第２５卷第３期２００６年６月
建築熱能通風空調
文章編號
基於ｐｌｃ的恆壓供水控制系統設計分析
鐘文能，ｚ
（１湖南省人民醫院基建科；２長沙理工大學汽車與機械工程學院）
摘要：本文通過採用ｆｘｒ３２作為主控制器設計和實現了多台幫浦的恆壓供水，並詳細論述了控制系統結構和控制方法，為提高建築物的供水質量開闢了新的途徑。
關鍵詞：恆壓供水控制系統幫浦水壓
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０引言為了提高供水質量，保證充足的水量**和穩定的水壓，採用多台水幫浦構成恆壓供水控制系統的應用場合越來越多，例如在大型商場、賓館及城市化小區等地方。另外，隨著安全意識的增強，國家在對各種建築物的規劃及設計中，要求供水系統有消防控制功能，而消防用的水壓與生活供水的壓力不同，要求在出現火情時增大水壓滅火。因此開發可靠性高，控制效能好的恆壓供水自動控制系統具有現實應用價值。
本文採用ｆｘｒ３２可程式設計控制器為主控制機與變頻器一起實現了智慧型恆壓供水自動控制系統。該系統具有可靠性高，執行環境要求低，控制精度高的特點。
１控制系統的組成
ｐｌｃ與變頻器實現的恆壓供水自動控制系統的組成如圖ｌ所示。
圖１恆壓供水自動控制系統組成
１．１主要裝置選擇
①ｆｘｒ３２可程式設計控制器是某知名公司的產品，適用於工業現場惡劣環境，抗干擾能力強，程式設計方便，易
收稿日期
作者簡介：鐘文能（１９７４～），男，助理工程師；湖南省人民醫院基建科萬方資料
建築熱能通風空調２００６年於使用，擴充套件功能也很強。本身具有１６路開關量輸人
和１６路輸出，精度高，多量程的加和ｄ／ａ模組用於
反饋控制。基本指令處理時間為０．７４∥ｓ／步，平均無故
障時間達３０萬小肘，能滿足一般工業控制需求。
②系統裝置選型的主要要求是可靠性高，能長時
間穩定執行。所選裝置應能滿足恆壓供水閉環控制和
幫浦組切換控制。根據系統的實際需要，選用ｆｘ：．３２作
為系統的控制主機，擴充套件乙個模擬量輸入模組
ｆｘ．４ａｄ和乙個模擬量輸出模組ｆｘ．２ｄａ，能滿足系
統水壓的ｐｉｄ閉環控制和開關量的切換控制的要求。
變頻器選擇日本某公司製造的ｍｆ一１１０ｌ（ｗ交流變頻
調速器，該變頻器具有快速響應轉矩調整功能，轉差
補償功能及優良的保護功能。變頻器容量為１５０ｋｖａ，
驅動電機功率１１０１（ｗ，輸出額定電流２２８ａ（１２０％的
過載能力），操作方便，直觀。壓力變送器選擇某儀表
廠生產的１１５ｌ型號的電容式壓力變送器，該變送器具
有結構簡單，安裝方便，準確度高及高可靠性等優點，
能滿足控制要求。
１．２水壓閉環調節原理
該系統的水壓閉環調節原理是：在幫浦站的輸出母管上的壓力變送器將出水母管水壓轉換為１ｖ～５ｖ直流電壓訊號輸入ｐｌｃ，經ｆｘ．４ａｄ將其轉換為數碼訊號。該訊號與壓力給定值相比較，並經ｐｄ運算，由ｐｌｃ輸出乙個控制訊號經ｆｘ．２ｄａ轉換為４ｍａ～２０ｍａ的控制訊號送往變頻器，控制變頻器輸出頻率，從而控制供水幫浦電機轉速，達到輸出供水母管水壓穩定在設定的壓力匕。
２幫浦組切換與恆壓供水控制方法
該系統由一台程式設計控制器和一台變頻器配合來控制四台水幫浦的起、停。上電時系統由變頻器控制軟起動１號幫浦變頻執行。如變頻器的輸出頻率上公升到５０ｈｚ，輸出母管水壓還達不到設定值，則延時３ｍｉｎ後（使母管壓力穩定），將１號幫浦切換為工頻市電驅動。
變頻器則再軟起動２號幫浦運轉，如輸出母管水壓還達不到設定值，則將２號幫浦切換為工頻市電驅動。變頻器則再起動３號幫浦運轉……，直到輸出母管水壓達到設定值為止。當系統處於ⅳ臺幫浦同時運轉時，如因用水量的變化，引起水壓的變化，幫浦組切換與恆壓供水的控制流程如圖２所示。
為防止變頻器５０ｈｚ驅動與市電５０ｈｚ驅動時電機輸出功率不同造成反覆加幫浦／減幫浦現象，程式中的
圖２ｎ臺幫浦同時運轉時恆壓供水的控制流程
加幫浦／減幫浦的切換點不是剛好等於設定值時就切換。加幫浦時壓力判斷點為：設定值．４，減幫浦時判斷點為：設定值刨。其中４根據水壓控制的精度要求而對應設定。
另外，為防止減幫浦時由於市電驅動幫浦的切換使水壓下降甚至造成斷水現象，故減幫浦之前將變頻器的輸出控制在３０ｈｚ上（此值可根據實際情況進行修正）。幫浦可處於不打水狀態，一旦ⅳ－１號幫浦停止，則第ⅳ號幫浦將在３０ｈｚ的基礎上增加，上公升頻率速度快，可避免切換過程中的斷水現象。為了滿足在火災情況發生時的消防需要，本系統具有雙恆壓控制功能，即當發生火災時，按下消防按鈕開關，ｐｌｃ讀到消防按鈕開關訊號後，立即起動消防水壓（即第二恆壓設定值）控制，滿足消防滅火水壓要求。
３系統保護功能的實現
３．１定時換幫浦功能
為了防止某一台水幫浦因長期不執行鏽死而另外一台卻長時間執行，影響系統的執行壽命和可靠性，該系統ｐｌｃ內部設有實時時鐘。ｐｌｃ系統定時巡檢每一台幫浦的執行時間，並與整個系統幫浦的平均執行時間比較，如果某一台幫浦休息時間太長，則將該幫浦投入執行，而執行時間最長的幫浦投入休息狀態。系統盡量使每一台幫浦的執行時間接近，以防止幫浦因長期不執行而鏽死，同時也避免了某一台幫浦因執行時間太長而易出現故
第２５卷第３期鐘文能：基於ｆｘ２—３２ｐｌｃ的恆壓供水控制系統設計分析
障的現象。
３．２故障檢測與報警功能
該系統設有水位檢測與報警，變頻器故障檢測與報警，超壓（水壓）檢測與報警及故障處理功能。蓄水池水位的檢測採用一台浮球感測器。當水池中水位高於某設定值時，浮球懸浮在水中，球內的幹簧管接通。
若水池水位低於某設定值時，浮球懸起，內部幹簧管斷開。ｐｌｃ接收到此訊號後，發出報警訊號，通知操作人員處理。超壓報警在裝置正常執行時是不會發生的，因為一旦水壓超過設定值時，則ｐｌｃ會減幫浦或控制變頻器降低頻率使水幫浦減速。
特殊情況下，如壓力感測器失靈等情況出現，當實測壓力大大超過設定水壓時，則ｐｌｃ發出報警訊號，通知操作人員處理。
（上接第８５頁）４結束語
以ｆｘ：．３２可程式設計控制器為主控制機的多幫浦恆壓供水控制系統已在某電廠得到實際應用。實際執行表明，系統投入後供水壓力穩定，控制精度高，執行可靠，為企業創造了可觀的效益。
參考文獻
【ｌ】鐘肇星等．可程式設計控制器原理及應用【ｍ】．廣州：華南理工大學出版社．１９９ｌ
【２】黃立培等．變頻器應用技術及電機調速［ｎｑ．北京：人民郵電出版社，１９９８
［３】陶承志．熱工過程控制儀表【ｍ】．北京：中國電力出版社，１９９８
由圖７可以看出，隨著風口尺寸的增大，各風口送風均勻係數下降。在滿足拱頂一端送風具有良好的送風均勻性同時保證工作區平均風速≤０．５１１１／ｓ的情況下，其最佳風口尺寸變化範圍為
３模型實驗驗證
為檢驗數值模擬的正確性，作者對採用風口形式３，風口尺寸為１ｍ×１ｍ的設計方案進行了１：１５的模型實驗。圖８是各個風口風速均勻係數的ｃｆｄ模擬得到的數值和模型實驗得到的數值的比較，可以看出ｃｆｄ數值模擬的結果與模型實驗的結果具有很好的吻合性。
圖８ｃｆｄ模擬數值與模型實驗數值的比較
４結論通過以上分析，驗證了溪洛渡水電站地下主廠房採用拱頂一端進行均勻送風的可行性，並通過對多風口形式多風口尺寸規格的方案的ｃｆｄ模擬，獲得了最優的方案。根據ｃｆｄ數值模擬以及模型實驗的結果建議採取風口形式２，風口尺寸變化範圍在之間為宜。可見，採用ｃｆｄ數值模擬對此類工程問題的研究可以在較短的時間內獲得與模型實驗相當的結果。
但在運用ｃｆｄ技術結果實際問題時必須對以下細節進行細緻合理的選擇確定：
①湍流模型的選擇。儘管標準ｂ￡兩方程模型能較好的解決很多問題，但對於熱羽流、貼壁射流、溫度分層流動等需要不同的湍流模型進行模擬才能取得較好的效果。但是對於一些改進的湍流模型，如低胎數時舡ｓ模型的計算量相當大，無法為工程應用所接受。
這就需要將標準的缸ｓ模型與適當的壁面函式相結合。
②計算收斂速度。暖通空調中實際的流動和傳熱問題十分複雜，可能需要較多的網格才能真實的反映物理特點，但這將帶來計算耗時太長。而對於工程應用而言，在確保一定的工程精度下，盡量縮短計算時間是十分必要的。
這就需要在網格劃分，湍流模型選擇，幾何條件簡化上認真考慮。
參考文獻
【ｌ】付祥釗．水電站地下主廠房頂送風研究［ｊ】．暖通空調
【２】付祥釗．二灘水電站地下主廠房氣流組織模型實驗研究科學
技術報告【ｒ】．１９９０
變頻恆壓供水控制系統介紹
功能介紹 北京江河同輝水利水電裝置 該控制櫃採用智慧型模糊控制原理，使用變頻控制器對變頻器及水幫浦進行自動控制，實現恆壓無衝擊供水，具體功能及操作如下 一 功能及操作 1.現地常規手動執行功能 將控制櫃上的切換開關旋於 手動 位，按動相應幫浦的啟動 停止按鈕，該幫浦立即啟動執行或停止。此功能不受壓力...
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基於PLC電梯的控制系統設計
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