供水專用變頻(pin)器(qi)在泵站(zhan)恒壓(ya)穩(wen)壓(ya)供水系統中的應(ying)用

1  引言

      傳統(tong)的(de)(de)生活及生產供水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)方(fang)(fang)法是通(tong)過(guo)建(jian)造(zao)(zao)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)塔(ta)維持(chi)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)。但是，建(jian)造(zao)(zao)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)塔(ta)需要花費財(cai)力，水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)塔(ta)還會造(zao)(zao)成水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)二(er)次污染(ran)。那么(me)，可(ke)不(bu)可(ke)以不(bu)借助水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)塔(ta)來(lai)實現恒壓(ya)供水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)呢？當然可(ke)以，但是要解(jie)決水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)隨用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)大(da)小變(bian)化(hua)的(de)(de)問題，通(tong)常的(de)(de)辦法是:用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)大(da)時，增加(jia)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵數(shu)量(liang)(liang)(liang)或提高水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵的(de)(de)轉(zhuan)動速度以保(bao)持(chi)管網(wang)中的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)不(bu)變(bian)，用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量(liang)(liang)(liang)小時又需做(zuo)出相反的(de)(de)調節。這就是恒壓(ya)供水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)(de)基本思路。交(jiao)流(liu)變(bian)頻器的(de)(de)誕生和PLC的(de)(de)運(yun)用(yong)為(wei)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)泵轉(zhuan)速的(de)(de)平滑性連(lian)續調節提供了(le)方(fang)(fang)便。

2  恒(heng)壓供水(shui)控制(zhi)系統的基本(ben)控制(zhi)策略

      采用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機調(diao)(diao)速裝置(zhi)與可編(bian)程(cheng)控(kong)(kong)制器(PLC)構成控(kong)(kong)制系統，進行(xing)優化控(kong)(kong)制泵組的(de)(de)(de)調(diao)(diao)速運(yun)行(xing)，并(bing)自動(dong)(dong)調(diao)(diao)整泵組的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)臺(tai)數，完(wan)成供水壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)閉(bi)(bi)環控(kong)(kong)制，在管網流量(liang)變(bian)(bian)化時達到穩定(ding)(ding)供水壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)和(he)(he)節約電(dian)(dian)(dian)能的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。系統的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制目(mu)標是泵站總(zong)管的(de)(de)(de)出(chu)水壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)，系統設(she)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)給水壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)值與反(fan)饋的(de)(de)(de)總(zong)管壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)實際值進行(xing)比較，其(qi)(qi)差值輸入(ru)CPU運(yun)算(suan)處(chu)理后，發出(chu)控(kong)(kong)制指(zhi)令，控(kong)(kong)制泵電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機的(de)(de)(de)投運(yun)臺(tai)數和(he)(he)運(yun)行(xing)變(bian)(bian)量(liang)泵電(dian)(dian)(dian)動(dong)(dong)機的(de)(de)(de)轉(zhuan)速，從而達到給水總(zong)管壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)穩定(ding)(ding)在設(she)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)值上。恒壓(ya)(ya)(ya)(ya)供水就(jiu)是利用(yong)(yong)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器的(de)(de)(de)PID或PI功能實現的(de)(de)(de)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)閉(bi)(bi)環控(kong)(kong)制。即將壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)控(kong)(kong)制點測的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)信號(hao)(4－20ｍＡ)直接輸入(ru)到變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器中(zhong)，由變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器將其(qi)(qi)與用(yong)(yong)戶設(she)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)值進行(xing)比較，并(bing)通過(guo)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器內置(zhi)PID運(yun)算(suan)將結果轉(zhuan)換為(wei)頻(pin)(pin)率調(diao)(diao)節信號(hao)調(diao)(diao)整水泵電(dian)(dian)(dian)機的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)源頻(pin)(pin)率，從而實現控(kong)(kong)制水泵轉(zhuan)速。

供(gong)水(shui)(shui)系(xi)統選(xuan)用原則水(shui)(shui)泵(beng)揚(yang)程(cheng)應大(da)(da)于(yu)實(shi)際供(gong)水(shui)(shui)高度，水(shui)(shui)泵(beng)流量總和應大(da)(da)于(yu)實(shi)際較大(da)(da)供(gong)水(shui)(shui)量。

3  泵站恒(heng)壓(ya)穩壓(ya)供水(shui)系統的(de)基本構成

      泵站恒(heng)壓穩壓供水系統(tong)一般需(xu)要(yao)(yao)設多臺(tai)水泵(beng)(beng)及電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)，這比(bi)設單(dan)臺(tai)水泵(beng)(beng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)節能而可靠。配單(dan)臺(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)及水泵(beng)(beng)時，它們的(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)率 須足夠大(da)(da)，在(zai)用(yong)水量少時來開一臺(tai)大(da)(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)肯定是(shi)(shi)(shi)浪費的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)選小了用(yong)水量大(da)(da)時供(gong)水量則相應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)會不足。而且(qie)水泵(beng)(beng)與電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)維修的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時候，備(bei)用(yong)泵(beng)(beng)是(shi)(shi)(shi)  要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。而恒(heng)壓(ya)供(gong)水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)(yao)目標是(shi)(shi)(shi)保持管網水壓(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)恒(heng)定，水泵(beng)(beng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉速要(yao)(yao)跟(gen)隨用(yong)水量的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化而變(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，那么這就是(shi)(shi)(shi)要(yao)(yao)用(yong)變(bian)頻器(qi)(qi)為水泵(beng)(beng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。在(zai)此這里(li)有兩種配置方案(an)，一種是(shi)(shi)(shi)為每(mei)一臺(tai)水泵(beng)(beng)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)配一臺(tai)相應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)頻器(qi)(qi)，從解決問題方案(an)這個比(bi)較簡單(dan)和方便，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)與變(bian)頻器(qi)(qi)間(jian)不須切換，但是(shi)(shi)(shi)從經(jing)費的(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度來看的(de)(de)(de)(de)(de)(de)話這樣比(bi)較昂貴。另一種方案(an)則是(shi)(shi)(shi)數臺(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)配一臺(tai)變(bian)頻器(qi)(qi)，變(bian)頻器(qi)(qi)與電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)間(jian)可以切換的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，供(gong)水運(yun)行時，一臺(tai)水泵(beng)(beng)變(bian)頻運(yun)行，其余的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水泵(beng)(beng)工頻運(yun)行，以滿(man)足不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水量需(xu)求(qiu)。

如(ru)圖為(wei)恒壓供水(shui)(shui)(shui)泵的水(shui)(shui)(shui)的構成示意圖1。圖1中壓力傳(chuan)(chuan)感器(qi)用于檢測(ce)管網中的水(shui)(shui)(shui)壓，常裝設在泵站的出水(shui)(shui)(shui)口。當(dang)用水(shui)(shui)(shui)量大時，水(shui)(shui)(shui)壓降低;用水(shui)(shui)(shui)量小時，水(shui)(shui)(shui)壓升(sheng)高。水(shui)(shui)(shui)壓傳(chuan)(chuan)感器(qi)將水(shui)(shui)(shui)壓的變(bian)化(hua)轉變(bian)為(wei)電流或電壓的變(bian)化(hua)送給調(diao)節(jie)器(qi)。

泵站恒壓穩壓供水系(xi)統供水泵的構成  

      調(diao)節(jie)器是(shi)一種電(dian)子裝(zhuang)置，它具(ju)有設(she)(she)定水管水壓(ya)的(de)(de)(de)(de)給(gei)定值(zhi)、接受傳(chuan)感器送來(lai)得(de)管網水壓(ya)的(de)(de)(de)(de)實測值(zhi)、根(gen)據給(gei)定值(zhi)與實測值(zhi)的(de)(de)(de)(de)綜(zong)合依調(diao)接規律發(fa)出(chu)的(de)(de)(de)(de)系(xi)統調(diao)接信(xin)(xin)號等功能(neng)。調(diao)節(jie)器的(de)(de)(de)(de)輸出(chu)信(xin)(xin)號一般是(shi)模(mo)擬信(xin)(xin)號，4-20mA變(bian)化的(de)(de)(de)(de)電(dian)流信(xin)(xin)號或0-10V間變(bian)化的(de)(de)(de)(de)電(dian)壓(ya)信(xin)(xin)號。信(xin)(xin)號的(de)(de)(de)(de)量(liang)值(zhi)與前邊(bian)的(de)(de)(de)(de)提到的(de)(de)(de)(de)差值(zhi)成(cheng)正比(bi)例，用于驅動執(zhi)(zhi)行器設(she)(she)備工作。在變(bian)頻(pin)器恒壓(ya)供水系(xi)統中，執(zhi)(zhi)行設(she)(she)備就(jiu)是(shi)變(bian)頻(pin)器。

      用(yong)PLC代(dai)替(ti)調(diao)節器(qi)，其控(kong)制(zhi)(zhi)性能和精度(du)大大提高(gao)了(le)(le)，因此，PLC作為恒(heng)(heng)壓供(gong)水(shui)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)，其主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)任務就是(shi)(shi)代(dai)替(ti)調(diao)節器(qi)實現(xian)水(shui)壓給定值(zhi)與(yu)(yu)反饋值(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)綜(zong)合與(yu)(yu)調(diao)節工(gong)作，實現(xian)數(shu)字PID調(diao)節;它還控(kong)制(zhi)(zhi)水(shui)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)與(yu)(yu)切換(huan)，在(zai)多泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)組恒(heng)(heng)壓供(gong)水(shui)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)中，為了(le)(le)使設(she)備(bei)均勻的(de)(de)(de)(de)(de)磨損，水(shui)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)及電機是(shi)(shi)輪換(huan)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作。如(ru)規定和變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)相連接的(de)(de)(de)(de)(de)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)為主(zhu)(zhu)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)(主(zhu)(zhu)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)也是(shi)(shi)輪流擔(dan)任的(de)(de)(de)(de)(de))，主(zhu)(zhu)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)在(zai)運(yun)(yun)行(xing)時(shi)達到較高(gao)頻(pin)(pin)時(shi)，須(xu)增加一臺工(gong)頻(pin)(pin)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)投入(ru)(ru)運(yun)(yun)行(xing)。PLC則是(shi)(shi)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)組管(guan)理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)執行(xing)設(she)備(bei)。PLC同時(shi)還是(shi)(shi)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)驅動控(kong)制(zhi)(zhi)。恒(heng)(heng)壓供(gong)水(shui)泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)中變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)常(chang)(chang)常(chang)(chang)采(cai)用(yong)模(mo)擬(ni)量控(kong)制(zhi)(zhi)方式，這需(xu)采(cai)用(yong)PLC的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)量控(kong)制(zhi)(zhi)模(mo)塊，該(gai)模(mo)塊的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)量輸(shu)入(ru)(ru)端(duan)子接受到傳(chuan)感器(qi)送(song)來的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)信號(hao)，輸(shu)出(chu)(chu)端(duan)送(song)出(chu)(chu)經給定值(zhi)與(yu)(yu)反饋值(zhi)比較并經PID處(chu)理(li)后得出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)量信號(hao)，并依此信號(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)改變(bian)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)(chu)頻(pin)(pin)率。另外，泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)其他控(kong)制(zhi)(zhi)邏輯也由PLC承擔(dan)，如(ru):手動、自(zi)動操作轉換(huan)，泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作狀態指示，泵(beng)(beng)(beng)(beng)(beng)站(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作異常(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)報警，系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)檢等等。

4  PLC的模擬量擴展(zhan)單元的配置和(he)選型

4.1  PLC模擬量(liang)擴展(zhan)單元的(de)配置(zhi)及應用

      PLC的(de)(de)普(pu)通輸入輸出端(duan)口均為(wei)開關量(liang)處理(li)端(duan)口，為(wei)了使PLC能(neng)完成模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)的(de)(de)處理(li)，常見的(de)(de)方法是為(wei)整體式PLC加(jia)配模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)擴(kuo)展單(dan)元(yuan)。模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)擴(kuo)展單(dan)元(yuan)可以(yi)將外(wai)部模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)轉(zhuan)換(huan)(huan)為(wei)PLC可處理(li)的(de)(de)數(shu)字量(liang)及將PLC內部運算結果數(shu)字量(liang)轉(zhuan)換(huan)(huan)為(wei)機(ji)外(wai)所需的(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)。模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)擴(kuo)展單(dan)元(yuan)有(you)單(dan)獨用(yong)于(yu)(yu)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)/數(shu)轉(zhuan)換(huan)(huan)的(de)(de)，單(dan)獨用(yong)于(yu)(yu)數(shu)/模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)轉(zhuan)換(huan)(huan)的(de)(de)，也(ye)有(you)兼具模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)/數(shu)及數(shu)/模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)兩種功能(neng)的(de)(de)。如(ru)用(yong)S7-200系列PLC的(de)(de)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)擴(kuo)展模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)塊EM235，它具有(you)四路模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)輸入及一路模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)擬(ni)量(liang)輸出，可以(yi)用(yong)于(yu)(yu)恒壓供水控制(zhi)中。

4.2  PLC系統(tong)的選型(xing)

      系統共有開(kai)關量輸入點6個、開(kai)關量輸出點12個;模擬(ni)量輸入點1個，模擬(ni)量輸出點1個。如(ru)(ru)果選(xuan)用(yong)CPU224的(de)PLC，也需要擴(kuo)展(zhan)單元;如(ru)(ru)果選(xuan)用(yong)CPU226的(de)PLC，價格比較高，這樣形成(cheng)的(de)浪費較大。因此參照西門(men)子S7-200產(chan)品目錄及市場價格可(ke)知選(xuan)用(yong)的(de)主機為(wei)(wei)CPU222一臺，加上一臺數字量擴(kuo)展(zhan)模塊EM222，再擴(kuo)展(zhan)一個模擬(ni)量模塊EM235。這樣配置是較為(wei)(wei)經(jing)濟的(de)。整個PLC系統的(de)配置如(ru)(ru)圖2所(suo)示:

5  電(dian)控系統的原理設計

      電控系(xi)統(tong)的(de)原理(li)圖(tu)包(bao)括主(zhu)電路(lu)(lu)圖(tu)、控制電路(lu)(lu)圖(tu)及PLC的(de)外(wai)圍接線圖(tu)。

5.1  主電路(lu)設(she)計

      如圖3為(wei)電(dian)(dian)控(kong)系統的(de)主電(dian)(dian)路圖。三(san)臺(tai)電(dian)(dian)機(ji)(ji)分(fen)別為(wei)M1，M2，M3。接觸器KM1，KM3，KM5分(fen)別控(kong)制電(dian)(dian)機(ji)(ji)M1，M2，M3的(de)供頻(pin)運行(xing);接觸器KM2，KM4，KM6分(fen)別控(kong)制電(dian)(dian)機(ji)(ji)M1，M2，M3的(de)變頻(pin)運行(xing);FR1，FR2，FR3分(fen)別為(wei)三(san)臺(tai)水泵電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)過載保護的(de)熱(re)繼電(dian)(dian)器;QS1，QS2，QS3，QS4分(fen)別為(wei)變頻(pin)器和三(san)臺(tai)水泵電(dian)(dian)機(ji)(ji)主電(dian)(dian)路的(de)隔(ge)離開關;FU1為(wei)主電(dian)(dian)路的(de)熔斷器;VVVF為(wei)通用變頻(pin)器。

5.2  控制電路設計

      圖4為電控系(xi)統控制(zhi)的(de)電路(lu)圖。SA為手(shou)動(dong)/自動(dong)轉換(huan)開關，SA打(da)(da)在(zai)1的(de)位置(zhi)時(shi)候為手(shou)動(dong)控制(zhi)狀態(tai);SA打(da)(da)在(zai)2的(de)位置(zhi)時(shi)候為自動(dong)控制(zhi)狀態(tai);在(zai)手(shou)動(dong)運(yun)(yun)行時(shi)，可用(yong)按鈕S1~S8控制(zhi)三臺(tai)電機的(de)起/停和(he)電磁(ci)閥YV2的(de)通/斷;自動(dong)運(yun)(yun)行時(shi)，系(xi)統在(zai)PLC程序控制(zhi)下運(yun)(yun)行。

控制(zhi)電路圖

      圖中(zhong)的HL10為(wei)自動(dong)運行(xing)(xing)狀態時的電源(yuan)指(zhi)示燈。對(dui)變(bian)頻器(qi)的頻率進(jin)行(xing)(xing)復位控制(zhi)(zhi)時只提供一(yi)(yi)個(ge)干觸(chu)點(dian)信(xin)號，由于(yu)PLC為(wei)4個(ge)輸出點(dian)為(wei)一(yi)(yi)組(zu)(zu)共用的一(yi)(yi)個(ge)COM端，而系統本(ben)身又(you)沒有剩(sheng)下單(dan)獨的COM端輸出組(zu)(zu)，所以通過一(yi)(yi)個(ge)中(zhong)間繼電器(qi)KA的觸(chu)點(dian)對(dui)變(bian)頻器(qi)進(jin)行(xing)(xing)復位控制(zhi)(zhi)。 

      圖(tu)4中的(de)(de)Q0.0－Q0.5及(ji).Q1.0－Q1.5為PLC的(de)(de)輸(shu)出繼電(dian)器觸點。在此可以看到在檢修(xiu)是的(de)(de)控(kong)制原理和水(shui)泵(beng)在正常運(yun)行(xing)是的(de)(de)控(kong)制原理一樣的(de)(de)， 是通過(guo)控(kong)制接(jie)觸器的(de)(de)通與斷來控(kong)制水(shui)泵(beng)的(de)(de)啟動與停泵(beng)。

      在PLC控(kong)制時候與檢修時的(de)(de)控(kong)制較(jiao)大(da)的(de)(de)區(qu)別是(shi)，PLC可以通過變頻器來控(kong)制水泵的(de)(de)轉(zhuan)速(su)從而(er)達到對(dui)水壓(ya)的(de)(de)壓(ya)力控(kong)制，而(er)檢修的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)對(dui)機器的(de)(de)維護而(er)不是(shi)控(kong)制水壓(ya)，因此不必通過對(dui)其轉(zhuan)速(su)控(kong)制。

6  電控(kong)程序設(she)計

6.1  泵站軟件的設計分析

(1) 由“恒壓(ya)”要求出發的工作(zuo)組數量的管(guan)理

      為(wei)了(le)恒定(ding)(ding)水壓，那么(me)在(zai)(zai)水壓降低時(shi)，需(xu)要(yao)升高變(bian)頻(pin)器(qi)的輸(shu)出頻(pin)率(lv)(lv)，并且在(zai)(zai)一臺水泵(beng)工作(zuo)是(shi)不(bu)能滿足恒壓要(yao)求時(shi)，這(zhe)時(shi)需(xu)要(yao)啟動(dong) 一號或二號水泵(beng)。這(zhe)樣有一個判(pan)斷標準來決(jue)定(ding)(ding)是(shi)否需(xu)要(yao)啟動(dong)新泵(beng)即為(wei)變(bian)頻(pin)器(qi)的輸(shu)出頻(pin)率(lv)(lv)是(shi)否達到所設定(ding)(ding)的頻(pin)率(lv)(lv)上(shang)限值。這(zhe)一功能可以通過比較指(zhi)令來實現。為(wei)了(le)判(pan)斷變(bian)頻(pin)器(qi)的工作(zuo)頻(pin)率(lv)(lv)達到上(shang)限的確定(ding)(ding)性，應濾去偶然(ran)因素所引起的頻(pin)率(lv)(lv)波(bo)動(dong)所達到的頻(pin)率(lv)(lv)上(shang)限值的情況，在(zai)(zai)程序中(zhong)應考慮采取時(shi)間(jian)濾波(bo)情況。

(2) 臺(tai)組(zu)泵站泵組(zu)的管理(li)規范

      由于變(bian)頻(pin)器(qi)泵(beng)(beng)(beng)站希望每(mei)(mei)一次(ci)啟動(dong)(dong)(dong)電(dian)動(dong)(dong)(dong)機均(jun)為軟啟動(dong)(dong)(dong)，有規(gui)定各臺(tai)水泵(beng)(beng)(beng) 須交替使(shi)用(yong)，那么多臺(tai)組(zu)泵(beng)(beng)(beng)站泵(beng)(beng)(beng)組(zu)的(de)投(tou)入運行(xing)需要有一個管(guan)理規(gui)范(fan)。在本次(ci)設計中(zhong)控(kong)制要求中(zhong)規(gui)定任意的(de)一臺(tai)水泵(beng)(beng)(beng)連續(xu)運行(xing)不得超(chao)過3h，因此每(mei)(mei)次(ci)需要啟動(dong)(dong)(dong)新泵(beng)(beng)(beng)或(huo)切(qie)換變(bian)頻(pin)泵(beng)(beng)(beng)的(de)時(shi)候，以新運行(xing)泵(beng)(beng)(beng)為變(bian)頻(pin)是(shi)(shi)合理的(de)。具體的(de)操作時(shi)，將(jiang)現運行(xing)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)從變(bian)頻(pin)器(qi)上(shang)切(qie)除，并(bing)且(qie)接上(shang)工(gong)(gong)頻(pin)電(dian)源(yuan)加以運行(xing)，同時(shi)將(jiang)變(bian)頻(pin)器(qi)復位并(bing)且(qie)用(yong)于新運行(xing)泵(beng)(beng)(beng)的(de)啟動(dong)(dong)(dong)。除此之外，泵(beng)(beng)(beng)組(zu)管(guan)理還有一個問題就是(shi)(shi)泵(beng)(beng)(beng)的(de)工(gong)(gong)作循環控(kong)制，在本設計中(zhong)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)是(shi)(shi)用(yong)泵(beng)(beng)(beng)號加1的(de)方法來實(shi)(shi)現變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)循環控(kong)制即(ji)3加上(shang)1等于0的(de)邏輯，用(yong)工(gong)(gong)頻(pin)泵(beng)(beng)(beng)的(de)總數(shu)結合泵(beng)(beng)(beng)號來實(shi)(shi)現工(gong)(gong)頻(pin)泵(beng)(beng)(beng)的(de)輪換工(gong)(gong)作。

6.2  程序(xu)的(de)(de)結構及程序(xu)功能的(de)(de)實現(xian)

      根(gen)據前(qian)面可知(zhi)，PLC在恒壓供水(shui)系統(tong)中的功能比較多，由于模(mo)擬(ni)量(liang)單元及PID調節都需要(yao)編制初始化及中斷程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)，本(ben)程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)可以分(fen)為三個部分(fen):主程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)、子程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)和中斷程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)。

      (1) 系統的(de)初(chu)(chu)始化(hua)的(de)一些工(gong)作(zuo)放在(zai)初(chu)(chu)始化(hua)子(zi)程(cheng)序(xu)(xu)中(zhong)完成，這樣(yang)可以節(jie)省掃描時(shi)(shi)間(jian)。利用(yong)定時(shi)(shi)器(qi)中(zhong)斷功能來(lai)實(shi)現PID控制的(de)定時(shi)(shi)采樣(yang)及輸出控制。初(chu)(chu)始化(hua)子(zi)程(cheng)序(xu)(xu)流(liu)程(cheng)框(kuang)圖如圖5。在(zai)初(chu)(chu)始化(hua)的(de)子(zi)程(cheng)序(xu)(xu)中(zhong)僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)在(zai)上(shang)電(dian)和故障(zhang)結束(shu)時(shi)(shi)用(yong)，其主要(yao)的(de)用(yong)途(tu)為節(jie)省大量的(de)掃描時(shi)(shi)間(jian)加快(kuai)整個程(cheng)序(xu)(xu)的(de)運行效率，提高了PID中(zhong)斷的(de)準確度。上(shang)電(dian)處理的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)CPU進行清(qing)理內部(bu)繼(ji)電(dian)器(qi)，復位所有(you)的(de)定時(shi)(shi)器(qi)，檢查I/O單元的(de)連(lian)接。

      (2) 主程(cheng)序(xu)(xu)流程(cheng)圖如圖6。其功(gong)能較多，如泵(beng)(beng)的(de)切(qie)換信號(hao)的(de)生成、泵(beng)(beng)組接(jie)觸器(qi)邏輯控制(zhi)信號(hao)的(de)綜(zong)合及(ji)報警處(chu)理等(deng)等(deng)都(dou)在(zai)主程(cheng)序(xu)(xu)中。生活(huo)及(ji)消防雙(shuang)恒(heng)壓(ya)的(de)兩個恒(heng)壓(ya)值是采用數(shu)(shu)字式方式直接(jie)在(zai)程(cheng)序(xu)(xu)中設定的(de)。生活(huo)供水時系(xi)統設定為(wei)滿量程(cheng)的(de)70%，消防供水時系(xi)統設定為(wei)滿量程(cheng)的(de)90%。本系(xi)統中的(de)增益(yi)和時間常數(shu)(shu)為(wei):增益(yi) Kc=0.25，采樣時間Ts=0.2s，積(ji)分時間Ti=30min。

      (3) 中(zhong)(zhong)斷程序(xu)如圖(tu)7，其作(zuo)用(yong)主要用(yong)于PID的(de)相應計算，在PLC的(de)常閉繼電器SM0.0的(de)作(zuo)用(yong)下工作(zuo)，它(ta)包括:設定回路輸入及輸出選項、設定回路參(can)數、設定循環(huan)報(bao)警(jing)選項、為(wei)計算指定內(nei)存區(qu)域、指定初始(shi)化(hua)子程序(xu)及中(zhong)(zhong)斷程序(xu)。

7  結束語

      泵(beng)站恒壓穩壓供水系統(tong)技術因采用變(bian)(bian)頻(pin)器改變(bian)(bian)電動機(ji)電源頻(pin)率，而達到調節(jie)水泵(beng)轉速改變(bian)(bian)水泵(beng)出(chu)口(kou)壓力(li)，比靠調節(jie)閥門的控制(zhi)(zhi)水泵(beng)出(chu)口(kou)壓力(li)的方式(shi)，具(ju)有降(jiang)低管道阻力(li)大(da)大(da)減(jian)少截(jie)流(liu)損失的效能。由于變(bian)(bian)量泵(beng)工(gong)作在變(bian)(bian)頻(pin)工(gong)況，在其出(chu)口(kou)流(liu)量小于額定流(liu)量時，泵(beng)轉速降(jiang)低，減(jian)少了(le)軸承的磨損和發熱，延(yan)長泵(beng)和電動機(ji)的機(ji)械使用壽命。實(shi)現恒壓自動控制(zhi)(zhi)，不需要操作人員頻(pin)繁操作，降(jiang)低了(le)人員的勞動強度，節(jie)省了(le)人力(li)。

      水泵(beng)電(dian)動(dong)(dong)機采用軟啟動(dong)(dong)方式，按設定的(de)(de)加(jia)速(su)時間加(jia)速(su)，避(bi)免電(dian)動(dong)(dong)機啟動(dong)(dong)時的(de)(de)電(dian)流沖擊，對電(dian)網電(dian)壓造成波(bo)動(dong)(dong)的(de)(de)影(ying)響，同(tong)時也避(bi)免了電(dian)動(dong)(dong)機突然(ran)加(jia)速(su)造成泵(beng)系(xi)統的(de)(de)喘振(zhen)。

      由于變(bian)量泵工(gong)作(zuo)在變(bian)頻(pin)工(gong)作(zuo)狀態，在其(qi)(qi)運行過程中其(qi)(qi)轉(zhuan)速是(shi)由外供(gong)水量決(jue)定的，故(gu)系統在運行過程中可(ke)節約(yue)可(ke)觀的電能，其(qi)(qi)經濟(ji)效(xiao)(xiao)益是(shi)十(shi)分明顯的。正因為此，系統具(ju)有收回投資快，而長期(qi)受益，其(qi)(qi)產生的社會效(xiao)(xiao)益也是(shi)非常巨大。

      在實際應用(yong)中，采用(yong)PLC控制(zhi)恒壓(ya)供水，還能容易地(di)隨(sui)時修改(gai)(gai)控制(zhi)程序(xu)，以改(gai)(gai)變各元(yuan)件的工(gong)作時間和(he)工(gong)作狀況，滿足不(bu)同情況要(yao)求。與(yu)繼(ji)電器或硬件邏(luo)輯電路控制(zhi)系統(tong)相(xiang)比，PLC控制(zhi)系統(tong)具有更大的靈活性和(he)通用(yong)性。