關(guān)于建筑施工場(chǎng)所恒壓供水技術(shù)的應(yīng)用

關(guān)于建筑施工場(chǎng)所恒壓供水技術(shù)的應(yīng)用摘要：恒壓供水（熱水)要求：1)采用三臺(tái)2.2KW的水泵，工作方式為二用一備，并且要互為備用，輪流切換工作；2)供水要求：系統(tǒng)供水壓力要求0.2Mpa±5%之間，恒壓不間斷的向用戶(hù)進(jìn)行供水。3)控制系統(tǒng)應(yīng)具備手動(dòng)和自動(dòng)功能，當(dāng)設(shè)備故障時(shí)要有報(bào)警輸出，當(dāng)儲(chǔ)熱水箱低水位時(shí)，供水系統(tǒng)要有停止工作。3.2設(shè)備選型根據(jù)設(shè)備情況及甲方要求，變頻器選用三菱FD-D700系列，PLC選用三菱FX2N系列，接觸和斷路器選用施耐德電氣產(chǎn)品。3.3電路設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě)1)電路設(shè)計(jì)一次電路：水泵采用工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行兩種接線方式，變頻器為一拖三的方式進(jìn)行接線。二次電路：工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行設(shè)定互鎖接線、為確保系統(tǒng)的可靠性及保護(hù)PLC，接觸器線圈與PLC輸出獨(dú)立接線，通過(guò)中間斷電器進(jìn)行連接。2)程序編寫(xiě)程序編寫(xiě)主要采用步進(jìn)指令進(jìn)行，根據(jù)用戶(hù)要求，程序設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，并設(shè)有急停，報(bào)警和水箱缺水保護(hù)等功能。3.4系統(tǒng)安裝及調(diào)試1)變頻器調(diào)試由于本系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)是由變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以在設(shè)置變頻器參數(shù)時(shí)，除了常規(guī)參數(shù)設(shè)定外，還要對(duì)變頻器有關(guān)PID的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如Pr.128—PID動(dòng)作選擇，Pr.131—上限，Pr.132—下限等參數(shù)，另外對(duì)多功能輸出端子進(jìn)行功能定義設(shè)置。2)PLC調(diào)試根據(jù)圖紙檢查PLC接線正確無(wú)誤后，將程序的導(dǎo)入PLC中，測(cè)試手動(dòng)操作啟/停水泵是否正常，測(cè)試工頻和變頻的互鎖及報(bào)警等事項(xiàng)。3)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)變頻器和PLC單機(jī)調(diào)試正常后，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，主要測(cè)試管道壓力改變時(shí)，系統(tǒng)是否具備自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，三臺(tái)水泵是否能夠?qū)崿F(xiàn)互為備用功能，系統(tǒng)報(bào)警功能及缺水保護(hù)等功能測(cè)試。3.5系統(tǒng)驗(yàn)收及運(yùn)行效果該恒壓供水項(xiàng)目通過(guò)了甲方及工程監(jiān)理的驗(yàn)收，系統(tǒng)各項(xiàng)功能指示均能滿足設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)自投入運(yùn)行至今已有1年多時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性高，沒(méi)有出現(xiàn)故障，維護(hù)少。無(wú)論是在用水的高峰期還是低谷期，水管壓力的波動(dòng)小，用戶(hù)用水壓力穩(wěn)定，另外系統(tǒng)能夠節(jié)省能源，節(jié)約電能大約是常規(guī)供水的20%。在大多數(shù)的恒壓供水電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，pid控制算法是設(shè)計(jì)人員常常采用的恒壓控制算法。常見(jiàn)的pid控制器控制形式主要有3種:(1)硬件型，通用pid溫控器;(2)軟件型，使用離散形式的pid控制算法在可編程序控制器上做pid控制器;(3)使用變頻器內(nèi)置pid控制功能，相對(duì)前兩者來(lái)說(shuō)，這種叫內(nèi)置型。這3種控制器形式各具特點(diǎn)，但采用什么形式的pid控制器對(duì)控制性能和生產(chǎn)成本具有一定的影響，這值得設(shè)計(jì)人員考慮的。本文將與大家探討3種控制器形式的應(yīng)用、優(yōu)劣以及調(diào)試過(guò)程中的要點(diǎn)。2pid溫控器圖1pid溫控器控制系統(tǒng)框圖現(xiàn)在的pid溫控器多為數(shù)字型控制器，具有位控方式、數(shù)字pid控制方式以及模糊控制方式，有的還具有自整定功能，如富士pwx系列溫控器、歐陸800系列溫控器就屬此類(lèi)型。此類(lèi)溫控器的輸入輸出類(lèi)型都可通過(guò)設(shè)置參數(shù)來(lái)改變，考慮到抗干擾性，一般將輸入輸出類(lèi)型都設(shè)定為4~20ma電流類(lèi)型。圖1為以pid溫控器調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，壓力的給定值由pid溫控器的面板設(shè)定，壓力傳感器將實(shí)際的壓力變換為4~20ma的壓力反饋信號(hào)，并送入pid溫控器的輸入端;pid溫控器將輸入的模擬電流信號(hào)經(jīng)數(shù)字濾波、a/d轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，一方面作為實(shí)際壓力值顯示在面板上，另一方面與給定值作差值運(yùn)算;偏差值經(jīng)數(shù)字pid運(yùn)算器運(yùn)算后輸出一個(gè)數(shù)字結(jié)果，其結(jié)果又經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換后，在pid溫控器的輸出端輸出4~20ma的電流信號(hào)去調(diào)節(jié)變頻器的頻率，變頻器再驅(qū)動(dòng)水泵電機(jī)，使壓力上升。當(dāng)給定值大于實(shí)際壓力值時(shí)，pid溫控器輸出最大值20ma，壓力迅速上升，當(dāng)給定值剛小于實(shí)際壓力值時(shí)，pid溫控器輸出開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，輸出值減小，壓力超調(diào)后也逐漸下降，最后壓力穩(wěn)定在設(shè)定值處，變頻器頻率也穩(wěn)定在某個(gè)頻率附近。這種pid控制形式的主要優(yōu)點(diǎn)有:操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能好，適用于選用的變頻器性能不是很高的應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)控制器還具有傳感器斷線和故障自動(dòng)檢測(cè)功能。缺點(diǎn)是:pid調(diào)節(jié)過(guò)于頻繁，穩(wěn)態(tài)性能稍差，布線工作量多。調(diào)試注意要點(diǎn):p參數(shù)值不宜太大，一般為0.5~1;i參數(shù)和d參數(shù)的比值大約為4，i參數(shù)的值一般為6s~16s;由于pid溫控器的響應(yīng)快，為了防止調(diào)整過(guò)程中壓力波動(dòng)過(guò)大，變頻器的上升和下降時(shí)間應(yīng)調(diào)大些，推薦30s~80s;設(shè)定pid溫控器的顯示標(biāo)尺斜率，校正壓力顯示值;設(shè)定適當(dāng)?shù)臄?shù)字濾波時(shí)間，抑制干擾信號(hào)的輸入。3軟件型pid喜歡使用plc指令編程的設(shè)計(jì)者通常自己動(dòng)手編寫(xiě)pid算法程序，這樣可以充分利用plc的功能。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，模擬pid的控制規(guī)律形式為(1)式中e(t)—偏差輸入函數(shù)；u(t)—調(diào)節(jié)器輸出函數(shù)；圖3設(shè)定值為面板輸入，反饋信號(hào)

為電流信號(hào)的內(nèi)置pid接線圖圖4輸入為偏差值的內(nèi)置pid接線圖內(nèi)置型pid的優(yōu)點(diǎn)很明顯，成本低，控制性能較好，設(shè)置的參數(shù)少，接線工作量較少，抗干擾性最好。缺點(diǎn)是這種pid也屬軟件型pid，響應(yīng)較慢，易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象;壓力的設(shè)置和顯示不直觀。調(diào)試應(yīng)盡量設(shè)置短的變頻器的上升時(shí)間和下降時(shí)間，使用面板設(shè)定設(shè)置值時(shí)，設(shè)定的是設(shè)置值與傳感器量程的相對(duì)值，設(shè)置正確的pid動(dòng)作方向。5結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)然實(shí)際應(yīng)用還有其他形式的控制器，只不過(guò)這3種形式的pid控制器較常用而已。在結(jié)束文章之前，我想小結(jié)一下設(shè)計(jì)者應(yīng)如何選擇哪種形式的pid控制器。對(duì)于初入門(mén)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，采用第1種形式較佳，因?yàn)閜id溫控器操作方便、簡(jiǎn)單易懂，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整，了解pid參數(shù)的作用，較快的掌握pid控制的原理。對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，采用第2種形式最好，因?yàn)槔胮lc的指令可以編出功能強(qiáng)大的控制器并能優(yōu)化plc控制程序。對(duì)于考慮成本的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，

采用第3種形式的圖4應(yīng)用方案最佳，既充分利用了變頻器的功能，又節(jié)省了高成本的壓力傳感器，而且控制效果也不錯(cuò)，不失為一種好方案。文中有不當(dāng)之處，敬請(qǐng)同行批評(píng)指正！1

概述

日常的生活用水經(jīng)常隨時(shí)間而變化的，因季節(jié)、晝夜相差很大，因此用水和供水的不平衡集中表現(xiàn)在水壓上，即用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。保持供水壓力可以保持供、用水的平衡。以往采用水箱和水塔或氣罐加壓方法，往往容易造成水的二次污染、造成水質(zhì)不好。由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)在水塔自動(dòng)恒壓供水方面獲得了廣泛的應(yīng)用。2

組成及工作原理

一般供水系統(tǒng)三臺(tái)泵組成，每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺(tái)泵為一臺(tái)小泵兩臺(tái)大泵組成，小泵為1.5KW大泵為3.0KW，三臺(tái)泵的協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要。

現(xiàn)系統(tǒng)組成如圖1所示。

該系統(tǒng)由一臺(tái)PLC兩個(gè)變頻器。兩個(gè)變頻器。兩個(gè)壓力傳感器，控制柜及相關(guān)設(shè)備組成。利用一臺(tái)變頻器可以控制兩臺(tái)30KW水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，改造后，1＃泵15KW始終處于工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，兩臺(tái)30KW水泵由變頻器的控制實(shí)現(xiàn)變工況運(yùn)轉(zhuǎn)。

1＃泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)一般不能滿足白天的最小用水量，因此白天供水時(shí)首先投入1＃泵和2＃泵，2＃泵工作在變頻啟動(dòng)狀態(tài)，隨著壓力會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的高低以保持壓力的恒定，在用水量不大時(shí)，2＃泵和1號(hào)泵同時(shí)工作可以滿足要求，如果用水量增大，2＃泵會(huì)自動(dòng)切換到工頻狀態(tài)，并給PLC發(fā)出信號(hào)，繼而變頻啟動(dòng)3＃泵30KW，此時(shí)1＃，2＃泵工作在工頻狀態(tài)，3＃泵工作在變頻狀態(tài)。由于3＃泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，從而保證系統(tǒng)的恒壓。一般而言，三臺(tái)泵同時(shí)投入是絕對(duì)能滿足要求的?？刂葡到y(tǒng)硬件組成圖如圖2所示：注：MC1、MC2互鎖，MC3、MC4互鎖，MC6用于切斷2＃運(yùn)行，MC7用于切斷3＃運(yùn)行

如果3＃泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)壓力不能滿足要求的話，則該變頻器會(huì)自動(dòng)切除，退出工作，使3＃泵處于工頻。該系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單，系統(tǒng)成本低，可靠性高。3

系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)選用FR-500日本三菱變頻器。

該系統(tǒng)中具有功能：3.1

自動(dòng)切換變頻/工頻運(yùn)行功能

變頻器提供三種不同的工作方式供用戶(hù)選擇：

方式0：基本工作方式。變頻器始終固定驅(qū)動(dòng)一臺(tái)泵并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻率：控制其他輔助泵啟停。即當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到最大頻率時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)輔助泵工頻運(yùn)行、當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到最小頻率時(shí)則停止最后啟動(dòng)的輔助泵。由此控制增減工頻運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)。

方式1：交替方式，變頻器通常固定驅(qū)動(dòng)某臺(tái)泵，并實(shí)時(shí)根據(jù)其輸出頻率，使輔助泵工頻運(yùn)行，此方式與方式0不同之處在于若前一次泵啟動(dòng)的順序是泵1→泵2，當(dāng)變頻器輸出停止時(shí)，下一次啟動(dòng)順序變?yōu)楸?→泵1。

方式2：直接方式。當(dāng)啟信號(hào)輸入時(shí)變頻器啟動(dòng)第一臺(tái)泵當(dāng)該泵達(dá)到最高頻率時(shí)，變頻器將該泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，相反當(dāng)泵停止條件成立時(shí)，先停止最先啟動(dòng)的泵。3.2

PID的調(diào)節(jié)功能

由壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通過(guò)手持編程器)，設(shè)定給定壓力值，PID參數(shù)值，并通過(guò)PLC計(jì)算何以需切換泵的操作完成系統(tǒng)控制，系統(tǒng)參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整，使系統(tǒng)控制