泵站系統(tǒng)的應(yīng)用研究

1、linux在泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究課程設(shè)計報告系 別：_專業(yè)班學(xué)生姓名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師：（課程設(shè)計時間：2013年5月20日2013年6月20日）arm嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計（調(diào)查報告/論文）題目linux在泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究（供水系統(tǒng)）二、設(shè)計（調(diào)查報告/論文）主要內(nèi)容1）完成泵站監(jiān)控系統(tǒng)的a/d轉(zhuǎn)換；2）串口通訊；3）can通訊等功能；4）完成監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路方案設(shè)計5）完成軟件總體功能模塊劃分。三、原始資料參考實(shí)驗(yàn)講義和課設(shè)講泵站工作原理四、要求的設(shè)計（調(diào)查/論文）成果1）完成泵站監(jiān)控系統(tǒng)的a/d轉(zhuǎn)換；2）串口通訊；3）can通訊等功能；4）完成監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路方

2、案設(shè)計5）完成軟件總體功能模塊劃分。五、進(jìn)程安排1 準(zhǔn)備和審題，講解原理0.5天2 系統(tǒng)分析13 總體設(shè)計和硬件的完成54 詳細(xì)設(shè)計55 調(diào)試和測試36 撰寫課程設(shè)計報告17 課程設(shè)計成果驗(yàn)收0. 58 正式提交課程設(shè)計報告和系統(tǒng)源程序0. 5六、主要參考資料嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書arm課程設(shè)計講義指導(dǎo)教師（簽名）:20 年 月 日1. 引言52. 課程設(shè)計h的53. 課程設(shè)計題目描述和要求64. 調(diào)試過程及總結(jié)5. 參考文獻(xiàn)錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。1.引言關(guān)鍵詞：恒圧供水系統(tǒng)can總線 變頻器plc技術(shù)自動控制技術(shù)供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地 面積人

3、，水質(zhì)易污染，基建投資多，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)人部分仍然采用人工手動 調(diào)整參數(shù)控制，生產(chǎn)過程屮的重要參數(shù)仍然依靠人工定時記錄，用水量的需求具 有時變性，在用水高峰期時，管網(wǎng)壓力達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力，造成高層建筑斷 水;用水低峰期時，管網(wǎng)壓力經(jīng)常超過規(guī)定的壓力上限，極易造成爆管事故并且 能源損耗嚴(yán)重。本文提出采用模糊pid算法加smith預(yù)估補(bǔ)償方式變頻器恒壓控 制供水系統(tǒng)具有運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、可靠性高、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，利用can現(xiàn)場總線 技術(shù)構(gòu)成的底層控制網(wǎng)絡(luò)，采用了分布式結(jié)構(gòu)和分散控制原理，具有使用方便、 易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，能有效地滿足監(jiān)控系統(tǒng)在遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)時性和可靠性要求。變 頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟

4、的交流電機(jī)無極調(diào)速技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的 控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)屮。由于安全生產(chǎn) 和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求，因而變頻調(diào)速 技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。供水系統(tǒng)采用“通用變頻器+單片機(jī)（包拈pid 調(diào)節(jié)器）+工頻/變頻切換”的控制方案。現(xiàn)場控制器能夠完成現(xiàn)場管網(wǎng)壓力反饋 值的數(shù)據(jù)采集、壓力給定值的輸入、模糊pid調(diào)節(jié)運(yùn)算，最后將控制量送入變頻 器，控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的；同時通過profibus-fms現(xiàn)場總 線接收來自其他節(jié)點(diǎn)（主要是上位監(jiān)控計算機(jī)）的命令或者主動將自身的數(shù)據(jù)發(fā) 送到profibus總線上供上位監(jiān)控計算機(jī)接收，實(shí)

5、現(xiàn)人機(jī)交互功能。恒壓供水方 式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運(yùn)行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高， 在泵站供水屮可完成以下功能：（1）維持水壓恒定（2）控制系統(tǒng)可手動/ 口動運(yùn)行（3）多臺泵自動切換運(yùn)彳丁（4）系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至 有用水需求時自動喚醒（5）在線調(diào)整pid參數(shù)；（6）泵組及線路保護(hù)檢測報警，信號顯示等將管網(wǎng)的實(shí)際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時， 變頻器增大輸出頻率，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，迫使管網(wǎng)壓力上升。 反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持恒壓供水。課程設(shè)計目的1. 了解泵站工作原理2. 理解嵌入式在系統(tǒng)屮作用

6、3. can總線的運(yùn)用2. 課程設(shè)計題目描述和要求1、系統(tǒng)現(xiàn)狀小區(qū)內(nèi)有一座水廠、4個水源井；水廠內(nèi)設(shè)有水池2個，4臺供水泵為居民 供水，2條供水管路；每個水源井設(shè)置1臺深井泵。供水方式為深井泵將水源井的水抽至水倉內(nèi)，再出供水泵將水排至供水管 道，再由供水管道供給各用戶生活的需要。2、系統(tǒng)組成要求水廠泵房實(shí)現(xiàn)自動控制，對4個水源井泵的遠(yuǎn)程啟動，水井水位的監(jiān)測。系統(tǒng)由plc （可編程邏輯控制器）及其遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊、操作屏、檢測部分（模 擬量和開關(guān)量）、執(zhí)行部分、上位機(jī)等組成。 plc及其遠(yuǎn)程擴(kuò)展模塊系統(tǒng)的核心部分，完成對于監(jiān)測量的處理、運(yùn)算和存儲，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果控 制水泵啟停等。3. 課程設(shè)計報告內(nèi)

7、容3. 1實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)采用壓力傳感器、plc和saj變頻器作為屮心控制裝置，實(shí)現(xiàn)所需功能。來 源：輸配電設(shè)備網(wǎng)安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器，用于檢測管網(wǎng)的水壓，將壓力轉(zhuǎn) 化為420 ma的電流或者是0、10v的電壓信號，提供給saj變頻器。saj變頻器是水泵電機(jī)的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將050 hz的頻率信 號供給水泵電機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速，saj變頻器功能強(qiáng)人，即預(yù)先編置好的參數(shù)集，將使 川過程屮所需設(shè)定的參數(shù)數(shù)量減小到最小，參數(shù)的缺省值依應(yīng)川宏的選擇而不同。系 統(tǒng)采川pid控制的應(yīng)川宏，進(jìn)行閉環(huán)控制。saj變頻器根據(jù)恒壓時對應(yīng)的電壓設(shè)定值 與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號，利川p1d控制宏

8、自動調(diào)節(jié)，改變頻率輸岀值來 調(diào)節(jié)所控制的水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。32系統(tǒng)的其它優(yōu)點(diǎn)變頻恒床供水系統(tǒng)同其它供水方式相比較，除了具有顯著的節(jié)能效果外，還有以 下顯而易見的優(yōu)勢：1、恒壓供水技術(shù)兇采用變頻器改變電動機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變 水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減 少截流損失的效能。2、由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量，泵轉(zhuǎn)速降低，減 少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機(jī)的機(jī)械使用壽命。3、水泵電動機(jī)采用軟啟動方式，按設(shè)定的加速吋間加速，避免電動機(jī)啟動吋的 電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同吋也避免了電動

9、機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的 喘振。徹底消除水錘現(xiàn)象。4、實(shí)現(xiàn)恒壓白動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強(qiáng)度，節(jié) 省了人力。3. 3恒壓供水使用的領(lǐng)域1、自來水供水、生活小區(qū)及消防供水系統(tǒng)，亦可用于熱水供應(yīng)、恒壓噴淋等系 統(tǒng)。2、工業(yè)企業(yè)生活、生產(chǎn)供水系統(tǒng)及工廠其它需恒壓控制領(lǐng)域（如空壓機(jī)系統(tǒng)的 恒壓供氣、恒壓供風(fēng)）。各種場合的恒壓、變壓控制，冷卻水和循環(huán)供水系統(tǒng)。3、污水泵站、污水處理及污水提升系統(tǒng)。4、農(nóng)業(yè)排灌、園林噴淋、水景和咅樂噴泉系統(tǒng)。5、賓館、大型公共建筑供水及消防系統(tǒng)。3. 4系統(tǒng)的硬件設(shè)計3. 4.1過程控制系統(tǒng)裝置系統(tǒng)裝置山對象裝置、儀表控制屏、軟件系統(tǒng)（mcgs組態(tài)軟

10、件）、個人電腦四部分紐成。3. 4. 2技術(shù)指標(biāo)工作電源：單相三線220v土 5% 50hz外形尺寸：1510x 700 x 1900mm整機(jī)容量：2kva控制信號：電壓15v電流420n）a控制對彖：儲水箱，鍋爐系統(tǒng)動力：雙路功率町調(diào)的循環(huán)水泵檢測傳感器：擴(kuò)散硅壓力液位傳感器 渦輪流量傳感器和流量積算儀ptloo熱電阻溫度傳感執(zhí)行機(jī)構(gòu)：單相可控硅調(diào)壓裝置:電動調(diào)節(jié)閥3. 4. 3儀表控制屏t7000系列數(shù)據(jù)采集模塊a1808系列智能調(diào)節(jié)儀omron 系列 cpm1a-30 型 plc電源控制和信號接口 ifii板快插連接線電氣附件3. 4. 4軟件系統(tǒng)mcgs工控組態(tài)軟件ddc系統(tǒng)軟件儀表系

11、統(tǒng)軟件s7200plc系統(tǒng)軟件omron型cpm1a-30型編程軟件3.4.5基于can總線遠(yuǎn)程監(jiān)控自動化系統(tǒng)的硬件設(shè)計can （controller area network）總線是一種支持分布式實(shí)吋控制系統(tǒng)的串行通信局 域網(wǎng)。其信號傳輸釆用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的 概率低。由于其高性能、高可靠性、實(shí)時性等優(yōu)點(diǎn)，己廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的檢測和執(zhí)行 機(jī)構(gòu)z間的數(shù)據(jù)通信。can總線符合is011898標(biāo)準(zhǔn)，故大傳輸速率可達(dá)imb/s （傳輸距離故 大為40m）,最大傳輸距離為10km （傳輸速率約為5k）?；鵷 can總線遠(yuǎn)程監(jiān)控口動化系統(tǒng)的構(gòu)成由計算機(jī)和各個

12、智能節(jié)點(diǎn)組成，如圖1所示。 計算上安裝具有高性能價格比的can總線通訊接口卡pct-9820非智能兩通道can接口卡, 該產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)pci接口，能讓計算機(jī)方便的連接到can總線上，實(shí)現(xiàn)can2. 0b協(xié)議（兼 容can 2.0a ）的連接通訊。pct-9820接口卡配備兩通道邏輯獨(dú)立can接口，使得在開發(fā) 應(yīng)用中更顯方便和靈活：每個通道光電隔離，保護(hù)計算機(jī)機(jī)避免地環(huán)流的損壞，增強(qiáng)系統(tǒng)在 惡劣環(huán)境屮使用的可靠性。圖1供水系統(tǒng)的構(gòu)成圖圖2供水系統(tǒng)現(xiàn)場控制器的組成框本系統(tǒng)與dcs控制系統(tǒng)不同的是它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中不是所有的下位機(jī)都以上位機(jī)為 中心，而是所有的節(jié)點(diǎn)都以“平等主體”的形式掛接在總線上，上位

13、計算機(jī)僅僅作為can的 一個平等智能節(jié)點(diǎn)。3. 4. 6供水系統(tǒng)現(xiàn)場控制器的硬件設(shè)計恒壓供水系統(tǒng)可分為：cpu模塊、人機(jī)接口模塊（包括鍵盤輸入、led顯示電路）、 a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊、di/do模塊、can通訊模塊五部分，如圖2所示。cpu模塊中采用了 atmel公司片內(nèi)具有4kb flash rom的單片機(jī)芯片at89c5k為 提高系統(tǒng)的可靠性，采用了具有電壓監(jiān)測、集成看門狗（watchdog）的max1232芯片，可有 效地防止程序的彈飛。a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊中信號輸入電路主要是把壓力變送器的電流（4 20ma）輸出信號，經(jīng)過電流電壓變換芯片rcv420放大濾波轉(zhuǎn)換成05v的電圧模擬

14、信號， 通過adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終把采集到的多路模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號；同樣，經(jīng)cpu 模糊ptd運(yùn)算處理后，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器ad558變換成010v的電壓信號，控制變頻器的輸 出轉(zhuǎn)速。本設(shè)計釆用一片8255進(jìn)行1/0擴(kuò)展,8255的a 口用于can網(wǎng)通訊的1d設(shè)置;8255 的b 口用于開關(guān)量的輸入，外部的水位檢測等開關(guān)量，經(jīng)光電耦合輸入到8255的b 口；8255 的c口川于開關(guān)量的輸出，川于控制接觸器組，使其處于不同的接通和斷開狀態(tài)，單片機(jī)的 控制信息從8255的c 口輸岀，經(jīng)驅(qū)動和繼電器隔離控制接觸器動作，產(chǎn)牛相應(yīng)的控制信號。vccvcc=圖3供水系統(tǒng)can通訊模塊電路原理圖在

15、can總線通信功能中硬件電路設(shè)計中，釆用了 philips公司的獨(dú)立can通信控 制器sja1000和can總線接口 tja1040組成的can總線接口電路如圖3所示。can總線節(jié)點(diǎn) 的發(fā)送為接收是通過事先設(shè)置驗(yàn)收碼和驗(yàn)收屏蔽碼可以控制智能節(jié)點(diǎn)從總線上接收哪些數(shù) 據(jù)或命令osjalooo山微控制器89c51通過8位地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線和讀寫控制信號進(jìn)行控制。 sja1ooo的中斷請求信號int端連接至89c51的外部中斷輸入into端,can通信控制器可通 過中斷與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。sja1ooo的發(fā)送輸出端txo與接收輸入端rxo、rx1分別 經(jīng)高速集成光電耦合器6n137隔離后與can總線

16、接口芯片tja1040相連，6n137中的光敏器 件采用了光敏二極管，可以滿足高速數(shù)字信號的傳輸，實(shí)現(xiàn)了 can總線與節(jié)點(diǎn)間的隔離傳輸, 有助于提高節(jié)點(diǎn)裝置的安全性和可靠性。3. 4. 7變頻器技術(shù)3. 4. 7. 1變頻器原理及應(yīng)用川戶川水的多少是經(jīng)常變動的，因此，供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而川水和供水 之間的不平衡集中地表現(xiàn)在供水壓力上：用水多而供水少，則床力低；用水少而供水多，則 壓力人。保持供水的壓力恒定，可使供水和用水之間保持平衡，從而提高供水的質(zhì)量。另一 方面用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水節(jié)能效果十分顯著。s7-300變頻器是西門子公司推出的通 川變頻器，適川于自控等各類場合。在

17、恒壓供水屮采用這種變頻器，可以更穩(wěn)定、更安全地 保證系統(tǒng)運(yùn)行。變頻器采用igbt的pwm控制，采用空間矢量pwm技術(shù)，在控制方血有很多突出的優(yōu)點(diǎn): 低電流紋波，低轉(zhuǎn)矩紋波，低電動機(jī)溫升，并提高了功率因素，這是川變頻器的基本控制 特性。這種空間矢量pwm技術(shù)在很多具體的應(yīng)丿ij場合得到了驗(yàn)證。另外，內(nèi)置pi控制功能, 此功能使川于過程控制，通過閉環(huán)的給定值和反饋值之間的比較，應(yīng)川比例、積分的算法控 制流量、溫度、壓力等。恒壓供水是指用八端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持管 網(wǎng)中水壓的基本恒定。在恒壓供水系統(tǒng)中，為保持管網(wǎng)水壓的反饋信號進(jìn)行比較以調(diào)節(jié)水泵 的轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制管網(wǎng)中水壓的r的。3

18、. 4. 7. 2其他產(chǎn)品及比較針對傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，國外不少生產(chǎn)廠家近年來紛紛推出了一系 列新型產(chǎn)品,如abb公司的acs600、acs400系列產(chǎn)品,富士公司的g11s/p11s系列產(chǎn)品。 這些產(chǎn)陽將p1d調(diào)節(jié)器以及簡易可編程器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了各種新型變頻器 的。這類變頻器的價格僅比通川變頻器略高一點(diǎn)，但功能卻強(qiáng)很多。本系統(tǒng)選用的西門子s7-300通用變頻器，內(nèi)置pid控制功能，対節(jié)省系統(tǒng)的成本很有利。 旨先須設(shè)定ptd功能有效，然后確定ptd控制器的型號類型為反饋信號輸入，設(shè)定值由面板 給定。3.7.3系統(tǒng)原理圖圖4恒壓供水系統(tǒng)3. 4.8 plc控制系統(tǒng)3

19、. 4. & 1可編程控制器的選擇本系統(tǒng)plc硬件主要采用日本omron公司生產(chǎn)的cpm1a-30型，其輸入點(diǎn)有18個，輸出點(diǎn)有12個，而且具有可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)輸入輸出動作的輸入濾波器和快閃內(nèi)存，能夠滿足木系統(tǒng)的控 制要求。其主要特點(diǎn)是體積較小，價格合理，處理能力及速度適合該設(shè)備，h其抗干擾能力 強(qiáng)，可靠性高，能夠保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，完全能夠女全、穩(wěn)定地工作于恒壓供水系統(tǒng)。3. 4. & 2 plc軟件設(shè)計plc具有自己的編程軟件，采自易學(xué)易會的梯形圖語言，其具有控制靈活方便、抗干擾能力 強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以我們采用可編程控制器。在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制

20、、定吋等操作指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入輸 出，控制整個恒壓供水工作過程。它還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的在線監(jiān)測和參數(shù)測量，當(dāng)產(chǎn)吊需要升 級改型時，只需修改程序即對，操作非常方便。運(yùn)行方式分為手動和自動兩種，當(dāng)調(diào)試或需 要調(diào)整時，可選擇手動。3. 4. & 3可編程控制器i/o 口地址分配表 名稱地址名稱地址 啟動100反轉(zhuǎn)ill振動手啟101振動手停102 欠、超壓信號 缺相信號104 低壓報警t05 高壓報警106反轉(zhuǎn)指示燈口2正轉(zhuǎn)113103正轉(zhuǎn)指示燈114故障指示燈q06啟動輸出q 00水泵輸出q 01低位傳感器t07故障報警輸出q 02高位傳感器t08低、高壓報警輸,'1；

21、y03急停t09低位傳感器輸出q 04故障報警110高位傳感器輸出q 05液位上限115變頻故障117液位卜限1163. 5程序流程圖：（1）水泵變頻器控制流程圖圖5水泵變頻器控制流程圖(2) 模糊控制介紹模糊控制是一種以模糊集合論、模糊語言變量與模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計算機(jī)數(shù)字控 制。模糊控制器rh三部分組成:模糊化、模糊推理和解模糊。rh于恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)由水泵、 電機(jī)、變頻器等多個環(huán)節(jié)所組成，整個系統(tǒng)涉及較多的參數(shù)，部分參數(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中是 變化的。水泵工作特性具佇很強(qiáng)的非線性，管路水頭的變化以及電力負(fù)載及其特性的變化等 都將導(dǎo)致水泵運(yùn)行工況點(diǎn)的改變，從而改變了系統(tǒng)參數(shù)。對于這樣的控制對

22、象，常規(guī)的p1d 控制器難以保證系統(tǒng)在任何工況條件下始終具有最佳的控制性能。本文采用參數(shù)自整定模糊 ptd算法，以誤差e和誤差變化率ec作為輸入，可以滿足不同時刻偏差e和謀差變化率ec。 參數(shù)口整定模糊控制pid的參數(shù)口整定思想就是先找出控制器的3個參數(shù)kp、ki和kd與偏 差e和偏差變化率ec之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行屮通過不斷的檢測e和ec并將它們作為控制 器的輸入，由控制器根據(jù)模糊控制規(guī)則對3個參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，以滿足不同e和ec對控 制器參數(shù)的不同要求，從而使被控對象具有良好的動、靜態(tài)性能。対ptd參數(shù)自調(diào)整的要求, 利川模糊控制規(guī)則對ptd參數(shù)進(jìn)行修改便構(gòu)成了參數(shù)口整定模糊控制pid系統(tǒng)

23、。參數(shù)口整定 模糊控制ptd控制器的結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖6參數(shù)口整定模糊控制p1d控制器的結(jié)構(gòu)圖在供水控制的過程中，由于時間滯后現(xiàn)象存在，對系統(tǒng)的控制性能產(chǎn)生不利影響，尤 其是時滯較大時。在供水系統(tǒng)中，時滯現(xiàn)象導(dǎo)致系統(tǒng)的動態(tài)性能較差。雖然模糊pid控制大 大減小了系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)控制性能的影響，但是它沒有從根本上解決系統(tǒng)的大時滯問 題。在設(shè)計供水系統(tǒng)的模糊pii)控制器的過程中，我們通過引入smith預(yù)估控制，將兩者結(jié) 合起來設(shè)計了具有smith補(bǔ)償?shù)哪：齪1d控制器，取得了較好的應(yīng)用效果。(3) 變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1變頻恒圧供水系統(tǒng)控制器的軟件設(shè)計本系統(tǒng)由4個水源井向薔水池供

24、水，通過液位變送器監(jiān)測水位信號，同時采用壓 力變送器監(jiān)控2條供水管路的管網(wǎng)壓力，并將所得信號反饋給變頻器，然片由變頻器根據(jù)實(shí) 際需耍進(jìn)行參數(shù)整定，并故終市中央控制室將整定數(shù)據(jù)通過水位控制器調(diào)節(jié)水壓，從而達(dá)到 恒壓供水的目的。整個系統(tǒng)主要基于p1d閉環(huán)系統(tǒng)，并采用1cgs軟件系統(tǒng)進(jìn)行模擬量控制, 從而能夠更加清晰、直觀地了解水位及管網(wǎng)水壓情況，并及時采口動取相應(yīng)措施。如圖7所 示系統(tǒng)工作原理圖。plc低壓電氣控制柜傳感器變頻器1一4號水泵圖7系統(tǒng)工作原理圖本系統(tǒng)采用人機(jī)界面控制：狀態(tài)顯示、變頻器故障顯示、熱故障顯示、水位過低顯示、 電源顯示、水泵工況顯示、運(yùn)行參數(shù)數(shù)字顯示（頻率、轉(zhuǎn)速、電流、水壓

25、）、手動/白動切 換、變頻/共頻切換、變頻器參數(shù)設(shè)定、報警解除、報警實(shí)驗(yàn)。由壓力傳感器將監(jiān)測的系統(tǒng) 水壓信號通過4-20ma信號反饋給pl調(diào)節(jié)器，控制、處理欠壓、超壓、泵位置信號、開關(guān)信 號、plc運(yùn)行/停止信號、故障信號、達(dá)頻信號等信號，并通過變頻器給定頻率、轉(zhuǎn)速參數(shù), 控制水壓，并安全、穩(wěn)定地保持水壓恒定，滿足需求的同時節(jié)約水力資源。3. 2供水系統(tǒng)現(xiàn)場控制器的軟件設(shè)計供水系統(tǒng)現(xiàn)場控制器的軟件設(shè)計大體可以分為三個部分：一部分為初始化，包括單片 機(jī)的初始化和can控制器的初始化;第二部分為現(xiàn)場水壓的采樣、運(yùn)算和控制輸出；另一部分 為作為can節(jié)點(diǎn)要完成的自身數(shù)據(jù)發(fā)送和來自其他節(jié)點(diǎn)（包括上位監(jiān)

26、控計算機(jī)）的控制命令 與參數(shù)。具體實(shí)現(xiàn)上系統(tǒng)軟件有主程序、定時器to中斷程序、外部can通訊into中斷程序 三部分構(gòu)成。主程序主要完成系統(tǒng)初始化、鍵盤掃描、模糊pid運(yùn)算、水位故障處理等，如 圖8所示。圖8系統(tǒng)上程序流程圖在本設(shè)計中定時器to中斷是本供水系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場控制中重耍的程序，包括管網(wǎng)壓 力采樣、管網(wǎng)壓力顯示、中值濾波、can發(fā)送子程序等模塊程序。定時器to當(dāng)工作于模式1 時,最大定時時間為65. 536ms,為了實(shí)現(xiàn)定時is。定時器to中斷的流程圖如圖6所示?，F(xiàn) 場控制器采樣的管網(wǎng)壓力，如果要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視的話，必須通過通訊總線把壓力值傳送到上 位機(jī)中，同時，現(xiàn)場控制器也應(yīng)該接受來自上

27、位機(jī)的控制命令，例如：緊急情況下，上位機(jī)發(fā)出的停止水泵運(yùn)行的命令等，由于控制信息實(shí)時性的要求。木設(shè)計中采川了 into中斷方 式作為can通訊接收信息的程序。into中斷程序流程圖如圖9所示。水泵變頻器控制流程uju9 牡牧 <9».皿=>-5-從.yg.qg l ef w 稿 jc 沖 ier as 出 e 審 哼 w圖10 can中斷接收程序流程圖圖9定時器to中斷的流程圖3. 3變頻恒壓供水系統(tǒng)計算機(jī)的監(jiān)控軟件設(shè)計系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用vc6. 0來編程施實(shí)現(xiàn)的。軟件總體設(shè)計的任務(wù)是確定軟件的 總體結(jié)構(gòu)、子系統(tǒng)和模塊的劃分，并確定模塊間的接口和評價模塊劃分的質(zhì)量，以及進(jìn)

28、行數(shù) 據(jù)分析。本設(shè)計根據(jù)軟件總體設(shè)計的要求和過程，對系統(tǒng)的信息管理及監(jiān)控程序按不同的功 能進(jìn)行功能分解，劃分為不同的模塊。供水自動化計算機(jī)控制系統(tǒng)的信息管理及監(jiān)控軟件主 要包括數(shù)據(jù)采集和通信、設(shè)備狀態(tài)控制和數(shù)據(jù)管理三個部分。數(shù)據(jù)采集和通信部分采集水位、 壓力、流量、電壓和電流等數(shù)據(jù)，用于記錄、存儲和分析，以及與can通信。設(shè)備控制部分 根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，并對通過修改運(yùn)行參數(shù)對設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào) 整。數(shù)據(jù)管理部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢以乃打印輸出，還有數(shù)據(jù)庫的備份和維護(hù)。系統(tǒng)軟 件整體結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示。設(shè)各債態(tài)控制數(shù)據(jù)曽回扌電存雋枚塊圖11系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)框圖3. 4系統(tǒng)

29、故障及保護(hù)當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、上限、超壓、差壓等情況時，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報警 信號；特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、上限、超壓時，系統(tǒng)還會白動停機(jī)，并 發(fā)出聲響報警信號，通知維修人員前來維修。此外，變頻器故障時，系統(tǒng)自動停機(jī)，此時可 切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水。四、系統(tǒng)設(shè)計疑難及切身體會4. 1系統(tǒng)設(shè)計疑難在完成本次設(shè)計的過程中，遇到了很多棘手的問題和疑問，有時甚至到了無從下手的地步,例如：如何學(xué)習(xí)以前從木接觸過的mcgs軟件？如何集成自動化控制系統(tǒng)，并將mcgs軟件、 變頻技術(shù)、plc技術(shù)綜合應(yīng)用？采用何種方式實(shí)現(xiàn)故障報警功能以及怎樣才能有效地完善該 系統(tǒng)？這些問題都或多或少地阻礙了我們的進(jìn)展。4. 2設(shè)計體會在恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計初期由于對系統(tǒng)破件及軟件的的掌握力度和研究深度不夠，設(shè)計過程中不斷的出現(xiàn)了疑難問題，但也不斷的解決了很多問題。五、總結(jié)在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓口動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或 加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資, 并使