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0 引言

    供水(shui)系統是(shi)國民生產生活中(zhong)不(bu)可缺少的(de)重(zhong)要一環。傳統供水(shui)方(fang)(fang)式(shi)(shi)占地面積(ji)大，水(shui)質(zhi)易污染，基建投資多，而最主要的(de)缺點是(shi)水(shui)壓(ya)不(bu)能(neng)保(bao)持恒(heng)定，導致部(bu)分設備不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)工作。變頻(pin)調速技術是(shi)一種新(xin)型成熟的(de)交流電(dian)(dian)機無極調速技術，它以其獨特優良的(de)控制性能(neng)被廣泛應用于(yu)速度控制領域，特別是(shi)箱式(shi)(shi)泵站恒(heng)壓(ya)供水(shui)行業中(zhong)。由于(yu)安全生產和(he)供水(shui)質(zhi)量的(de)特殊需要，對恒(heng)壓(ya)供水(shui)壓(ya)力(li)有著嚴格的(de)要求，因而變頻(pin)調速技術得到(dao)了更加深(shen)入的(de)應用。箱式(shi)(shi)泵站恒(heng)壓(ya)供水(shui)方(fang)(fang)式(shi)(shi)技術先進、水(shui)壓(ya)恒(heng)定、操作方(fang)(fang)便、運行可靠、節(jie)約(yue)電(dian)(dian)能(neng)、自動化程度高，在箱式(shi)(shi)泵站恒(heng)壓(ya)供水(shui)中(zhong)可完(wan)成以下功能(neng)：

（1）維持水壓(ya)恒定；

（2）控(kong)制(zhi)系統可手動/自(zi)動運行；

（3）多臺(tai)泵自動切(qie)換運行(xing)；

（4）系統睡(shui)眠(mian)與喚(huan)醒。當外界停止用水時(shi)，系統處于(yu)睡(shui)眠(mian)狀(zhuang)態(tai)，直至(zhi)有用水需求(qiu)時(shi)自動喚(huan)醒；

（5）在線(xian)調整(zheng)PID參數；

（6）泵(beng)組及線路保護檢(jian)測報警，信號顯(xian)示等。

    將管(guan)網(wang)的實際壓力(li)經反饋后與給定壓力(li)進行(xing)比較，當管(guan)網(wang)壓力(li)不足時，變頻器增大輸出頻率，水(shui)泵轉速加快，供(gong)水(shui)量(liang)增加，迫使管(guan)網(wang)壓力(li)上(shang)升(sheng)。反之水(shui)泵轉速減慢，供(gong)水(shui)量(liang)減小，管(guan)網(wang)壓力(li)下降(jiang)，保持恒壓供(gong)水(shui)。

1 箱式泵站(zhan)恒壓供水系統硬(ying)件構成

     箱式(shi)泵站恒壓(ya)供水系統采(cai)用壓(ya)力(li)傳(chuan)感器(qi)、PLC和變頻器(qi)作(zuo)為中心控制裝(zhuang)置，實現所需功(gong)能。

    安裝在(zai)管網干線上的(de)(de)壓力傳感器，用(yong)于檢測管網的(de)(de)水壓，將壓力轉化為4～20mA的(de)(de)電流信號，提供給(gei)PLC與變頻器。

    變頻(pin)(pin)器(qi)是水(shui)泵(beng)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)控制(zhi)設(she)(she)備，能(neng)按照水(shui)壓(ya)恒(heng)定(ding)(ding)需要將(jiang)0～50Hz的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)信號供(gong)給(gei)水(shui)泵(beng)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)，調(diao)整其轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)。ACS變頻(pin)(pin)器(qi)功能(neng)強大，預(yu)置了(le)(le)多種應用(yong)(yong)宏(hong)(hong)，即(ji)預(yu)先(xian)編置好的(de)(de)參(can)數(shu)集(ji)，應用(yong)(yong)宏(hong)(hong)將(jiang)使(shi)用(yong)(yong)過程中所需設(she)(she)定(ding)(ding)的(de)(de)參(can)數(shu)數(shu)量減小到最小，參(can)數(shu)的(de)(de)缺省值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)依應用(yong)(yong)宏(hong)(hong)的(de)(de)選擇(ze)而不同。系統(tong)采(cai)用(yong)(yong)PID控制(zhi)的(de)(de)應用(yong)(yong)宏(hong)(hong)，進行(xing)閉環控制(zhi)。該宏(hong)(hong)提供(gong)了(le)(le)6個輸入(ru)信號：啟動/停止（DI1、DI5）、模擬量給(gei)定(ding)(ding)（AI1）、實(shi)際(ji)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)（AI2）、控制(zhi)方式選擇(ze)（DI2）、恒(heng)速(su)(su)（DI3）、允許運(yun)行(xing)（DI4）；3個輸出(chu)(chu)(chu)信號：模擬輸出(chu)(chu)(chu)（頻(pin)(pin)率(lv)）、繼電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)輸出(chu)(chu)(chu)1（故障）、繼電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)輸出(chu)(chu)(chu)2（運(yun)行(xing)）；DIP開關選擇(ze)輸入(ru)0～10V電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)或0～20mA電(dian)(dian)(dian)(dian)流值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)（系統(tong)采(cai)用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)流值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)）。變頻(pin)(pin)器(qi)根據給(gei)定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)AI1和實(shi)際(ji)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)AI2，即(ji)根據恒(heng)壓(ya)時對(dui)應的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)設(she)(she)定(ding)(ding)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)與(yu)從壓(ya)力(li)傳感器(qi)獲得的(de)(de)反饋電(dian)(dian)(dian)(dian)流信號，利用(yong)(yong)PID控制(zhi)宏(hong)(hong)自動調(diao)節(jie)，改變頻(pin)(pin)率(lv)輸出(chu)(chu)(chu)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)來調(diao)節(jie)所控制(zhi)的(de)(de)水(shui)泵(beng)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)，以保證管網壓(ya)力(li)恒(heng)定(ding)(ding)要求。

    根據(ju)(ju)(ju)(ju)箱式(shi)泵(beng)(beng)站恒壓(ya)(ya)供水(shui)(shui)(shui)(shui)實(shi)際情況(kuang)與(yu)(yu)需(xu)(xu)求，利用一(yi)臺(tai)(tai)變頻(pin)(pin)(pin)器(qi)控(kong)制(zhi)(zhi)3臺(tai)(tai)水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)，因此(ci)除改(gai)變水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)速外，還(huan)要(yao)(yao)通(tong)過增減運(yun)行(xing)泵(beng)(beng)的(de)(de)臺(tai)(tai)數(shu)(shu)(shu)來維(wei)持(chi)水(shui)(shui)(shui)(shui)壓(ya)(ya)恒定，當運(yun)行(xing)泵(beng)(beng)滿(man)工頻(pin)(pin)(pin)抽水(shui)(shui)(shui)(shui)仍達不到恒壓(ya)(ya)要(yao)(yao)求時(shi)(shi)，要(yao)(yao)投入下(xia)一(yi)臺(tai)(tai)泵(beng)(beng)運(yun)行(xing)。反之，當變頻(pin)(pin)(pin)器(qi)輸出頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)降至最(zui)小，壓(ya)(ya)力(li)仍過高時(shi)(shi)，要(yao)(yao)切除一(yi)臺(tai)(tai)運(yun)行(xing)泵(beng)(beng)。所(suo)以(yi)不僅需(xu)(xu)要(yao)(yao)開關量(liang)(liang)(liang)控(kong)制(zhi)(zhi)，還(huan)需(xu)(xu)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)處理(li)能(neng)力(li)，采用FX－4AD（4模擬量(liang)(liang)(liang)入）獲(huo)得(de)模擬量(liang)(liang)(liang)信(xin)號(hao)。它在(zai)(zai)應(ying)用上的(de)(de)一(yi)個重要(yao)(yao)特征(zheng)就是由PLC自動(dong)采樣，隨(sui)(sui)時(shi)(shi)將(jiang)模擬量(liang)(liang)(liang)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)(wei)數(shu)(shu)(shu)字量(liang)(liang)(liang)，放(fang)在(zai)(zai)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)寄存器(qi)中，由數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)處理(li)指令調用，并將(jiang)計(ji)算結果(guo)隨(sui)(sui)時(shi)(shi)放(fang)在(zai)(zai)指定的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)接觸器(qi)中。通(tong)過其可將(jiang)壓(ya)(ya)力(li)傳感(gan)器(qi)電流信(xin)號(hao)和變頻(pin)(pin)(pin)器(qi)輸出頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)信(xin)號(hao)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)(wei)數(shu)(shu)(shu)字量(liang)(liang)(liang)，提供給PLC[1>，與(yu)(yu)恒壓(ya)(ya)對應(ying)電流值(zhi)、頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)上限(xian)(xian)、頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)下(xia)限(xian)(xian)（考慮到水(shui)(shui)(shui)(shui)泵(beng)(beng)電機(ji)在(zai)(zai)低速運(yun)行(xing)時(shi)(shi)危險(xian)，必須保證其頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)不低于20Hz，因此(ci)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)上限(xian)(xian)設為(wei)(wei)(wei)工頻(pin)(pin)(pin)50Hz，下(xia)限(xian)(xian)設為(wei)(wei)(wei)20Hz）進行(xing)比較，實(shi)現泵(beng)(beng)的(de)(de)切換(huan)與(yu)(yu)轉(zhuan)(zhuan)速的(de)(de)變化。

    箱式(shi)泵站恒壓(ya)供(gong)水系(xi)統在設計時應使水泵在變(bian)頻器(qi)和工(gong)頻電網之間(jian)的(de)(de)切(qie)換過(guo)程盡可能快(kuai)，以保證供(gong)水的(de)(de)連續性，水壓(ya)波動盡可能小(xiao)，從而提高供(gong)水質量。但(dan)元件(jian)動作過(guo)程太快(kuai)，會有回流損(sun)壞(huai)變(bian)頻器(qi)。為了防止故(gu)障的(de)(de)發生，硬件(jian)上必須設置閉鎖保護，即1Q與(yu)(yu)4Q，2Q與(yu)(yu)5Q，3Q與(yu)(yu)6Q不能同時閉合。

2 箱式泵站恒壓供水系統軟件設計

    箱式泵(beng)站恒壓供水控(kong)制(zhi)系統軟件(jian)(jian)是指用梯形(xing)圖語(yu)言(yan)編制(zhi)的(de)(de)(de)對3臺泵(beng)進行(xing)控(kong)制(zhi)的(de)(de)(de)程序。它對3臺泵(beng)的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)，主要解決系統的(de)(de)(de)手動(dong)及(ji)自(zi)動(dong)切換、各元件(jian)(jian)和參(can)數(shu)的(de)(de)(de)初(chu)始(shi)化(hua)、信號及(ji)通訊數(shu)據的(de)(de)(de)預處理、3臺泵(beng)的(de)(de)(de)啟動(dong)、切換及(ji)停(ting)止的(de)(de)(de)條件(jian)(jian)、順序、過(guo)程等問(wen)題。

    當變(bian)(bian)(bian)頻(pin)器(qi)輸出(chu)頻(pin)率(lv)(lv)達到(dao)(dao)頻(pin)率(lv)(lv)上限，供(gong)水(shui)壓力未達到(dao)(dao)預設(she)值時(shi)，發出(chu)加泵(beng)(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，投入下1臺泵(beng)(beng)供(gong)水(shui)。當供(gong)水(shui)壓力達到(dao)(dao)預設(she)值，變(bian)(bian)(bian)頻(pin)器(qi)輸出(chu)頻(pin)率(lv)(lv)降到(dao)(dao)頻(pin)率(lv)(lv)下限時(shi)，發出(chu)減(jian)泵(beng)(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，切除(chu)在工頻(pin)運行(xing)(xing)(xing)方式中(zhong)的(de)(de)1臺泵(beng)(beng)。系統剛啟動時(shi)，情況(kuang)簡單，首先(xian)(xian)啟動一號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)(beng)即可。但考慮(lv)3臺泵(beng)(beng)聯合運行(xing)(xing)(xing)時(shi)情況(kuang)復(fu)雜，任1臺或2臺泵(beng)(beng)可能正在工頻(pin)自(zi)動方式下運行(xing)(xing)(xing)，而(er)其他泵(beng)(beng)則可能在變(bian)(bian)(bian)頻(pin)器(qi)控制下運行(xing)(xing)(xing)，因此必須預先(xian)(xian)設(she)定(ding)增減(jian)水(shui)泵(beng)(beng)的(de)(de)順序。即獲(huo)(huo)得加泵(beng)(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)后，按(an)照(zhao)1號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)(beng)、2號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)(beng)、3號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)(beng)的(de)(de)順序優先(xian)(xian)考慮(lv)。獲(huo)(huo)得減(jian)泵(beng)(beng)信(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)后，按(an)照(zhao)3號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)(beng)、2號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)(beng)、1號(hao)(hao)(hao)(hao)泵(beng)(beng)的(de)(de)順序優先(xian)(xian)考慮(lv)。

    為了防(fang)(fang)止故障(zhang)的發生(sheng)，軟件上也必須(xu)(xu)設置(zhi)保護程序，保證1Q與(yu)4Q、2Q與(yu)5Q、3Q與(yu)6Q不能同(tong)時(shi)閉合。在加(jia)減(jian)泵時(shi)必須(xu)(xu)設置(zhi)元件動作順序及延時(shi)，防(fang)(fang)止誤動作發生(sheng)。

    考慮到系統工作環境對運(yun)行狀(zhuang)態的(de)影響，在設計中采(cai)用硬件、軟件上(shang)的(de)雙(shuang)重濾(lv)波(bo)來(lai)消除干擾的(de)影響。硬件上(shang)變(bian)(bian)頻(pin)器提供了(le)濾(lv)波(bo)時間常(chang)數(shu)，當模擬輸(shu)入(ru)信(xin)號變(bian)(bian)化(hua)時，63％的(de)變(bian)(bian)化(hua)發生在所定義的(de)時間常(chang)數(shu)中；軟件上(shang)采(cai)用數(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)的(de)方式，系統采(cai)用平(ping)均(jun)值(zhi)的(de)方法。