变频恒压供水系统

203/203摘要随着我国社会经济的进展，住房制度改革的不断深入，人们生活水平的不断提高，都市中各类小区建设进展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的经济性、可靠性、稳定性直接阻碍到小区住户的正常生活和工作，也直接体现了小区物业治理水平的高低。传统的恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以满足当前经济生活的需要。本论文针对住宅小区的供水要求，设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等要紧设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统，具有全自动变频恒压运行、自动工频运行、远程手动操纵和现场手动操纵等功能。系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题，并具有多种辅助功能，增强了系统的可靠性。并和计算机实现了有机的结合，提升了系统的总体性能。基于水泵供水流量和水泵转速的三次方成正比，论文分析了采取变频调速方式实现恒压供水相关于传统的阀门操纵恒压供水方式的节能机理。通过对变频器内置PⅢ模块参数的预置，利用远传压力表的水压反馈量，构成闭环系统，依照用水量的变化，采取PD调节方式，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，实现恒压供水且有效节能。论文论述了采纳多泵并联供水方案的合理性，分析了多泵供水方式的各种供水状态及转换条件，分析了电机由变频转工频运行方式的切换过程及存在的问题。给出了实现有效状态循环转换操纵的电气设计方案和PLC操纵程序设计方案。通过对计算机和PLC之间通信协议的研究，完成了上、下位机的通信设置，给出了计算机监控程序编写方法，通过通信模块实现了对供水系统的远程监控和故障报警。关键词：恒压供水；PLC；变频调速AbstractAlongwiththedevelopmentofthesocio—economyofourcount，thehousingsystemisgoingdeepintoreforms，andpeople’slivingstandardisbeingimproved．Atthesametime，inthecity，eachkindofsub—districtconstmctionisdevelopingveryquickly，whichputsforrwardhigherrequirementfortheinfrastrucnconstructionofsub-district．Andtheconstructionofsub-districtwatersupplysystemisanimportantaspectinwhich．Thereliability，stabilityandeconomyofwatersupplydirectlyaffectssub—districtHouseholdsnomallifeandwork,andalsoembodiesthedifferenceinthelevelofsub-districtpropertymanagement．Thetraditionalmeansofwatersupplysuchasthepumppressurizationwatersupplyatconstantspeed，watertowerofuppercistem，thejaretc．arehardtosatisfytheneedsofcurrenteconomiclife，becauselowefficiency，reliabilityandautomationlevelareallcommonlyexistinginthesemeans．Accordingtotherequirementofwatersupplyinaabidingplace，asetofautomaticsystemofconstantpressurewatersupplybyusingvariablefrequencyandremotemonitofingandcomrolling，wrhichiscomposedofPLC，transducer,pressuresensor,pumpsandelectro—motors，computeranddeviceofcommunicationisdesignedtothatend．Thissetofsystemhasthefunctionslikeautomaticconstantpressureoperationbyusingvariablefrequency，automaticworkfrequencyoperation，andthefunctionoflong-rangeconrolbyhandandtheon-the—spotcontrolbyhandetc．Thesystemhassolvedefficientlytheproblemexistinginthetraditionalwayofwatersupply,whichhasvarioussupplementaryfunctionstostrengthenthereliability．Thesystemhasanorganiccombinationwithcomputerandpromotesthesystematicoverallperformance．Basedonthatthethreesideofthepumpwaterdeliveryrateandthepumprotationalspeedbecomedirectratio，thepaperanalysesthemechanismofenergysavingthatthewayofwatersupplybyusingthemethodofvariablevelocityvariablefrequencyissuperiortothetraditionalwayofconstantpressurewatersupplycontrolledbyvalve．SettingupinadvancetheparameterofthePHmodularbuilt-inthetransducer,asystemofclosedcircuitusingthefeedbackofhydraulicpressureoffar．biograhypressuretablehasformed．Accordingtothechangeofwaterconsumption,withPID，inthesphereofwholerateofnowcombiningtheconstantregulationofthepumpoffrequencyconversionwiththeworkfrequencypumpgraderegulation，thesystemofclosedcircuitcanrealizetheconstantpressurewatersupplyandsaveenergyefficiently．Thispaperdiscussesthereasonabilityofwatersupplyschemewithmuchpumpparallelconnection，andanalysestheconversionconditionandthevariousstatesofwatersupplyofthemuchpumpwayofwatersupplyaswellastheswitchprocessandtheproblemofageneratorfromvariablefrequencyoperationmodetoworkfrequencyoperationmode．ThispaperhasalsogiventheelectricaldesignschemeandPLCcontrollingprogramschemethatrealizeseffectivestatecirculatingconversioncontrol．ByresearchingthecommunicationagreementbetweenthecomputerandPLC，thispaperhasfinishedsettingupthecommunicationbetweenupperandlowercomputer,andalsohasdescribedthemethodtocompilecomputermonitoringprogramtorealizethelong—rangemonitoringandfaultreportingforwatersupplysystemthroughcommunicationmodularKeywords：Constantpressurewater-supply；PLC；Variablevelocityvariablefrequency；Constantpressurewater-supplyKeywords：Constantpresrewatersupply；PLC；VariableVelocityVariablefequency；Constantpressurewater-supply目录摘要 1Abstract 2第一章绪论 61.1课题背景及意义 61.2国内外变频调速技术的进展与现状 71.3可编程操纵器(PLC)的特点及应用 81.4变频恒压供水系统特点及其安全性讨论 131.5本课题的要紧研究内容 14第2章系统的理论分析及方案的确定 152.1变频恒压供水系统理论分析 152.2.1变频恒压供水系统节能原理 152.1.2变频恒压操纵的理论模型 172.1.3变频恒压供水系统的近似数学模型 182．2变频恒压供水系统操纵方案的确定 182.2.1供水系统的操纵流程及其操纵流程图 182.2.2供水系统中水泵切换条件分析 262.3本章小结 29第三章变频恒压供水系统的硬件设计 303.1系统要紧配置的选型 303.1.1水泵机组的选型 303.1.2变频器的选型 313.1.3PLC及其扩展模块的选型 333.1.4压力变送器及数显仪的选型 343.1.5继电器，软启动器的选型 353.2系统主电路分析及设计 353.3系统操纵电路分析及设计 373.4可编程逻辑操纵器(PLC)的I／0端子分配 383.5变频器接线及功能的设定 403.6本章小结 41第四章变频恒压供水系统的软件设计 424.1系统水泵运行状态及转换过程分析 424.2PLC程序设计方法的分析 444.3系统操纵程序设计 474.4变频器PlD操纵功能参数的设置 514.4.1PID操纵及其操纵算法 514.4.2恒压供水PID调节过程分析 534.4.3变频器PID操纵参数的设置 534.5可靠性分析 554.6本章小结 55第五章变频恒压供水远程监控系统的设计 575.1S7-200系列PLC的监控方法 575.2本系统计算机监控内容及原理图 575.3本章小结 59第六章结论 606.1本课题研究结论 606.2课题存在问题与展望 60参考文献 61外文翻译 62致谢 86附录 87第一章绪论1.1课题背景及意义众所周知，水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在节水节能已成为时代特征的现实条件下，我们那个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，而随着我国社会经济的进展，人们生活水平的不断提高，以及住房制度改革的不断深入，都市中各类小区建设进展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接阻碍到小区住户的正常工作和生活，也直接体现了小区物业治理水平的高低⋯。传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下：l、恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依靠人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严峻，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采纳。2、水塔高位水箱供水具有操纵方式简单、运行经济合理、短时刻维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前要紧应用于高层建筑。3、气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使白费加大，从而限制了其进展。4、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造苦恼，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。5、单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，然而系统开发周期比较长，对操作员的素养要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在白费水力、电力资源；效率低；可靠性差；自动化程度不高等缺点，严峻阻碍了居民的用水和工业系统中的用水。目前的供水方式朝向高效节能、自动可靠的方向进展，变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的操纵方式，在风机、水泵、空气压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用，特不是在城乡工业用水的各级加压系统，居民生活用水的恒压供水系统中，变频调速水泵节能效果尤为突出，其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。PLC变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代操纵技术于一体。采纳该系统进行供水能够提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，因此研究设计该系统，关于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。1.2国内外变频调速技术的进展与现状变频器的快速进展得益于电力电子技术、计算机技术和自动操纵技术及电机操纵理论的进展。1964年，最先提出把通信技术中的脉宽调制P删技术应用到交流传动中的是德国人。20世纪80年代初，日本学者提出了基于磁通轨迹的磁通轨迹操纵方法。此方法以三相波形的整体生成效果为基础，以逼近电机气息的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成两相调制波形，使变压变频VVVF(VableVoltageVariableFrequency)成为变频调速技术的核心。从20世纪80年代后半期开始，美、日、德、英等发达国家的基于VVVF技术的通用变频器已商品化并广泛应用。1980年，德国人在应用微处理器的矢量操纵研究中取得了进展，促进了矢量操纵的有用化。此后，日本厂商竟相研究矢量操纵技术，并在产品性能和价格两方面取得进展；理论界则应用现代操纵理论把矢量操纵的理论进一步深化，取得了解耦操纵、速度观测、参数自适应、无速度传感器矢量操纵等方面的理论成果。自1992年开始，德国西门子公司相继开发了6SE70系列通用变频器，通过FC、VC、SC板能够分不实现频率操纵、矢量操纵、伺服操纵等；至1994年该系列通用变频器的容量就扩展到315kw以上。1985年，德国人提出了基于六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩操纵理论(DSC)。这种方法不需要复杂的坐标变换而是直接在电动机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪，实现脉宽调制和系统的高动态性能H3。最初，这种操纵方法要紧在高压、大功率且开关频率较低的逆变器操纵中应用；目前被应用于通用变频器的操纵方法的一种改进的、适合于高开关频率逆变器的方法。1995年，ABB公司首先推出的直接转矩操纵通用变频器，目前已成为其各系列通用变频器的核心技术。国外在交流变频调速技术的进展方面特点为：市场需求量大；功率器件进展迅速；操纵理论和微电子技术的支持。变频器的进展水平是由电力电子技术、电机操纵方式以及自动化操纵水平三个方面决定的。在现代自动化操纵领域中，以现代操纵论为基础，融入模糊操纵、专家操纵、神经网络操纵等新的操纵理论，为高性能变频调速提供了理论基础；16位、32位高速微处理器以及信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速进展，则为实现变频调速的高精度、多功能提供了硬件手。在我国，60％的发电量是通过电动机消耗掉的，因此，如何利用电机调速技术进行电机运行方式的改造以节约电能，一直受到国家和业界人士的重视。我国电气传动产业始于1954年。当时，在机械工业部属下建立了我国第一个电气传动成套公司，即现在的天津电气传动设计研究所的前身。现在，我国约有200家左右的公司、工厂和研究所从事变频调速技术的工作，但自行开发生产的变频调速产品和国际市场上的同类产品相比，还有比较大的技术差距。随着改革开放和经济的高速进展，我国采取要么直接从发达国家进口现成的变频调速设备，要么内外结合，即在自行设计制造的成套装置中采纳外国进口或合资企业的先进变频调速设备，然后自己开发应用软件的方法，专门好地为国内重大工程项目提供了电气传动操纵系统的解决方法，适应了社会的需要。总之，尽管国内变频调速技术取得了较好的成绩，然而总体上来讲国内自行开发、生产相关设备的能力还比较弱，对国外公司的依靠还专门严峻。国内交流变频调速技术产业状况表现如下：1)变频器的整体技术落后，国内虽有专门多单位投入了一定的人力、物力研究变频技术并开发新产品，但由于分散，因此并没有形成一定的技术和生产规模。2)变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎空白。3)相关配套产业及行业落后。4)产品可靠性及工艺水平低。1.3可编程操纵器(PLC)的特点及应用可编程序操纵器(programlogicalcontroller)，简称PLC，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动操纵技术和通信技术等现代科技而进展起来的一种新型工业自动操纵装置，是当今工业发达国家自动操纵的标准设备之一。由于PLC采纳了“三机一体化一的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气操纵于一身，具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，因而与其它操纵器相比它更加适合工业操纵环境和市场的要求：再加上PLC进展过程中产品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑操纵、顺序操纵迅速扩展到了连续操纵，开始进入批量操纵和过程操纵领域，并迅速成为工业自动化系统的支柱阻1。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃。早期的可编程序操纵器(PfogrammableLogicController，PLC)，要紧用来代替继电器实现逻辑操纵。随着计算机技术、通信技术和自动操纵技术的迅速进展，可编程序操纵器将传统的继电器操纵技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动操纵目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程操纵器早期的可编程操纵器由分离元件和中小规模集成电路组成，要紧功能是执行原先由继电器完成的顺序操纵、定时等。70年代初期，体积小、功能强和价格廉价的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I／O模块和各种专门功能模块。在软件方面，PLC采纳极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速进展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采纳的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了PLC软、硬件功能。在发达工业国家，PLC己经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息力的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元，随着电子技术和计算机技术的进展，PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：1)可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它专门的周期循环扫描工作方式。2)具有丰富的I／O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I／O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。3)采纳模块化结构。为了适应各种工业操纵需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采纳模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I／O等均采纳模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可依照用户的需要自行组合。4)编程简单易学。PLC的编程大多采纳类似于继电器操纵线路的梯形图形式，对使用者来讲，不需要具备计算机的专门知识，因此专门容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5)安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，能够在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采纳模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户能够通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点，使得其在我国的水工业自动化中得到广泛的应用。PLC在水工业自动化中的应用要紧有水厂监控系统、自动操纵系统、自动加氯、自动加矾、水泵变频调速、SCADA系统和供水管网信息治理系统等。其要紧功能是进行工艺参数的采集、生产过程操纵、信息处理、设备运行状态监测以及水质监测等可编程操纵器PC或PLC是一种以微处理器为核心的用于工程自动操纵的工业操纵机，其本质是一台工业操纵专用计算机。它的软、硬件配置与计算机极为类似，只只是它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于操纵要求的编程语言。PLC机硬件要紧由中央处理单元(CPU)、存贮器、输入／输出单元以及编程器、电源和智能输入／输出单元等构成。PLC可分为以下几个部分：1）中央处理单元(CPU)：同一般微处理机一样，中央处理单元是可编程操纵的核心部件，它通过输入装置将外设的状态读入并按照用户程序去处理，依照处理结果通过输出装置去操纵外设。常用的cPU有通用微处理器，如MOTOROLA6800，单片机有803l，8051和双极型位式微处理器，如AMD2903。目前，小型PLC为单CPU系统，而中型及大型PLC则为双CPU甚至多CPU系统。关于双CPU来讲，一般具有一个位处理器和一个字处理器。字处理器是CPU那个核心的核心，常由通用的8位、16位或32位微处理器担任，位处理器也称布尔处理机，如美国TI公司的TI一530等，它不仅使PLC增加了功能，提高了速度，也加强了PLC的保密性能。中央处理器的功能是：CPU按系统程序所给予的功能，、接收并存贮从编程器输入的用户程序和数据；CPU按扫描方式工作，从存贮器中逐条读取指令，并存入CPU内的指令寄存器中；指令寄存器的指令操作码进行译码，执行指令规定的任务，产生相应的操纵信号，启闭有关操纵门电路，并依照运算结果更新有关标志和输出映像寄存器的内容，以实现输出操纵、制表、打印或数据通讯；行系统诊断程序，诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。2)存贮器：可编程操纵器中存贮器要紧用于存放系统程序、用户程序和数据。常用的存贮器形式有CMOSROM、EPROM和EEPROM。系统存贮器用以存贮制造厂家编写的系统程序。所谓系统程序是指操纵和完成Pc机各种功能的程序，如操纵器的监控程序、差不多指令和功能指令翻译程序、系统诊断程序、通信治理程序等。机器出厂时，厂家把这些程序存入EPROM存贮器或EEPROM存贮器。用户不能访问和修改存贮器这部分的内容。用户存贮器要紧用来存放用户的应用程序。所谓用户程序是指使用户依照工程现场的生产过程和工艺要求编写的操纵程序。此程序由使用者通过编程器输入到PLC机的CMOSRAM存贮器中，以便于用户随时修改。也可将用户程序存放在EEPROM中。为确保PLC机操纵系统的可靠性，CMOSRAM存贮器有预防电源掉电故障的铿电池爱护措施，以防电源掉电后破坏它的存贮内容。数据存贮器用来存放PLC的数据。包括输入、输出、辅助继电器状态的映像等状态的映像寄存器。由于数据在操纵器应用中是经常变化、经常存取的，因此数据存贮器一般选用CMOSRAM，以满足随机存取的要求。3)输入／输出模块：输入／输出模块是可编程操纵器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量(压力、流量、温度、电压、电流)等，都要通过输入模块送到PLC。由于这些信号电平各式各样，而可编程操纵器CPU所处理的信息只能是标准电平，因此输入模块还需将这些信号转换成PLC能够同意和处理的数字信号。输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能同意的操纵信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。可编程操纵器有多种输入／输出模块，其类型有数字量输入／输出模块和模拟量输入／输出模块。这些模块又分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级要紧有数字量输入／输出模块和模拟量输入／输出模块，部件上都设有输入接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有光电祸合电路，其目的是把PLC与外部电路隔离开来，以提高PLC的抗干扰能力。数字量输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。模拟量输入／输出模块要紧用来实现模拟量一数字量之间的转换，即A／D或D／A转换。由于工业操纵系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入／输出模块与PLC的中央处理器连接。模拟量输入模块A／D转换后的二进制数字量，经光电耦合器和输入锁存缓冲器与PLC的I／O总线挂接。模拟量输出模块D／A转换前的二进制数字量，经光电祸合器和输出锁存器与PLC的I／O总线挂接。现在标准量程的模拟电压要紧是o．5伏和o．10伏两种，模拟电流要紧是0.2mA和4．20mA两种。另外还有O．50mV，O．1V、．5-+5V、一10--lOV，0-10mA等。模拟量输入模块接收到标准量程的模拟电压或电流后，把它转换成8位、10位或12位的二制数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。4)扩展模块：当一个PLC中心单元的I／O点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口确实是用于连接中心差不多单元与扩展单元的。模块随着可编程操纵器在工业操纵中的广泛应用和进展，各可编程操纵器制造厂家差不多开发出一系列的智能接口模块，使可编程操纵器的功能更加强大和完善。智能I／O接口模块种类专门多，例如高速技术模块、PLCA操纵模块、数字位置译码模块、阀门操纵模块、中断操纵模块、智能存贮模块以及智能I／O模块等。5)编程器：它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息能够重新装入PLC。目前编程器要紧有以下三种类型：便携式编程器(也叫简易编程器)；图形编程器；用于IBM—PC及其兼容机的编程器。便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程操纵器的编程要求。图形编程器以液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。使用图形编程器能够月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。但它的价格高，适用于中、大型可编程操纵器的编程要求。用于IBM—PC及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也专门强。编程器工作方式要紧有编程和监控两种，编程工作方式是在PLC机处于停机状态时能够进行编程，它的功能要紧是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。监控工作方式能够对运行中的操纵器工作状态进行监视和跟踪，一般能够对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也能够对成组器件的工作状态进行监视，还能够跟踪某一器件在不同时刻的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还能够对一些器件进行操作。因此编程器的监控方式对操纵器中新输入程序的调试与试运行是特不有用和方便的。编程器的结构一般包括显示部分与键盘部分。显示一般用液晶显示器，要紧的显示内容包括地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一个选择键，以选择其中一种方式工作。现在产品越来越模块化，可编程操纵器也不例外，它的结构紧密、牢固，外形小巧，CPU本身只提供了一定数量的数字输入和输出点数。不同厂家、不同型号的PLC的输入／输出点数也不同，有的大型机输入／输出点数可达16K，而专门多小型机仅有10来点，而且CPU本身不带模拟输入与输出，但CPU一般都带有扩展接口。因此，用户选型后，所需的输入或输出点数不够时，就需对系统做出必要的扩展，各个厂家也生产了专用于扩展用的各模板供用户选用。扩展模板的外形一般也小巧、牢固，有易于接线的端子排，带有扩展总线或通过总线连接器与CPU相连。要紧有数字输入／输出模板，模拟输入／输出模板，热电阻、热电偶扩展模板，还有智能模板等许多具有专用功能的专门模板。用扩展模板来扩展系统具有以下的优点：用户可依照自己时刻操纵系统的要求，选用各种合适的扩展模块对PLC作硬件组态，以求达到各种功能或操纵精度，同时节约开支，减少不必要的投资。当己运行的系统需要改造或扩充时，PLC能够随时进行升级或改版，所作的工作仅仅是替换或增加扩展模板和修改相应的操纵软件。专门模板及智能模板的开发将进一步扩展可编程操纵的功能，专用模板的开发不仅扩大了可编程操纵系统的操纵功能，而且将进一步提高操纵质量与可靠性。PLC的软件可分为系统软件和用户程序两大部分：1)系统软件：也称之为常驻的操作系统软件。它又包括差不多操纵单元软件和编程软件两部分。另外，一些专门功能模块也带有自己的操作系统软件。通常，一个PLC机架只能容纳一定数量的模块插件，这种包含主机模块和部分I／O模块的机架称为差不多操纵单元。差不多操纵单元软件固化在主机模块的EPROM中，其要紧功能为：进行PLC自身的治理和监督(如开机自检，运行中监督CPU、电池电压是否正常)；循环解释运行用户程序；集中进行输入信号的扫描和输出操纵的更新编程器软件用来支持用户程序的输入，也能够用来监控用户程序的执行过程。当用户程序己装入PLC的存储器，编程器就能够被分离，差不多操纵单元将自动进入执行用户程序状态。考虑到PLC内部结构的复杂性，系统软件应有专业技术人员进行设计，一般用户不同意直接设计系统的内部操作。2)用户程序：这是用户应用PLC进行操纵所需要编制的程序。目前，在PLC中普遍使用梯形图编程方法。这种编程方法是在传统继电器梯形图基础上进行一定演变而形成的，突出了各编程原件之间的逻辑关系。与硬接线的梯形图不同，PLC梯形图逻辑是由软件实现的，因此既形象直观便于编写，又易于扩展和修改功能。1.4变频恒压供水系统特点及其安全性讨论变频恒压供水系统能适用于生活用水、工业用水以及消防用水等多种场合，在本文中要紧应用于生活小区生活用水，该系统具有以下特点：1)滞后性：供水系统的操纵对象是用户管网的水压，它是一个过程操纵量，同其他一些过程操纵量(如：温度、流量、浓度等)一样，对操纵作用的响应具有滞后性，同时用于水泵转速操纵的变频器也存在一定的滞后效应。2)非线形：用户管网中因为有管阻、水锤等因素的阻碍，同时又由于水泵的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化不成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个非线性系统。3)多变性：变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其操纵对象的模型具有专门强的多变性。4)时变性：在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入操纵，而定量泵的操纵(包括定量泵的停止和运行)是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接阻碍供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此能够认为：变频调速恒压供水系统的操纵对象是时变的。5)容错性：当出现意外的情况(如突然断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能依照泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况自动进行投切，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。6)可扩充性：水泵的电气操纵柜，具有远程和就地操纵的功能和数据通讯接口，能与操纵信号或操纵软件相连，能对供水的相关数据进行实时传送，以便显示和监控以及报表打印等。7)节能性：系统用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从0到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击的同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。阻碍供水系统安全性的一大因素便是水锤效应，所谓的水锤效应确实是在极短时刻内，因水流量的急巨变化，引起在管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象，使管道受压产生噪声，犹如锤子敲击管子一样的现象。水锤效应具有极大的破坏性。压强过高，将引起管子的破裂；压强过低又会导致管子的瘪塌。此外，水锤效应还可能损坏阀门和固定件。而采纳变频调速，对系统的安全性有一系列的好处：1)产生水锤效应的全然缘故是：水泵在起动和制动过程中的动态转矩太大，短时刻内流量的巨大变化而引起的。采纳变频调速，通过减少动态转矩，能够实现消除水锤效应，减少了对水泵及管道系统所受的冲击，可大大延长水泵及管道系统的寿命。2)降低水泵平均转速，减小工作过程中的平均转矩，从而减小叶片承受的应力，减小轴承的磨损，使水泵的工作寿命大大延长。3)变频调速的软启动器幸免了电机和水泵的硬起动，可大大延长联轴器寿命。4)减少了起动电流，也就减少了系统对电网的冲击，提高了自身系统的可靠性。1.5本课题的要紧研究内容本文要紧通过对现有供水系统的调研和分析，依据用户对供水系统的要求，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器和PLc作为要紧操纵设备来设计变频调速恒压供水系统，并引入计算机对供水系统进行远程监控与治理，保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。具体而言，论文包括以下内容：1)论文在对课题进行分析和研究的基础上，提出了系统的设计方案和思路，确定论文要紧的研究内容和研究方法；2)分析了变频恒压供水系统节能的原理，给出了恒压供水的理论模型及近似的数学模型；确定变频恒压供水系统的操纵方案，给出了变频恒压供水的操纵流程及工作原理；最后分析了在变频恒压供水中，水泵切换的条件。3)论文就变频调速恒压供水操纵系统的设计做了详细的分析和研究。从用户的需求入手确定合适的设备选型；详细分析全自动变频恒压运行方式水泵运行的各种工况及其转换过程，讨论PLc的程序设计方法及程序执行特点，并在此基础上提出供水系统操纵程序的功能模块和设计方案；在介绍PID调节原理的基础上，分析利用PID调节原理实现恒压供水的调节过程，给出PID参数设置方法；最后还提出了保障系统可靠性的一些措施。4)通过计算机和PLc的通信，实现供水系统运行状态的实时远程监控是本论文的一个特色之处。论文介绍了计算机和PLc通信系统的组成和通信协议，给出了通信程序，并提出供水系统监控软件设计方法。第2章系统的理论分析及方案的确定2.1变频恒压供水系统理论分析2.2.1变频恒压供水系统节能原理供水系统的差不多特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f(Q)如图2．1所示。由图2．1能够看出，流量Q越大，扬程H越小。在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小要紧取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q（U）间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H=f（Qu）。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流淌阻力的变化规律。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量Qc之间的关系H=f（Qc）。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图2．1中A点。在这一点，用户的用水流量Qu和供水系统的供水流量Qc处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。HHA扬程特性管阻特性AQAQH变频恒压供水系统的供水部分要紧由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，同时把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。异步电机的转差率定义为：S=n1-nn1异步电机的同步速度为：f=60fp异步电机的转速为：f=60fp（1-s）其中：n1为异步电机的理想空载转速；n为异步电机转子转速；f为异步电机的定子电源频率；p为异步电机的极对数。从上式可知，当极对数p不变时，电机转子转速n与定子电源频率f成正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就能够连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速。变频调速时，从高速到低速都能够保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点，调速性能可与直流电动机调速系统相媲美。因此，变频调速是交流异步电机中一种比较合理和理想的调速方法，它被广泛地应用于对水泵电机的调速。在供水系统中，通常以流量为操纵目的，常用的操纵方法为阀门操纵法和转速操纵法。阀门操纵法是通过调节阀门开度来调节流量，水泵电机转速保持不变。事实上质是通过改变水路中的阻力大小来改变流量，因此，管阻将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性不变。由于实际用水中，需水量是变化的，若阀门开度在一段时刻内保持不变，必定要造成超压或欠压现象的出现。转速操纵法是通过改变水泵电机的转速来调节流量，而阀门开度保持不变，是通过改变水的动能改变流量。因此，扬程特性将水泵转速的改变而改变，但管阻特性不变。变频调速供水方式属于转速操纵。其工作原理是依照用户用水量的变化自动地调整水泵电机的转速，使管网压力始终保持恒定，当用水量增大时电机加速，用水量减小时电机减速。HHH2H1H0En2DFβ1β3n10Q2Q1Q当用阀门操纵时，若供水量高峰期水泵工作在E点，流量为Ql，扬程为H0，当供水量从Q1减小到Q2时，必须关小阀门，这时阀门的摩擦阻力变大，阻力曲线从属移到届，扬程特性曲线不变。而扬程则从H0上升到H1，运行工况点从E点移到F点，现在水泵输出功率用图形表示为(0,Q2,F,H1)围成矩形部分，其值为：Pf=γH1Q2当用调速操纵时，若采纳恒压(H0)，变速泵(n2)供水，管阻特性曲线为β2，扬程特性变为曲线n2，工作点从E点移到D点。现在水泵输出功率用图形表示为（0，Q2,D,H0)围成的矩形面积，其值为：Pd=γH0Q2可见，改用调速操纵，节能量为（H0,D,F,H1)围成的矩形面积，其值为：△P=Pf-因此，当用阀门操纵流量时，有γH1-H0Q2102η功率被白费掉，同时随着阀门的不断关小，阀门的摩擦阻力不断变大，管阻特性曲线上移，运行工况点也随之上移，因此H1Q2Q1=N2N1;H2H1=（N2N1式中Ql、H1、P1为变速前的流量、扬程、功率，Q2、H2,P2为变速后的流量、扬程、功率。由公式(2．7)能够看出，功率与转速的立方成正比，流量与转速成正比，损耗功率与流量成正比，因此调速操纵方式要比阀门操纵方式供水功率要小得多，节能效果显著，因此本文供水系统采纳变频调速恒压供水方式。2.1.2变频恒压操纵的理论模型变频恒压操纵系统以供水出口管网水压为操纵目标，在操纵上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力能够是一个常数，也能够是一个时刻分段函数，在每一个时段内是一个常数。因此，在某个特定时段内，恒压操纵的目标确实是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上从图2．3中能够看出，在系统运行过程中，假如实际供水压力低于设定压力，操纵系统将得到正的压力差，那个差值通过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值确实是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将那个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。假如运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵机组的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。 图2.3变频恒压操纵原理图 2.1.3变频恒压供水系统的近似数学模型如前文所述，由于变频调速恒压供水系统的操纵对象是一个时变的、非线性的、滞后的、模型不稳定的对象，我们难以得出它的精确数学模型，只能进行近似等效。水泵由初始状态向管网进行恒压供水，供水管网从初始压力开始启动水泵运行，至管网压力达到稳定要求时经历两个过程：首先是水泵将水送到管网中，那个时期管网压力差不多保持初始压力，这是一个纯滞后的过程；其次是水泵将水充满整个管网，压力随之逐渐增加直到稳定，这是一个大时刻常数的惯性过程；然而系统中其他操纵和检测环节，例如变频环节、继电操纵转换、压力检测等的时刻常数和滞后时刻与供水系统的时刻常数和滞后时刻相比，可忽略不计，均可等效为比例环节。因此，恒压供水系统的数学模型能够近似成一个带纯滞后的一阶惯性环节，即能够写成：G（s）式中：K为系统的总增益，T为系统的惯性时刻常数，τ为系统滞后时刻2．2变频恒压供水系统操纵方案的确定2.2.1供水系统的操纵流程及其操纵流程图从变频恒压供水的原理分析可知，该系统要紧有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压操纵单元、水泵机组以及低压电器组成。系统要紧的设计任务是利用恒压操纵单元使变频器操纵一台水泵或循环操纵多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。依照系统的设计任务要求j结合系统的使用场所，有以下几种方案可供选择:1、有供水基板的变频器+水泵机组+压力传感器这种操纵系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程操纵器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。它尽管微化了电路结构，降低了设备成本，但在压力设定和压力反馈值的显示方面比较苦恼，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数寻优困难，调节范围小，系统的稳态、动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，同时限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。2、通用变频器+单片机(包括变频操纵、调节器操纵)+人机界面+压力传感器这种方式操纵精度高、操纵算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比。但开发周期长，程序一旦固化，修改较为苦恼，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰，变频器的功率越大，产生的干扰越大，因此必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的变频恒压供水中。3、通用变频器+PLC(包括变频操纵、调节器操纵)+人机界面+压力传感器这种操纵方式灵活方便。具有良好的通信接口，能够方便地与其他的系统进行数据交换：通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同操纵系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I／O的外部接线，当操纵要求发生改变时，能够方便地通过Pc机来改变存贮器中的操纵程序，因此现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。因此该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，同时与供水机组的容量大小无关。通过对以上这几种方案的比较和分析，能够看出“变频器主电路+PLC(包括变频操纵、调节器操纵)+人机界面+压力传感器’’的操纵方式更适合于本系统。这种操纵方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及操纵精度的要求。确定供水系统总体设计方案的差不多依据是设计供水能力能满足系统最不利点的用水需求，同时还需要结合用户用水量变化类型，考虑方案适用性、节能性及其它技术要求。依照用户的用水时段特点，可将用户用水量变化类型分为连续型、间歇型两大类，依照流量的变化特点，还可进一步细分为高流量变化型，低流量变化型，全流量变化型等。不同季节、不同月份，流量变化类型也连续型是指一天内专门少有流量为零的时候，或本身管网的正常泄漏就保持有一定的流量；间歇型指一天内有多段用水低谷时刻，流量专门小或为零；各种类型的水流量变化关系曲线如图2．4所示。流量Q100%流量Q100%50%t（时）23681012141618202224a）连续型（全流量变化型）流量Q100%流量Q100%50%t（时）24681012141618202224b)连续型（高流量变化型）流量流量Q100%50%t（时）24681012141618202224c）连续型(低流量变化型)t（时）t（时）流量Q100%50%24681012141618202224d）间歇型本文的供水系统要紧用于小区生活用水，其水量要紧集中早、晚两个时刻段，平常处于低流量状态，属连续型低流量变化型。这类型用水需求在较长时刻段表现为低流量，相关于设计流量有较大的余量，采纳变频调速方式来实现低流量时的恒压供水节能效果比较明显，与通常的工频气压给水设备相比平均节能可达30％。水泵变频软起动冲击电流小，也有利于电机泵的寿命，此外水泵在低速运行时，平稳、噪声小。由于用水呈低流量变化型的特点，采纳多台水泵并联供水，依照用水量大小调节投入水泵台数的方案。在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，使供水压力始终保持为设定值。多泵并联代替一、二台大泵单独供水可不能增加投资，而其好处是多方面的。首先是节能，每台泵都能够较高效率运行，长期运行费用少：其二，供水可靠性好，一台泵故障时，一般并不阻碍系统供水，小泵的维修更换也方便；其三，小泵起动电流小，不要求增加电源容量；其四，只须按单台泵来配置变频器容量，减少投资。处于供水低谷小流量或夜间小流量时，为进一步减少功耗，采纳一台小流量泵来维持正常的泄漏和水压。多泵变频循环工作方式的可靠切换，是实现多泵分级调节的关键，可选用编程灵活、可靠性高、抗干扰能力强、调试方便、维护工作量小的PLC通过编程来实现。供水系统的恒压通过压力变送器、PID调节器和变频器组成的闭环调节系统操纵。依照水压的变化，由变频器调节电机转速来实现恒压。为了减少对泵组、管道所产生的水锤，泵组配置电动蝶阀，开启水泵后打开电动碟阀，当水泵停止时先关电动碟阀后停机。为实现远程监控的功能，系统中还配置了计算机和通信模块。综上所述，系统可分为：执行机构、信号检测机构、操纵机构三大部分，具体为：1)执行机构：执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，其中由变频泵和附属小泵构成，变频泵是由变频调速器操纵、能够进行变频调整的水泵，用以依照用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定；附属小泵只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量专门小的情况下(例如：夜间)对管网用水量进行少量的补充。在变频调速恒压供水系统中，如此构成水泵组有下几个缘故：用几个小功率的水泵代替一台大功率的水泵，使水泵选型容易，同时这种结构更适合于大功率的供水系统；供水系统的增容和减容容易，无需更换水泵，只要再增加恒速泵即可；以小功率的变频器代替大功率的变频调速器，以降低系统成本，增加系统运行可靠性；附属小泵的加入，使系统在用水量专门低时(如：夜间)能够停止所有的主泵，用小泵进行补水，降低系统的运行噪音：在用水量不太大时，系统中不是所有的水泵在运行，如此能够提高水泵的运行寿命，同时降低系统的功耗，达到节能的目的。2)信号检测机构：在系统操纵过程中，需要检测的信号包括水压信号、液位信号和报警信号。水压信号反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水操纵的要紧反馈信号。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A／D转换。另外为加强系统的可靠性，还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测，检测结果能够送给PLC，作为数字量输入；液位信号反映水泵的进水水源是否充足。信号有效时，操纵系统要对系统实施爱护操纵，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。此信号来自在安装于水源处的液位传感器；报警信号反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。3)操纵机构：供水操纵系统一般安装在供水操纵柜中，包括供水操纵器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。供水操纵器是整个变频恒压供水操纵系统的核心。供水操纵器直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施操纵算法，得出对执行机构的操纵方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行操纵；变频器是对水泵进行转速操纵的单元，其跟踪供水操纵器送来的操纵信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速操纵。依照水泵机组中水泵被变频器拖动的情况不同，变频器有两种工作方式即变频循环式和变频固定式，变频循环式即变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，将该泵切换为工频的同时用交频去拖动另一台水泵电机；变频固定式是变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前能够选择心们；本文采纳前者。作为一个操纵系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，因此为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断造成故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC推断报警类不，进行显示和爱护动作操纵，以免造成不必要的损失。现将系统操纵流程讲明如下：1)系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，首先启动变频器拖动水泵M1，通过恒压操纵器，依照用户管网实际压力和设定压力的误差调节变频器的输出频率，操纵M1的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1工作在调速运行状态。2)当用水量增加水压减小时，通过压力闭环和恒压操纵器，增加水泵的转速到另一个新的稳定值，反之，当用水量减少水压增加时，通过压力闭环和恒压操纵器，减小水泵的转速到另一个新的稳定值。3)当用水量接着增加，变频器的输出频率达到上限频率50Hz时，若现在用户管网的实际压力还未达到设定压力，同时满足增加水泵的条件(在下文有详细的阐述)时，在变频循环式的操纵方式下，系统将电机M1切换至工频电网供电后，M1恒速运行，同时使第二台水泵M2投入变频器并变速运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。假如用水量接着增加，满足增加水泵的条件，将接着发生如上转换，并有新的水泵投入并联运行。当最后一台水泵M3投入运行，变频器输出频率达到上限频率50Hz时，压力仍未达到设定值时，操纵系统就会发出水压超限报警。4)当用水量下降水压升高，变频器的输出频率降至下限频率，用户管网的实际水压仍高于设定压力值，同时满足减少水泵的条件(在下文有详细的阐述)时，系统将上次转换成工频运行的水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重1新达到设定值。当用水量接着下降，同时满足减少水泵的条件时，将接着发生如上转换，直到剩下一台变频泵运行为止。5)当系统中只有1台调速泵在工作，而调速泵的运行频率已降至下限频率时，且满足关泵条件，现在关闭调速泵。系统进入靠附属小泵进行少量补水的状态。在这种情况下，若实际压力低于设定压力，则延时后开启附属小泵进行补水，附属小泵开启后，若实际压力高于附属小泵的工作压力(设定压力+附属小泵启停压力误差)，则关掉附属小泵。待实际压力再次低于设定压力后，重复上述过程。在附属小泵开启后，压力达不到设定压力，则通过一定的延时后，关掉附属小泵，开启调速泵进行操纵，工作过程同2、3、4步。循环投切的工作过程：变频器的输出端不能连接电源，也不能运行中带载脱闸，切换过程应按以下的程序进行。循环投切恒压供水系统投入运行时，当变频器的输出频率达到50Hz或52Hz时，能否将变频器的上限频率设为52Hz，取决于水泵电机运行在52Hz时是否超载。在50Hz频率下运行60S管网水压未达到给定值，现在，该台水泵需切换到工频运行。切换过程是：先关该台水泵电动阀，然后变频器停车（方式为自由停车），水泵电机惯性运转，考虑到电机中的残压，不能将电机立即切换到工频，而是延时一段时刻，到电机中的残压下降到较小值，那个值保证电源电压与残余电压不同相时造成的切换电流冲击较小，在水厂160KW水泵电机的切换时刻为600ms。连接在电机工频回路中的空气开关容量为400A,经现场调试切换过程的电流冲击较小，每一次切换都百分百成功。关阀后停车，水泵电机差不多上处于空载运转，到600ms时电机的转速下降不是专门多，使切换时电流冲击较小。切换完成后，在打开电动阀；已停车的变频器切换到另外的水泵上启动并运行，在开电动阀。切除工频泵时，先关阀，在停车。如此无“水锤”现象。这些操作差不多上由PLC自动操纵完成的。其操纵流程图如下所示：开始开始水压低？辅助泵运行设定时刻到？达到设定压力值？变频启动主泵A停止辅助泵YNYNNY（1）主泵A变频运行主泵A变频运行主泵B变频运行达到设定压力值？达到设定时刻？主泵A工频运行运行在最低出水频率以下？主泵A停止变频启动主泵BYNYNNY（2）主泵B变频运行主泵B变频运行到达设定压力值？运行在出水频率以下？（3）主泵B变频运行主泵A停止YNNY报警2.2.2供水系统中水泵切换条件分析在上述的系统工作流程中，我们提到当一台调速水泵己运