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作者簡介：常可敬（1977-），男，甘肅省天水市人，學(xué)士學(xué)位，工程師。
摘 要：主要介紹由AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器、可編程序控制器（PLC）和變頻器構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)在社區(qū)供水中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和控制原理。
關(guān)鍵詞：恒壓供水；AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)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(tǒng)具備結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、性能指標(biāo)高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在工業(yè)和居民用水的供水系統(tǒng)中。
最初設(shè)計(jì)時(shí)考慮使用傳統(tǒng)PID控制，但由于供水系統(tǒng)壓力變化較大，具有不確定性，采用傳統(tǒng)PID算法控制壓力動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)很難達(dá)到理想效果。經(jīng)過幾個(gè)現(xiàn)場的勘察，發(fā)現(xiàn)模糊控制算法較傳統(tǒng)PID算法有明顯的優(yōu)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(yè)調(diào)節(jié)器作為主控制器，結(jié)合可編程序控制器（PLC）、變頻器，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)社區(qū)的居民供水。
2 社區(qū)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
社區(qū)的供水系統(tǒng)有別于工業(yè)供水系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上的考慮點(diǎn)也不一樣。工業(yè)用水在水的使用上沒有明顯的時(shí)間特征，而居民用水則不然，白天和晚上，周末和平常上班時(shí)間都有明顯的差異。所以在居民用水的設(shè)計(jì)上要充分考慮系統(tǒng)的時(shí)間特性。
為保證恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能和穩(wěn)定性，在供水系統(tǒng)中設(shè)計(jì)三個(gè)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(shí)，啟動(dòng)大功率泵在工頻狀態(tài)下工作，再附加小功率泵維持水壓；在正常使用情況下啟動(dòng)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(shí)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(shí)鐘繼電器，在某個(gè)時(shí)刻停止水泵，并且在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，只有出現(xiàn)下限報(bào)警的時(shí)候才能使水泵啟動(dòng)；或者，通過變頻器設(shè)置一個(gè)平衡頻率，當(dāng)變頻器的頻率低于此平衡頻率時(shí)，泵不動(dòng)作，從而避免當(dāng)壓力和變頻器達(dá)到一定的平衡時(shí)，水泵出現(xiàn)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
在電氣部分的設(shè)計(jì)上還需選用接觸器控制啟動(dòng)、停止，空氣開關(guān)、熱繼電器作為過流或超載保護(hù)。
3 工作原理
恒壓供水的原理框圖如圖1所示。
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圖1 恒壓供水原理圖
系統(tǒng)由調(diào)節(jié)器、可編程序控制器、變頻器、供水泵、閥門和壓力變送器構(gòu)成。為了節(jié)約成本，選擇一臺(tái)變頻器帶三臺(tái)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(shè)定將大功率供水泵切換為工頻狀態(tài)工作，由壓力維持泵調(diào)節(jié)壓力。在正常的工作情況下為了防止泵的堵塞，需不定時(shí)的切換供水泵，也可以通過可編程序控制器來實(shí)現(xiàn)。備用泵在大功率泵故障或檢修的時(shí)候使用。
管道的壓力經(jīng)壓力變送器傳送至調(diào)節(jié)器，經(jīng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)運(yùn)算后，將控制輸出信號(hào)（一般為4～20mA）送到變頻器控制輸入端，通過調(diào)節(jié)供水泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到控制壓力的目的。
系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，變頻器只控制其中一臺(tái)泵，若在50Hz的情況下仍不能滿足要求，可編程序控制器將會(huì)把其中一臺(tái)泵切換到工頻狀態(tài)工作。
4 設(shè)備的選取
（1）調(diào)節(jié)器
在經(jīng)過大量的實(shí)地考察和實(shí)驗(yàn)測試，最終選擇廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn)的AI-808型人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器作為主調(diào)節(jié)器。型號(hào)為AI-808AI4X3L5L，主要技術(shù)特征：0.2級(jí)精度、帶手/自動(dòng)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(bào)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(guān)量信號(hào)，由于可編程序控制器只完成水泵的自動(dòng)切換等邏輯功能，所以不選擇模擬輸入/輸出模塊，從而節(jié)省一部分成本，系統(tǒng)的壓力由AI-808型人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器完成，其算法遠(yuǎn)優(yōu)于可編程序控制器的PID算法，在控制過程中如果出現(xiàn)壓力超低限或超高限報(bào)警可以利用可編程序控制器（PLC）的邏輯關(guān)系對(duì)水泵進(jìn)行強(qiáng)制切換啟動(dòng)或強(qiáng)制停止。
（3）變頻器
變頻器選擇施耐德專門為控制泵和風(fēng)機(jī)開發(fā)的ATV61系列節(jié)能型變頻器；內(nèi)置多泵可編程卡，適合一個(gè)變頻器帶多個(gè)水泵使用。可通過AI-808儀表調(diào)節(jié)輸出信號(hào)或外置手動(dòng)電位器（儀表本身含有手動(dòng)功能，外加電位器只是防止儀表在故障狀態(tài)下也能保證水壓控制）對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行控制。
（4）控制盤面
系統(tǒng)的控制盤面（控制臺(tái)）設(shè)計(jì)需要兼顧手動(dòng)/自動(dòng)兩種控制模式，當(dāng)主控儀表AI-808故障或系統(tǒng)需要手動(dòng)控制的時(shí)候，可以將控制盤面切換到手動(dòng)控制模式。在手動(dòng)控制模式下，每臺(tái)水泵或閥門都可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉，變頻器也可以通過盤面的電位器手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的大小。在自動(dòng)控制模式下；通過操作面板啟動(dòng)開關(guān)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(shè)置了水泵啟動(dòng)選擇開關(guān)。
5 主控參數(shù)設(shè)置和可編程序控制器的程序設(shè)置
5.1 主控儀表AI-808的參數(shù)設(shè)置
在恒壓供水系統(tǒng)中，除了水壓的穩(wěn)定控制之外，設(shè)置報(bào)警也是很重要的，因?yàn)橄到y(tǒng)出故障后都是通過水壓反應(yīng)出來的，其參數(shù)設(shè)置如下：
HIAL：上限報(bào)警，當(dāng)實(shí)際測量壓力超過上限報(bào)警值以后，儀表輸出開關(guān)量給可編程序控制器（PLC）；
LOAL：下限報(bào)警，當(dāng)實(shí)際測量壓力低于下限報(bào)警值以后，儀表輸出開關(guān)量給可編程序控制器（PLC）；
dHAL：正偏差報(bào)警，系統(tǒng)可以根據(jù)此報(bào)警進(jìn)行水泵的切換；
dLAL：副偏差報(bào)警，系統(tǒng)可以根據(jù)此報(bào)警進(jìn)行水泵的切換；
DF：回差；用于避免因測量值波動(dòng)而引起的繼電器頻繁動(dòng)作；
CTRL：控制方式，社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：4；
M5：保持參數(shù)，社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：5；
P：速率參數(shù)，社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：4；
T：滯后時(shí)間，社區(qū)恒壓供水經(jīng)驗(yàn)參數(shù)：1；
CTL：輸出周期，模擬量輸出一般設(shè)置為：1；
Sn：輸入規(guī)格，確定輸入信號(hào)的種類，由于現(xiàn)場使用的是二線制壓力變送器，設(shè)置Sn=15；
DIP：小數(shù)點(diǎn)選擇，在此系統(tǒng)中，反應(yīng)壓力以Mpa計(jì)算所以DIP=3；
DIL：輸入下限顯示值，規(guī)定4～20mA輸入信號(hào)4mA輸入時(shí)對(duì)應(yīng)的顯示值；
DIH：輸入上限顯示值，規(guī)定4～20mA輸入信號(hào)20mA輸入時(shí)對(duì)應(yīng)的顯示值；
CF：系統(tǒng)功能選擇，用于確定調(diào)節(jié)的正反作用等，此處設(shè)置為0。
5.2 可編程序控制器（PLC）的程序設(shè)定
在整個(gè)控制過程中，可編程序控制器（PLC）主要用于報(bào)警處理和定時(shí)對(duì)水泵的切換，所以程序的編寫很簡單，主要是一些開關(guān)量的處理。編程的時(shí)候，當(dāng)控制儀表輸出報(bào)警信號(hào)的時(shí)候可編程序控制器輸出繼電器信號(hào)將變頻器切換的固定頻率輸出，這個(gè)固定頻率可以是現(xiàn)場的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，可以維持供水的頻率；當(dāng)可編程序控制器（PLC）接收偏差報(bào)警的信號(hào)，進(jìn)行水泵之間的切換；當(dāng)接收到電路中熱繼電器給出的信號(hào)，則發(fā)出警報(bào)信號(hào)提醒值班人員對(duì)水泵進(jìn)行檢測。
6 結(jié)論
采用廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司生產(chǎn)的AI-808型智能人工調(diào)節(jié)器結(jié)合歐姆龍CP1H可編程序控制器構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)，已經(jīng)在多個(gè)社區(qū)使用，經(jīng)過長時(shí)間的使用情況表明：
（1）采用AI人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器的模糊控制結(jié)合可編程序控制器，達(dá)到了較好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)具有恢復(fù)時(shí)間快、超調(diào)小，系統(tǒng)穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)；
（2）采用單臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)水泵切換使用，降低了系統(tǒng)造價(jià)；
（3）變頻器的使用由于具備了軟啟動(dòng)等功能，對(duì)電網(wǎng)的沖擊減小，增加了水泵的使用壽命，同時(shí)具備了良好的節(jié)能效果。
——轉(zhuǎn)自《自動(dòng)化博覽》
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)