恒压供水系统课程设计的核心任务是什么? 它是以PLC作为控制的核心硬件基础, 通过结合变频器的调速技术来构建闭环恒压供水装置。这种设置的目标是实现管网压力的恒定输出。
整个设计工作需要覆盖完整的四个具体环节。这四个环节分别是系统选型、控制程序的编写、变频器参数的配置以及最后的调试验收工作。下面是按照课程设计提交的标准要求给出的完整技术框架的内容。
系统架构与设备选型
系统组成：
这是一个压力传感器, 检测压力的范围是从0到1.6MPa。它输出的是4-20mA的信号。它安装在供水管网的出口处。
我们强烈建议在使用PLC控制单元的时候选择西门子的型号, 也就是大家常说的S1200系列, 并且在这个设备上还需要额外加配专门的模拟量输入模块SM1231。
推荐西门子V20系列或者是西门子V90系列的变频器, 在选功率的时候要按照水泵的额定功率乘以1.2倍去选取。
采用离心式水泵, 共设有两台设备并联进行安装, 在实际运行中保持一台处于工作状态而另一台作为备用状态。
HMI触摸屏是可选购的配件, 它的用途是用来进行参数设置和状态监控。
控制逻辑是这样的, PLC采集压力传感器信号, 然后与设定压力值比较, 接着进行PID运算, 再输出频率指令给变频器, 用来调节水泵的转速, 最后让管网压力回到设定值, 这样形成一个闭环。
PLC控制程序核心逻辑
1. 模拟量的处理是这样的, 也就是把一个4毫安到20毫安的信号先转为S7-1200这个东西里面的原始数值, 它的范围是0到27644这个区间, 然后进行线性方面的标定, 从而得出实打实的压力值范围是0到1.6MPa。
2. 关于PID控制这一环节, 需要调用名为PID_Compact的功能块, 其中设定的过程值来自于传感器反馈回来的数据, 而用户输入的目标压力将被设定为给定量, 比如设定为0.4MPa, 在建议进行参数整定之时, 比例带P的数值通常建议设置在1.5到2.5之间, 积分时间Ti建议设置为20秒到40秒之间, 对于微分时间Td而言, 由于恒压供水系统一般不需要启用微分项, 所以Td应当设为0。
3. 实现启动停机功能以及对运行模式进行切换, 这其中包括了从手动模式到自动模式的转变。水泵需要按照一定的逻辑进行轮询调度, 具体做法是每运作四小时或者根据启停的次数来进行轮流更换。
同时系统具备故障保护机制, 如果检测到压力超过1.8MPa即过压状态, 会立刻停止水泵的运行；如果是压力低于0.1MPa即欠压状态, 则触发报警信号。
4. 频率输出的意思是, 把PID的输出值映射到变频器的频率指令上去, 这个频率指令的范围是0~50Hz, 然后通过模拟量输出模块或者RS485通讯的方式把它下发下去。
变频器关键参数设置
就拿西门子V20这个型号来举个例子吧, 它的参数情况主要是核心参数。
在P0700这个参数里, 它代表的是操作模式, 把这个值设定成7, 也就是外部控制这样就行了。
针对P1000, 这个代表速度设定源的参数, 应当将其设置为数值1, 该数值对应的是模拟量输入的方式。
P0210或者是P0211指的是最低频率以及最高频率这两个变量。其中。最低频率对应的是0Hz这个数值。最高频率对应的是50Hz这个数值。
P1103这个参数是指加速时间, 它的设定范围在8到12秒之间, 这样做的目的是为了尽量避免水锤现象的发生。
P1104（减速时间）, 这个参数设置在10到15秒之间。
P1120 / P1121（加减速方式）: 设0（线性段）。
调试与验收标准
进行空载测试的时候, 由人工把频率设定为一十赫兹、二五大赫兹以及五十赫兹, 这时候要核对一下转速是不是跟上边的频率一样一样的, 还要看一看现场有没有发出来不合规矩的怪响, 如果没有的话就算通过了。
进行闭环测试, 设定目标压力为零点四兆帕, 模拟用水量的阶跃变化, 也就是开启和关闭两个水龙头, 这种情况下压力波动应当不超过正负零点零三兆帕, 恢复时间不超过十五秒。
开展保护测试, 通过模拟出现过压情况、缺相情形以及传感器断线问题, 来确认PLC在遇到这些故障时其保护逻辑是否进行了正确的响应动作, 并且能够顺利记录下对应的故障代码信息。
常见疑难与处理
当出现压力振荡的情况时, 你需要把比例增益调小一点, 或者增加积分时间常数, 同时得去检查一下传感器的安装位置是不是受到了管路那边传来的振动的影响。
水泵出现了频繁启动又停止这个现象, 解决办法是把最小运行频率的下限给提上去, 比如说提升到十五赫兹。这样做是为了避免水泵在那些不能正常工作的区域里面反复地进行启动和停止操作。
多泵切换水锤: 在进行切换操作时, 先将变频器的频率降低至0, 然后停止泵的运转, 延迟时间为3秒之后, 启动备用泵，同时采用软启动的方式对设备进行启动。
