今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道
作者簡介：?？删矗?977-），男，甘肅省天水市人，學士學位，工程師。
摘 要：主要介紹由AI人工智能工業調節器、可編程序控制器（PLC）和變頻器構成的恒壓供水系統在社區供水中的應用，詳細闡述了恒壓供水系統的設計方案和控制原理。
關鍵詞：恒壓供水；AI人工智能工業調節器；變頻器；可編程序控制器（PLC）
Abstract：The paper mainly introduces the applications of the AI- Process controller、programmable logic controller（PLC）and frequency converter in the constant pressure water supply system，and describes the design and control principle of constant pressure water supply system in detail.
Key words：Constant pressure water supply；Process controller；frequency converter；PLC；Programmable logic controller
1 引言
恒壓供水系統具備結構簡單、性能可靠、運行穩定、性能指標高等優點，已經廣泛的應用在工業和居民用水的供水系統中。
最初設計時考慮使用傳統PID控制，但由于供水系統壓力變化較大，具有不確定性，采用傳統PID算法控制壓力動態特性指標很難達到理想效果。經過幾個現場的勘察，發現模糊控制算法較傳統PID算法有明顯的優勢，效果更為理想。最終選擇了采用模糊控制算法的AI-808人工智能工業調節器作為主控制器，結合可編程序控制器（PLC）、變頻器，實現了整個社區的居民供水。
2 社區供水系統的設計
社區的供水系統有別于工業供水系統，在設計上的考慮點也不一樣。工業用水在水的使用上沒有明顯的時間特征，而居民用水則不然，白天和晚上，周末和平常上班時間都有明顯的差異。所以在居民用水的設計上要充分考慮系統的時間特性。
為保證恒壓供水系統的節能和穩定性，在供水系統中設計三個供水泵，分別為小功率水壓維持泵，常用大功率泵和備用泵。在用水高峰期時，啟動大功率泵在工頻狀態下工作，再附加小功率泵維持水壓；在正常使用情況下啟動正常的供水泵就可以維持而且很好的保證水壓；而用水量小的時候，只需使用小功率維持泵，即可讓水壓恒定。
此外，還需考慮在深夜無人用水的情況：通過可編程序控制器（PLC）的時鐘繼電器，在某個時刻停止水泵，并且在設定時間內，只有出現下限報警的時候才能使水泵啟動；或者，通過變頻器設置一個平衡頻率，當變頻器的頻率低于此平衡頻率時，泵不動作，從而避免當壓力和變頻器達到一定的平衡時，水泵出現空轉現象。
在電氣部分的設計上還需選用接觸器控制啟動、停止，空氣開關、熱繼電器作為過流或超載保護。
3 工作原理
恒壓供水的原理框圖如圖1所示。
|
|
圖1 恒壓供水原理圖
系統由調節器、可編程序控制器、變頻器、供水泵、閥門和壓力變送器構成。為了節約成本，選擇一臺變頻器帶三臺供水泵的模式，在用水高峰期如果大功率供水泵無法滿足要求，在可編程序控制器里設定將大功率供水泵切換為工頻狀態工作，由壓力維持泵調節壓力。在正常的工作情況下為了防止泵的堵塞，需不定時的切換供水泵，也可以通過可編程序控制器來實現。備用泵在大功率泵故障或檢修的時候使用。
管道的壓力經壓力變送器傳送至調節器，經調節器調節運算后，將控制輸出信號（一般為4～20mA）送到變頻器控制輸入端，通過調節供水泵的電機轉速達到控制壓力的目的。
系統運行的時候，變頻器只控制其中一臺泵，若在50Hz的情況下仍不能滿足要求，可編程序控制器將會把其中一臺泵切換到工頻狀態工作。
4 設備的選取
（1）調節器
在經過大量的實地考察和實驗測試，最終選擇廈門宇電自動化科技有限公司生產的AI-808型人工智能工業調節器作為主調節器。型號為AI-808AI4X3L5L，主要技術特征：0.2級精度、帶手/自動控制功能、模糊控制算法、多分度輸入、多種控制輸出（在此選擇4～20mA輸出）和多種報警輸出。
（2）可編程序控制器（PLC）
選用歐姆龍公司CP1H系列可編程序控制器，輸入、輸出均為開關量信號，由于可編程序控制器只完成水泵的自動切換等邏輯功能，所以不選擇模擬輸入/輸出模塊，從而節省一部分成本，系統的壓力由AI-808型人工智能工業調節器完成，其算法遠優于可編程序控制器的PID算法，在控制過程中如果出現壓力超低限或超高限報警可以利用可編程序控制器（PLC）的邏輯關系對水泵進行強制切換啟動或強制停止。
（3）變頻器
變頻器選擇施耐德專門為控制泵和風機開發的ATV61系列節能型變頻器；內置多泵可編程卡，適合一個變頻器帶多個水泵使用?？赏ㄟ^AI-808儀表調節輸出信號或外置手動電位器（儀表本身含有手動功能，外加電位器只是防止儀表在故障狀態下也能保證水壓控制）對變頻器的頻率進行控制。
（4）控制盤面
系統的控制盤面（控制臺）設計需要兼顧手動/自動兩種控制模式，當主控儀表AI-808故障或系統需要手動控制的時候，可以將控制盤面切換到手動控制模式。在手動控制模式下，每臺水泵或閥門都可以獨立開啟或關閉，變頻器也可以通過盤面的電位器手動調節頻率的大小。在自動控制模式下；通過操作面板啟動開關后，所有控制由AI-808儀表和可編程序控制器合作完成。另外，考慮到檢修或水泵故障，盤面還設置了水泵啟動選擇開關。
5 主控參數設置和可編程序控制器的程序設置
5.1 主控儀表AI-808的參數設置
在恒壓供水系統中，除了水壓的穩定控制之外，設置報警也是很重要的，因為系統出故障后都是通過水壓反應出來的，其參數設置如下：
HIAL：上限報警，當實際測量壓力超過上限報警值以后，儀表輸出開關量給可編程序控制器（PLC）；
LOAL：下限報警，當實際測量壓力低于下限報警值以后，儀表輸出開關量給可編程序控制器（PLC）；
dHAL：正偏差報警，系統可以根據此報警進行水泵的切換；
dLAL：副偏差報警，系統可以根據此報警進行水泵的切換；
DF：回差；用于避免因測量值波動而引起的繼電器頻繁動作；
CTRL：控制方式，社區恒壓供水經驗參數：4；
M5：保持參數，社區恒壓供水經驗參數：5；
P：速率參數，社區恒壓供水經驗參數：4；
T：滯后時間，社區恒壓供水經驗參數：1；
CTL：輸出周期，模擬量輸出一般設置為：1；
Sn：輸入規格，確定輸入信號的種類，由于現場使用的是二線制壓力變送器，設置Sn=15；
DIP：小數點選擇，在此系統中，反應壓力以Mpa計算所以DIP=3；
DIL：輸入下限顯示值，規定4～20mA輸入信號4mA輸入時對應的顯示值；
DIH：輸入上限顯示值，規定4～20mA輸入信號20mA輸入時對應的顯示值；
CF：系統功能選擇，用于確定調節的正反作用等，此處設置為0。
5.2 可編程序控制器（PLC）的程序設定
在整個控制過程中，可編程序控制器（PLC）主要用于報警處理和定時對水泵的切換，所以程序的編寫很簡單，主要是一些開關量的處理。編程的時候，當控制儀表輸出報警信號的時候可編程序控制器輸出繼電器信號將變頻器切換的固定頻率輸出，這個固定頻率可以是現場的一個經驗值，可以維持供水的頻率；當可編程序控制器（PLC）接收偏差報警的信號，進行水泵之間的切換；當接收到電路中熱繼電器給出的信號，則發出警報信號提醒值班人員對水泵進行檢測。
6 結論
采用廈門宇電自動化科技有限公司生產的AI-808型智能人工調節器結合歐姆龍CP1H可編程序控制器構成的恒壓供水系統，已經在多個社區使用，經過長時間的使用情況表明：
（1）采用AI人工智能工業調節器的模糊控制結合可編程序控制器，達到了較好的動態和穩態指標，對系統壓力的調節具有恢復時間快、超調小，系統穩定性高等優點；
（2）采用單臺變頻器對多臺水泵切換使用，降低了系統造價；
（3）變頻器的使用由于具備了軟啟動等功能，對電網的沖擊減小，增加了水泵的使用壽命，同時具備了良好的節能效果。
——轉自《自動化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號