1、一、課題簡介隨著變頻技術的發展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統以其環保、節能和高品質的供水質量等特點，廣泛應用于多層住宅小區及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調速系統可以實現水泵電機無級調速，依據用水量的變化自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中如何充分利用專用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻恒壓供水設備、降低成本、保證產品質量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經濟性，還是系統的穩定性、可靠性、自動化程度等方面都具

2、有無法比擬的優勢，而且具有顯著的節能效果。目前變頻恒壓供水系統正向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種系列化的方向發展。追求高度智能化、系列化、標準化，是未來供水設備適應城鎮建設中成片開發、智能樓宇、網絡供水調度和整體規劃要求的必然趨勢。變頻恒壓供水系統能適用生活水、工業用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統具有以下特點:(1)供水系統的控制對象是用戶管網的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應具有滯后性。同時用于水泵轉速控制的變頻器也存在一定的滯后效應。(2)用戶管網中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性

3、，使水泵轉速的變化與管網壓力的變化成正比，因此變頻調速恒壓供水系統是一個線性系統。(3)變頻調速恒壓供水系統要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統，而不同的供水系統管網結構、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。(4)在變頻調速恒壓供水系統中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運行)是時時發生的，同時定量泵的運行狀態直接影響供水系統的模型參數，使其不確定性地發生變化，因此可以認為，變頻調速恒壓供水系統的控制對象是時時變化的。(5)當出現意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統能根據泵及變頻器或軟啟動器的狀

4、態，電網狀況及水源水位，管網壓力等工況點自動進行切換，保證管網內壓力恒定。在故障發生時，執行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。(6)水泵的電氣控制柜，其有遠程和就地控制的功能和數據通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關數據進行實時傳送，以便顯示和監控以及報表打印等功能。(7)用變頻器進行調速，用調節泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網的沖擊同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設備的使用壽命。二、方案擬定圖2.1 供水流程簡圖此次設計研究的對象是一棟樓房的供水系統。這棟樓有1

5、0層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。如圖2.1所示，是這棟小樓的供水流程。自來水廠送來的水先儲存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。2.1變頻恒壓供水控制方式的選擇目前國內變頻恒壓供水設備電控柜的控制方式有：1邏輯電子電路控制方式這類控制電路難以實現水泵機組全部軟啟動、全流量變頻調節，往往采用一臺泵固定于變頻狀態，其余泵均為工頻狀態的方式。因此，控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調試較麻煩、工頻泵起動時有沖擊、抗干擾能力較弱，但其成本較低。2單片微機電路控制方式這類控制電路優于邏輯

6、電路，但在應付不同管網、不同供水情況時，調試較麻煩；追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。3帶PID回路調節器或可編程序控制器(PLC)的控制方式該方式變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源。實現電機的無級調速，從而使管網水壓連續變化。傳感器的任務是檢測管網水壓，壓力設定單元為系統提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節器，由PID回路調節器在調節器內部進行運算后，輸入給變頻器一個轉速調節

7、信號。由于變頻器的轉速控制信號是由可編程控制器或PID回路調節器給出的，所以對可編程控制器來講。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格很高，這無形中就增加了供水設備的成本。若采用帶有模擬量輸入，數字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數字量輸出口端另接一塊PWM調制板，將可編程控制器輸出的數字量信號轉變為模擬量。這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設備，降低了整套設備的可靠性。如果采用一個開關量輸入，輸出的可編程控制器和一個PID回路調節器，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，在變頻調速恒壓給水控制設備

8、中，PID控制信號的產生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關鍵環節。4新型變頻調速供水設備針對傳統的變頻調速供水設備的不足之處，國內外不少生產廠家近年來紛紛推出了一系列新型產品，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系列產品；富士公司的GIISPIIS系列產品；等等。這些產品將PID調節器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用的新型變頻器。由于PID運算在變頻器內部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數的在線調試非常容易，這不僅降低了生產

9、成本，而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的PID調節器采用了優化算法，所以使水壓的調節十分平滑，穩定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數，同時還可對反饋信號進行換算，使系統的調試非常簡單、方便。考慮以上四種方案后，此次設計采用第四種方案。如圖2.2所示。圖2. 2 供水系統方案圖三、變頻恒壓供水系統構成及工作原理3.1 系統的構成圖3. 1 系統原理圖如圖2.3所示，整個系統由三臺水泵，一臺變頻調速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調節水量之用，三臺泵協調工作以滿足供水需要；變頻供水系統

10、中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋05V電壓信號)或壓力變送器(反饋420mA電流)；變頻器是供水系統的核心，通過改變電機的頻率實現電機的無極調速、無波動穩壓的效果和各項功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調速恒壓供水系統由執行機構、信號檢測、控制系統、人機界面、以及報警裝置等部分組成。(1)執行機構執行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網，圖2.3中的3個水泵分為二種類型:調速泵:是由變頻調速器控制、可以進行變頻調整的水泵，用以根據用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網的水壓恒定。恒速泵:水泵運行只在工頻狀態，速度恒定。它們用于在用水量增大而調速泵的最大供水能力不

11、足時，對供水量進行定量的補充。(2)信號檢測在系統控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:水壓信號:它反映的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。報警信號:它反映系統是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常。該信號為開關量信號。(3)控制系統供水控制系統一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統)、變頻器和電控設備三個部分。供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統的核心。供水控制器直接對系統中的工況、壓力、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數據信息進行分析、實施控制算法，得出對執行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執行機構(即水

12、泵)進行控制。變頻器:它是對水泵進行轉速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。電控設備:它是由一組接觸器、保護繼電器、轉換開關等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。(4)人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所。通過人機界面，使用者可以更改設定壓力，修改一些系統設定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統的一些運行情況及設備的工作狀態。人機界面還可以對系統的運行過程進行監示，對報警進行顯示。(5)通訊接口通訊接口是本系統的一個重要組成部分，通過該接口，系統可以和組態軟件以及其他的工業

13、監控系統進行數據交換，同時通過通訊接口，還可以將現代先進的網絡技術應用到本系統中來，例如可以對系統進行遠程的診斷和維護等(6)報警裝置作為一個控制系統，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統能適用于不同的供水領域，所以為了保證系統安全、可靠、平穩的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內溢水等等造成的故障，因此系統必須要對各種報警量進行監測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失3.2 工作原理合上空氣開關，供水系統投入運行。將手動、自動開關打到自動上，系統進入全自動運行狀態，PLC中程序首先接通KM6，并起動變頻器。根據壓力

14、設定值(根據管網壓力要求設定)與壓力實際值(來自于壓力傳感器)的偏差進行PID調節，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據頻率給定信號及預先設定好的加速時間控制水泵的轉速以保證水壓保持在壓力設定值的上、下限范圍之內，實現恒壓控制。同時變頻器在運行頻率到達上限，會將頻率到達信號送給PLC，PLC則根據管網壓力的上、下限信號和變頻器的運行頻率是否到達上限的信號，由程序判斷是否要起動第2臺泵(或第3臺泵)。當變頻器運行頻率達到頻率上限值，并保持一段時間，則PLC會將當前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下1臺泵變頻運行。此時PID會繼續通過由遠傳壓力表送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制

15、變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設定值的上、下限偏差范圍之內。增泵工作過程：假定增泵順序為l、2、3泵。開始時，1泵電機在PLC控制下先投入調速運行，其運行速度由變頻器調節。當供水壓力小于壓力預置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉速上升，反之下降。當變頻器的輸出頻率達到上限，并穩定運行后，如果供水壓力仍沒達到預置值，則需進入增泵過程。在PLC的邏輯控制下將1泵電機與變頻器連接的電磁開關斷開，1泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與2泵電機連接， 控制2泵投入調速運行。如果還沒到達設定值，則繼續按照以上步驟將2泵切換到工頻運行，控制3泵投入變頻運行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當供水

16、壓力大于預置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，并穩定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調速運行，并繼續減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設定值，則停機并啟動輔泵投入調速運行，從而達到節能效果。3.3 變頻恒壓供水系統中加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當一臺調速水泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的。當調速水泵和恒速水泵都在運行且調速水泵己運行在下限頻率，

17、此時管網的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達到恒壓的目的。那么何時進行切換，刁能使系統提供穩定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換。盡管通用變頻器的頻率都可以在0-400Hz范圍內進行調節，但當它用在供水系統中，其頻率調節的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當正在變頻狀態下運行的水泵電機要切換到工頻狀態下運行時，只能在50Hz時進行。由于電網的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50Hz成為頻率調節的上限頻率。當變頻器的輸出頻率己經到達50Hz時，即使實際供水壓力仍然低于設定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只

18、能夠通過水泵機組切換，增加運行機組數量來實現。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是0Hz。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網供水時，由于管網中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。這個頻率遠大于0Hz,具體數值與水泵特性及系統所使用的場所有關，一般在20Hz左右。由于在變頻運行狀態下，水泵機組中電機的運行頻率由

19、變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調節的下限頻率。在實際應用中，應當在確實需要機組進行切換的時候才進行機組的切換。所謂延時判別，是指系統僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間（比如1-2分鐘），如果在這一段延時的時間內切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作。3.4 主電路接線圖圖2-4 水泵主回路接線圖圖3. 2 主電路圖電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。K

20、M1、 KM3、 KM5分別為電動機M1 、M2 、M3工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、 KM2 、KM4分別為電動機M1、M2、 M3 變頻運行時接通電源的控制接觸器。熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應原理工作的保護電路，它在電路中的用作電動機的過載保護。熔斷器（FU）是電路中的一種簡單的短路保護裝置。使用中，由于電流超過允許值產生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設備短路和嚴重過載。四、相關器件的選型及接線4.1 PLC的選型水泵M1、M2，M3可變頻運行，也可工頻運行，需PLC的6個輸出點，變頻器的運行與關斷由PLC的1個輸出點，控制變頻器使電機正轉需1個輸出信

21、號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數量一共9個。控制起動和停止需要2個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號占用PLC2個輸入點，系統自動/手動起動需1輸入點，手動控制電機的工頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統停止運行需1個輸入點，檢測電機是否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。系統所需的輸入輸出點數量共為24個點。本系統選用FXos-30MR-D型PLC。4.2 PLC的接線圖4. 1PLC的接線圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行。X

22、0接起動按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同時控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。4.3 變頻器的選型根據設計的要求，本系統選用FR-A540系列變頻器，如下圖所示：圖4. 2FR-A540的管腳說明4.4 變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉。X2接變頻器的FU接口，X

23、3接變頻器的OL接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。圖4. 3變頻器接線圖4.5 PID調節器僅用P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的PI控制。用PI控制時，能消除由改變目標值和經常的外來擾動等引起的偏差。但是， I動作過強時，對快速變化偏差響應遲緩。對有積分元件的負載系統可以單獨使用P動作控制。對于PD控制，發生偏差時，很快產生比單獨D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時，P動作的作用減小。控制對象含有積分元件的負載場合，僅P動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統發生振蕩。在該

24、場合，為使P動作的振蕩衰減和系統穩定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負載。利用I動作消除偏差作用和用D動作抑制振蕩作用，在結合P動作就構成了PID控制，本系統就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統穩定的控制過程。這種控制方式用于從產生偏差到出現響應需要一定時間的負載系統(即實時性要求不高，工業上的過程控制系統一般都是此類系統，本系統也比較適合PID調節)效果比較好圖4. 4 PID控制框圖通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標值(溫度、流量、壓力等設定值)進行比較。若有偏差，則通過此功能的控

25、制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和P、I、D參數及日標值的設定。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機)上做PID控制器此次使用硬件型控制形式。根據設計的要求，本系統的PID調節器內置于變頻器中。圖4. 5 PID控制接線圖4.6壓力傳感器的接線圖壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應原理實現壓力測量的力電轉換。傳感器由敏感芯體

26、和信號調理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發生變化，信號調理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術指標的要求。該傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560 ，供電電源為28±3V（DC）。圖4. 6 壓力傳感器的接線圖4.7原件表水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數見表3.1所示。熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機的過載保護熱繼電器FR，FR1 FR2可選用規格其型號為TK-E02T-C，額定電流58A，FR3可選用規格其型號為TK-E02U-C

27、，額定電流為69 A熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。接觸器的選擇：對于接觸器KM選擇的是規格SC-E03-C,功率3Kw按鈕SB的選擇：PLC各輸入點的回路的額定電壓直流24V，各輸入點的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對常開觸點，按鈕均選用LAY311型，其主要技術參數為：UN=24VDC，IN=0.3A，含1對常開和1對常閉觸點。表4. 1元件表總圖元件符號型號個數可編程控制器PLCFXos-30MR-D1變頻器FR-A540系列5.5型1接觸器KMSC-E03-C7水泵M1,M240-160(I)A2M340-160(I)1閘刀開關QSHD11-100

28、/181熔斷器FU1，FU2RT18 6A2FU3RT18 8A1熱繼電器FR1 FR2TK-E02T-C2FR3K-E02U-C1按鈕SBLAY31110水泵符號型號流量(m3/h)揚程(m)轉速(r/min)電機功率(kw)M1,M240-160(I)A112829002.2M340-160(I)12.53229003.0表4. 2水泵的參數變頻器適用電機容量（KW)輸出額定容量(KVA)輸出額定電流（A）過載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式FR-A540系列5.5型（三菱）5.59.112150%60s ,200% 0.5s (反時限特性)3相，380V至480V 50Hz/60H

29、z強制風冷表4. 3 變頻器的參數五、 PLC控制及編程5.1 PLC控制PLC在系統中的作用是控制交流接觸器組進行工頻變頻的切換和水泵工作數量的調整。工作流程如圖5.1所示。圖5. 1 PLC程序流程圖系統起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據自己的需要操作相應的按鈕，系統根據按鈕執行相應操作。如果是自動運行模式，則系統根據程序及相關的輸入信號執行相應的操作。手動模式主要是解決系統出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，則執行增泵程序，增加水泵的工作數量。如果PLC接到頻率下限信號，則執行減泵程序，減少水泵的工作數量。沒

30、接到信號就保持現有的運行狀態。手動運行當按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當系統壓力不夠需要增加泵時，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行,再起動下一臺電機。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行。可根據需要，停按不同電機對應的啟停按鈕，可以依次實現手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.5.2.2 自動運行由PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升

31、壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統工作時，每臺水泵處于三種狀態之一，即工頻電網拖動狀態、變頻器拖動調速狀態和停止狀態.系統開始工作時，供水管道內水壓力為零，在控制系統作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉速逐漸升高，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩定到某一定值，這期間M1處在調速運行狀態.當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環調節水泵按設定速率加速到另一個穩定轉速;反之用水量減少水壓增加時，水泵按設定的速率減速到新的穩定轉速.當用水量繼續增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由PLC控制切換至工頻電網后恒速運行;同時，使第二臺水泵M2投入變頻器并變

32、速運行，系統恢復對水壓的閉環調節，直到水壓達到設定值為止。如果用水量繼續增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續發生如上轉換，并有新的水泵投人并聯運行.當最后一臺水泵M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統就會發出故障報警.降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設定值，系統將工頻運行時間最長的一臺水泵關掉，恢復對水壓的閉環調節，使壓力重新達到設定值.當用水量繼續下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續發生如上轉換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。5.3編程及介紹5.3.1 總程序的順序功能圖系統分為自動運

33、行和手動運行兩部分圖5. 2 總程序的順序功能圖5.3.2 自動運行順序功能圖按下SB8按鈕，系統進入自動運行模式，順序功能圖如5.3所示。圖5. 3自動運行順序功能圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行系統起動時，KM1閉合，#1泵以變頻方式運行。 當變頻器的運行頻率超出一個上限信號后，PLC通過這個上限信號后將1#水泵有變頻運行轉為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。如果再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開

34、KM2吸合，第2#水泵由變頻轉為工頻運行，3#水泵變頻起動。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使PLC關閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。再次接到下限信號就關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。為了防止出現某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同是控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。5.3.4 手動模式順序功能圖當按下SB9按鈕，系統進入手動運行模式。系統的每步動作都必須有相應的操作。順序功能圖如圖5.4所示。圖5. 4 自動運行順序功能圖按下按鈕SB9之后，啟動了變頻器，系統進入手動運行模式。

35、當用戶按下SBn（n=1，3，5）三臺電機分別處于工頻運行，當用戶按下SBn（n=2，4，6）三臺電機分別處于變頻運行?？梢远嗯_電機于不同的頻率工作，但一臺電機只能以一種頻率下工作。（如#1電機，如果控制它工作的SB1,SB2按鈕被同時按下則發出警報且電機無法起動。）5.3.5 程序說明（1）自動運行部分。起動1#泵按下起動按鈕，系統檢測采用那種運行模式。如果按鈕SB7沒按，則使用自動運行模式。變頻起動1#水泵。起動1#，2#泵：接收到變頻器上限信號，PLC通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行轉為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。起動1#，2#，3#泵：再次接

36、收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉為工頻運行，3#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號就關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。起動1#，2#泵：輸出的下限信號使PLC關閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。(2)手動運行部分按下手動起動按鈕SB10，手動起動變頻器。按下SB2,斷開KM0，在10個計數脈沖后起動M1在變工頻電源下運行。按下SB4,斷開KM2，在10個計數脈沖后起動M2在變頻電源下運行。按下SB6,斷開KM4，在10個計數脈沖后起動M3在變頻電源下

37、運行。按下SB1,斷開KM1，在10個計數脈沖后起動M1在工頻電源下運行。按下SB3,斷開KM3，在10個計數脈沖后起動M2在工頻電源下運行。按下SB5,斷開KM5，在10個計數脈沖后起動M3在工頻電源下運行。（3）公用部分當熱繼電器斷開系統報警。電機只能在一種頻率下運行，當電機工頻/變頻同時打開時將發出警報且電機停止運行。輔助繼電器M1,M2,M3,M9依次控制輸出繼電器Y0,Y1,Y2,Y10按下停止按鈕，所有泵停止運行。六、MCGS組態軟件6.1 MCGS組態軟件MCGS(Monitor And Control Generated System,通用監控系統)是一套全中文工控組態軟件,用

38、于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件,它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行,可以以Microsoft的 Windows 95,98,Me,Nt或windows 2000 為操作系統.通過對現場數據的采集處理,以動畫顯示,報警處理,流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案,在自動有著廣泛的應化領域用.它功能齊全，便于方案設計。MCGS為解決工程監控問題提供了豐富多樣的手段，從設備驅動（數據采集）到數據處理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出、曲線顯示等各個環節，均有豐富的功能組件能快速完成多數簡單工程項目的監控程序設計和運行操作。用戶可避

39、開復雜的計算機軟硬件問題，集中精力解決工程本身的問題，組態配置出高性能、高可靠性、高度專業化的上位機監控系統。具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。6.1.1 MCGS組態軟件的整體結構MCGS組態軟件（以下簡稱MCGS）由“MCGS組態環境”和“MCGS運行環境”兩個系統組成。兩部分互相獨立，又緊密相關圖6.1 MCGS組態軟件的整體結構MCGS組態環境是生成用戶應用系統的工作環境，由可執行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態環境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態工作后，生成擴展名為

40、.mcg的工程文件，又稱為組態結果數據庫，其與MCGS 運行環境一起，構成了用戶應用系統，統稱為“工程” 。6.1.2 MCGS工程的五大部分圖6.2 MCGS的工程組成主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設備窗口和多個用戶窗口，負責調度和管理這些窗口的打開或關閉。主要的組態操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設計封面圖形，確定自動啟動的窗口，設定動畫刷新周期，指定數據庫存盤文件名稱及存盤時間等。設備窗口：是連接和驅動外部設備的工作環境。在本窗口內配置數據采集與控制輸出設備，注冊設備驅動程序，定義連接與驅動設備用的數據變量。用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的

41、界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數據與曲線圖表等。實時數據庫：是工程各個部分的數據交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機的整體。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序（ifthen腳本程序），選用各種功能構件，如：數據提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。6.2 建立界面6.2.1 建立窗口1在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口0” 。2選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設置”。3將窗口名稱改為：變頻恒壓供水系統；窗

42、口標題改為：變頻恒壓供水系統；窗口位置選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認”。4在“用戶窗口”中，選中“變頻恒壓供水系統”，點擊右鍵，選擇下拉菜單中的“設置為啟動窗口”選項，將該窗口設置為運行時自動加載的窗口。圖6.3 工程界面界面如圖所示。一共有四個界面，分別是變頻恒壓供水系統、變頻恒壓供水系統實時曲線、變頻恒壓供水系統歷史曲線和退出提示。定義數據對象實時數據庫是MCGS工程的數據交換和數據處理中心。數據對象是構成實時數據庫的基本單元，建立實時數據庫的過程也就是定義數據對象的過程。定義數據對象的內容主要包括：指定數據變量的名稱、類型、初始值和數值范圍，確定與數據變量存盤相關的參數，如存盤

43、的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。下面以數據對象“水泵”為例，介紹一下定義數據對象的步驟：1單擊工作臺中的“實時數據庫”窗口標簽，進入實時數據庫窗口頁。2單擊“新增對象” 按鈕，在窗口的數據對象列表中，增加新的數據對象，系統缺省定義的名稱為“Data1”、“Data2”、“Data3”等3選中對象，按“對象屬性”按鈕，或雙擊選中對象，則打開“數據對象屬性設置”窗口。4將對象名稱改為：水泵1；對象類型選擇：開關型；在對象內容注釋輸入框內輸入：“控制水泵啟動、停止的變量”，單擊“確認”。圖6.4參數的設置過程按照此步驟，設置其他數據對象。圖6.5參數的設置6.3 編輯界面編輯畫面選中“變頻恒壓供

44、水系統”窗口圖標，單擊“動畫組態”，進入動畫組態窗口，開始編輯畫面。圖6.6 編輯界面6.3.2 對象元件的選擇單擊繪圖工具箱中的（插入元件）圖標，彈出對象元件庫管理對話框，如圖6.7所示：圖6.7 對象元件庫管理如上所示，在元件庫中找到所需的元件組成下圖6. 8所示的畫面。圖6.8 監控界面6.4 MCGS與PLC之間的連接MCGS通過上位機中的串行口設備和PLC上的通訊單元（編程口）建立串行通訊連接，從而達到操作PLC設備的目的。PLC的默認設置是只支持RS232通信，所以要使用RS485通信協議，必須事先用RS232（即PLC的編程口）通信，設置寄存器PLC D8120寄存器。此次MCGS通過監控計算機的RS-232串行口讀取PLC存儲區的數據，與PLC建立連接。MCGS的結構形式使其成為一個“與設備無關”的系統，對于不同的硬件設備，只需定制相應的設備構件，放置到設備窗口中，并設置相關的屬性，系統就可對這一設備進行操作，而不需要對整個系統結