變頻器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、摘 要隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到用戶的正常工作和生活。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。本文闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；具體分析了變頻恒水壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，通過研究和比較，得出結(jié)論:變頻調(diào)速是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù)。因此本文以采用變頻器和PLC 組合構(gòu)成系統(tǒng)的方式，逐步闡明

2、如何實(shí)現(xiàn)水壓恒定供水。關(guān)鍵詞 ：變頻器；PLC；恒壓供水； ABSTRACTAs China's social and economic development, urban construction and development very quickly, but also the construction of infrastructure facilities has put forward higher requirements. City water supply system construction is one of the important aspects of

3、the water supply reliability and stability, the economy of a direct impact on the user's normal work and life. As people on the water quality and water supply systems in the continuous improvement of reliability requirements, the use of advanced automation technology, control technology and comm

4、unication technology, design a high-performance, high-energy, water supply plants to adapt to the complex environment of constant pressure water supply Systems become an inevitable trendIn this paper, clarify the water supply system for energy-saving Frequency Control Principle; specific analysis of

5、 the frequency of the principle of constant pressure water supply system and the composition of the structure, through research and comparison, concluded: Frequency Control is the highest international one-effectiveness, performance, the best and most widely, the most The future development of the M

6、otor technology. Therefore this paper to adopt the inverter and PLC combination of a systematic approach to a small residential area pump motor control system for the target, and gradually clarified how to achieve a constant supply pressure.Key words：Inverter; PLC ; Constant pressure Water Supply ;目

7、 錄第一章 緒論11.1 課題背景11.2 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀21.3 課題的建立以及本文完成的主要工作3第二章 變頻技術(shù)介紹42.1 什么是變頻器42.2 變頻器的分類42.2.1 交-直-交變頻器42.2.2 交-交變頻器52.3 變頻器的額定值和技術(shù)指標(biāo)72.3.1 變頻器的額定值72.3.1.1 輸入側(cè)的額定值72.3.1.2 輸出側(cè)的額定值72.3.2 變頻器的性能指標(biāo)82.4 使用變頻器的目的及效果9第三章 恒壓供水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)103.1 系統(tǒng)概況103.2 設(shè)備選型103.2.1 JD-BP32-XF型供水變頻器103.2.2 PLC模塊103.2.3 PID調(diào)節(jié)器12

8、3.2.4壓力傳感器143.3電氣控制系統(tǒng)原理圖143.3.1 主電路圖143.2.2 PLC控制電路圖15第4章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)164.1 程序中使用的PLC內(nèi)部器件及功能164.2 PLC接線圖164.3 PLC供水控制系統(tǒng)流程圖174.4該系統(tǒng)PLC控制程序18第5章 總結(jié)20參考文獻(xiàn)22謝辭23第一章 緒論1.1 課題背景在城市化進(jìn)程迅速的今天，城市的居住形式主要是生活小區(qū)，那么小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)就顯得尤為重要。供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作。假定一棟樓有10層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時(shí)，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時(shí)將造成

9、能源的浪費(fèi)。因此，自來水廠通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個(gè)用戶。傳統(tǒng)的供水方式如水塔高位水箱供水，單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等都存在不同程度浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展。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，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出。應(yīng)用變頻器恒壓供水，因?yàn)樗淠艽蠓葴p小，因此能有效地減小樓房的負(fù)載，由于減小了供水水箱和樓房的負(fù)荷，何以

10、節(jié)約工程造價(jià)，相應(yīng)地也擴(kuò)大了樓房的面積。由于采用了變頻調(diào)速，減小了供水水泵的頻繁啟動(dòng)，可以使水泵工作在高效狀態(tài)，從而可以節(jié)約能源，減小對電網(wǎng)的沖擊。由于電動(dòng)機(jī)所消耗的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此可以獲得較好的節(jié)能效果。二是在開、停機(jī)時(shí)能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。三是用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長了設(shè)備的使用壽命。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)

11、生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今較合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證供水質(zhì)量等尤其重要。PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)是集變頻技術(shù)、電氣技術(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，同時(shí)該系統(tǒng)還具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對于提高供水質(zhì)量、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 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(jì)時(shí)主要采

12、用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式。這種方式運(yùn)行安全可靠，變壓方式更靈活。此方式的缺點(diǎn)必是電機(jī)數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，投資成本高。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(shí)現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求低的變頻供水領(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。目前,就國內(nèi)變頻恒壓供水現(xiàn)狀而言，歸結(jié)起來主要采用以下三種方法:（1）水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點(diǎn)   這種方式是集中供水

13、。對于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)計(jì)有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱。主水泵一般有三臺(tái)，二開一備自動(dòng)切換，副泵為一般為一小流量泵，夜間用水量小時(shí)主泵自動(dòng)切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。恒壓變頻供水是較為理想和先進(jìn)的。首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進(jìn)行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動(dòng)（對電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長了水泵壽命。各臺(tái)水泵自動(dòng)輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運(yùn)行，這樣各臺(tái)水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動(dòng)跳過故障泵運(yùn)行。如圖1-1所示。圖1-1 恒壓變頻供水系統(tǒng)（2）水池水

14、泵高位水箱用水點(diǎn) 此方式也是集中供水。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計(jì)有一座地下水池，通過兩臺(tái)水泵（一用一備）抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點(diǎn)。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。（3）單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點(diǎn)   此方式已簡化為單元總水表進(jìn)水。單元水箱和單元增壓泵實(shí)際上是一個(gè)整體，我們稱之為單元增壓器。由于有屋頂水箱，高水位時(shí)停泵，低水位時(shí)啟泵，這樣，水泵也有了停息時(shí)間，既省電又不至于一停電就停泵無水供應(yīng)，用水有了保障，社會(huì)效益較好。1.3 課題的建立以及本文完成的主要工作本文主要包括以下內(nèi)容：本設(shè)計(jì)是以P

15、LC控制為基礎(chǔ)，通過變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水。設(shè)計(jì)思路主要是恒壓供水，正常供水時(shí)關(guān)閉消防供水網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，關(guān)閉生活供水網(wǎng)，水泵全部用于消防供水。本文首先介紹了課題的研究背景，第二章詳細(xì)介紹了變頻器的工作原理及應(yīng)用，第三章是恒壓供水系統(tǒng)的硬件選型和電氣接線圖，第四章是PLC程序設(shè)計(jì)，第五章為設(shè)計(jì)總結(jié)。 第2章 變頻技術(shù)介紹2.1 什么是變頻器變頻器至今并無確切的定義，但按其作用可理解為改變電動(dòng)機(jī)電源頻率值及電壓值的自動(dòng)化電氣裝置（或設(shè)備）。變頻器由電力電子器件（如IGBT模塊）、電子器件（集成電路、開關(guān)電源、電阻、電容）、微處理器（CPU）等組成，接在電源輸入端（L1，L2，L3）和電動(dòng)機(jī)輸入端（

16、U，V，W）之間（見圖2-1）。功率范圍：0.75500KW（大于此功率值建議選用高壓電動(dòng)機(jī)及高壓變頻器）。頻率范圍：0400HZ（指通用變頻器），0120HZ（指水泵、風(fēng)機(jī)用的變頻器）。電壓范圍：0380V（或440V、600V，指低壓變頻器）。圖2-1 變頻器在電路中的位置2.2 變頻器的分類2.2.1 交-直-交變頻器交-直-交電壓型變頻器是通用變頻器的主要形式，根據(jù)變頻器輸出頻率和電壓的控制方式的不同，交-直-交變頻器可分為三種：用可控整流器高壓、逆變器調(diào)頻的交-直-交變頻器；用二極管整流器整流、斬波器調(diào)壓、逆變器調(diào)頻的交-直-交變頻器用二極管整流、PWM逆變器同時(shí)調(diào)頻調(diào)壓的交-直-交

17、變頻器。其結(jié)構(gòu)形式如圖2-2所示。圖2-2 交-直-交變頻器的三種結(jié)構(gòu)形式圖前兩種變頻器有兩級可控功率級，第一級完成調(diào)壓任務(wù)，第二級完成調(diào)頻任務(wù)，調(diào)壓、調(diào)頻分別進(jìn)行；后一種只有一級可控功率級，調(diào)壓、調(diào)頻均由逆變器完成。與前兩種相比，后一種有以下優(yōu)點(diǎn)：工頻交流電經(jīng)二極管整流和中間電容濾波后供PWM逆變器逆變，電網(wǎng)波形畸變小，功率因數(shù)高。PWM逆變器是通過改變脈沖寬度來改變電壓的，而且變頻、變壓同時(shí)進(jìn)行，故這種逆變器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好。PWM逆變器輸出電壓脈寬按正弦規(guī)律變化，交注電動(dòng)機(jī)電流波形接近正弦波，輸出的諧波分量小，電動(dòng)機(jī)脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，運(yùn)行平穩(wěn)。2.2.2 交-交變頻器交-交變頻器可直接將電網(wǎng)頻率

18、交流電變成頻率可調(diào)交流電，無需中間直流環(huán)節(jié)，從而可改善整個(gè)變頻裝置的變換效率。又由于交-交變頻器中晶閘管可利用交流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電源換流，無需換流電路，簡化了變頻器結(jié)構(gòu)。這種變頻器在大容量低速同步電機(jī)的無齒輪傳動(dòng)中，大型繞線式異步電動(dòng)機(jī)的超同步調(diào)速中，以及航空電源中的變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)上得到了廣泛應(yīng)用。交-交變頻器輸出的每一相都是由兩組晶閘管整流器反并聯(lián)的可逆線路構(gòu)成，如圖2-3所示。圖2-3 交-交變頻器一相電路及輸出波形圖中，圖（a）電路接入了足夠大濾波電感L，輸出電流近似方波，稱為電流源型；圖（b）中兩組整流器直接反并聯(lián)，構(gòu)成電壓源型電路。當(dāng)正組工作在整流狀態(tài)時(shí)，反組封鎖，負(fù)載上電壓為上正下負(fù)；

19、當(dāng)反組處于整流狀態(tài)而正組封鎖時(shí)，為上負(fù)下正，使負(fù)載上得到交流電壓，如圖（c）所示。若以一定頻率控制正組和反組整流器切換頻率的交流電壓。由于交-交變頻器輸出的交流電壓是經(jīng)晶閘管整流后獲得，因此其輸出頻率不能高于電網(wǎng)頻率。通常，最高輸出頻率限制為電網(wǎng)頻率的。根據(jù)輸出波形的不同，交-交變頻器可分為導(dǎo)通型的方波電流源變頻器和導(dǎo)通型的正弦波電壓源型變頻器。2.3 變頻器的額定值和技術(shù)指標(biāo)2.3.1 變頻器的額定值2.3.1.1 輸入側(cè)的額定值中小容量通用變頻器輸入側(cè)的額定值主要指電壓和相數(shù)。在我國，輸入電壓的額定值（指線電壓）有3相380V、3相220V（主要指進(jìn)口變頻器）、單相220V（主要是家用電器

20、中的中小容量變頻器）三種，此外，輸入側(cè)電源電壓的頻率一般規(guī)定為工頻50HZ或60HZ。2.3.1.2 輸出側(cè)的額定值輸出電壓。由于變頻器在變頻的同時(shí)也要變壓，所以輸出電壓的額定值是指輸出電壓中的最大值。在大多數(shù)情況下，它就是輸出頻率等于電動(dòng)機(jī)額定頻率時(shí)的輸出電壓值。通常，輸出電壓的額定值總是和輸入電壓相等。輸出電流。指允許長時(shí)間輸出的最大電流，是用戶在選擇變頻器時(shí)的主要依據(jù)。輸出容量。取決于和的乘積。（2-1）配用電動(dòng)機(jī)容量。對于變頻器說明書中規(guī)定的配用電動(dòng)機(jī)，其容量說明如下：它是根據(jù)下式估算的結(jié)果：（2-2）式中：電動(dòng)機(jī)的效率；電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。由于電動(dòng)機(jī)容量的標(biāo)稱值是統(tǒng)一的，而和值不一致，

21、所以配用電動(dòng)機(jī)容量相同的變頻器，品牌不同，其輸出容量常常不同。說明書中的配用電動(dòng)機(jī)容量，僅對長期連續(xù)負(fù)載才是最適合的，對于各種變動(dòng)負(fù)載，則不適用。過載能力。變頻器的過載能力是指允許其輸出電流超過額定電流的能力，大多數(shù)變頻器都規(guī)定為150%、1。2.3.2 變頻器的性能指標(biāo)變頻器的性能就是通常所說的功能，這類指標(biāo)是可以通過各種測量儀器工具，在較短時(shí)間內(nèi)測量出來的，這類指標(biāo)是IEC標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)所規(guī)定的，出廠所需檢驗(yàn)的質(zhì)量指標(biāo)。用戶選擇幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，就可知道變頻器的質(zhì)量高低，而不是單純看是進(jìn)口還是國產(chǎn)，是昂貴還是便宜。以下是變頻器的幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。在0.5HZ時(shí)能輸出多大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。比較優(yōu)良的變頻器在0

22、.5HZ時(shí)能輸出200%高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（在22KW以下，30KW以上輸出180%的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）。具有這一性能的變頻器，可根據(jù)負(fù)載要求實(shí)現(xiàn)短時(shí)間平穩(wěn)加減速，快速響應(yīng)急變負(fù)載，及時(shí)檢測出再生功率。頻率指標(biāo)變頻器頻率指標(biāo)包括頻率范圍、頻率精度和頻率分辨率。頻率范圍以變頻器輸出的最高頻率和最低頻率標(biāo)示，各種變頻器的頻率范圍不盡相同。通常，最低工作頻率約為0.11HZ，最高工作頻率約為200500HZ。頻率穩(wěn)定精度也稱頻率精度，是指在頻率給定值不變的情況下，當(dāng)溫度、負(fù)載變化，電壓波動(dòng)或長時(shí)間工作后，變頻器的實(shí)際輸出頻率與給定之間的最大誤差與最高工作頻率之比。對于數(shù)字設(shè)定式的變頻器，頻率分辨率決定于微機(jī)系統(tǒng)的性

23、能，在整個(gè)調(diào)頻范圍（如0.5400HZ）內(nèi)是一個(gè)常數(shù)（例如0.01HZ）。對于模擬設(shè)定式，頻率的分辨率還與頻率給定電位器的分辨率有關(guān)，一般可以達(dá)到最高輸出頻率的0.05%。速度調(diào)節(jié)范圍控制精度和轉(zhuǎn)矩控制精度現(xiàn)在變頻器速度控制精度能達(dá)到0.005%，轉(zhuǎn)矩控制精度能達(dá)3%。在低轉(zhuǎn)速時(shí)的脈動(dòng)情況低轉(zhuǎn)速脈動(dòng)情況是檢驗(yàn)變頻器好壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。有的高質(zhì)量變頻器在1HZ時(shí)的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)只有1.5。此外，變頻器的噪聲及諧波干擾、發(fā)熱量等都是重要的性能指標(biāo)，這是指標(biāo)與變頻器所選用的開關(guān)器件及調(diào)制頻率和控制方式有關(guān)。用IGBT和IPM制成的變頻器，由于調(diào)制頻率高，其噪聲很小，一般情況下連人的耳朵都聽不見，但其高次諧

24、波始終存在。如果采用控制方式較好，也可減少一些諧波量。2.4 使用變頻器的目的及效果變頻器的應(yīng)用范圍很廣，凡是使用三相交流異步電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的地方都可裝置變頻器，對設(shè)備來講，使用變頻器的目的無非有三個(gè)：對電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)能 使用頻率范圍為050HZ，具體值與設(shè)備類型、工況條件有關(guān)。對電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速 使用頻率范圍為0400HZ，具體值按工藝要求而定，受電動(dòng)機(jī)允許最大工作頻率的制約。對電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟件起動(dòng)、軟制動(dòng) 頻率的上升或下降，可人為設(shè)定時(shí)間、實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、制動(dòng)平滑無沖擊電流或機(jī)械沖擊。變頻器的使用可節(jié)省電能，降低生產(chǎn)成本，減少維修工作量，給實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化帶來方便和好處，應(yīng)用效果十分明顯，對產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)

25、量、合格率都有很大提高。 第3章 恒壓供水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)概況本文是針對某生活小區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合用戶生活/消防雙恒壓供水控制的要求而設(shè)計(jì)的。如圖3-1所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)向水箱注水。水池的高低水位信號也直接送給PLC，作為水位報(bào)警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。生活用水和消防用水共用四臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，四臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，四臺(tái)泵供消防用水使用，

26、并維持消防用水的高恒壓值?；馂?zāi)結(jié)束后，四臺(tái)泵改為生活供水使用。圖3-1 系統(tǒng)供水圖3.2 設(shè)備選型3.2.1 JD-BP32-XF型供水變頻器JD-BP32-XF型是山東新電子公司推出的專用于供水變頻器，使用空間電壓矢量控制技術(shù)適用于各類自控場合。在恒壓供水中可以采用這類變頻器。JD-BP32-XF型變頻器除具有變頻器的一般特性外，還具有以下特性：水壓高、水壓低輸出接口，變頻器運(yùn)行上限、下限頻率（可以任意設(shè)定），可以方便地進(jìn)行雙壓力控制，內(nèi)置智能PID控制，以上功能非常適用于供水控制要求。在本例中選用JD-BP32-22F（22KW）供水變頻器拖動(dòng)用戶水泵。下圖為接線圖：圖3-2 變頻器接線圖

27、3.2.2 PLC模塊（1）控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配根據(jù)圖1所示及控制要求,統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱，代碼及地址編號如下表1所示。水位上、下限信號分別為I0.1、I0.2。輸入輸出點(diǎn)/代碼及地址編號表1名           稱代   碼地址編碼輸入信號手動(dòng)和自動(dòng)消防信號SA1I0.0水池下限信號SLLI0.1水池上限信號SLHI0.2變頻器報(bào)警信號SUI0.3消鈴按鈕SB7I0.4試燈按鈕SB8I0.5水壓低信號SY1I0.6水壓高信號SY2I0.7輸出信號輸

28、出信號1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1,HL1Q0.01#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2,HL2Q0.12#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3,HL3Q0.22#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4,HL4Q0.33#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5,HL5Q0.43#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6,HL6Q0.54#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM7,HL7Q1.04#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM8,HL8Q1.1生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥、壓力轉(zhuǎn)換YV2,KA1Q1.2水池水位下限報(bào)警指示燈HL5Q1.3變頻器報(bào)警指示燈HL6Q1.4火災(zāi)報(bào)警指示燈HL7Q1.5報(bào)警電鈴HAQ1.6變頻器開停機(jī)控制KA2Q

29、1.7（2）PLC系統(tǒng)選型 系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)8個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)10個(gè),選用西門子主機(jī)CPU222（8入6繼電器出）1臺(tái)，加上擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出）1臺(tái)。即可滿足用戶供水控制要求3.2.3 PID調(diào)節(jié)器僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的PI控制。用PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動(dòng)等引起的偏差。但是， I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。對于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負(fù)載

30、場合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動(dòng)作用的負(fù)載。利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)(即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié))效果比較好。圖3-3 PID控制框圖通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值

31、(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:（1）硬件型：即通用PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。（2）軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機(jī))上做PID控制器。此次使用硬件型控制形式。本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。圖3-4 PID控制接線圖3.2.4壓力傳感器在供水系統(tǒng)中，壓力壓力傳感器作用是通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口

32、壓力信號變成420mA變化的電流信號或05V間變化的電壓信號的標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一個(gè)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。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(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，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)。傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠(yuǎn)傳壓力表。在本例中采用遠(yuǎn)傳壓力表，壓力表相應(yīng)接線端子接到變頻器主控板3腳、4腳、5腳即可。3.3電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及P

33、LC外圍接線圖三部分。3.3.1 主電路圖如圖3-5所示為電控系統(tǒng)主電路。四臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3、M4。接觸器KM1、KM3、KM5、KM7，分別控制M1、M2、M3、M4的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6、KM8，分別控制M1、M2、M3、M4的變頻運(yùn)行；FR1、FR2、FR3、FR4分別為四臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4和QS5分別為變頻器和四臺(tái)泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1、FU2、FU3和FU4為主電路的熔斷器；BPQ為供水專用變頻器。圖3-5 主電路圖3.2.2 PLC控制電路圖如圖3-6所 示為電控系統(tǒng)電路。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)

34、，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)，打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1SB10控制四臺(tái)泵的起/停和電磁閥YV2的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。圖中的HL12為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。 圖3-6 控制電路圖第4章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1 程序中使用的PLC內(nèi)部器件及功能程序中使用的PLC內(nèi)部器件及功能，如下表所示：器件地址功   能器件地址功   能VB400變頻工作泵的泵號M0.4復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖VB401工頻運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)M0.5當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖VD410倒泵時(shí)間存儲(chǔ)器M0.6新泵變頻啟動(dòng)脈沖T33工

35、/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M2.0泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T34工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M2.1泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T37工頻泵增泵判斷時(shí)間控制M2.2泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T38工頻泵減泵判斷時(shí)間控制M3.0故障信號匯總T39工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.1水位下限故障邏輯M0.0故障結(jié)束脈沖信號M3.2水位下限故障消鈴邏輯M0.1泵變頻啟動(dòng)脈沖M3.3變頻器故障消鈴邏輯M0.2M3.4火災(zāi)消鈴邏輯M0.3倒泵變頻啟動(dòng)脈沖生活/消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是我公司生產(chǎn)的供水專用變頻器直接設(shè)定的。在本實(shí)例中，根據(jù)用戶要求，生活壓力設(shè)定為0.35MPa,消防壓力設(shè)定為0.60MPa。壓力低、壓力高信號分別由變頻器內(nèi)部主控板14腳、15腳給出。供水運(yùn)行下限頻率、供水運(yùn)行上限頻率由變頻器程序設(shè)定。在本系統(tǒng)中，運(yùn)行下限頻率設(shè)為22Hz, 運(yùn)行上限頻率設(shè)為50Hz。4.2 PLC接線圖下圖4-1所示為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖?；馂?zāi)時(shí)，火災(zāi)信號SA1被觸動(dòng)，I0.0為1。圖4-1 PLC接線圖4.3 PLC供水控制系統(tǒng)流程圖PLC供水控制系統(tǒng)流程圖如圖4-2:圖4-2 PLCP