基于plc與變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)

1、 (維修電工技師)論文題 目 姓 名 指導(dǎo)教師 二一二年七月一日摘要 隨著人們對生活水平要求的不斷提高和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求；再加上目前能源的緊缺，嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。利用現(xiàn)有的成熟技術(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。 本文介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。在經(jīng)過PID運(yùn)算，通過PLC控制變頻與工頻的切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點。而本設(shè)計是針對居民生活用水而設(shè)計的。電動機(jī)泵組成由三臺水泵組成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出水口的壓力和

2、流量來控制變頻器電動機(jī)泵的速度和切換，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理的狀態(tài)，保證按需供水。關(guān)鍵詞：變頻器，恒壓供水，PLC目錄第一章 緒論.41.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀.41.2恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成.51.3課題研究的目的和意義.5第二章 PLC功能選擇及應(yīng)用.52.1 模擬量輸入模塊的功能及與PLC系統(tǒng)的連接.52.2 模擬量輸入模塊緩沖存儲器（BFM）的分配.62.3 模擬量輸出模塊的功能及PLC系統(tǒng)連接.62.4變頻器的功能選擇及原理.7 變頻器的分類及工作原理.8 變頻器硬件選擇.82.5壓力傳感器的作用及使用方法.9第三章 系統(tǒng)設(shè)計.103.1系統(tǒng)要求. 103.2控制系統(tǒng)的I/O及

3、地址分配.103.3 PLC系統(tǒng)選型.113.4 電器控制系統(tǒng)原理圖.11 主電路圖.11 控制電路圖.12第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計 .124.1系統(tǒng)要求的工作泵組數(shù)量管理.124.2程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實現(xiàn).134.3 系統(tǒng)的運(yùn)行分析.14總結(jié).14致謝.15參 考 文 獻(xiàn).15第一章 緒論隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)與一體。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

4、便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。 1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(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。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傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。 從查詢的資料的情況來看，國內(nèi)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(yùn)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

5、程度高等方面的優(yōu)點以及顯著地的節(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，像日本的三菱公司，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，只能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

6、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?？梢钥闯?，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

7、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恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需要多臺水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵及電機(jī)節(jié)能更可靠。配單臺電機(jī)及水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時開一臺大電機(jī)肯定是浪費的，電機(jī)選小了用水量大時供水會不足。而且水泵與電機(jī)都有維修的時候，備用是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這也有兩種配置方案，一是為每臺水泵電機(jī)配一臺變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，供水運(yùn)行時，一臺水泵變頻運(yùn)行。其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在

8、系統(tǒng)中完成以下幾種功能：設(shè)定水管壓力的給定值。恒壓供水水壓的高低依需求設(shè)定。接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置成為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點。根據(jù)結(jié)定值與實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號，420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號。信號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。1.3課題研究的目的和意義本系統(tǒng)是三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器組成。本文研究的目標(biāo)是對恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效

9、果進(jìn)一步提高，操作更加簡捷，故障報警及時迅速，同時具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。 第二章 PLC功能選擇及應(yīng)用2.1 模擬量輸入模塊的功能及與PLC系統(tǒng)的連接FX2N-4AD 4模擬量輸入模塊具有4個通道，可同時接受并處理4路模擬量輸入信號，最大分辨率為12位。輸入信號可以是-10+10V的電壓信號（分辨率為5MV），也可以420mA(分辨率為16uA)或-20+20Ma(分辨率20uA)的電流信號。模擬量信號可通過雙絞屏蔽電纜接入，連接及方法如圖2-1所示，當(dāng)使用電流輸入時，需將V+及I+端短接。 圖2-1 FX2N-4AD模塊的連接圖FX2N-4AD的寬及

10、高與FX2N相同，在安裝時裝在FX2N基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的總線插孔中。FX系列可編程控制器中，與PLC連接的特殊功能擴(kuò)展模塊位置從左至右以此編號（擴(kuò)展單元不所示，占編號），如圖所示FX2N-4AD將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的+5VDC電源（內(nèi)部電源）30mA電流，+24VDC電源（外部電源）55mA電流。其通常轉(zhuǎn)換速度為15ms/道，高速轉(zhuǎn)換速度為6/ms道。2.2 模擬量輸入模塊緩沖存儲器（BFM）的分配 為了能適用于多種規(guī)格的輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設(shè)成可編程的。FX2N-4AD模塊利用緩沖存儲器（簡稱模BFM）的設(shè)置完成編輯工作。FX2N-4AD模擬量輸入模

11、塊共有32個緩沖存儲器，但目前只使用了一下21個BFM: 2-1特殊功能模塊2.3 模擬量輸出模塊的功能及PLC系統(tǒng)連接 FX2N-2DA模塊用來將12位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流輸出。它具有2個模擬量輸出通道。這兩個通道都可以輸出010VDC（分辨率2.5mV）、05DVC(分辨率1.25mV)的電壓信號，或420Ma(分辨率為4uA)的電流信號。模擬量輸出可通過雙 圖2-2 FX2N-2AD模塊的連接圖FX2N-2AD安裝時在FX2N基本單元的右邊。FX2N-2AD將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的+5VDC電源單元的（內(nèi)部電源）20mA電流，+24VDC電源5mA電流。轉(zhuǎn)換時間為4ms/通

12、道。 2.4變頻器的功能選擇及原理交流變頻器是微計算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成子變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒50Hz.而交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 N1=60f1/P (3-1)式中N1同步轉(zhuǎn)速，r/min; F1定子頻率，Hz; P電機(jī)的磁極對數(shù)。而異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速 N=N1(1-s)= 60f1/P(1-s) (3-2)式中s-異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率，s=(N1-N)/N1,一般小于3%。均與送入電機(jī)的電流頻率/成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便的改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對于交流電機(jī)

13、的調(diào)運(yùn)來說是十分合適。變頻器的分類及工作原理 變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分如下：（1） U/f 控制。U/f控制即電壓與頻率成正比例 變化控制。由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動機(jī)，出于電動機(jī)磁場恒定的考慮，在 變頻的同時都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)。U/f控制由于忽略了電動機(jī)漏阻抗的作用，在低頻段工作特性不理想。因而實際變頻器中采用E/f控制。采用U/f控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。（2） 轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是E/f控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。從電動機(jī)的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種電動機(jī)的實際運(yùn)行速度加上該速度選電動機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的

14、輸出頻率的控制方式。更重要的是，在E/f=常數(shù)的條件下，通過對轉(zhuǎn)差率的控制，可以實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。（3） 矢量控制。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電動機(jī)磁場電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別控制啟發(fā)而設(shè)計的一種控制方式。矢量控制將交流電動機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計算出定子電流的磁場分量級轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對電動機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。 通用變頻器按工作方式分類的主要工程意義在于各類變頻器對負(fù)載的適應(yīng)性。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于

15、位能行負(fù)載。變頻器硬件選擇 變頻器選用日本三菱變頻器FR-A500產(chǎn)品，適配電機(jī)15KW,該變頻器基本配置中帶有PID功能。通變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來的壓力信號（010v）接至變頻器的輔助輸入端FI,FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制官網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。M1，M2為變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端，該信號進(jìn)PLC，作為泵變頻與工頻切換的控制信心之一，變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設(shè)定。MA,MC為變頻發(fā)生故障的輸出信息，該兩端，連接信號燈以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鈕，輕故障用復(fù)位按鈕

16、復(fù)位，可重新啟動變頻器。S1,S2短接，并與S3連接到PLC的輸出點上，由PLC控制變頻器的運(yùn)行于關(guān)斷；U,V,W輸出端并聯(lián)三個接觸器分別接M1,M2,M3泵電機(jī)，變頻器可分為驅(qū)動三臺泵，另外這三臺泵電機(jī)還通過另外三個接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這6個接觸器 線包連接到PLC的四個輸出點上，由PLC控制其工頻，變頻切換工作。 通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值（14端），壓力傳感器反饋來的壓力信號（010V）接至變頻器端子的7端，8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力設(shè)定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器端子的19端和20端是傳感器壓力的上、下限值，該信號進(jìn)PLC，作為工頻切換的

17、控制信息，由PLC控制水泵的工頻或變頻運(yùn) 行。 變頻器有2個作用，一是作為電機(jī)的軟啟動裝置，限制電動機(jī)的啟動電流；二是改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。下圖3-1為日本三菱變頻器FR-A500在電路中的接線圖日本三菱變頻器PR-A500在電路中的接線圖2.5壓力傳感器的作用及使用方法 在智能系統(tǒng)中檢測是非常重要的一部分，它將檢測到控制量反饋給系統(tǒng)，才能實現(xiàn)自動控制，給系統(tǒng)所用的檢測的是水壓，在這個系統(tǒng)中選用壓力傳感器，它的作用是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420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC的端口進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)

18、行比較，得出一個調(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)官網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺水泵的供水量時，通過PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。根據(jù)用水量的大小有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)。此外你，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。供水系統(tǒng)的壓強(qiáng)是P=pgh，下面單位都是估計標(biāo)準(zhǔn)單位p=103,g=9.8,一般情況下h<60，所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)輸出壓力小于或等于0

19、.6Mpa，系統(tǒng)選用YTZ-150型帶電接點式的壓力傳感器，其水壓檢測范圍為01Mpa，檢測精度為正負(fù)0.01Mpa，該傳感器將01Mpa范圍的壓力對應(yīng)轉(zhuǎn)換成010V的電信號。該傳感器還具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠的特點。第三章 系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)要求對三泵生活/消防雙恒壓供水心疼的基本要求是：（1） 生活供水時，系統(tǒng)低壓值遠(yuǎn)行，消防供水時高壓遠(yuǎn)行。（2） 三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開先?！钡脑瓌t接人和遠(yuǎn)行。（3） 在用水量小的情況下下，如果一臺泵連續(xù)運(yùn)行時間超過3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺工作時間過長。（4） 三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。（5） 要有完

20、善的報警功能。（6） 對泵的操作要有手動控制功能，手動只是應(yīng)急或檢修時臨時使用的3.2控制系統(tǒng)的I/O及地址分配將系統(tǒng)所有的輸入信號和輸出信號統(tǒng)一進(jìn)行編址，該系統(tǒng)有7個輸入信號和13個輸出信號，下表是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。水位上下限信號分別為X1,X2它們在水淹沒時為0，平時為1。 名稱 代碼 地址編號 輸入信號 手動和自動消防信號 SA1 X0 水池水位下限信號 SLL X1 水池水位上限信號 SLH X2 變頻器報警信號 SU X3 消鈴信號 SB9 X4 試燈信號 SB10 X5 模擬量輸入模塊 遠(yuǎn)程壓力表模擬量電壓值 Up 電流通道輸出信號 1#泵工頻運(yùn)行接觸

21、器及指示燈 KM1,HL1 Y0 2#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2,HL2 Y1 2#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3.HL3 Y2 2#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM4,HL4 Y3 3#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM5,HL5 Y4 3#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM6,HL6 Y5 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報警指示燈 HL8 Y12 火警報警指示燈 HL9 Y13 報警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Y15 模擬量輸入模塊 控制變頻器頻率用電壓信號 Uf 電流通道 表4-1 輸入輸出點代碼及地址編號3.3

22、 PLC系統(tǒng)選型從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點6個、開關(guān)量輸出點12個；模擬量輸入點1個、模擬量輸出點1個。選用FX2N-32MR主機(jī)一臺，加上一個模擬量輸入擴(kuò)展模塊FX2N-4N，再擴(kuò)展一個模擬量輸出擴(kuò)展模塊FX2N-2N。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖4-2所示。 圖4-2 PLC系統(tǒng)的組成3.4 電器控制系統(tǒng)原理圖 主電路圖如圖4-1所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺電機(jī)分別為M1,M2,M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行；FR1、FR2、F

23、R3分別為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器：QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三合泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；FR-A500的日本三菱變頻器。 圖4-3 電控系統(tǒng)主電路 控制電路圖如圖4-4為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動/轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運(yùn)行時，可用按鈕SB1SB2控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通斷；自動運(yùn)行時，系統(tǒng)在PLC程序下控制運(yùn)行。圖中的HL10為自動運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器R進(jìn)行復(fù)位時只提供一個干出點信號，由于PM為4個輸出點為一組共用一個COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨的COM端輸

24、出組，所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器實行復(fù)頻控制。手動運(yùn)行按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#3#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。自動運(yùn)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)程序?qū)⒔邮艿阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)運(yùn)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，對2#泵進(jìn)行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量小，從先啟的泵開始減，同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)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(yùn)行，然

25、后按自動運(yùn)行方式啟動1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)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啟動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)結(jié)合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計分析如下：4.1系統(tǒng)要求的工作泵組數(shù)量管理前邊已經(jīng)說過，為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺泵或第三臺泵。判斷需啟動新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)到上限值的確定性，應(yīng)濾去偶爾的頻率波動引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序

26、中考慮采取時間濾波。由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機(jī)均為軟啟動，又規(guī)定并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動。初次之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號加1的方法實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制（3再加1等于0），用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。 圖4-4 電控系統(tǒng)控制電路圖4.2程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實現(xiàn)根據(jù)可知，PLC上在恒壓供水系統(tǒng)中的功能較多，由于模擬量單元及PID調(diào)節(jié)器都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。這樣可節(jié)省掃描時間。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID控制的定時采

27、樣及輸出控制。主程序的功能最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等都在主程序。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。在本系統(tǒng)PID中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時間常數(shù)可通過工程計算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。（初步確定的增益和時間常數(shù)）積分時間Ti=30min 程序中使用的PLC元件及其功能如表4-5所示 器件地址 功能 器件地址 功能 D100 過程變量標(biāo)準(zhǔn)值T38 工頻泵減泵濾波時間控制D102 壓力給定值 T39 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯

28、控制D104 PI計算值 M10 故障結(jié)束脈沖信號D11 比例系數(shù) M11 泵變頻啟動脈沖D111 采樣時間 M12 減泵中間繼電器D112 積分時間 M13 倒泵變頻啟動脈沖D113 微分時間 M14 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖D114 變頻運(yùn)行頻率下限值 M15 當(dāng)前泵運(yùn)行啟動脈沖D115 生活供水變頻運(yùn)行上限值 M16 新泵變頻啟動脈沖D116 消防供水變頻運(yùn)行上限值 M20泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制D150 PI調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元 M21 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制D180 變頻工作泵泵號 M22 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制D182 變頻工作泵的總臺數(shù) M30 故障信號匯總D184 倒泵時間存儲器

29、 M31 水池水位下限故障邏輯D190 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M32水池水位下限故障消鈴邏輯T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 33 變頻器故障消鈴邏輯T34 工頻泵增泵濾波時間控制 M34 災(zāi)消鈴邏輯 表4-5 程序中使用PLC機(jī)內(nèi)器件及功能4.3 系統(tǒng)的運(yùn)行分析設(shè)備控制3臺水泵電機(jī)供水時，工作一臺水泵電機(jī)變頻調(diào)速，用水量加大時，首臺工作水泵由低速向高速調(diào)頻，當(dāng)工作頻率達(dá)到50HZ即水泵滿負(fù)荷工作時仍不能滿足用水要求時，將首臺工作水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速器控制第二臺水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時工作2臺水泵。如用水量進(jìn)一步增加，第二臺水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速器控制第三臺水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時工作3臺水泵。供水量減少時，調(diào)速工作水泵首先由高頻段向低頻段調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵工作頻率達(dá)到柜內(nèi)微機(jī)控制器預(yù)先設(shè)定的下限工作頻率而實測水壓仍高于水壓設(shè)定值時，直接停止首臺工作水泵，第二臺泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，第三臺泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定，如2臺水泵同時工作實際水壓仍高于設(shè)定值，直接停止工頻運(yùn)轉(zhuǎn)水泵，第三臺調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定。安全問題在軟件方面設(shè)置多個保護(hù)環(huán)節(jié)，時時檢測系統(tǒng)狀態(tài)，安全報警等。硬件方面設(shè)置安全鏈機(jī)械保護(hù)，經(jīng)多個閉合觸點組成，包括緊急停車，壓力超上下限開關(guān)，水位超上下限開關(guān)，電機(jī)過熱保護(hù)繼電器，空載保護(hù)等。安全鏈多個觸點均為常閉觸點，其中任一觸點斷開，安全