小区变频恒压供水控制系统设计(8)

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(4) 各水泵工频运行控制逻辑程序

水泵的工频运行不但取决于变频泵的泵号，还取决于工频泵的台数。由于各水泵工频运行控制逻辑大体上是相同的，现在只以1#水泵为例进行说明。产生当前泵工频运行启动脉冲后，若当前2#泵处于变频运行状态且工频泵数大于0，或者当前3#泵处于变频运行状态且工频泵数大于1，则Q0.0置1，KM1线圈得电，使得KM1常开触点闭合，1#水泵工频运行，同时KM1常闭触点打开防止KM2线圈得电，从而实现变频和工频之间实现良好的电气互锁，KM1的常开触点还可实现自锁功能。

(5) 报警及故障处理程序

本系统中包括水池水位越限报警指示灯、变频器故障报警指示灯白天模式运行指示灯以及报警电铃。当故障信号产生时，相应的指示灯会出现闪烁的现象，同时报警电铃响起。而试灯按钮按下时，各指示灯会一直点亮。

故障发生后重新设定变频泵号和工频泵运行台数，在故障结束后产生故障结束脉冲信号。

5.3.1控制系统主程序设计

(1) 初始化子程序SBR_0

首先初始化变频运行的上下限频率，在第二章水泵切换分析中已说明水泵变频运行的上下限频率分别为50HZ和20HZ。假设所选变频器的输出频率范围为0~100HZ，则上下限给定值分别为16000和6400。在初始化PID控制的各参数（Kc、Ts、Ti、Td），各参数的取值将在下一节中详细介绍。最后再设置定时中断和中断连接。具体程序梯形图如图5.5所示。

图5.5 初始化子程序SBR_0梯形图

(2) 手动子程序

为便于设备调试和紧急事故处理，PLC在工作方式选择为“手动”时，调用

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“手动子程序”。

“手动\操作又可选择为：

手动工频------按钮操作，水泵工频运行，变频器不参与工作

手动变频------文本显示器操作，按下对应的按钮时，启动单台水泵的变频 运行：

“软手动”------IPC完成的“手动”操作，通过画面上的“按钮\、“开关”控制系统的“手动’’运行。

手动变频运行时，又可通过程序选择为“固定压力\和“固定频率’’的操作方式，常用于设备保养和故障处置。

(3)自动子程序

系统的正常工作方式，设备正常运行时，PLC执行“自动子程序\，在自动子程序中，调用：“定时操作”、“顺序控制”、“远程操作”和“全自动逻辑控制”；

定时操作------自动工作的系统按设定的定时时间在各泵间切换，循环工作的水泵能防止长期闲置造成的锈蚀和损坏；定时的时间间隔可通过人机界面进行在线修改：

顺序控制------系统自动工作时，不仅能定时切换，还能人为改变水泵参与工作的次序。该功能在水泵(电机)检修时，能提供很大方便。

远程操作------系统的全自动运行由中控室来操纵，包括启动、停止、紧急事故处理、在线参数修改；

全自动逻辑控制一一一完成系统赋予的全自动控制任务，设备正常运转的过程就是循环调用“全自动逻辑控制\子程序的过程，

(4)故障与报警

系统发生故障或报警，PLC启动声光报警系统，同时在控制柜人机界面上显示报警信息，以提示操作人员进行相应处理；

PLC启动报警系统的同时，将相关信息输送至中央控制中心，IPC自动切换至报警画面，并将故障的种类、发生时间、恢复时间等故障信息储存，供查询和故障分析。

“故障与报警’’子程序的另外一个重要功能就是事故处理。在充分调研常见故障发生概率的基础上，将故障类型分类处理，典型处理方法如下表5.2：

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表5.2 常见故障及处理

序号 1 2 3 4 5 故障现象及特征 进水压力低 水箱水位低 出水压力高 电机过载 变频器故障 软件处理方法 停止运行，恢复故障后自动运行 停止运行，达到正常水位后自动运行 停止运行，低于正常压力后自动启动 自动切换至正常水泵运行 理自动复伸，如复位次数达到变频器规定的范围，则停止运行，请求维修人员处 (5) PID控制中断子程序

首先将由AIW0输入的采样数据进行标准化转换，经过PID运算后，再将标准值转化成输出值，由AQW0输出模拟信号。具体程序梯形图如图5.6所示。

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图5.6 PID控制中断子程序INT_0梯形图

在供水系统的设计中，选用了含PID调节的PLC来实现闭环控制保证供水系统中的压力恒定。在连续控制系统中，常采用Proportional(比例)、Integral(积分)、Derivative(微分)控制方式，称之为PID控制。PID控制是连续控制系统中技术最成熟、应用最广泛的控制方式。具有理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握等优点。PLC技术不断增强，运行速度不断提高：不但可以完成顺序控制的功能，还可以完成复杂的闭环控制。图5.7是常见闭环控制系统的构成。

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设定值sp(t)pv(t)e(t)调节器M(t)执行机构控制对象c(t)实际状态测量图5.7 闭环控制系统

作为闭环控制的重要特征，采用了“误差’’的概念，即：在闭环控制系统中，利用给定输入sp(t)与实际输出c(t)经过测量装置装置转换后的反馈量pv(t)之间的差值e(t)作为控制量，来实现对系统的控制。

在实际闭环控制系统中，误差e(t)是一个很小的变化量。因此， 为了对系统进行更精确的控制，消除系统在稳态的输出误差，改善系统的动态响应性能，需要对误差进行放大(比例调节P)、积分(积分调节I)、微分(微分调节D)，才能有效地控制系统中的执行机构，保证系统具有良好的动、静态性能。在自动控制系统中，用来对误差进行放大、积分、微分等处理的装置称为“调节器”，当调节器具有“放大”、“积分”、“微分”功能时， 即成为PID调节器。在变频恒压供水自动控制系统的产品开发和应用实践中，经常采用PID控制器、软件PID以及变频器内置PID来实现系统的PID调节功能，三种方法各具优缺点，本设计 选用PID算法的PLC实现方法。

PID控制器是一种线性控制器，它是对给定值r(t)和实际输出值y(t)之间的偏差e(t)：

e(t)?y(t)?r(t) （4.1）

经比例(P)、积分(I)和微分(D)运算后通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制，故称PID控制器。系统由模拟PID控制器和被控对象组成，其控制系统原理框图如图5.8所示，图中u(t)为PID调节器输出的调节量。

比例给定压力r(t)+－e(t)积分+频率u(t)++转速水泵管网实际压力y(t)微分压力变送器

图5.8 PID控制原理框图

PID控制规律为：

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