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專用變頻器在恒壓供水中的應(yīng)用

 一 ，回顧
    　　一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均須 “提升"水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱，或氣壓罐式增壓設(shè)備，但它們都必須由水泵以高出實(shí)際用水高度的壓力來(lái)“提升"水量，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。
    　　自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今*、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。
    　　新型供水方式與過(guò)去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有沒(méi)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些*性，引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一技術(shù)產(chǎn)品。
    　　目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制，多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開(kāi)發(fā)`智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。
    　　在短短的幾年內(nèi)，調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。雖然單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低，而多泵型產(chǎn)品投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率高，被實(shí)際證明是優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。
    二、變頻控制恒壓供水控制方式
    　　大家都知道，水泵消耗功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。即N=KN3 N：為水泵消耗功率；n：為水泵運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速；K為比例系數(shù)。而水泵設(shè)計(jì)是按工頻運(yùn)行時(shí)設(shè)計(jì)的，但供水時(shí)除高峰外，大部分時(shí)間流量較小，由于命名用了變頻技術(shù)及微機(jī)技術(shù)有微機(jī)控制，因此可以使水泵運(yùn)行的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，最終達(dá)到節(jié)能的目的。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達(dá)20%-40%。
    目前國(guó)內(nèi)各廠家生產(chǎn)的供水設(shè)備電控柜，除采用落后繼電接觸器控制方式外，大致有以下四類：
    邏輯電子電路控制方式：
    　　這類控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié)。往往采用一臺(tái)泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此控制精度較低、水泵切換時(shí)水壓波動(dòng)大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動(dòng)有沖擊、抗干擾力較弱。但成本較低。
    單片微機(jī)電路控制方式：
    　　這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)調(diào)試較麻煩，追加功能時(shí)往往要對(duì)電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾力都不是很高。
    　　帶PID回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器（PLC）的控制方式：
    該方式變頻器的作有是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓。壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)在輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。
    　　由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)計(jì)時(shí)，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破鞯某杀緵](méi)有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
    　　新型變頻調(diào)速供水設(shè)備：
    針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO-I系列；ABB公司的ACS600、ACS400系列產(chǎn)品；富士公司的G11S/P11S系列產(chǎn)品；等等

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PLC編程的基本原則

 PLC編程的基本原則
    PLC編程應(yīng)該遵循以下基本原則。
    1) 外部輸入、輸出繼電器、內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的接點(diǎn)可多次重復(fù)使用，無(wú)需用復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來(lái)減少接點(diǎn)的使用次數(shù)。
    2) 梯形圖每一行都是從左母線開(kāi)始，線圈接在最右邊，接點(diǎn)不能放在線圈的右邊參看圖4-20。
   
    圖4-20 規(guī)則2）的說(shuō)明
    a）不正確電路 b）正確電路
    3) 線圈不能直接與左母線相連。如果需要，可以通過(guò)一個(gè)沒(méi)有使用的內(nèi)部繼電器的常閉接點(diǎn)或者特殊內(nèi)部繼電器R9010（常0N）的常開(kāi)接點(diǎn)來(lái)連接，參看圖4-21。
   
   
    圖4-21 規(guī)則3）的說(shuō)明
    a)不正確的電路 b）正確的電路
    4) 同一編號(hào)的線圈在一個(gè)程序中使用兩次稱為雙線圈輸出。雙線圈輸出容易引起誤操作，應(yīng)盡量避免線圈重復(fù)使用。
    5) 梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則，即從左到右，從上到下地執(zhí)行，如不符合順序執(zhí)行的電路不能直接編程，例如圖4-22所示的橋式電路就不能直接編程。
   
    圖4-22橋式電路
    6) 在梯形圖中串聯(lián)接點(diǎn)、并聯(lián)接點(diǎn)的使用次數(shù)沒(méi)有限制，可無(wú)限次使用，圖4-23所示。
    7) 兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈可以并聯(lián)輸出，如圖4-24所示。
    　
    編寫PLC梯形圖程序時(shí)應(yīng)掌握如下的編程技巧。
    1) 串聯(lián)觸點(diǎn)較多的電路編在梯形圖上方，如圖4-25所示。
   
   
    a）電路安排不當(dāng) b）電路安排得當(dāng)
    圖4-25 梯形圖程序
    2) 并聯(lián)觸點(diǎn)多的電路應(yīng)放在左邊，如圖4-26所示。圖4-26 b）比a）省去了0RS和ANS指令。若有幾個(gè)并聯(lián)電路相串聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的并聯(lián)電路放在最左邊。
   
    a）電路安排不當(dāng) b）電路安排得當(dāng)
    圖4-26 梯形圖程序
   
    3) 對(duì)復(fù)雜電路的處理
    (1) 橋式電路的編程 圖4-22所示的梯形圖是一個(gè)橋式電路，不能直接對(duì)它編程，必須重畫為圖4-27所示的電路才可進(jìn)行編程。
   
    圖4-27 梯形圖程序
    (2) 如果梯形圖構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，用ANS、0RS等指令難以解決，可重復(fù)使用一些觸點(diǎn)畫出它的等效電路，然后再進(jìn)行編程就比較容易了，如圖4-28所示。如果使用編程軟件也可直接編程。
   
    a）復(fù)雜電路 b）重新排列電路
    圖4-28 梯形圖程序
    PLC編程的基本技巧
    PLC編程技巧是在實(shí)踐中不斷總結(jié)、不斷提高、長(zhǎng)期編程經(jīng)驗(yàn)的各積累。較好地掌握編程技巧，可提高編程的質(zhì)量。下面以3個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明基本的編程技巧。
    1、用梯形圖變換簡(jiǎn)化程序
    圖1為兩個(gè)邏輯功能相同的梯形圖，但它們對(duì)應(yīng)的助記符語(yǔ)言程序卻不相賦，掃描時(shí)間也不同。如將圖1（a）中串聯(lián)的兩部分“電路"左、右對(duì)換；并聯(lián)的兩條支路上、下對(duì)換，則變換后的梯形圖即圖1（b），原有的邏輯關(guān)系保持不變，但程序簡(jiǎn)化了。
   
    （a）梯形圖助記符： （b）梯形圖助記符
    LD 00000 LD 00002
    LD 00001 AND 00003
    LD 00002 OR 00001
    LD 00003 AND 00000
    OR LD OUT 20000
    AND LD 　
    OUT 20000 　
    經(jīng)驗(yàn)證明，梯形圖變換可遵循“左沉右輕"、“上沉下輕"、的基本原則。
    2、使梯形圖邏輯關(guān)系清晰
    在編程時(shí)應(yīng)使梯形圖的邏輯關(guān)系和結(jié)構(gòu)層次清晰，便于閱讀和檢查程序。如圖2所示，圖2（a）梯形圖的邏輯關(guān)系不太清楚，適當(dāng)改變程序結(jié)構(gòu)后（見(jiàn)圖2（b）），盡管助記符語(yǔ)言程序顯得較長(zhǎng)，但梯形圖的邏輯關(guān)系清晰，可讀性提高了，便于對(duì)程序進(jìn)行閱讀、檢查和修改。
   
   
   
   
   
   
    （a）梯形圖助記符： （b）梯形圖助記符
    LD 00000 LD 00000
    LD NOT 00001 AND 00003
    AND 00002 AND NOT 00004
    LD 00003 AND 00006
    AND NOT 00004 AND NOT 00007
    LD 00005 LD 00000
    LD 00006 AND 00003
    AND NOT 00007 AND NOT 00004
    OR LD AND 00005
    AND LD LD 00000
    OR LD AND NOT 00001
    AND LD AND 00002
    OUT 20001 OR LD
    　 OR LD
    　 OUT 20001
    3、避免出現(xiàn)無(wú)法編程的梯形圖
    圖3（a）所示的橋式梯形圖是無(wú)法用助記符語(yǔ)言來(lái)編程的，改畫成圖3（b）形式的梯形圖就能實(shí)現(xiàn)編程