基于PLC的消防给水泵控制系统设计
完成各种控制任务所必需的，一般称为PLC的基本组成部分，其它可选组件包括编程器、外存储器、I/O模块及通信接口等。
2.3.2 PLC的基本工作原理
当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、消防程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。如下图2.1所示
图2.1PLC的工作过程
2.4 PLC的应用设计步骤
PLC控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间
将用在软件设计，即程序设计上。PLC程序设计可遵循以下六步进行： （1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。 （2）分配输入输出设备 即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些外围设备是接受来自PLC信号的。并将PLC的输入输出口与之进行分配。
（3）设计PLC程序画出梯形图。梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。
（4）实现用计算机对PLC的梯形图的直接编程。 （5）对程序进行调试（模拟和现场）。 （6）保存已完成的程序。
显然，在建立一个PLC控制系统时，必须首先把系统需要的输入，输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。确定控制上的相互关系之后，即可进行编程的第二步---分配输入输出设备。在分配了PLC的输入输出点，内部辅助
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继电器，定时器，计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。在画梯形图时要注意每个从左边开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器，计数器，与实际的电路图不一样。梯形图画好后便用编程软件直接把梯形图输入计算机并下装到PLC进行模拟调试，修改直至符合控制要求，这便是程序设计的整个过程。
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3 消防给水系统的特性及原理
3.1 给水系统基本特性
给水系统的参数表明了给水的性能。但各参数之间不是静止孤立的，相互间存在一定的内在联系和变化规律。这种联系和变化规律可用给水系统的特性曲线直观地反映，主要有扬程特性曲线和管阻特性曲线。见图3.1。水系统的基本特性和工作点扬程特性是以给水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线f（Q）。由图3.1可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于消防的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Qv之间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系H=f(Qv)。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。由图可知，在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，给水系统向消防的给水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与给水流量Qg之间的关系H=f(Qg)。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为给水系统的工作点，如图3.1中A点。在这一点，消防的用水流量Qv和给水系统的给水流量Qg处于平衡状态，给水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。
图3.1 给水系统的基本特性
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3.2 给水系统实现方式
实现对给水系统的控制就是为了满足消防对流量的需求。所以，流量是给水系统的基本控制对象。而流量的大小又取决于扬程，而扬程难以进行具体测量和控制。考虑到动态情况下，管道中水压的大小是扬程大小的反映，而扬程与给水能力(由流量Qg表示)和用水需求(由用水流量Qg表示)之间的平衡情况有关。
若：给水能力Qg?用水需求Qv，则压力P上升; 若：给水能力Qg?用水需求Qv，则压力P下降; 若：给水能力Qg?用水需求Qv，则压力P不变。 由此可见，流体压力P的变化反映了给水能力Qg与用水需求Qv之间的矛盾。从而，选择压力控制来调节管道流量大小。这说明，通过恒压给水就能保证给水能力和用水流量处于平衡状态，恰到好处地满足了消防所需的用水流量。将来消防需求发生变化时，需要对给水系统做出调节，以适应流量的变化。这种调节就是以压力恒定为前提来实现的。 常用的调节方式有阀门控制法和转速控制法两种。
1、阀门控制法
转速保持不变，通过调节阀门的开度大小来调节流量。 实质是水泵本身的给水能力不变，而通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量大小，以适应消防对流量的需求。这时的管阻特性将随阀门开度的改变而改变，但扬程特性则不变。
2、转速控制法
阀门开度保持不变，通过改变水泵的转速来调节流量。 实质是通过改变水泵的给水能力来适应消防对流量的需求。当水泵的转速改变时，扬程特性将随之改变，而管阻特性则不变。
3.3 异步电动机调速的方法及其原理
通过转速控制法实现恒压给水，需要调节水泵的转速。水泵通过联轴器由三相异步电动机来拖动，因此水泵转速的调节，实质就是异步电动机转速的调节[9][10]。
异步电机的转差率定义为：
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n?n s?1?100% （3.1）
n异步电机的同步速度为： 1 n1?60fp （3.2） 异步电机的转速为：
n?60f(1?s)p （3.3） 其中：s为转速差；n1为异步电机的理想空载转速，r/min； n为异步电机转子转速，r/min；f是异步电机的定子电源频率； p为异步电机的极对数。
可知调速方法有：变极调速、变转差调速和变频调速。
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3.3.1 变极调速
在电源频率一定的情况下，改变电动机的磁极对数，实现电机转速的改变。磁极对数的改变通过改变电机定子绕组的接线方式来实现。这种调速方式只适用于专门的变极电机，而且是有极调速，级差大，不适用于给水系统中转速的连续调节。
3.3.2 变转差调速
通过改变电动机的转差率实现电机转速的改变。 三相异步电动机的转子铜损耗为：
PCu2?3I2'2r2'?sPem （3.4） 该损耗和电机的转差率成正比，又称为转差功率，以电阻发热方式消耗。电动机工作在额定状态时，转差率s很小，相应的转子铜损耗小，电机效率高。但在给水系统中由转速控制法实现恒压给水时，为适应流量的变化，电机一般难以工作于额定状态，其转速值往往远低于额定转速，此时的转差率s增大，转差功率增大，电机运行效率降低。虽然变转差调速中的串级调速法能将增加部份的转差功率通过整流、逆变装置回馈给电网，但其功率因数较低，低速时过载能力低，还需一台与电动机相匹配的变压器，成本高，且增加了中间环节的电能损耗。
因此变转差调速方法不适用于恒压给水系统中的转速控制法。
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