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0 引言

    供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán),。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染,，基建投資多,，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導致部分設備不能正常工作,。變頻調(diào)速技術是一種新型成熟的交流電機無極調(diào)速技術,，它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應用于速度控制領域，特別是箱式泵站恒壓供水行業(yè)中,。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要,，對恒壓供水壓力有著嚴格的要求，因而變頻調(diào)速技術得到了更加深入的應用,。箱式泵站恒壓供水方式技術先進,、水壓恒定、操作方便,、運行可靠,、節(jié)約電能、自動化程度高,，在箱式泵站恒壓供水中可完成以下功能：

（1）維持水壓恒定,；

（2）控制系統(tǒng)可手動/自動運行；

（3）多臺泵自動切換運行,；

（4）系統(tǒng)睡眠與喚醒,。當外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài),，直至有用水需求時自動喚醒,；

（5）在線調(diào)整PID參數(shù)；

（6）泵組及線路保護檢測報警,，信號顯示等,。

    將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進行比較，當管網(wǎng)壓力不足時,，變頻器增大輸出頻率,，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量增加,，迫使管網(wǎng)壓力上升,。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小,，管網(wǎng)壓力下降,，保持恒壓供水。

1 箱式泵站恒壓供水系統(tǒng)硬件構(gòu)成

    箱式泵站恒壓供水系統(tǒng)采用壓力傳感器,、PLC和變頻器作為中心控制裝置,，實現(xiàn)所需功能。

    安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器,，用于檢測管網(wǎng)的水壓,，將壓力轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號,，提供給PLC與變頻器。

    變頻器是水泵電機的控制設備,，能按照水壓恒定需要將0～50Hz的頻率信號供給水泵電機,，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。ACS變頻器功能強大,，預置了多種應用宏,，即預先編置好的參數(shù)集，應用宏將使用過程中所需設定的參數(shù)數(shù)量減小到最小,，參數(shù)的缺省值依應用宏的選擇而不同,。系統(tǒng)采用PID控制的應用宏，進行閉環(huán)控制,。該宏提供了6個輸入信號：啟動/停止（DI1,、DI5）、模擬量給定（AI1）,、實際值（AI2）,、控制方式選擇（DI2）、恒速（DI3）,、允許運行（DI4）,；3個輸出信號：模擬輸出（頻率）、繼電器輸出1（故障）,、繼電器輸出2（運行）,；DIP開關選擇輸入0～10V電壓值或0～20mA電流值（系統(tǒng)采用電流值）。變頻器根據(jù)給定值AI1和實際值AI2,，即根據(jù)恒壓時對應的電壓設定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號,，利用PID控制宏自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來調(diào)節(jié)所控制的水泵電機轉(zhuǎn)速,，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求,。

    根據(jù)箱式泵站恒壓供水實際情況與需求，利用一臺變頻器控制3臺水泵,，因此除改變水泵電機轉(zhuǎn)速外,，還要通過增減運行泵的臺數(shù)來維持水壓恒定，當運行泵滿工頻抽水仍達不到恒壓要求時,，要投入下一臺泵運行,。反之，當變頻器輸出頻率降至最小,，壓力仍過高時，要切除一臺運行泵,。所以不僅需要開關量控制,，還需數(shù)據(jù)處理能力,，采用FX－4AD（4模擬量入）獲得模擬量信號。它在應用上的一個重要特征就是由PLC自動采樣,，隨時將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,，放在數(shù)據(jù)寄存器中，由數(shù)據(jù)處理指令調(diào)用,，并將計算結(jié)果隨時放在指定的數(shù)據(jù)接觸器中,。通過其可將壓力傳感器電流信號和變頻器輸出頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給PLC[1>,，與恒壓對應電流值,、頻率上限、頻率下限（考慮到水泵電機在低速運行時危險,，必須保證其頻率不低于20Hz,，因此頻率上限設為工頻50Hz，下限設為20Hz）進行比較,，實現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化,。

    箱式泵站恒壓供水系統(tǒng)在設計時應使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性,，水壓波動盡可能小,，從而提高供水質(zhì)量。但元件動作過程太快,，會有回流損壞變頻器,。為了防止故障的發(fā)生，硬件上必須設置閉鎖保護,，即1Q與4Q,，2Q與5Q，3Q與6Q不能同時閉合,。

2 箱式泵站恒壓供水系統(tǒng)軟件設計

    箱式泵站恒壓供水控制系統(tǒng)軟件是指用梯形圖語言編制的對3臺泵進行控制的程序,。它對3臺泵的控制，主要解決系統(tǒng)的手動及自動切換,、各元件和參數(shù)的初始化,、信號及通訊數(shù)據(jù)的預處理、3臺泵的啟動,、切換及停止的條件,、順序、過程等問題,。

    當變頻器輸出頻率達到頻率上限,，供水壓力未達到預設值時，發(fā)出加泵信號，投入下1臺泵供水,。當供水壓力達到預設值,，變頻器輸出頻率降到頻率下限時，發(fā)出減泵信號,，切除在工頻運行方式中的1臺泵,。系統(tǒng)剛啟動時，情況簡單,，首先啟動一號泵即可,。但考慮3臺泵聯(lián)合運行時情況復雜，任1臺或2臺泵可能正在工頻自動方式下運行,，而其他泵則可能在變頻器控制下運行,，因此必須預先設定增減水泵的順序。即獲得加泵信號后,，按照1號泵,、2號泵、3號泵的順序優(yōu)先考慮,。獲得減泵信號后,，按照3號泵、2號泵,、1號泵的順序優(yōu)先考慮,。

    為了防止故障的發(fā)生，軟件上也必須設置保護程序,，保證1Q與4Q,、2Q與5Q、3Q與6Q不能同時閉合,。在加減泵時必須設置元件動作順序及延時,，防止誤動作發(fā)生。

    考慮到系統(tǒng)工作環(huán)境對運行狀態(tài)的影響,，在設計中采用硬件,、軟件上的雙重濾波來消除干擾的影響。硬件上變頻器提供了濾波時間常數(shù),，當模擬輸入信號變化時,，63％的變化發(fā)生在所定義的時間常數(shù)中；軟件上采用數(shù)字濾波的方式,，系統(tǒng)采用平均值的方法,。