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0 引言

    供(gong)(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)系統是(shi)國民生產(chan)生活中不可缺少(shao)的重要(yao)一(yi)環。傳統供(gong)(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)方式(shi)占(zhan)地面積大，水(shui)(shui)(shui)質易污染，基建投資多，而最主要(yao)的缺點是(shi)水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)不能(neng)保(bao)持(chi)恒定，導致部分設備不能(neng)正常工作(zuo)。變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速技術是(shi)一(yi)種新型成熟的交(jiao)流電(dian)機無(wu)極調(diao)(diao)速技術，它以其(qi)獨特(te)優良的控(kong)制性能(neng)被廣泛應(ying)用于(yu)速度控(kong)制領(ling)域，特(te)別是(shi)箱式(shi)泵(beng)站(zhan)恒壓(ya)(ya)供(gong)(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)行(xing)業中。由于(yu)安全(quan)生產(chan)和(he)供(gong)(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)質量的特(te)殊需要(yao)，對恒壓(ya)(ya)供(gong)(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)力(li)有著嚴格的要(yao)求，因而變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)速技術得到了更加(jia)深入(ru)的應(ying)用。箱式(shi)泵(beng)站(zhan)恒壓(ya)(ya)供(gong)(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)方式(shi)技術先進(jin)、水(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)恒定、操(cao)作(zuo)方便、運行(xing)可靠、節(jie)約電(dian)能(neng)、自動化程度高，在箱式(shi)泵(beng)站(zhan)恒壓(ya)(ya)供(gong)(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)中可完成以下功能(neng)：

（1）維持水壓恒定；

（2）控制系統可手動/自動運行；

（3）多臺泵自動切換運行；

（4）系(xi)統睡眠與喚(huan)(huan)醒。當外界停(ting)止用(yong)水時，系(xi)統處于(yu)睡眠狀(zhuang)態，直(zhi)至有用(yong)水需求時自動喚(huan)(huan)醒；

（5）在線調(diao)整PID參數；

（6）泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等(deng)。

 ;   將管網(wang)的實際(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)經(jing)反饋后與(yu)給定(ding)壓(ya)(ya)力(li)(li)進(jin)行比較，當管網(wang)壓(ya)(ya)力(li)(li)不足時(shi)，變(bian)頻器增大輸出頻率，水泵(beng)轉速(su)加快，供水量增加，迫使管網(wang)壓(ya)(ya)力(li)(li)上(shang)升。反之水泵(beng)轉速(su)減(jian)慢，供水量減(jian)小，管網(wang)壓(ya)(ya)力(li)(li)下降，保持(chi)恒壓(ya)(ya)供水。

1 箱式泵站恒壓供水系統(tong)硬件構成

    箱式泵(beng)站恒壓供水系統采用壓力傳感器、PLC和(he)變(bian)頻器作(zuo)為中心(xin)控制(zhi)裝置，實現所需功能。

    安裝(zhuang)在管(guan)(guan)網(wang)干線(xian)上的壓力傳感器，用于檢測管(guan)(guan)網(wang)的水壓，將壓力轉化為4～20mA的電流信號，提供給PLC與變頻器。

    變頻(pin)器(qi)(qi)是(shi)水泵電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)控(kong)(kong)制(zhi)設備(bei)，能(neng)按照水壓(ya)(ya)恒(heng)定需(xu)要(yao)將0～50Hz的(de)頻(pin)率(lv)信(xin)(xin)號(hao)(hao)供(gong)給(gei)(gei)水泵電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)，調(diao)整其(qi)轉速(su)。ACS變頻(pin)器(qi)(qi)功(gong)能(neng)強大(da)，預(yu)置了多種應(ying)用(yong)(yong)宏(hong)，即預(yu)先編(bian)置好的(de)參(can)數(shu)集，應(ying)用(yong)(yong)宏(hong)將使用(yong)(yong)過程中所需(xu)設定的(de)參(can)數(shu)數(shu)量減小到最小，參(can)數(shu)的(de)缺省值(zhi)(zhi)依(yi)應(ying)用(yong)(yong)宏(hong)的(de)選擇(ze)而不同。系統采(cai)用(yong)(yong)PID控(kong)(kong)制(zhi)的(de)應(ying)用(yong)(yong)宏(hong)，進行閉環控(kong)(kong)制(zhi)。該(gai)宏(hong)提供(gong)了6個輸(shu)入信(xin)(xin)號(hao)(hao)：啟動/停止（DI1、DI5）、模(mo)擬量給(gei)(gei)定（AI1）、實際值(zhi)(zhi)（AI2）、控(kong)(kong)制(zhi)方(fang)式選擇(ze)（DI2）、恒(heng)速(su)（DI3）、允許(xu)運(yun)行（DI4）；3個輸(shu)出信(xin)(xin)號(hao)(hao)：模(mo)擬輸(shu)出（頻(pin)率(lv)）、繼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)輸(shu)出1（故障）、繼電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)輸(shu)出2（運(yun)行）；DIP開(kai)關選擇(ze)輸(shu)入0～10V電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)值(zhi)(zhi)或0～20mA電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)值(zhi)(zhi)（系統采(cai)用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)值(zhi)(zhi)）。變頻(pin)器(qi)(qi)根據給(gei)(gei)定值(zhi)(zhi)AI1和實際值(zhi)(zhi)AI2，即根據恒(heng)壓(ya)(ya)時(shi)對應(ying)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)設定值(zhi)(zhi)與從壓(ya)(ya)力(li)傳感器(qi)(qi)獲得(de)的(de)反饋電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)，利(li)用(yong)(yong)PID控(kong)(kong)制(zhi)宏(hong)自動調(diao)節，改變頻(pin)率(lv)輸(shu)出值(zhi)(zhi)來調(diao)節所控(kong)(kong)制(zhi)的(de)水泵電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)轉速(su)，以保(bao)證管網壓(ya)(ya)力(li)恒(heng)定要(yao)求(qiu)。

    根據箱式泵站恒壓(ya)供水(shui)(shui)實際情況與(yu)需求，利用一(yi)(yi)臺變頻(pin)器(qi)控(kong)制(zhi)3臺水(shui)(shui)泵，因(yin)(yin)此(ci)除改變水(shui)(shui)泵電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)(su)外(wai)，還要通(tong)(tong)過增減運(yun)(yun)(yun)行(xing)泵的臺數(shu)(shu)(shu)來維持水(shui)(shui)壓(ya)恒定，當(dang)運(yun)(yun)(yun)行(xing)泵滿工頻(pin)抽水(shui)(shui)仍達不到恒壓(ya)要求時(shi)，要投入下(xia)(xia)一(yi)(yi)臺泵運(yun)(yun)(yun)行(xing)。反之，當(dang)變頻(pin)器(qi)輸(shu)出頻(pin)率降至(zhi)最小，壓(ya)力(li)仍過高時(shi)，要切除一(yi)(yi)臺運(yun)(yun)(yun)行(xing)泵。所以不僅(jin)需要開(kai)關量控(kong)制(zhi)，還需數(shu)(shu)(shu)據處理(li)能力(li)，采用FX－4AD（4模(mo)擬(ni)量入）獲得模(mo)擬(ni)量信號。它在(zai)應用上(shang)的一(yi)(yi)個重要特征就是(shi)由PLC自動(dong)采樣，隨時(shi)將(jiang)模(mo)擬(ni)量轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)(shu)(shu)字量，放在(zai)數(shu)(shu)(shu)據寄存器(qi)中，由數(shu)(shu)(shu)據處理(li)指令調用，并將(jiang)計算結果隨時(shi)放在(zai)指定的數(shu)(shu)(shu)據接(jie)觸器(qi)中。通(tong)(tong)過其(qi)可將(jiang)壓(ya)力(li)傳(chuan)感器(qi)電(dian)流信號和變頻(pin)器(qi)輸(shu)出頻(pin)率信號轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)(shu)(shu)字量，提供給PLC[1>，與(yu)恒壓(ya)對應電(dian)流值、頻(pin)率上(shang)限、頻(pin)率下(xia)(xia)限（考慮到水(shui)(shui)泵電(dian)機(ji)在(zai)低(di)(di)速(su)(su)運(yun)(yun)(yun)行(xing)時(shi)危險，必須保證其(qi)頻(pin)率不低(di)(di)于20Hz，因(yin)(yin)此(ci)頻(pin)率上(shang)限設為(wei)工頻(pin)50Hz，下(xia)(xia)限設為(wei)20Hz）進行(xing)比較，實現(xian)泵的切換(huan)與(yu)轉(zhuan)速(su)(su)的變化。

    箱(xiang)式(shi)泵(beng)站恒壓(ya)供(gong)(gong)水(shui)(shui)系統在(zai)設(she)計(ji)時應(ying)使水(shui)(shui)泵(beng)在(zai)變頻器(qi)和(he)工(gong)頻電網之間的切換(huan)過(guo)程盡可能快(kuai)，以保證供(gong)(gong)水(shui)(shui)的連續性(xing)，水(shui)(shui)壓(ya)波動盡可能小(xiao)，從而提高(gao)供(gong)(gong)水(shui)(shui)質(zhi)量。但元(yuan)件動作過(guo)程太(tai)快(kuai)，會有回流損壞變頻器(qi)。為了防止故障(zhang)的發生，硬件上(shang)必須設(she)置閉鎖保護，即1Q與(yu)4Q，2Q與(yu)5Q，3Q與(yu)6Q不能同時閉合。

2 箱式泵站恒壓供水系(xi)統軟件設計

    箱式泵(beng)站(zhan)恒壓供水控(kong)制(zhi)系統(tong)軟件是指(zhi)用梯形圖語言編制(zhi)的(de)(de)(de)對3臺(tai)(tai)泵(beng)進(jin)行控(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)序。它對3臺(tai)(tai)泵(beng)的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)，主要解決系統(tong)的(de)(de)(de)手動及(ji)自動切換、各元件和參(can)數的(de)(de)(de)初始化、信(xin)號(hao)及(ji)通訊數據的(de)(de)(de)預處(chu)理、3臺(tai)(tai)泵(beng)的(de)(de)(de)啟動、切換及(ji)停止的(de)(de)(de)條件、順序、過(guo)程(cheng)(cheng)等(deng)問(wen)題。

    當變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)輸出(chu)(chu)頻(pin)率達到頻(pin)率上限(xian)，供(gong)水(shui)壓力未達到預(yu)(yu)(yu)設值時，發(fa)出(chu)(chu)加(jia)泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，投入(ru)下1臺泵(beng)供(gong)水(shui)。當供(gong)水(shui)壓力達到預(yu)(yu)(yu)設值，變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)輸出(chu)(chu)頻(pin)率降到頻(pin)率下限(xian)時，發(fa)出(chu)(chu)減泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，切除(chu)在工頻(pin)運(yun)行(xing)(xing)方式(shi)中的1臺泵(beng)。系統(tong)剛啟動時，情(qing)況簡單，首(shou)先(xian)(xian)啟動一號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)即可。但考慮(lv)3臺泵(beng)聯合運(yun)行(xing)(xing)時情(qing)況復雜，任1臺或2臺泵(beng)可能正(zheng)在工頻(pin)自(zi)動方式(shi)下運(yun)行(xing)(xing)，而其他泵(beng)則可能在變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)控制下運(yun)行(xing)(xing)，因此必(bi)須預(yu)(yu)(yu)先(xian)(xian)設定(ding)增減水(shui)泵(beng)的順序(xu)(xu)。即獲得加(jia)泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)后(hou)，按(an)(an)照1號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)、2號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)、3號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)的順序(xu)(xu)優(you)先(xian)(xian)考慮(lv)。獲得減泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)后(hou)，按(an)(an)照3號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)、2號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)、1號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)的順序(xu)(xu)優(you)先(xian)(xian)考慮(lv)。

    為了防(fang)止(zhi)故障(zhang)的發生，軟件(jian)上也必須(xu)設置(zhi)保護程序(xu)，保證1Q與(yu)4Q、2Q與(yu)5Q、3Q與(yu)6Q不能同(tong)時閉合。在加(jia)減泵時必須(xu)設置(zhi)元(yuan)件(jian)動(dong)作(zuo)順(shun)序(xu)及延時，防(fang)止(zhi)誤動(dong)作(zuo)發生。

    考慮(lv)到系(xi)統工作環境對運行狀態的(de)影響，在(zai)設計(ji)中采(cai)(cai)用硬件(jian)、軟件(jian)上(shang)的(de)雙(shuang)重濾波(bo)來消除干(gan)擾的(de)影響。硬件(jian)上(shang)變頻器提供了濾波(bo)時間常數，當(dang)模擬(ni)輸入信號變化時，63％的(de)變化發生在(zai)所定義(yi)的(de)時間常數中；軟件(jian)上(shang)采(cai)(cai)用數字濾波(bo)的(de)方式，系(xi)統采(cai)(cai)用平均值的(de)方法。