论文部分内容阅读
【摘要】文章针对PLC及变频调速技术在二次加压泵房恒压供水当中的应用进行了一定得阐述。根据当前工业恒压供水系统中对于供水的要求及指标，采用PLC及变频调速技术来对水泵进行控制，在该控制系统当中包括软件、硬件两部分，同时在系统中引进双重滤波技术以及数字PID在线控制技术。下文对其软件系统、硬件系统的构成及其工作原理等等进行一定的阐述。根据实验结果，可以得出结论，PLC及变频调速技术应用到二次加压泵房恒压供水当中，具有很好的稳定性及安全性。
【关键词】PLC及变频调速技术；二次加压泵房；恒压供水；技术应用
在我国社会生活中，供水是居民生活和社会发展的重要组成部分，对于社会经济的发展具有重要意义。传统的供水方式具有占地面积达、水质易污染且投资成本较大等缺点，其中最为主要的缺点是在供水过程中水压无法保持恒定，导致部分设备无法正常运作。变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，尤其是广泛应用到供水行业当中。[1]然而，二次加压泵房的恒压供水过程中对于供水的安全性以及供水质量具有较高的要求，于是要求恒压供水技术更加严格，将变频调速技术应用到供水系统中。恒压供水方式拥有技术先进、水压恒定、操作方便等等优点，在泵站供水当中具有如下功能：：维持水压恒定；控制系统是否自动运行；自动切换运行多台泵；系统的睡眠与唤醒；在线调整PID参数；泵组及路线保护检测报警以及信号显示等等。
1、恒压供水系统硬件构成
恒压供水系统中的硬件结构主要包括压力传感器、PLC以及变频器，这些作为中心控制装置，能够实现所需的功能。
首先，压力传感器是安装在管网干线中的，其作用是检测管网的水压，并将压力转化为电流信号，以提供给PLC变频器。
其次，变频器是水泵电机中的控制设备，能够按照水压恒定的需要来将频率信号供给水泵电机以调整转速。ASC变频器的功能较为强大，其中预置了具有多种应用功能的宏，也就是说，预先将参数及编制好，應用宏来调整使用过程的参数，将使用中设定的参数的数量减少到最小，参数的缺省值，则根据宏的选择不同。系统采用PID和闭环控制的方式来控制应用宏。宏中提供6个输入信号：启动/停止、模拟量给定、实际值、控制方式选择、恒速、允许运行；以及三个输出信号：模拟输出、继电器输出1、继电器输出2；DIP的开关选择输入0～10V电压值或是0～20mA电流值。变频器则根据给定值以及实际值，即根据恒压时系统对应的电压设定值以及从压力传感器当中获得的反馈电流信号，利用PID来控制宏的自动调节，改变频率输出值来对所控制水泵电机的转速进行调节，保证管网的压力能够保持恒定。
通过分析泵站供水的实际情况以及需求，利用一台变频器来对3台水泵进行控制，不仅要改变水泵电机的转速，还应当通过增减运行泵台数的方式来进行水压恒定的维持，直到运行的泵满工频进行抽水仍然无法保持恒压时，则再投入下一台泵来运行。相反，若变频器的输出频率降低到最小，压力仍然过高，则必须要切除一台运行的泵。因此，不仅需要对其开关量进行控制，还需要具备数据处理和分析的能力，采用3模拟量入来获得模拟量的信号。它在应用上的一个非常重要的优势就是由PLC进行自动采样，实时将模拟量转换成为数字量，并将其存放在数据寄存器当中，由数据处理的指令对其进行调用，并将处理的结果随时存放到指定的数据接触器当中。通过这一方式，能够将压力传感器当中的电流信号及变频器的输出频率信号都转换为数字量，并提供给PLC，与恒压对应的电流值、频率上下限等进行比较，能够实现泵的快速切换以及转速控制。
综上所述，系统在设计的过程中，应当让水泵在变频器以及工频电网之间的转换过程尽量地迅速，保证供水连续，这样能够获得较小的水压波动，提高供水质量。但是原件的动作过程较快，会导致回流对变频器造成损坏，因此，为了防止故障发声，硬件结构中必须要设置闭锁保护装置。
2、系统软件设计
控制系统的软件通常是采用梯形图语言来编制的程序，能够实现对3台泵的控制。它对3台泵的控制过程，主要需要实现系统手动、自动切换、各个元件及参数初始化、信号及数据预处理以及泵启动、切换、停止等的条件、产生顺序以及产生过程等的问题。当变频器的输出频率达到了上线，而供水的压力未达到预设值的时候，就会发出加泵的信号，增加下一台泵运作来供水。当供水的压力达到了预设值，但是变频器的输出频率降低到了频率下限，则应当发出减泵的信号，切除在工频运行方式中的某一台泵。例如，在系统刚刚启动过程中，情况较为简单，首先将1号泵启动运行就可以了。但是在3台泵同时运行时的情况就比较复杂了，任何1或2台泵都可能正在工频自动方式下运行，其他的泵则可能在变频器的控制之下才运行，因此，应当预先对增减泵的顺序进行设定。例如，获得加泵的信号之后，按照1、2、3号泵的顺序来优先考虑加泵；当获得减泵的信号后，则根据3、2、1号泵的顺序进行优先减泵。
为了防止在泵运行的过程中发声故障，软件中同样也需要设置相应的保护程序。在加减泵的过程中必须要设置原件动作的先后顺序以及相应的延时，防止出现误动作。考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来消除干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63%的变化发生在所定义的时间常数中；软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法。计算最近10次采样的平均值，其计算公式如下：
结语：
根据上述软件及硬件的结构设计，可以得出结论：该系统是按照工业生产需求设计的，实现了预定的一系列功能，保证了系统的稳定和安全性，在长时间运行中取得了良好的效果，只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。
参考文献：
[1]赵勇飞，陈启卷.PLC及变频调速技术在泵站恒压供水中的应用[J].工业仪表与自动化装置，2004-08-05.
[2]李崇华.PLC及变频调速技术在恒压供水系统中的应用[J].自动化与仪器仪表，2011-09-25.
[3]王景虎.PLC及变频调速技术在油泵恒压供油系统中的应用[J].中国高新技术企业，2013-06-01.
【关键词】PLC及变频调速技术；二次加压泵房；恒压供水；技术应用
在我国社会生活中，供水是居民生活和社会发展的重要组成部分，对于社会经济的发展具有重要意义。传统的供水方式具有占地面积达、水质易污染且投资成本较大等缺点，其中最为主要的缺点是在供水过程中水压无法保持恒定，导致部分设备无法正常运作。变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，尤其是广泛应用到供水行业当中。[1]然而，二次加压泵房的恒压供水过程中对于供水的安全性以及供水质量具有较高的要求，于是要求恒压供水技术更加严格，将变频调速技术应用到供水系统中。恒压供水方式拥有技术先进、水压恒定、操作方便等等优点，在泵站供水当中具有如下功能：：维持水压恒定；控制系统是否自动运行；自动切换运行多台泵；系统的睡眠与唤醒；在线调整PID参数；泵组及路线保护检测报警以及信号显示等等。
1、恒压供水系统硬件构成
恒压供水系统中的硬件结构主要包括压力传感器、PLC以及变频器，这些作为中心控制装置，能够实现所需的功能。
首先，压力传感器是安装在管网干线中的，其作用是检测管网的水压，并将压力转化为电流信号，以提供给PLC变频器。
其次，变频器是水泵电机中的控制设备，能够按照水压恒定的需要来将频率信号供给水泵电机以调整转速。ASC变频器的功能较为强大，其中预置了具有多种应用功能的宏，也就是说，预先将参数及编制好，應用宏来调整使用过程的参数，将使用中设定的参数的数量减少到最小，参数的缺省值，则根据宏的选择不同。系统采用PID和闭环控制的方式来控制应用宏。宏中提供6个输入信号：启动/停止、模拟量给定、实际值、控制方式选择、恒速、允许运行；以及三个输出信号：模拟输出、继电器输出1、继电器输出2；DIP的开关选择输入0～10V电压值或是0～20mA电流值。变频器则根据给定值以及实际值，即根据恒压时系统对应的电压设定值以及从压力传感器当中获得的反馈电流信号，利用PID来控制宏的自动调节，改变频率输出值来对所控制水泵电机的转速进行调节，保证管网的压力能够保持恒定。
通过分析泵站供水的实际情况以及需求，利用一台变频器来对3台水泵进行控制，不仅要改变水泵电机的转速，还应当通过增减运行泵台数的方式来进行水压恒定的维持，直到运行的泵满工频进行抽水仍然无法保持恒压时，则再投入下一台泵来运行。相反，若变频器的输出频率降低到最小，压力仍然过高，则必须要切除一台运行的泵。因此，不仅需要对其开关量进行控制，还需要具备数据处理和分析的能力，采用3模拟量入来获得模拟量的信号。它在应用上的一个非常重要的优势就是由PLC进行自动采样，实时将模拟量转换成为数字量，并将其存放在数据寄存器当中，由数据处理的指令对其进行调用，并将处理的结果随时存放到指定的数据接触器当中。通过这一方式，能够将压力传感器当中的电流信号及变频器的输出频率信号都转换为数字量，并提供给PLC，与恒压对应的电流值、频率上下限等进行比较，能够实现泵的快速切换以及转速控制。
综上所述，系统在设计的过程中，应当让水泵在变频器以及工频电网之间的转换过程尽量地迅速，保证供水连续，这样能够获得较小的水压波动，提高供水质量。但是原件的动作过程较快，会导致回流对变频器造成损坏，因此，为了防止故障发声，硬件结构中必须要设置闭锁保护装置。
2、系统软件设计
控制系统的软件通常是采用梯形图语言来编制的程序，能够实现对3台泵的控制。它对3台泵的控制过程，主要需要实现系统手动、自动切换、各个元件及参数初始化、信号及数据预处理以及泵启动、切换、停止等的条件、产生顺序以及产生过程等的问题。当变频器的输出频率达到了上线，而供水的压力未达到预设值的时候，就会发出加泵的信号，增加下一台泵运作来供水。当供水的压力达到了预设值，但是变频器的输出频率降低到了频率下限，则应当发出减泵的信号，切除在工频运行方式中的某一台泵。例如，在系统刚刚启动过程中，情况较为简单，首先将1号泵启动运行就可以了。但是在3台泵同时运行时的情况就比较复杂了，任何1或2台泵都可能正在工频自动方式下运行，其他的泵则可能在变频器的控制之下才运行，因此，应当预先对增减泵的顺序进行设定。例如，获得加泵的信号之后，按照1、2、3号泵的顺序来优先考虑加泵；当获得减泵的信号后，则根据3、2、1号泵的顺序进行优先减泵。
为了防止在泵运行的过程中发声故障，软件中同样也需要设置相应的保护程序。在加减泵的过程中必须要设置原件动作的先后顺序以及相应的延时，防止出现误动作。考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中采用硬件、软件上的双重滤波来消除干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63%的变化发生在所定义的时间常数中；软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法。计算最近10次采样的平均值，其计算公式如下：
结语：
根据上述软件及硬件的结构设计，可以得出结论：该系统是按照工业生产需求设计的，实现了预定的一系列功能，保证了系统的稳定和安全性，在长时间运行中取得了良好的效果，只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。
参考文献：
[1]赵勇飞，陈启卷.PLC及变频调速技术在泵站恒压供水中的应用[J].工业仪表与自动化装置，2004-08-05.
[2]李崇华.PLC及变频调速技术在恒压供水系统中的应用[J].自动化与仪器仪表，2011-09-25.
[3]王景虎.PLC及变频调速技术在油泵恒压供油系统中的应用[J].中国高新技术企业，2013-06-01.