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0 引言

    供(gong)水系(xi)統是國(guo)民生產生活(huo)中(zhong)不可缺少的(de)重要一環。傳統供(gong)水方式(shi)占地面(mian)積大，水質(zhi)易污染，基建投資(zi)多，而(er)最主要的(de)缺點是水壓(ya)(ya)不能(neng)保持恒(heng)定，導致部分設備不能(neng)正常工作。變(bian)頻調速技術是一種新型成熟的(de)交流電(dian)機無極調速技術，它以其獨特優良的(de)控制性(xing)能(neng)被廣泛應(ying)用于(yu)速度(du)控制領域(yu)，特別是箱式(shi)泵站恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水行業中(zhong)。由(you)于(yu)安全生產和(he)供(gong)水質(zhi)量的(de)特殊需(xu)要，對恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水壓(ya)(ya)力有著嚴(yan)格的(de)要求，因(yin)而(er)變(bian)頻調速技術得到(dao)了(le)更加深入的(de)應(ying)用。箱式(shi)泵站恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水方式(shi)技術先進、水壓(ya)(ya)恒(heng)定、操作方便(bian)、運行可靠、節約電(dian)能(neng)、自(zi)動化程度(du)高，在箱式(shi)泵站恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水中(zhong)可完成以下功能(neng)：

（1）維持(chi)水壓(ya)恒定；

（2）控制(zhi)系統(tong)可(ke)手動/自動運行；

（3）多(duo)臺泵(beng)自(zi)動切(qie)換運(yun)行；

（4）系(xi)統睡眠與(yu)喚(huan)醒(xing)。當外(wai)界停止(zhi)用(yong)水時(shi)，系(xi)統處于睡眠狀態，直至有用(yong)水需求時(shi)自動喚(huan)醒(xing)；

（5）在線調整(zheng)PID參數；

（6）泵(beng)組及線(xian)路(lu)保護檢測報警，信號顯(xian)示等。

    將管(guan)網的實際壓(ya)力(li)(li)經(jing)反饋后與(yu)給定壓(ya)力(li)(li)進行比較，當管(guan)網壓(ya)力(li)(li)不足時，變頻(pin)器增大輸(shu)出頻(pin)率，水(shui)泵轉(zhuan)速加(jia)快，供水(shui)量(liang)增加(jia)，迫(po)使管(guan)網壓(ya)力(li)(li)上升。反之(zhi)水(shui)泵轉(zhuan)速減慢，供水(shui)量(liang)減小，管(guan)網壓(ya)力(li)(li)下(xia)降，保(bao)持恒壓(ya)供水(shui)。

1 箱式泵站恒壓供水系(xi)統硬件構成(cheng)

    箱(xiang)式泵站恒壓供(gong)水系統(tong)采用壓力(li)傳感(gan)器(qi)、PLC和變頻(pin)器(qi)作為(wei)中心控制(zhi)裝置，實現所需(xu)功(gong)能。

    安裝(zhuang)在管網干線上的壓力傳感器，用(yong)于檢測管網的水壓，將壓力轉化為4～20mA的電(dian)流信號，提供給PLC與(yu)變頻器。

    變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)是水泵(beng)電(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)設備，能按照水壓(ya)恒定(ding)(ding)需要將0～50Hz的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率信(xin)號供給水泵(beng)電(dian)(dian)(dian)機(ji)，調整其轉速(su)。ACS變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)功(gong)能強大，預置了多(duo)種應用(yong)宏，即(ji)(ji)預先編置好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數集，應用(yong)宏將使(shi)用(yong)過程中所(suo)需設定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)參(can)數數量減小(xiao)到最(zui)小(xiao)，參(can)數的(de)(de)(de)(de)(de)缺省值(zhi)依應用(yong)宏的(de)(de)(de)(de)(de)選擇(ze)而不同。系(xi)統(tong)采用(yong)PID控(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)宏，進行閉環控(kong)(kong)制(zhi)。該宏提(ti)供了6個輸(shu)入(ru)信(xin)號：啟動/停止（DI1、DI5）、模擬量給定(ding)(ding)（AI1）、實際值(zhi)（AI2）、控(kong)(kong)制(zhi)方式選擇(ze)（DI2）、恒速(su)（DI3）、允許(xu)運行（DI4）；3個輸(shu)出(chu)信(xin)號：模擬輸(shu)出(chu)（頻(pin)率）、繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)輸(shu)出(chu)1（故障）、繼電(dian)(dian)(dian)器(qi)(qi)(qi)輸(shu)出(chu)2（運行）；DIP開(kai)關選擇(ze)輸(shu)入(ru)0～10V電(dian)(dian)(dian)壓(ya)值(zhi)或0～20mA電(dian)(dian)(dian)流值(zhi)（系(xi)統(tong)采用(yong)電(dian)(dian)(dian)流值(zhi)）。變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)(qi)根據(ju)給定(ding)(ding)值(zhi)AI1和實際值(zhi)AI2，即(ji)(ji)根據(ju)恒壓(ya)時對應的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)設定(ding)(ding)值(zhi)與從壓(ya)力傳感器(qi)(qi)(qi)獲得的(de)(de)(de)(de)(de)反饋電(dian)(dian)(dian)流信(xin)號，利用(yong)PID控(kong)(kong)制(zhi)宏自動調節，改變(bian)(bian)頻(pin)率輸(shu)出(chu)值(zhi)來調節所(suo)控(kong)(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)水泵(beng)電(dian)(dian)(dian)機(ji)轉速(su)，以保證管網壓(ya)力恒定(ding)(ding)要求(qiu)。

    根據(ju)(ju)(ju)箱式泵(beng)(beng)(beng)站恒壓(ya)(ya)(ya)供水(shui)(shui)(shui)(shui)實際情(qing)況與需(xu)求(qiu)(qiu)，利用一臺變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)控制3臺水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)，因(yin)此(ci)(ci)除(chu)改變(bian)水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)電機轉(zhuan)速外，還(huan)要(yao)(yao)(yao)通過(guo)增減運(yun)行(xing)泵(beng)(beng)(beng)的臺數(shu)(shu)來維持水(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)(ya)恒定，當運(yun)行(xing)泵(beng)(beng)(beng)滿工頻(pin)(pin)抽水(shui)(shui)(shui)(shui)仍達不(bu)到(dao)恒壓(ya)(ya)(ya)要(yao)(yao)(yao)求(qiu)(qiu)時(shi)，要(yao)(yao)(yao)投入下一臺泵(beng)(beng)(beng)運(yun)行(xing)。反(fan)之，當變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)輸出(chu)頻(pin)(pin)率降至最小，壓(ya)(ya)(ya)力(li)仍過(guo)高時(shi)，要(yao)(yao)(yao)切(qie)除(chu)一臺運(yun)行(xing)泵(beng)(beng)(beng)。所(suo)以不(bu)僅需(xu)要(yao)(yao)(yao)開關量(liang)(liang)控制，還(huan)需(xu)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)處(chu)理能力(li)，采(cai)用FX－4AD（4模擬(ni)量(liang)(liang)入）獲(huo)得模擬(ni)量(liang)(liang)信號。它在(zai)(zai)應用上的一個重要(yao)(yao)(yao)特征就是由(you)PLC自動采(cai)樣，隨時(shi)將(jiang)(jiang)模擬(ni)量(liang)(liang)轉(zhuan)換為(wei)數(shu)(shu)字量(liang)(liang)，放在(zai)(zai)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)寄(ji)存器(qi)(qi)中，由(you)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)處(chu)理指令(ling)調用，并將(jiang)(jiang)計(ji)算結果(guo)隨時(shi)放在(zai)(zai)指定的數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)接觸器(qi)(qi)中。通過(guo)其可(ke)將(jiang)(jiang)壓(ya)(ya)(ya)力(li)傳感器(qi)(qi)電流(liu)信號和變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)輸出(chu)頻(pin)(pin)率信號轉(zhuan)換為(wei)數(shu)(shu)字量(liang)(liang)，提供給(gei)PLC[1>，與恒壓(ya)(ya)(ya)對應電流(liu)值、頻(pin)(pin)率上限、頻(pin)(pin)率下限（考(kao)慮到(dao)水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)(beng)電機在(zai)(zai)低速運(yun)行(xing)時(shi)危險，必須(xu)保證(zheng)其頻(pin)(pin)率不(bu)低于20Hz，因(yin)此(ci)(ci)頻(pin)(pin)率上限設(she)為(wei)工頻(pin)(pin)50Hz，下限設(she)為(wei)20Hz）進行(xing)比較，實現泵(beng)(beng)(beng)的切(qie)換與轉(zhuan)速的變(bian)化。

    箱(xiang)式泵站恒壓(ya)(ya)供(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)系統在設計(ji)時(shi)(shi)應使(shi)水(shui)(shui)(shui)(shui)泵在變(bian)頻(pin)(pin)器和工頻(pin)(pin)電網之間的(de)切換過程(cheng)盡(jin)可能快，以保證供(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)的(de)連續性，水(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)波(bo)動盡(jin)可能小，從(cong)而提(ti)高供(gong)(gong)水(shui)(shui)(shui)(shui)質量。但元件動作(zuo)過程(cheng)太(tai)快，會有回流損壞變(bian)頻(pin)(pin)器。為了防止故障的(de)發生，硬件上(shang)必須設置閉(bi)鎖保護(hu)，即(ji)1Q與(yu)4Q，2Q與(yu)5Q，3Q與(yu)6Q不(bu)能同時(shi)(shi)閉(bi)合。

2 箱式泵(beng)站恒壓供水系統軟(ruan)件設計(ji)

    箱式(shi)泵(beng)站恒壓供水控(kong)制系(xi)統軟件是指(zhi)用梯形(xing)圖語(yu)言編制的(de)(de)(de)對(dui)3臺泵(beng)進行控(kong)制的(de)(de)(de)程序(xu)。它對(dui)3臺泵(beng)的(de)(de)(de)控(kong)制，主要解決(jue)系(xi)統的(de)(de)(de)手動及(ji)自動切(qie)換、各元件和(he)參(can)數(shu)的(de)(de)(de)初始化(hua)、信號(hao)及(ji)通(tong)訊數(shu)據的(de)(de)(de)預處(chu)理、3臺泵(beng)的(de)(de)(de)啟動、切(qie)換及(ji)停止的(de)(de)(de)條件、順序(xu)、過程等(deng)問題。

    當變(bian)頻(pin)(pin)器輸(shu)出頻(pin)(pin)率達(da)到(dao)頻(pin)(pin)率上限(xian)，供(gong)水壓(ya)力(li)未(wei)達(da)到(dao)預設(she)值時，發出加泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)，投入下(xia)1臺泵(beng)供(gong)水。當供(gong)水壓(ya)力(li)達(da)到(dao)預設(she)值，變(bian)頻(pin)(pin)器輸(shu)出頻(pin)(pin)率降到(dao)頻(pin)(pin)率下(xia)限(xian)時，發出減(jian)泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)，切除(chu)在(zai)工頻(pin)(pin)運(yun)行方(fang)式(shi)中的(de)1臺泵(beng)。系統剛(gang)啟動時，情況簡單，首先啟動一號(hao)(hao)泵(beng)即可。但考慮(lv)3臺泵(beng)聯合(he)運(yun)行時情況復雜(za)，任1臺或2臺泵(beng)可能(neng)(neng)正在(zai)工頻(pin)(pin)自動方(fang)式(shi)下(xia)運(yun)行，而其他(ta)泵(beng)則(ze)可能(neng)(neng)在(zai)變(bian)頻(pin)(pin)器控制(zhi)下(xia)運(yun)行，因此(ci)必須預先設(she)定增減(jian)水泵(beng)的(de)順(shun)序(xu)。即獲得加泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)后(hou)(hou)，按照1號(hao)(hao)泵(beng)、2號(hao)(hao)泵(beng)、3號(hao)(hao)泵(beng)的(de)順(shun)序(xu)優先考慮(lv)。獲得減(jian)泵(beng)信(xin)號(hao)(hao)后(hou)(hou)，按照3號(hao)(hao)泵(beng)、2號(hao)(hao)泵(beng)、1號(hao)(hao)泵(beng)的(de)順(shun)序(xu)優先考慮(lv)。

    為(wei)了防止故障的發(fa)生(sheng)，軟件上也必須設(she)置保護(hu)程序(xu)，保證1Q與4Q、2Q與5Q、3Q與6Q不能同(tong)時(shi)閉合。在加減泵(beng)時(shi)必須設(she)置元(yuan)件動作順序(xu)及延時(shi)，防止誤(wu)動作發(fa)生(sheng)。

    考慮到系統工作(zuo)環境對運行狀態(tai)的(de)(de)影響，在(zai)設(she)計中(zhong)采用(yong)(yong)硬件(jian)、軟件(jian)上的(de)(de)雙重濾波來消除干(gan)擾的(de)(de)影響。硬件(jian)上變頻器提(ti)供(gong)了濾波時間常數(shu)(shu)，當(dang)模擬輸入信號變化時，63％的(de)(de)變化發生在(zai)所(suo)定(ding)義(yi)的(de)(de)時間常數(shu)(shu)中(zhong)；軟件(jian)上采用(yong)(yong)數(shu)(shu)字濾波的(de)(de)方式，系統采用(yong)(yong)平均(jun)值的(de)(de)方法。