恒压供水系统控制策略及其实现

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1、恒压供水系统控制策略及其实现摘　要:为了提高大范围变负荷恒压供水系统的控制精度和可靠性,提出了采用多台水泵分级控制、轮流变频的控制策略，结合大范围变负荷供水系统的特点对常规PID控制算法作了一些相应的改进;通过基于USS协议的标准驱动产品和PLC的组合,实现系统硬件、软件和通信的设计,从而改进了大范围恒压供水系统的控制品质。关键词:现场总线;USS协议;PLC;变频器调速;联锁控制;PID控制;不完全微分Controlstrategyofwatersupplyingsystemwithconstantpressureanditsimplement.Abstract:Inordertoim

2、provethecontrolprecisionandstability,thecontrolstrategythatseveralbumpsarecontrolledingradesandfrequencyconversionbyturns,whichisappliedtowatersupplyingsystemswitchconstantpressurewhoseloadvariesinlargerange,isputforward;meanwhile,severalimprovementsofthePIDalgorithmaremadeaccordingtotheharacteri

3、sticsofwatersupplyingwhoseloadvariesinlargerange;thepracticalresultimpliesthecontrolqualitiesofwatersupplyingsystemswithconstantpressureareimprovedbythewayoftheskillfulcombinationofstandarddriverproductbasedonUSSprotocolandPLC.Keywords:fieldbus;USSprotocol;PLC;inverter’sspeedmodultation;interlock

4、control;PIDcontrol;differentialinadequacy随着城市的发展,人们的居住环境越来越集中,加之生活个性化的发展,使得城市供水系统的负荷变化很大。通常采用大型蓄水池的方式来缓解,该方法供水压力稳定,但存在水质污染、浪费严重,设备使用寿命不长,需派专人管理等弊端。近年来在供水系统中引入了变频调速技术,较好地解决了以上的问题。主要介绍利用西门子MICROMASTERVECTOR变频器和SIMATICS7200型PLC组成新型、经济的恒压供水系统。1　恒压供水系统的总体设计为达到大范围恒压供水的目的,供水系统由三台水泵和一台变频器及控制器组成。这样可以避免因一台

5、水泵故障,导致整个供水系统瘫痪的弊端,而且能利用水泵的运行曲线和工作效率的关系,使得每台水泵轮流处于节能高效运行状态,既节约能源又延长水泵寿命。系统的硬件结构图如图1所示。图1　总体结构图Fig.1　Mainstructurediagram根据实际要求,给恒压供水系统设置了如下控制功能:1.手动:转换开关置于手动位置,能直接启停每台工频水泵,每台水泵状态由对应手动开关位置决定。2.停止:转换开关置于停止位置,设备进入停机状态,任何水泵都不能启动。3.自动:转换开关置于自动位置,设备进入自动运行状态,PLC按变频水泵循环工作方式对三台水泵进行自动控制。控制过程可用图2所示的软件流程框图表示

6、。在这种设想下,任何一台水泵在程序的控制下,都可以工作在工频或变频状态。进一步通过控制算法设计,可以保证三台水泵的运行时间和开启次数接近,从而延长设备的整体使用寿命。图2　水泵控制流程框图Fig.2　Bumpcontrolflowchartdiagram2　恒压供水系统的具体设计2.1　硬件线路设计由于本系统的水泵有三台,而变频器只有一台,为了使三台水泵的使用工况接近,需要使三台水泵能够轮流进入变频运行状态,而未按变频运行的水泵也要轮流的处于工频运行,使得各水泵的运行时间接近,延长水泵和系统的使用寿命。为此,在系统上需要进行硬件和软件的特殊设计,其中硬件设计如图3所示。图3　硬件设计图F

7、ig.3　Hardwaredesigndiagram为了充分保障系统的安全,本系统采用以下措施:(1)要求对工频电源和变频电源在供电控制回路上实现互锁。(2)当水泵的功率较大时,为防止直接启动时启动电流过大,需要采用软启动的方法,即用变频器来启动水泵。(3)原先变频运行的水泵在断开变频器后,利用其运行的惯性切换到工频电源，避免切换过程中电流过大的问题。为了实现恒压供水,首先将供水管道的出口压力值经压力传感器检测,并变送成0～10V的