尾字符的確認(rèn)和校驗處理: Network 1 // 接收及計算校驗碼 LDN M0.0 LDB<>

SMB2, 16#2A

// 判斷是否為第一個結(jié)束符 MOVB

SMB2，*VD24

file://不是則保存數(shù)據(jù)并計算異或值 XORW

SMW1, AC0 INCD

VD24 INCD

VB40 Network 2

file://如果是第一個結(jié)束符，則對M0.0置位，并跳出中斷，file://接收下一個字符，看是否為第二個結(jié)束符 LDN

M0.0 AB＝

SMB2,16#2A S M0.0, 1 MOVB

SMB2, AC1 RETI Network3 LD M0.0 AB<> SMB2, 16#0A

file://判斷第二個結(jié)束符，如不是則繼續(xù)執(zhí)行 AB<> SMB2,16#2A

file://判斷又是第一個結(jié)束符？不是則執(zhí)行保存數(shù)據(jù)，file://異或運算，并對M0.0復(fù)位。XORW

AC1, AC0 MOVB

VB300, *VD24 INCD

VD24 MOVB

SMB2, *VD24 XORW

SMW1, AC0 INCD

VD24 INCD

VB40 INCD

VB40 R M0.0, 1 RETI Network 4

file://如果又是第一個結(jié)束符，則上一個是有用的數(shù)據(jù)，需要保存 LD M0.0 AB= SMB2, 16#2A XORW AC1, AC0 MOVB VB1300, *VD24 INCD VD24 MOVB SMB2, AC1 RETI Network 5

file://如前一個為2A，現(xiàn)在接收到0A，則接收完畢，啟動延時中斷 LD

M0.0 AB= SMB2, 16#0A DTCH

file://斷開接收狀態(tài)，準(zhǔn)備組織發(fā)送 MOVB

20, SMB34 ATCH

5, 10

第五章

5.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

5.1 概述

與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，控制柔性，維修方便性，隨著PLC的普及和推廣，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。特別是在許多新建項目和設(shè)備的技術(shù)改造中，常常采用PLC作為控制裝置。PLC控制電路

系統(tǒng)采用S7-200PLC作下位機(jī)。S7-200PLC硬件系統(tǒng)包含一定數(shù)量的輸入/輸出(I/O)點，同時還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能模塊。輸入點為6個，其中水位上、下限信號分別為I0.0、I0.1。輸出點為10個，O0.0-O1.0對應(yīng)PLC的輸出端子。對變頻器的復(fù)位是由輸出點O1.0通過一個中間繼電器KA的觸點來實現(xiàn)的。根據(jù)控制系統(tǒng)I/O點及地址分配可知，系統(tǒng)共有5個開關(guān)量輸入點，9個開關(guān)量輸出點;1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點。可以選用CPU224PLC(14DI/10DO)，再擴(kuò)展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AO)。

5.2 輸入輸出分配

PLC輸入端子板是將機(jī)床外部開關(guān)的端子連接轉(zhuǎn)換成I/O模塊所需的針形插座連接，從而使外部控制信號輸入至PLC中。同樣，PLC輸出端子板是將PLC的輸出信號經(jīng)針形插座轉(zhuǎn)換外部執(zhí)行原件的端子連接。

5.2.1 輸入口

其輸入口I模塊組的的輸入元件組成是由;控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)、玩控開關(guān)組成。輸入又分為如圖；

圖為輸入的接線方式

a)匯點式輸入b）分組式輸入

5.2.2 輸出口

其輸入口O模塊組的的輸入元件組成是由；接觸器、繼電器、來組成的。而輸出方式又分為如圖；

圖為輸出接線方式

a）分組式輸出b）分隔式輸出

5.3 控制系統(tǒng)功能介紹 最大限度的滿足被控對象的控制要求。在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。

保證控制系統(tǒng)安全可靠。考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。

5.4 恒壓供水系統(tǒng)的流程圖

5.5 控制系統(tǒng)的可靠性及應(yīng)用程序設(shè)計 該系統(tǒng)邏輯控制采用PLC控制變頻器實現(xiàn)恒壓調(diào)速供水，使用方便，工作可靠，系統(tǒng)壓力恒定，具有較好的控制效果。

PLC通信程序S7-200PLC硬件功能完善，指令系統(tǒng)豐富。可為用戶提供多種通訊方式:PPI方式，MPI方式，自由通訊口方式等。應(yīng)用自由通訊口方式，使S7-200PLC可以與任何通信協(xié)議已知，具有串口通訊的智能設(shè)備和控制器(如打印機(jī)、變頻器、上位PC機(jī)等)進(jìn)行通信，也可以用于兩個CPU之間簡單的數(shù)據(jù)交換。該通信方式使可通信的范圍大大增大，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。采用PLC自由通訊口方案，PLC工作于從站，PC處于主站模式，PLC從站只響應(yīng)來自主站的申請。主站向PLC從站發(fā)送指令格式的報文，讀指令00為向從站PLC申請產(chǎn)生于PLC的數(shù)據(jù)，讀取水壓，頻率，變頻泵號，工頻臺數(shù)，輔助泵狀態(tài)等數(shù)據(jù);寫指令01為向PLC傳送產(chǎn)生于主站的數(shù)據(jù)，包括壓力設(shè)定值和控制器輸出值。在自由口通信模式下，通信協(xié)議完全由用戶程序控制。通過設(shè)定特殊存儲字節(jié)SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允許自由口模式，用戶程序可以通過使用發(fā)送中斷、接收中斷、發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)對通信口操作。

5.5.1 程序的優(yōu)化設(shè)計

增加主泵是將當(dāng)前主泵由變頻轉(zhuǎn)工頻，同時變頻起動一臺新水泵的切換過程。當(dāng)變頻器輸出上限頻率，水壓達(dá)到壓力下限時，PLC 給出控制信號，PLC 的Y0 失電，變頻器的FWD端子對CM 短接，變頻器的自由制動停車，切斷變頻器輸出，延時500ms 后，將主水泵與變頻器斷開，延時300ms(防止變頻器輸出對工頻短路)，將其轉(zhuǎn)為工頻恒速運行，再延時200～300ms PLC 的Y0 得電，變頻器以起始頻率啟動一臺新的主水泵。這段程序設(shè)計時要充分考慮動作的先后關(guān)系及互鎖保護(hù)。

5.5.2 應(yīng)用程序的設(shè)計

在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動的時

候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯則報警，接著對模擬量(管網(wǎng)壓力、液位等)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。

5.5.3 故障檢測程序的設(shè)計

對水位過低、水壓上下限報警、變頻器故障等故障給出報警，并做出相應(yīng)的故障處理。

(1)欠水位故障：進(jìn)入P0 處理模塊，停止全部的電機(jī)運行，防止水泵空轉(zhuǎn)。當(dāng)欠水位信號解除后，延時一段時間，自動執(zhí)行以下程序。

(2)壓力上下限報警：輸出報警信號，報警信號30s 內(nèi)未解除，則進(jìn)入P0 處理模塊，停止全部的電機(jī)運行。信號解除則自動運行以下程序。

(3)變頻器故障：變頻器出現(xiàn)故障時，對應(yīng)PLC 輸入繼電器X5 動作，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入自動工頻運行模塊。此時變頻器退出運行，三臺主泵電機(jī)均工作于工頻狀態(tài)。該方式下的水泵的投入和切除順序和自動變頻恒壓運行方式時的大致相同，只是原來運行在變頻狀態(tài)下的電機(jī)改為了工頻運行。由于沒有了變頻器的調(diào)速和PID 調(diào)節(jié)，水壓無法恒定。為防止出現(xiàn)停開一臺水泵水壓不足而增開一臺水泵又超壓造成系統(tǒng)的頻繁切換，通過增加延時的方法來解決。設(shè)定延時時間為20 分鐘。

第六章

6.觸摸屏同步監(jiān)控

6.1 概述

6.2 觸摸屏工作的特點與應(yīng)用領(lǐng)域 6.3 觸摸屏指示燈同步監(jiān)控程序設(shè)計 6.3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 6.3.2 應(yīng)用程序設(shè)計 6.3.3 同步監(jiān)控設(shè)計

第七章

7.系統(tǒng)調(diào)試

7.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定

(1)變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間TMC 設(shè)置TMC是為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，所以在允許范圍內(nèi)TMC必須盡可能的小。

(2)上下限頻率持續(xù)時間TH和TL 變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻器運行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是TH（TL）。如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量的變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作；兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。

7.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試

(1)對五臺供水系統(tǒng)進(jìn)行PLC自動控制改造，實現(xiàn)供水的遠(yuǎn)程控制和生產(chǎn)設(shè)備的集中控制。

(2)在改造原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將供水系統(tǒng)電機(jī)的直接啟動控制方式改為變頻控制，減小對系統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊和節(jié)約能源。(3)制定具體實施的控制方式、設(shè)備啟停步驟、軟件功能、通訊方式、功能擴(kuò)充、報警系統(tǒng)（故障診斷、顯示、排除）。

(4)采用相應(yīng)的控制算法，實現(xiàn)供氣的恒定，提高供氣質(zhì)量和效率，保證供水系統(tǒng)的安全供水。

（二）系統(tǒng)控制功能要求如下：

(1)實現(xiàn)調(diào)度指揮操作生產(chǎn)自動化；

(2)實現(xiàn)設(shè)備順序控制，減少供水起、停時間，并對各設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行自動檢測，實現(xiàn)設(shè)備的故障自動診斷和保護(hù)，從而提高生產(chǎn)效率；

(3)實現(xiàn)供水組的自動控制，這主要包括：單臺供水系統(tǒng)的自動啟停，電機(jī)組的順序啟停控制，空壓機(jī)組的集中控制和保護(hù)，提高生產(chǎn)效率；

(4)增強軟、硬件功能，保證整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，并具有一定的先進(jìn)性和代表性。

（三）集控系統(tǒng)要求如下：

1、集控系統(tǒng)的基本功能

1)系統(tǒng)的控制方式

為方便靈活地對所有設(shè)備進(jìn)行控制，主要工藝流程設(shè)備的運行采用五種控制方式：

遠(yuǎn)程自動控制：由集控室開啟設(shè)備起、關(guān)閉命令，實現(xiàn)現(xiàn)場相關(guān)設(shè)備的按流程變頻恒壓供水控制；

遠(yuǎn)程單遙控：由集控室發(fā)出單臺設(shè)備起、關(guān)閉命令，實現(xiàn)設(shè)備之間單個切換運行，用于特殊設(shè)備的單個起、關(guān)閉控制；

緊急關(guān)閉：當(dāng)現(xiàn)場或集控室出現(xiàn)故障，需要立即對分系統(tǒng)停車關(guān)閉時，由程序或現(xiàn)場實現(xiàn)緊急停車控制，在現(xiàn)場操作與在集控室操作PLC的執(zhí)行是等價的。需在集控室進(jìn)行復(fù)位后才能重新開啟。

2)集控系統(tǒng)的順序啟、停控制步驟

開啟前的操作

a、控制方式選擇：集控方式下，PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能。單個方式下，PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能。

b、流程選擇：當(dāng)選定自動控制流程后，PLC將檢測有關(guān)輸入狀態(tài)，判斷參與該流程控制的恒壓供水系統(tǒng)，設(shè)備工作方式，以及保護(hù)點狀態(tài)等是否滿足開啟條件，若條件具備，則先發(fā)出信號“系統(tǒng)準(zhǔn)備開啟”。否則將對所檢測出的故障點，作出多方位報警。

c、遠(yuǎn)動設(shè)備：對不需參予時序起動，或難以進(jìn)入順序開啟過程的設(shè)備，可以在開啟前按閉鎖關(guān)系遠(yuǎn)動控制起動該設(shè)備。開啟過程控制

a、當(dāng)前述指令操作完畢，系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，發(fā)出開啟指令，所選PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)在指定的開啟方式下進(jìn)入供水控制過程。

b、在供水過程中出現(xiàn)故障時，供水指令自動撤除并報警，已起設(shè)備保持運行，在短時間排除故障后，可從故障設(shè)備繼續(xù)起車；否則可全部停車。c、對供水過程的時間累計并顯示。

系統(tǒng)運行的閉鎖控制

a、在運行過程中出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)閉鎖保護(hù)、報警。b、對系統(tǒng)有效工作時間自動統(tǒng)計，顯示。c、對各種保護(hù)、運行參數(shù)實時檢測。

供水過程控制 a、當(dāng)系統(tǒng)對任一流程供水停車指令后，PLC將按用戶程序完成停車功能控制。b、對供水過程累計時間及總停車時間顯示。

3)故障報警系統(tǒng)

a.當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或運行條件不滿足時，能根據(jù)閉瑣關(guān)系控制設(shè)備供水，并在監(jiān)控操作站上顯示故障原因。

b.報警方式：現(xiàn)場使用電笛報警、集控室內(nèi)使用語音報警，并能夠即時顯示報警清單。如圖;

7.3 觸摸屏同步監(jiān)控測試

結(jié)束語

變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點。采用PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)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。

在此感謝老師對我們的指導(dǎo)以及對變頻恒壓供水系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中普遍采用的一種水處理系統(tǒng)的了解和認(rèn)識。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們節(jié)能意識的不斷增強，變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統(tǒng)。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持網(wǎng)管中水壓的基本恒定。變頻恒壓供水系統(tǒng)利用PLC、傳感器、變頻器、觸摸屏及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定并能明確的監(jiān)控，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動化程度高，明確監(jiān)控，高效節(jié)能的優(yōu)點，在高速科技發(fā)展的今天使得小區(qū)供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。此致

敬禮

參考文獻(xiàn)

（1）姜興忠，戴恒陽，變頻恒壓控水系統(tǒng)的機(jī)理分析 電氣傳動自動化，2004（2）張扣寶 基于PLC 和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計2007年第11 期電氣技術(shù)（3）滕俊沛 基于PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 2007（4）李關(guān)飛 變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 變頻器世界 2007/03

第五篇：PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如當(dāng)發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。

基于上述情況對某生活區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用plc作為中心控制單元，利用變頻器與pid相結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、儲水池及泵房組成，其中泵房裝有1#~3#共3臺150kw泵機(jī)。另外，還有多個電動閘閥或電動蝶閥控制各供水回路和水流量。由于該供水網(wǎng)較大，系統(tǒng)需要供水量每小時開2臺泵向管網(wǎng)充壓，供水量大時開3臺泵同時向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件為控制系統(tǒng)提供反饋信號，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用pid調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用plc參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用。選擇frn160g7p-4變頻器實現(xiàn)電動機(jī)的調(diào)速運行，可編程序控制器選擇日本松下fp1-c40型，且配有a/d和d/a模塊，其原理框圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖

控制系統(tǒng)主要由plc、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成。控制核心單元plc根據(jù)手動設(shè)定壓力信號與現(xiàn)場壓力傳感器的反饋信號經(jīng)plc的分析和計算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過pid運算后，plc將0~5v的模擬信號輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟啟動;plc通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過i/o端口開關(guān)量的輸出驅(qū)動切換繼電器組，以此來協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機(jī)臺數(shù)，并完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整電機(jī)組中投入工作的電機(jī)臺數(shù)和控制電機(jī)組中一臺電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使動力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。3 系統(tǒng)程序設(shè)計和plc的i/o分配

系統(tǒng)程序包括啟動子程序和運行子程序，其流程圖如圖2所示。運行子程序又包括模擬調(diào)節(jié)子程序(其流程圖如圖3所示)和電機(jī)切換子程序(流程圖略)，電機(jī)切換子程序又包括加電機(jī)子程序和減電機(jī)子程序(程序設(shè)計略)。plc的輸入、輸出端子分配情況如附表所示。

圖2 啟動程序流程圖

圖3 模擬調(diào)節(jié)流程圖 系統(tǒng)工作過程

加上啟動信號(x4)后，此信號被保持，當(dāng)條件滿足時，(即x2為“1”)時，開始啟動程序，此時由plc控制1#電機(jī)變頻運行(此時y0、y6、y7亮)，同時定時器t0開始計時(10s)，若計時完畢x2仍亮，則關(guān)閉y0、y6，(y7仍亮，)t2延時1s。延時有兩方面的原因: 一是使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻器減速為0，以重新啟動另一臺電機(jī)。延時完畢，則有1#機(jī)投入工頻運行，2#機(jī)投入變頻運行，此時y1、y2、y6、y7亮，同時定時器t1開始計時(10s)，若計時完畢x2仍未滅，則關(guān)閉y2、y6，(y1、y7仍亮，)t3延時1s，延時完畢，將2#機(jī)投入工頻運行，3#機(jī)投入變頻運行，(此時y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7滅掉后，則整個啟動程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入正常運行調(diào)節(jié)程序，此后啟動程序不再發(fā)生作用，直到下一次重新啟動。在啟動過程中，無論幾臺電機(jī)處于運行狀態(tài)，x2一旦滅掉，則應(yīng)視為啟動結(jié)束(y7滅掉)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序。綜合整個啟動過程，完成三臺電機(jī)的啟動最多需要22s的時間。

運行過程中，若模擬調(diào)節(jié)器節(jié)上、下限值均未達(dá)到(即x1、x2滅)，則此時變頻器處于模擬調(diào)節(jié)狀態(tài)(此時相應(yīng)電機(jī)運行信號和y6亮)。

若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)上限值(x1亮)，則定時器t4馬上開始定時(5s)，定時過程中監(jiān)控x1，若x1又滅掉，則關(guān)閉定時器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié);若t4定時完畢，x1仍亮，則啟動一低速(y8亮)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時定時器t5開始定時(3s)。定時完畢，若x1仍亮，則關(guān)閉此多段速，啟動一更低速(y9)，同時定時器t6定時(10s)。定時完畢，若x1仍亮，則關(guān)掉y9，此后x0很快會通，轉(zhuǎn)入切換動作程序。在此兩級多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時，若x0亮，則會關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時器，同時進(jìn)行切換動作，即轉(zhuǎn)入切換程序，同樣，若無論何時，x1滅掉，則關(guān)閉運行多段速和定時器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)下限值(x2亮)，則定時器t7馬上開始定時(5s)，定時過程中監(jiān)控x2，若x2又滅掉，則關(guān)閉定時器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié)，若t7定時完畢，x2仍亮，則啟動一高速(y7、y2)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時定時器t8開始定時(3s)，定時完畢。若x2仍亮，則關(guān)閉此多段速，啟動一更高速(y8、y9)，同時定時器t9定時(10s)，定時完畢。若x2仍亮，則關(guān)掉y8、y9，此后x3很快會通，轉(zhuǎn)入加電機(jī)動作程序。在此兩級多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時，若x3亮，則會關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時器，同時進(jìn)行加電機(jī)動作，即轉(zhuǎn)入加電機(jī)程序。同樣，若無論何時，x2滅掉，則關(guān)閉運行多段速和定時器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

電機(jī)切換程序分為電機(jī)切除程序和加電機(jī)程序兩部分。此程序動作的條件是:啟動結(jié)束后無論何時x0亮，一旦條件滿足，即由plc根據(jù)電動機(jī)的運行狀態(tài)來決定相應(yīng)切換哪臺電機(jī)，切換時只能切換工頻運行電機(jī)。

若工作狀態(tài)是一臺變頻一臺工頻，則立即切除工頻電機(jī)，然后計數(shù)值減1，即完成此過程，再由調(diào)節(jié)程序運行，調(diào)節(jié)至滿足要求為止。

若3臺電機(jī)同時工作，則應(yīng)由plc來決定切除哪臺工頻運行電機(jī)。切除依據(jù)是3臺電機(jī)對應(yīng)計數(shù)器的大小，誰大切誰，切除掉一臺后，要由定時器定時(5s)等待，以便變頻器調(diào)節(jié)一段時間，防止連續(xù)切除動作。這主要是考慮到本系統(tǒng)的非線性和大小慣性因素而采取的措施。

加電機(jī)程序, 其動作程序是:啟動結(jié)束后無論何時x2亮, 一旦條件滿足, 立即關(guān)掉變頻運行電機(jī)和變頻器，延時一段時間后(原因同上), 將原變頻運行電機(jī)投入工頻運行，同時打開變頻器和將要啟動電機(jī)的變頻開關(guān), 完成加電機(jī)。

同樣，若原有2臺電機(jī)工頻工作，則x2一亮，立即開始加另一臺電機(jī)(無延時)，(加電機(jī)依據(jù)是判斷計數(shù)值，誰小加誰)。但加電機(jī)完成以后，定時器要開始定時(5s)等待，讓變頻器調(diào)節(jié)一段時間，防止連續(xù)加電機(jī)動作。其過程分為:結(jié)束語

用變頻器來實現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點是: 起動平穩(wěn),起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動和停機(jī)時的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場合,恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對環(huán)境的污染。參考文獻(xiàn)

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[4] 曾 毅.變頻調(diào)速控制系統(tǒng).濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2002 作者簡介

張全莊(1963-)男 講師/碩士 主要研究方向:工業(yè)電氣自動控制與plc應(yīng)用。