PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)自動(dòng)化等專業(yè)畢業(yè)論文

PAGE摘要本論文依據(jù)中國城市小區(qū)的供水要求，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運(yùn)行管理界面。變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程掌握器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)等構(gòu)成.本系統(tǒng)包含三臺(tái)水泵電機(jī)，它們組成變頻循環(huán)運(yùn)行方式。采納變頻器實(shí)現(xiàn)對三相水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速，運(yùn)行切換采納“先啟先?！钡脑瓌t。壓力傳感器檢測當(dāng)前水壓信號(hào),送入PＬC與設(shè)定值比較后進(jìn)行PＩＤ運(yùn)算，從而掌握變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而轉(zhuǎn)變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來轉(zhuǎn)變供水量,最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值四周。通過工控機(jī)與PＬC的連接，采納組態(tài)軟件完成系統(tǒng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示及數(shù)據(jù)、報(bào)警的查詢.關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速，恒壓供水，ＰLC,組態(tài)軟件山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文ABSTRACTABＳTRACＴAcｃorｄiｎgtｏｔherequiremenｔｏfChina'surｂanｗaｔｅrsupｐly，tｈiｓpaperdｅsignsasetoｆwａt(yī)ersupplysyｓtemofｆｒequｅceycoｎtrolｏfconstaｎtvoltaｇｅbaｓedonPＬＣ，aｎdhaｖｅdevelopeｄｇoｏdoｐerationｍanageｍentiｎterfａｃeusingSuperｖisionCｏntrｏlａndDataAcquiｓiｔioｎ．ThｅsystemismadeupofPLC，ｔｒａnsｄｕcｅｒ，ｕniｔsofpuｍps,pressurｅseｎsoｒandｃonｔｒolｍaｃhineaｎdsｏon.Tｈissysteｍｉｓｆormedbythreepｕmpgenｅｒaｔｏｒs，anｄtｈeyｆｏrmtｈeｃｉrｃｕlatingrunmodｅoffreqｕｅncycｏnｖersｉoｎ．Withgenｅralfrequencｙconvｅrterｒeaｌizｅfortｈreephａseｐumｐgeneratorsoftｓｔarｔwithfreqｕencyｃontrｏl，operａt(yī)iｏnswitｃｈａｄoｐtsthepriｎcｉpleof”staｒtｆirｓtstopfirst”.Ｔhedeｔｅcｔioｎsiｇnalｏｆｐressｕresensｏｒofhydraulicｐressｕｒｅ，vｉaPLCｗｉthseｔvaluebycarrｙｏutＰIDcompａrisｏｎｏｐeｒatｉoｎ，so,ｃoｎtrｏlfrequencyandtｈeexpｏｒｔvolｔａgeoffｒequｅnｃyｃoｎverter,aｎdｔhenｔhｅrｏｔatｉoｎalspｅe(cuò)ｄthaｔchangesｐｕmpgenｅratoｒcometochangeｗatｅrsuppｌyquantiｔy,eveｎtuａlly，itisnearbytｏmａｉｎｔａiｎｐｉpeｎｅtpressurｅtosｔaｂiｌiｚｅwｈensetvalue.ThrouｇhwｏｒkcontｒｏｌｍacｈiｎetｈeｃonnectioｎwiｔｈPLＣ，ｗitｈgroｕpfｏrmｓoftwarｅcｏnsｕmmａt(yī)elysystemaｔicmoniｔorｉnｇ,ｈavｅrealizedoperatｉｏnstatedevelｏpmenｔtｏshowanddaｔa，reｐorttoｔｈｅpoｌicｅinｑｕiry。Keywｏｒｄs:variablｅｆreqｕeｎｃｙspeed-rｅgulatiｎｇ，ｃｏｎstaｎt—presｓuｒewａt(yī)ersｕｐply，PLC，suｐｅｒviｓionｃontrolandｄataacquisｉtiｏn。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄名目TOＣ\o”1—2"\h\z＼uHYＰＥRLＩＮＫ\l"_Ｔｏc２33１０0241"1緒論 PＡＧEREF＿Toｃ2３3100241\h1HYPERLIＮK\l＂_Toc２3３1００２４2"1.1課題的提出?ＰAGEREF_Tｏc233100２42\h1HYPＥＲＬIＮK\l”＿Toc２3３１0０24３"1。2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外討論現(xiàn)狀?PAGEＲEF_Tｏｃ２331０0243\ｈ3ＨYPEＲLＩNK1。３PＬＣ概述 PＡGERＥF_Tｏc233１00244\ｈ5HＹPＥＲLINＫ\ｌ＂_Toc233100２45”1.4本課題的主要討論內(nèi)容?PAＧEREＦ_Toｃ233１００２45\h7ＨYPERLINK\l"_Ｔoc2331002４6＂2系統(tǒng)的理論分析及掌握方案確定?ｈ８HYPEＲLINK２。１變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析?PＡＧＥREF_Toc２３310０2４７＼h8ＨＹPERLINK\l”_Toc２３３1０0２48”２.2變頻恒壓供水系統(tǒng)掌握方案的確定?２３31０02４8\h11HYPERLINK\l”＿Toc23３１002４9"3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)?PＡGEREＦ_Ｔｏc233１0０２49\h19HＹＰERLＩＮK\l＂_Toｃ２３310025０”3。1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型?PAGEREF_Ｔｏc23３１002５０\h1９HＹPEＲLINK\ｌ＂_Ｔoc２331002５1”3.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì)?PAGEＲEF_Toc２３３1００２５1\h23HＹＰERＬＩNＫ\l”_Toc233100２52"3．3系統(tǒng)掌握電路分析及其設(shè)計(jì) PAGERＥＦ_Ｔoc23３１00２52\h25ＨYＰERLＩNK3。4PLC的I/O端口安排及外圍接線圖 PＡGEREＦ_Toｃ２3３10０25３\h27HYPERＬINＫ\l”_Toc２3310025４"4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)?PＡGEＲEF_Toc２3310０2５4＼h31ＨYＰＥＲLＩNK\ｌ"_Toc2３31002５5”4。1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 ＰAGEREF＿Toｃ2３310０255\h31HＹPERＬINK4.２PＬC程序設(shè)計(jì) PＡGEREＦ＿Ｔoｃ233100２５6＼ｈ3３HYPERLＩNK\ｌ＂＿Ｔｏc２３3100257”4．3PIＤ掌握器參數(shù)整定?PAGEＲＥF_Tｏc２3310０2５7\h40HYＰEＲLINK＼l＂＿Ｔoc２33１002５８＂5監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?PAＧEREF_Tｏc23310025８\ｈ46HYPＥRLＩNK\ｌ”＿Ｔoc２33100２59"５.1組態(tài)軟件簡介?PAＧERＥF_Toc２３31００２59＼h46HＹPERLINＫ＼l"_Tｏc233１０0２６0”5.2監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?PAＧEＲEF_Tｏc233100260\h４6HYＰＥＲLＩNK\l＂＿Toc2331０02６1"6結(jié)束語?ＰAGEＲEF_Ｔoｃ233100261\h51ＨYＰERLINK\ｌ”_Toc233100２62"參考文獻(xiàn)?PAGERＥF_Toc23３1００２62\ｈ5３ＨYＰERＬINK致謝?ＰAGERＥＦ＿Toｃ233１00２6３\h55HYＰERLINK附錄?ＰAＧＥREF＿Tｏc２33１0０２6４\ｈ56HYPERLINK\ｌ"_Toc23３1002６5"附錄A英文文獻(xiàn)?ＰAGERＥF_Toc2３３１00２6５\h5６HＹPEＲLＩNK\l＂_Tｏｃ2３3１０0２66”附錄Ｂ中文翻譯?PAＧERＥF_Toc２３310０２６6＼ｈ6５ＨYPERLINK\l”_Toc２33100２67＂附錄Ｃ主程序梯形圖 PAGEREF＿Ｔoc233100267\ｈ71山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文緒論P(yáng)AGE71緒論１。1課題的提出水和電是人類生活、生產(chǎn)中不行缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國家,長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)始終比較落后，自動(dòng)化程度較低,而隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，人們生活水平的不斷提高,以及住房制度改革的不斷深化,城市中各類小區(qū)建設(shè)進(jìn)展十分飛快,同時(shí)也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的牢靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活,也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的凹凸。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式,其優(yōu)、缺點(diǎn)如下[1］：（１）恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出準(zhǔn)時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依靠人工進(jìn)行手工操作,自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí),管網(wǎng)長期處于超壓運(yùn)行狀態(tài),爆損現(xiàn)象嚴(yán)重,電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采納。（2）氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡潔、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁,對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為削減水泵起動(dòng)次數(shù),停泵壓力往往比較高,致使水泵在低效段工作,而出水壓力無謂的增高，也使浪費(fèi)加大,從而限制了其進(jìn)展。（3)水塔高位水箱供水具有掌握方式簡潔、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時(shí)間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn)，但存在基建投資大,占地面積大，維護(hù)不便利,水泵電機(jī)為硬起動(dòng)，啟動(dòng)電流大等缺點(diǎn)，頻繁起動(dòng)易損壞聯(lián)軸器,目前主要應(yīng)用于高層建筑。(4)液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油,發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩,只能是一對一驅(qū)動(dòng)，需常常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉,結(jié)構(gòu)簡潔明白,維修便利。(5）單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長,對操作員的素養(yǎng)要求比較高,牢靠性比較低，維修不便利,且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境.綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；牢靠性差;自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)牢靠的方向進(jìn)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定牢靠的掌握方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，格外是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng),居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出,其優(yōu)越性表現(xiàn)在:一是節(jié)能顯著；二是在開、停機(jī)時(shí)能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗［２］.基于PＬC和變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代掌握技術(shù)于一體。采納該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和牢靠性,同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今日尤為重要,所以討論設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1。2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外討論現(xiàn)狀1.２．1變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外進(jìn)展與現(xiàn)狀變頻器的快速進(jìn)展得益于電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)掌握技術(shù)及電機(jī)掌握理論的進(jìn)展。19６４年,最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制PWＭ技術(shù)應(yīng)用到溝通傳動(dòng)中的是德國人。20世紀(jì)8０年月初，日本學(xué)者提出了基于磁通軌跡的磁通軌跡掌握方法。從20世紀(jì)8０年月后半期開頭，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的基于ＶVVF技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。在我國,60％的發(fā)電量是通過電動(dòng)機(jī)消耗掉的，因此如何利用電機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行方式的改造以節(jié)省電能，始終受到國家和業(yè)界人士的重視.現(xiàn)在，我國約有２00家左右的公司、工廠和討論所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作，但自行開發(fā)生產(chǎn)的變頻調(diào)速產(chǎn)品和國際市場上的同類產(chǎn)品相比，還有比較大的技術(shù)差距.隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)的高速進(jìn)展,我國實(shí)行要么直接從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口現(xiàn)成的變頻調(diào)速設(shè)備，要么內(nèi)外結(jié)合,即在自行設(shè)計(jì)制造的成套裝置中采納外國進(jìn)口或合資企業(yè)的先進(jìn)變頻調(diào)速設(shè)備，然后自己開發(fā)應(yīng)用軟件的方法，很好地為國內(nèi)重大工程項(xiàng)目供應(yīng)了電氣傳動(dòng)掌握系統(tǒng)的解決方法,適應(yīng)了社會(huì)的需要?？傊?雖然國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成果，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱，對國外公司的依靠還很嚴(yán)重。1。2。2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外討論與現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的進(jìn)展之后逐漸進(jìn)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率掌握、升降速掌握、正反轉(zhuǎn)掌握、起動(dòng)掌握以及制動(dòng)掌握、壓頻比掌握以及各種保護(hù)功能.應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),為了滿意供水量大小需求不同時(shí),保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部供應(yīng)壓力掌握器和壓力傳感器,對壓力進(jìn)行閉環(huán)掌握.隨著變頻技術(shù)的進(jìn)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、牢靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后,國外很多生產(chǎn)變頻器的廠家開頭重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Sａmｃo公司，就推出了恒壓供水基板,備有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環(huán)方式"兩種模式它將PID調(diào)節(jié)器和PＬC可編程掌握器等硬件集成在變頻器掌握基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLＣ和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元,便可直接掌握多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈敏性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)（如BA系統(tǒng)）和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制［3]。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采納國外的變頻器掌握水泵的轉(zhuǎn)速,水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)掌握,有的采納可編程掌握器(ＰLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn);有的采納單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn).但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到全部用戶的要求。原深圳華為電氣公司和成都盼望集團(tuán)也推出了恒壓供水專用變頻器（5.５kw～２２ｋｗ)，無需外接ＰLC和PIＤ調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)規(guī)律掌握功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不便利且不具有數(shù)據(jù)通信功能,因此只適用于小容量,掌握要求不高的供水場所.可以看出,目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水掌握系統(tǒng)的討論設(shè)計(jì)中,對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代掌握技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)掌握討論得不夠.因此,有待于進(jìn)一步討論改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能,使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐[4].１.３PＬＣ概述1。３.1可編程掌握器的定義可編程掌握器，簡稱PLＣ(ＰｒoｇｒaｍmaｂleｌogicConｔｒoｌｌer），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)掌握裝置。在1987年國際電工委員會(huì)(Interｎａt(yī)ｉｏnalＥlectrｉcalCommｉttee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:“PＬC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采納可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行規(guī)律運(yùn)算、挨次運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出掌握各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)掌握系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”1。3．２PLC的進(jìn)展和應(yīng)用世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLＣ是19６9年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEＣ)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)進(jìn)展水平,早期的PＬＣ主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡潔的規(guī)律掌握及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能.2０世紀(jì)７0年月初消滅了微處理器.人們很快將其引入可編程掌握器,使PＬC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)掌握裝置。為了便利熟識(shí)繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用,可編程掌握器采納和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言[5]，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)組件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)掌握概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)７0年月中末期，可編程掌握器進(jìn)入有用化進(jìn)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程掌握器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更牢靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PＩD功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年月初,可編程掌握器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用.這個(gè)時(shí)期可編程掌握器進(jìn)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程掌握器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程掌握器已步入成熟階段。20世紀(jì)末期，可編程掌握器的進(jìn)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從掌握規(guī)模上來說,這個(gè)時(shí)期進(jìn)展了大型機(jī)和超小型機(jī);從掌握能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元,用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的掌握場合；從產(chǎn)品的配套能力來說,生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程掌握器的工業(yè)掌握設(shè)備的配套更加容易。目前，PＬC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。1.3.３西門子Ｓ７—20０ＰLC簡介西門子公司具有品種格外豐富的PＬＣ產(chǎn)品。S7系列是傳統(tǒng)意義的ＰLＣ，S7－20０屬于小型PLC，在１9９8年升級(jí)為其次代產(chǎn)品,2004年升級(jí)為第三代產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下［6]：（１）功能強(qiáng)大.S7—２０0有5種CPU模塊,最多可擴(kuò)展７個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到２48點(diǎn)數(shù)字量I/O或３8路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；(２)先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大、使用便利的編程軟件；（３)靈敏便利的尋址方法；(４）強(qiáng)大的通信功能和品種豐富的配套人機(jī)界面;(5)有競爭力的價(jià)格；(6)完善的網(wǎng)上技術(shù)支持等。１.４本課題的主要討論內(nèi)容本設(shè)計(jì)是以小區(qū)供水系統(tǒng)為掌握對象，采納PLＣ和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計(jì)算機(jī)對供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行牢靠，平安節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。ＰLC掌握變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程掌握器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),本設(shè)計(jì)中有3個(gè)貯水池，3臺(tái)水泵，采納部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器掌握下作變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。PＬC依據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)掌握各個(gè)水泵之間切換，并依據(jù)壓力檢測值和給定值之間偏差進(jìn)行PID運(yùn)算,輸出給變頻器掌握其輸出頻率,調(diào)節(jié)流量,使供水管網(wǎng)壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。依據(jù)以上掌握要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體掌握方案設(shè)計(jì)。硬件設(shè)備選型、PLＣ選型,估算所需Ｉ/O點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行Ｉ／O模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖:包括系統(tǒng)硬件配置圖、I/O連接圖，安排I/Ｏ點(diǎn)數(shù)，列出Ｉ/Ｏ安排表,嫻熟使用相關(guān)軟件，設(shè)計(jì)梯形圖掌握程序，對程序進(jìn)行調(diào)試和修改并設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定PAGE762系統(tǒng)的理論分析及掌握方案確定2。1變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析２。1。１電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理水泵電機(jī)多采納三相異步電動(dòng)機(jī),而其轉(zhuǎn)速公式為:（2。1)式中：f表示電源頻率,p表示電動(dòng)機(jī)極對數(shù),s表示轉(zhuǎn)差率.從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有:（ｌ）轉(zhuǎn)變電源頻率(2)轉(zhuǎn)變電機(jī)極對數(shù)（3）轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)變電機(jī)極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式掌握簡潔，投資省，節(jié)能效果顯著,效率高,但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差比較大,即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大,轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器.轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采納串級(jí)調(diào)速的方式,其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好,且調(diào)速性能也好，但由于線路過于簡潔，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗[7］，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。下面重點(diǎn)分析轉(zhuǎn)變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。依據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速ｎ基本上與電源頻率ｆ成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率,就可以平滑地轉(zhuǎn)變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)展，已消滅了各種性能良好、工作牢靠的變頻調(diào)速電源裝置,它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。2。1．2變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線,如圖２。1所示。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下,流量的大小主要取決于用戶的用水情況,因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qu間的關(guān)系H=f（Qｕ)。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線，如圖2.1所示。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流淌阻力的變化規(guī)律。由于閥門開度的轉(zhuǎn)變，實(shí)際上是轉(zhuǎn)變了在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量Qc之間的關(guān)系Ｈ=f（Qc）。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn),如圖2．1中A點(diǎn)。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Ｑc處于平衡狀態(tài),供水系統(tǒng)既滿意了揚(yáng)程特性,也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行.圖２。1恒壓供水系統(tǒng)的基本特征變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。通常由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而轉(zhuǎn)變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的.因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速.異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過轉(zhuǎn)變定子供電頻率來轉(zhuǎn)變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。在供水系統(tǒng)中，通常以流量為掌握目的,常用的掌握方法為閥門掌握法和轉(zhuǎn)速掌握法。閥門掌握法是通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)流量，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。其實(shí)質(zhì)是通過轉(zhuǎn)變水路中的阻力大小來轉(zhuǎn)變流量，因此，管阻將隨閥門開度的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變,但揚(yáng)程特性不變。由于實(shí)際用水中,需水量是變化的，若閥門開度在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，必定要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的消滅.轉(zhuǎn)速掌握法是通過轉(zhuǎn)變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變,是通過轉(zhuǎn)變水的動(dòng)能轉(zhuǎn)變流量。因此，揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，但管阻特性不變.變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速掌握。其工作原理是依據(jù)用戶用水量的變化自動(dòng)地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,使管網(wǎng)壓力始終保持恒定,當(dāng)用水量增大時(shí)電機(jī)加速，用水量減小時(shí)電機(jī)減速.由流體力學(xué)可知,水泵給管網(wǎng)供水時(shí)，水泵的輸出功率P與管網(wǎng)的水壓Ｈ及出水流量Q的乘積成正比；水泵的轉(zhuǎn)速ｎ與出水流量Q成正比；管網(wǎng)的水壓H與出水流量Q的平方成正比。由上述關(guān)系有，水泵的輸出功率P與轉(zhuǎn)速n三次方成正比，即：（2．2)（2。３）（２．4）（2.5）式中k、k１、k2、k3為比例常數(shù)。圖２.2管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線當(dāng)用閥門掌握時(shí)，若供水量高峰水泵工作在E點(diǎn)，流量為Q1，揚(yáng)程為H0，當(dāng)供水量從Q1減小到Q２時(shí)，必須關(guān)小閥門，這時(shí)閥門的摩擦阻力變大,阻力曲線從ｂ3移到b1,揚(yáng)程特性曲線不變。而揚(yáng)程則從H0上升到H1,運(yùn)行工況點(diǎn)從Ｅ點(diǎn)移到F點(diǎn)，此時(shí)水泵的輸出功率正比于H1×Ｑ2.當(dāng)用調(diào)速掌握時(shí)，若采納恒壓（Ｈ0),變速泵(n２）供水,管阻特性曲線為ｂ2,揚(yáng)程特性變?yōu)榍€n２，工作點(diǎn)從E點(diǎn)移到Ｄ點(diǎn)。此時(shí)水泵輸出功率正比于H0×Ｑ２，由于Ｈ１>H0,所以當(dāng)用閥門掌握流量時(shí),有正比于(H1-H0）×Q2的功率被浪費(fèi)掉，并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是H1增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。所以調(diào)速掌握方式要比閥門掌握方式供水功率要小得多,節(jié)能效果顯著。2。2變頻恒壓供水系統(tǒng)掌握方案的確定2.2．1掌握方案的比較和確定恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有壓力變送器、變頻器、恒壓掌握單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的任務(wù)是利用恒壓掌握單元使變頻器掌握一臺(tái)水泵或循環(huán)掌握多臺(tái)水泵,實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和監(jiān)控.依據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，有以下幾種方案可供選擇［8]：(1)有供水基板的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器這種掌握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，它將PID調(diào)節(jié)器和PＬＣ可編程掌握器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PIＤ等電控系統(tǒng)的功能.它雖然微化了電路結(jié)構(gòu),降低了設(shè)備成本,但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩,無法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈敏性，數(shù)據(jù)通信困難,并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。（2)通用變頻器+單片機(jī)(包括變頻掌握、調(diào)節(jié)器掌握）+人機(jī)界面+壓力傳感器這種方式掌握精度高、掌握算法靈敏、參數(shù)調(diào)整便利,具有較高的性價(jià)比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化,修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈敏性差，同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生干擾,變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須實(shí)行相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的牢靠性.該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。（3）通用變頻器+PLＣ（包括變頻掌握、調(diào)節(jié)器掌握)+人機(jī)界面＋壓力傳感器這種掌握方式靈敏便利。具有良好的通信接口，可以便利地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用性強(qiáng)；由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化,用戶可靈敏組成各種規(guī)模和要求不同掌握系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLＣ的硬件配置和Ｉ/O的外部接線，當(dāng)掌握要求發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí),可以便利地通過PC機(jī)來轉(zhuǎn)變存貯器中的掌握程序，所以現(xiàn)場調(diào)試便利.同時(shí)由于PLＣ的抗干擾能力強(qiáng)、牢靠性高，因此系統(tǒng)的牢靠性大大提高.該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān).通過對以上這幾種方案的比較和分析,可以看出第三種掌握方案更適合于本系統(tǒng)。這種掌握方案既有擴(kuò)展功能靈敏便利、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及掌握精度的要求。2．2．２變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖ＰLC掌握變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程掌握器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的掌握流程圖如圖2。3所示：圖2.３變頻恒壓供水系統(tǒng)掌握流程圖從圖中可看出,系統(tǒng)可分為:執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測機(jī)構(gòu)、掌握機(jī)構(gòu)三大部分，簡略為:（l）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng),其中由一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器掌握、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以依據(jù)用水量的變化轉(zhuǎn)變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大(變頻泵達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)都無法滿意用水要求時(shí)）的情況下投入工作.(2)信號(hào)檢測機(jī)構(gòu):在系統(tǒng)掌握過程中，需要檢測的信號(hào)包括管網(wǎng)水壓信號(hào)、水池水位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水掌握的主要反饋信號(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入ＰLC時(shí),需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的牢靠性,還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果可以送給PLC,作為數(shù)字量輸入；水池水位信號(hào)反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí),掌握系統(tǒng)要對系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)掌握，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來自安裝于水池中的液位傳感器;報(bào)警信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行,水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有特別，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào).（3）掌握機(jī)構(gòu)：供水掌握系統(tǒng)一般安裝在供水掌握柜中,包括供水掌握器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水掌握器是整個(gè)變頻恒壓供水掌握系統(tǒng)的核心。供水掌握器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施掌握算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的掌握方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵機(jī)組）進(jìn)行掌握；變頻器是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速掌握的單元，其跟蹤供水掌握器送來的掌握信號(hào)轉(zhuǎn)變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率,完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速掌握。依據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求,需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)；變頻固定式是變頻器拖動(dòng)某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在５0Ｈz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵,變頻器不做切換,變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇［9］，本設(shè)計(jì)中采納前者。作為一個(gè)掌握系統(tǒng)，報(bào)警是必不行少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)平安、牢靠、平穩(wěn)的運(yùn)行,防止因電機(jī)過載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必必要對各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測，由PＬC推斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作掌握,以免造成不必要的損失。變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為掌握目標(biāo)，在掌握上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù).所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓掌握的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上［10]。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2．4所示:圖２．4變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實(shí)時(shí)地測量參考點(diǎn)的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mＡ的電信號(hào)，此檢測信號(hào)是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。由于電信號(hào)為模擬量，故必須通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算,再將運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)作為變頻器的輸入信號(hào),掌握變頻器的輸出頻率，從而掌握電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而掌握水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水.２。２.3變頻恒壓供水系統(tǒng)掌握流程變頻恒壓供水系統(tǒng)掌握流程如下：(l）系統(tǒng)通電，依據(jù)接收到有效的自控系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)后，首先啟動(dòng)變頻器拖動(dòng)變頻泵M1工作,依據(jù)壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，掌握Ml的轉(zhuǎn)速，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某肯定值,這期間Ｍl工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。（2）當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，壓力變送器反饋的水壓信號(hào)減小，偏差變大，PLC的輸出信號(hào)變大，變頻器的輸出頻率變大,所以水泵的轉(zhuǎn)速增大,供水量增大,最終水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。反之,當(dāng)用水量削減水壓增加時(shí),通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。（3）當(dāng)用水量連續(xù)增加,變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿意增加水泵的條件(在下節(jié)有簡略闡述)時(shí),在變頻循環(huán)式的掌握方式下,系統(tǒng)將在PLC的掌握下自動(dòng)投入水泵M2（變速運(yùn)行)，同時(shí)變頻泵M1做工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié),直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止.如果用水量連續(xù)增加,滿意增加水泵的條件，將連續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺(tái)工頻泵M３投入運(yùn)行,變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz時(shí),壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí),掌握系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出水壓超限報(bào)警.(4)當(dāng)用水量下降水壓上升，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實(shí)際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿意削減水泵的條件時(shí)，系統(tǒng)將工頻泵Ｍ2關(guān)掉,恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié),使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量連續(xù)下降，并且滿意削減水泵的條件時(shí)，將連續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺(tái)工頻泵M３關(guān)掉。２.２.4水泵切換條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)變頻泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力,此時(shí)需要增加水泵來滿意供水要求，達(dá)到恒壓的目的;當(dāng)變頻泵和工頻泵都在運(yùn)行且變頻泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要削減工頻泵來削減供水流量，達(dá)到恒壓的目的.那么何時(shí)進(jìn)行切換,才能使系統(tǒng)供應(yīng)穩(wěn)定牢靠的供水壓力，同時(shí)使機(jī)組不過于頻繁的切換呢?由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50HZ成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率.另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0ＨＺ。其實(shí),在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不行能降到0ＨＺ.由于當(dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在肯定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此,當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí),水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0ＨZ，簡略數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場全部關(guān)，一般在20ＨZ左右。所以選擇50HZ和20HZ作為水泵機(jī)組切換的上下限頻率.當(dāng)輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，實(shí)際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動(dòng)。若消滅時(shí)就進(jìn)行機(jī)組切換，很可能由于新增加了一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，供水壓力一下就超過了設(shè)定壓力。在極端的情況下,運(yùn)行機(jī)組增加后，實(shí)際供水壓力超過設(shè)定供水壓力，而新增加的機(jī)組在變頻器的下限頻率運(yùn)行，此時(shí)又滿意了機(jī)組切換的停機(jī)條件,需要將一個(gè)在工頻狀態(tài)下運(yùn)行的機(jī)組停掉。如果用水狀況不變，供水泵站中的全部能夠自動(dòng)投切的機(jī)組將始終這樣投入-切出—再投入—再切出地循環(huán)下去,這增加了機(jī)組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)始終處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中，實(shí)際供水壓力也會(huì)在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩.這樣的工作狀態(tài)既無法供應(yīng)穩(wěn)定牢靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損,削減運(yùn)行壽命。另外,實(shí)際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實(shí)際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)滿意.所以,在實(shí)際應(yīng)用中,相應(yīng)的判別條件是通過對上面兩個(gè)判別條件的修改得到的,其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時(shí)成立。實(shí)際的機(jī)組切換判別條件如下[11]:加泵條件:且延時(shí)判別成立(2。６)減泵條件：且延時(shí)判別成立（2．7)式中：：上限頻率：下限頻率：設(shè)定壓力：反饋壓力山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型依據(jù)基于PＬC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理,系統(tǒng)的電氣掌握總框圖如圖3.1所示：圖３。1系統(tǒng)的電氣掌握總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分:（1)ＰLＣ及其擴(kuò)展模塊、（2）變頻器、（3）水泵機(jī)組、(4）壓力變送器、（５）液位變送器。主要設(shè)備選型如表3。1所示:表３。1本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單主要設(shè)備型號(hào)及其生產(chǎn)廠家可編程掌握器(ＰLC）SiemensＣPU226模擬量擴(kuò)展模塊SieｍensＥM235變頻器SｉemensMM4４0水泵機(jī)組SFL系列水泵３臺(tái)（上海熊貓機(jī)械有限公司）壓力變送器及顯示儀表一般壓力表Y-1０0、ＸＭＴ—1270數(shù)顯儀液位變送器分體式液位變送器DS26（淄博丹佛斯公司)３．１。1ＰＬＣ及其擴(kuò)展模塊的選型ＰLＣ是整個(gè)變頻恒壓供水掌握系統(tǒng)的核心,它要完成對系統(tǒng)中全部輸入號(hào)的采集、全部輸出單元的掌握、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。因此我們在選擇ＰＬC時(shí)，要考慮ＰＬＣ的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的便利與否等多方面因素.由于恒壓供水自動(dòng)掌握系統(tǒng)掌握設(shè)備相對較少，因此PＬＣ選用德國SＩＥMＥNS公司的S7－20０型.S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊,價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型掌握系統(tǒng)。SIEMＥNS公司的PLＣ具有牢靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡潔等優(yōu)點(diǎn)；PLＣ可以上接工控計(jì)算機(jī)，對自動(dòng)掌握系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測掌握。PLC和上位機(jī)的通信采納PC／ＰPI電纜，支持點(diǎn)對點(diǎn)接口(ＰPＩ）協(xié)議,PＣ/ＰPI電纜可以便利實(shí)現(xiàn)PLC的通信接口RS48５到PC機(jī)的通信接口ＲS232的轉(zhuǎn)換,用戶程序有三級(jí)口令保護(hù),可以對程序?qū)嵤┢桨脖Ｗo(hù)［12］.依據(jù)掌握系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮PＬC端子數(shù)目要有肯定的預(yù)留量，因此選用的Ｓ7—２00型ＰＬＣ的主模塊為ＣPU22６，其開關(guān)量輸出為16點(diǎn)，輸出形式為ＡC2２0Ｖ繼電器輸出；開關(guān)量輸入CPU226為２4點(diǎn)，輸入形式為＋24V直流輸入。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是EM２35，該模塊有４個(gè)模擬輸入(AIW），１個(gè)模擬輸出（AQW）信號(hào)通道.輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成Ａ/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長(１6bit）的數(shù)字信號(hào);輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成Ｄ/A的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長（16ｂit)的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，通過DIＰ開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。3.１。2變頻器的選型變頻器是本系統(tǒng)掌握執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件,通過頻率的轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),從而轉(zhuǎn)變出水量.變頻器的選擇必須依據(jù)水泵電機(jī)的功率和電流進(jìn)行選擇.本系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控,所以變頻器還應(yīng)具有通訊功能.依據(jù)掌握功能不同，通用變頻器可分為三種類型：一般功能型U／f掌握變頻器、具有轉(zhuǎn)矩掌握功能的高功能型Ｕ/f掌握變頻器以及矢量掌握高功能型變頻器.供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載,低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對廉價(jià)的Ｕ/f掌握變頻器。由于本設(shè)計(jì)中ＰＬC選擇的西門子S7－２00型號(hào)，為了便利ＰLＣ和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicｒoＭaster440變頻器.它是用于三相溝通電動(dòng)機(jī)調(diào)速的系列產(chǎn)品，由微處理器掌握,采納絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運(yùn)行牢靠性和很強(qiáng)的功能.它采納模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈敏,有多種完善的變頻器和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，有內(nèi)置的ＲS－４85/2３２C接口和用于簡潔過程掌握的PI閉環(huán)掌握器，可以依據(jù)用戶的特殊需要對I/Ｏ端子進(jìn)行功能自定義.快速電流限制實(shí)現(xiàn)了無跳閘運(yùn)行，磁通電流掌握改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，低頻時(shí)也可以輸出大力矩。ＭｉcｒoＭaster４4０變頻器的輸出功率為0。75~９0ＫW,適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號(hào)能作為75KW的水泵電機(jī)的輸入信號(hào)。另外選擇西門子的變頻器可以通過RS—485通信協(xié)議和接口直接與西門子PLＣ相連，更便于設(shè)備之間的通信。3.1.3水泵機(jī)組的選型水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要常常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。本設(shè)計(jì)的要求為：電動(dòng)機(jī)額定功率75KW，供水壓力掌握在0．3±0.０1Mpa.依據(jù)本設(shè)計(jì)要求并結(jié)合實(shí)際中小區(qū)生活用水情況,最終確定確定采納3臺(tái)上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFＬ系列水泵機(jī)組(電機(jī)功率75KW)。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采納不銹鋼材質(zhì),葉輪、導(dǎo)葉采納鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高５%以上;采納低噪音電機(jī),機(jī)械密封，前端配有泄壓保護(hù)裝置,噪聲更低（室外噪音６０分貝)、磨損小、壽命更長；下軸承采納柔性耐磨軸承,噪音低,壽命長；采納低進(jìn)低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),水力模型先進(jìn)，性能更牢靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。因此本設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)功率為75KW的上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的ＳＦL系列水泵3臺(tái)。3.1.4壓力變送器的選型壓力變送器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)椋眫5Ｖ或4～２0ｍＡ的模擬量信號(hào)，作為模擬輸入模塊(Ａ/D模塊）的輸入，在選擇時(shí),為了防止傳輸過程中的干擾與損耗,我們采納4~20mA輸出壓力變送器。在運(yùn)行過程中,當(dāng)壓力傳感器和壓力變送器消滅故障時(shí)，系統(tǒng)有可能開啟全部的水泵，而此時(shí)的用水量又達(dá)不到，這就使水管中的水壓上升，為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設(shè)備(熱水器、抽水馬桶等），本文中的供水系統(tǒng)使用電極點(diǎn)壓力表的壓力上限輸出，作為PＬC的一個(gè)數(shù)字量輸入,當(dāng)壓力超出上限時(shí),關(guān)閉全部水泵并進(jìn)行報(bào)警輸出[13]。依據(jù)以上的分析，本設(shè)計(jì)中選用一般壓力表Y—10０和ＸMT－１２70數(shù)顯儀實(shí)現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送.壓力表測量范圍0～１Mpa,精度1.０；數(shù)顯儀輸出一路4～20mA電流信號(hào)，送給與CPU2２6連接模擬量模塊EM２３5,作為ＰIＤ調(diào)節(jié)的反饋電信號(hào)，可設(shè)定壓力上、下限，通過兩路繼電器掌握輸出壓力超限信號(hào)。3．1．5液位變送器選型考慮到水泵電機(jī)空載時(shí)會(huì)影響電機(jī)壽命,因此需要對水池水位作必要的檢測和掌握。本設(shè)計(jì)要求貯水池水位:2ｍ～5m，所以要通過液位變送器將檢測到的水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（４～20ｍA電壓信號(hào)）,再將其輸入窗口比較器,用比較器輸出的高電平作為貯水池水位的報(bào)警信號(hào)，輸入PＬC。綜合以上因素：本設(shè)計(jì)選擇淄博丹佛斯公司生產(chǎn)的型號(hào)為DS26分體式液位變送器,其量程為：０m~２０0m，適用于水池、深井以及其他各種液位的測量;零點(diǎn)和滿量程外部可調(diào)；供電電源:２４ＶDC；輸出信號(hào)：兩線制4～20ｍADＣ精度等級(jí):0．25級(jí)。3。2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì)基于PLＣ的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖3.2所示：三臺(tái)電機(jī)分別為M1、Ｍ２、M3,它們分別帶動(dòng)水泵1＃、2#、3＃.接觸器KM1、KＭ３、ＫＭ5分別掌握Ｍ1、M２、M３的工頻運(yùn)行;接觸器KM2、KM４、ＫM6分別掌握M1、M2、Ｍ3的變頻運(yùn)行;ＦR1、ＦR２、FＲ３分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、ＱＳ2、QS3、ＱS4分別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān);FＵ為主電路的熔斷器.本系統(tǒng)采納三泵循環(huán)變頻運(yùn)行方式,即3臺(tái)水泵中只有１臺(tái)水泵在變頻器掌握下作變速運(yùn)行，其余水泵在工頻下做恒速運(yùn)行，在用水量小的情況下,如果變頻泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過３h，則要切換下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避開某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長.因此在同一時(shí)間內(nèi)只能有一臺(tái)水泵工作在變頻下，但不同時(shí)間段內(nèi)三臺(tái)水泵都可輪流做變頻泵.圖3.2變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖三相電源經(jīng)低壓熔斷器、隔離開關(guān)接至變頻器的Ｒ、S、T端，變頻器的輸出端U、V、W通過接觸器的觸點(diǎn)接至電機(jī).當(dāng)電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，連接至變頻器的隔離開關(guān)及變頻器輸出端的接觸器斷開，接通工頻運(yùn)行的接觸器和隔離開關(guān).主電路中的低壓熔斷器除接通電源外,同時(shí)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù),每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)由相應(yīng)的熱繼電器FR實(shí)現(xiàn)。變頻和工頻兩個(gè)回路不允許同時(shí)接通。而且變頻器的輸出端肯定不允許直接接電源,故必須經(jīng)過接觸器的觸點(diǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接通工頻回路時(shí)，變頻回路接觸器的觸點(diǎn)必須先行斷開。同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時(shí),也必須先將工頻接觸器斷開,才允許接通變頻器輸出端接觸器,所以KＭ1和ＫＭ2、KM3和KM４、KM５和KM6肯定不能同時(shí)動(dòng)作,相互之間必須設(shè)計(jì)牢靠的互鎖。為監(jiān)控電機(jī)負(fù)載運(yùn)行情況,主回路的電流大小可以通過電流互感器和變送器將４~２０mA電流信號(hào)送至上位機(jī)來顯示.同時(shí)可以通過通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接電壓表顯示線電壓。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個(gè)電壓表顯示不同相之間的線電壓.初始運(yùn)行時(shí)，必須觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，使之符合要求.如果轉(zhuǎn)向相反，則可以轉(zhuǎn)變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的操作不能直接斷開主電路（如直接使熔斷器或隔離開關(guān)斷開），而必須通過變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停。為提高變頻器的功率因數(shù)，必須接電抗器。當(dāng)采納手動(dòng)掌握時(shí)，必須采納自耦變壓器降壓啟動(dòng)或軟啟動(dòng)的方式以降低電流,本系統(tǒng)采納軟啟動(dòng)器。3.3系統(tǒng)掌握電路分析及其設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)恒壓供水的主體掌握設(shè)備是PLＣ,掌握電路的合理性,程序的牢靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。本系統(tǒng)采納西門子公司S7－200系列ＰLC,它體積小,執(zhí)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性能優(yōu)越。ＰＬC主要是用于實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)掌握，要完成以下功能:自動(dòng)掌握三臺(tái)水泵的投入運(yùn)行；能在三臺(tái)水泵之間實(shí)現(xiàn)變頻泵的切換；三臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能；對水泵的操作要有手動(dòng)/自動(dòng)掌握功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用；系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能并能顯示運(yùn)行狀況。如圖3．3為電控系統(tǒng)掌握電路圖。圖中ＳA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在１的位置為手動(dòng)掌握狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動(dòng)掌握狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1~SＢ6掌握三臺(tái)水泵的啟/停；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序掌握下運(yùn)行。圖中的HL１0為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位是只供應(yīng)一個(gè)干觸發(fā)點(diǎn)信號(hào)，本系統(tǒng)通過一個(gè)中間繼電器ＫＡ的觸點(diǎn)對變頻器進(jìn)行復(fù)頻掌握。圖中的Q0.0~Q0.5及Q1．１~Q1。5為ＰＬC的輸出繼電器觸點(diǎn)，他們旁邊的4、6、８等數(shù)字為接線編號(hào),可結(jié)合下節(jié)中圖3。4一起讀圖。圖３。3變頻恒壓供水系統(tǒng)掌握電路圖注:PLC各I/O端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié)I/O端口安排中將簡略介紹。本系統(tǒng)在手動(dòng)/自動(dòng)掌握下的運(yùn)行過程如下：(１)手動(dòng)掌握：手動(dòng)掌握只在檢查故障緣由時(shí)才會(huì)用到,便于電機(jī)故障的檢測與維修。單刀雙擲開關(guān)SA打至1端時(shí)開啟手動(dòng)掌握模式,此時(shí)可以通過開關(guān)分別掌握三臺(tái)水泵電機(jī)在工頻下的運(yùn)行和停止。SB1按下時(shí)由于KM2常閉觸點(diǎn)接通電路使得KM1的線圈得電,KＭ1的常開觸點(diǎn)閉合從而實(shí)現(xiàn)自鎖功能，電機(jī)M１可以穩(wěn)定的運(yùn)行在工頻下.只有當(dāng)SB2按下時(shí)才會(huì)切斷電路，KM1線圈失電，電機(jī)M1停止運(yùn)行。同理,可以通過按下SB3、SB５啟動(dòng)電機(jī)Ｍ2、M3,通過按下ＳB4、ＳB6來使電機(jī)Ｍ2、M3停機(jī).(２）自動(dòng)掌握:在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)下。單刀雙擲開關(guān)SA打至2端時(shí)開啟自動(dòng)掌握模式，自動(dòng)掌握的工作狀況由PLＣ程序掌握。Ｑ0。0輸出1#水泵工頻運(yùn)行信號(hào),Q0。1輸出1#水泵變頻運(yùn)行信號(hào),當(dāng)Q0。０輸出1時(shí)，KM１線圈得電,1#水泵工頻運(yùn)行指示燈HL1點(diǎn)亮，同時(shí)KM１的常閉觸點(diǎn)斷開,實(shí)現(xiàn)ＫM１、ＫM２的電氣互鎖。當(dāng)Ｑ0.1輸出1時(shí)，KM2線圈得電,1#水泵變頻運(yùn)行指示燈ＨＬ２點(diǎn)亮，同時(shí)KＭ2的常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)ＫM２、KM1的電氣互鎖。同理,２#、３#水泵的掌握原理也是如此。當(dāng)Ｑ1.1輸出1時(shí)，水池水位上下限報(bào)警指示燈HL7點(diǎn)亮；當(dāng)Ｑ1.2輸出1時(shí)，變頻器故障報(bào)警指示燈ＨL8點(diǎn)亮；當(dāng)Q1.３輸出１時(shí),白天供水模式指示燈ＨＬ9點(diǎn)亮;當(dāng)Ｑ１.4輸出１時(shí)，報(bào)警電鈴HA響起；當(dāng)Q1。5輸出1時(shí),中間繼電器ＫＡ的線圈得電，常開觸點(diǎn)KA閉合使得變頻器的頻率復(fù)位;處于自動(dòng)掌握狀態(tài)下,自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈HＬ1０始終點(diǎn)亮.３.4PLC的I/O端口安排及外圍接線圖基于PLＣ的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求如下:(1）由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同，本設(shè)計(jì)采納白天供水和夜間供水兩種模式,兩種模式下設(shè)定的給定水壓值不同。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運(yùn)行;夜間，小區(qū)用水量小,系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行。(２）在用水量小的情況下,如果一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3ｈ，則要切換下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能",避開某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長。倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺(tái)變頻泵長時(shí)間工作的情況下.(3）考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。（4)三臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能，對水泵的操作要有手動(dòng)/自動(dòng)掌握功能,手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用.(5)系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能。依據(jù)以上掌握要求統(tǒng)計(jì)掌握系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如表3．2所示.表3.2輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào)名稱代碼地址編號(hào)輸入信號(hào)供水模式信號(hào)(1-白天，0—夜間）SA１I０。0水池水位上下限信號(hào)SLHLI0.1變頻器報(bào)警信號(hào)SUＩ0.2試燈按鈕SＢ７Ｉ0．3壓力變送器輸出模擬量電壓值ＵpＡIW0輸出信號(hào)１#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈ＫM1、ＨL１Q0.0１＃泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2、HL2Q0.1２#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈ＫＭ3、HＬ3Q０．22＃泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4、HＬ4Q0。33#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5、ＨL５Q0.43#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈ＫM6、ＨL6Q0.５輸出信號(hào)水池水位上下限報(bào)警指示燈HL7Ｑ１。1變頻器故障報(bào)警指示燈HL８Q1。2白天模式運(yùn)行指示燈HＬ9Q1．3報(bào)警電鈴HAQ1。4變頻器頻率復(fù)位掌握ＫＡＱ1。5變頻器輸入電壓信號(hào)UfAQＷ０結(jié)合系統(tǒng)掌握電路圖３。３和PLＣ的I/O端口安排表３.２，畫出ＰＬＣ及擴(kuò)展模塊外圍接線圖,如圖３．4所示：圖3.４PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個(gè)輸入量，其中包括４個(gè)數(shù)字量和1個(gè)模擬量。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入ＰLＣ的擴(kuò)展模塊EM235的模擬量輸入端口作為模擬量輸入;開關(guān)SA1用來掌握白天/夜間兩種模式之間的切換，它作為開關(guān)量輸入I0.０；液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后送入窗口比較器，在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限，當(dāng)超出上下限時(shí)，窗口比較其輸出高電平1，送入Ｉ0.1;變頻器的故障輸出端與ＰＬＣ的I0。2相連，作為變頻器故障報(bào)警信號(hào);開關(guān)SB7與I0。３相連作為試燈信號(hào),用于手動(dòng)檢測各指示燈是否正常工作.本變頻恒壓供水系統(tǒng)有11個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)和１個(gè)模擬量輸出信號(hào).Q0。0～Ｑ0．５分別輸出三臺(tái)水泵電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行信號(hào)；Q1．1輸出水位超限報(bào)警信號(hào);Ｑ1。2輸出變頻器故障報(bào)警信號(hào)；Ｑ1.３輸出白天模式運(yùn)行信號(hào)；Q1.4輸出報(bào)警電鈴信號(hào);Ｑ1。5輸出變頻器復(fù)位掌握信號(hào);ＡQW0輸出的模擬信號(hào)用于掌握變頻器的輸出頻率.圖3.4只是簡潔的表明ＰLC及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。它忽視了以下因素:(1）直流電源的容量；（２）電源方面的抗干擾措施;（３)輸出方面的保護(hù)措施；（４）系統(tǒng)的保護(hù)措施等.山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析硬件連接確定之后，系統(tǒng)的掌握功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn),結(jié)合泵站的掌握要求，對泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下：（1）由“恒壓”要求動(dòng)身的工作泵組數(shù)量管理為了恒定水壓,在水壓降落時(shí)要上升變頻器的輸出頻率,且在一臺(tái)水泵工作不能滿意恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)其次臺(tái)水泵.推斷需啟動(dòng)新水泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值.這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。為了推斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況,在程序中應(yīng)考慮實(shí)行時(shí)間濾波。（2）多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站盼望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng),又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用,多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。在本設(shè)計(jì)中,掌握要求中規(guī)定任一臺(tái)泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過３h，因此每次需啟動(dòng)新水泵或切換變頻泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的.簡略的操作是：將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻器從變頻器上切除,并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)掌握，本設(shè)計(jì)中使用泵號(hào)加1的方法實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)掌握,用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。(3）程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)由于模擬量單元及PID調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成,這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID掌握的定時(shí)采樣及輸出掌握.主程序的功能最多,如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器規(guī)律掌握信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序。白天、夜間模式的給定壓力值不同,兩個(gè)恒壓值是采納數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的.白天模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90％，夜間模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的７0％。程序中使用的PLC元件及其功能如表4。１所示。表４.1程序中使用的PLC元件及其功能器件地址功能器件地址功能VＤ1０0過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值T３7工頻泵增泵濾波時(shí)間掌握VD1０4壓力給定值T３8工頻泵減泵濾波時(shí)間掌握VD108PIＤ計(jì)算值M0。0故障結(jié)束脈沖信號(hào)VD1１2比例系數(shù)ＫｃM0。1水泵變頻啟動(dòng)脈沖（增泵）VD1１６采樣時(shí)間TｓM0.2水泵變頻啟動(dòng)脈沖（減泵)VD１２０積分時(shí)間TiM0．３倒泵變頻啟動(dòng)脈沖ＶＤ1２４微分時(shí)間TdM0．4復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖ＶD2０4變頻運(yùn)行頻率下限值Ｍ0.5當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖VD208變頻運(yùn)行頻率上限值M０.6新泵變頻啟動(dòng)脈沖VD25０ＰID調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元M２.0泵工頻／變頻轉(zhuǎn)換規(guī)律掌握VB300變頻工作泵的泵號(hào)M2。1泵工頻／變頻轉(zhuǎn)換規(guī)律掌握VB301工頻運(yùn)行泵的總臺(tái)數(shù)M２。２泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換規(guī)律掌握ＶD３１0變頻運(yùn)行時(shí)間存儲(chǔ)器Ｍ3．0故障信號(hào)匯總T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換規(guī)律掌握M３.1水池水位越限規(guī)律T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換規(guī)律掌握T3５工頻/變頻轉(zhuǎn)換規(guī)律掌握４。2PLC程序設(shè)計(jì)PＬC掌握程序采納SIEMＥＮＳ公司供應(yīng)的STＥP7—MicｒoWＩＮ－V40編程軟件開發(fā)。該軟件的SＩMAＴIＣ指令集包含三種語言,即語句表(SＴＬ）語言、梯形圖（ＬＡＤ）語言、功能塊圖(FWD)語言[14］.語句表(STL）語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，格外適合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員,它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序,屬于面對機(jī)器硬件的語言。梯形圖（LAD)語言最接近于繼電器接觸器掌握系統(tǒng)中的電氣掌握原理圖,是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比,梯形圖可以看作是PLC的高級(jí)語言,幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件規(guī)律,因此,它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者抱負(fù)的編程工具。功能塊圖（FＷD）的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相像,功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端,輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或規(guī)律運(yùn)算,模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。PLC掌握程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過PC／PＰI電纜把程序下載到PＬC，掌握任務(wù)的完成,是通過在RUN模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。4。2.1掌握系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動(dòng)程序、水泵電機(jī)變頻／工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量(壓力、頻率）比較計(jì)算程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。系統(tǒng)初始化程序在系統(tǒng)開頭工作的時(shí)候,先要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,即在開頭啟動(dòng)的時(shí)候，先對系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對變頻器變頻運(yùn)行的上下限頻率、PＩD掌握的各參數(shù)進(jìn)行初始化處理，給予肯定的初值，在初始化子程序的最后進(jìn)行中斷連接。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實(shí)現(xiàn)的。在初始化后緊接著要設(shè)定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號(hào)和工頻泵投入臺(tái)數(shù).增、減泵推斷和相應(yīng)操作程序當(dāng)PID調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率（或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí)5min(以便消除水壓波動(dòng)的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺(tái)數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)。(3)水泵的軟啟動(dòng)程序增減泵或倒泵時(shí)復(fù)位變頻器為軟啟動(dòng)做籌備,同時(shí)變頻泵號(hào)加一，并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)和下一臺(tái)水泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)，延時(shí)后啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)只有一臺(tái)變頻泵長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，對連續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行推斷,超過3h則自動(dòng)倒泵變頻運(yùn)行.(4)各水泵變頻運(yùn)行掌握規(guī)律程序各水泵變頻運(yùn)行掌握規(guī)律大體上是相同的,現(xiàn)在只以1#水泵為例進(jìn)行說明。當(dāng)?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產(chǎn)生1＃泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)并且系統(tǒng)無故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位１＃水泵變頻運(yùn)行信號(hào)、1＃泵未工作在工頻狀態(tài)時(shí),Q0．1置1，ＫM2常開觸點(diǎn)閉合接通變頻器,使1＃水泵變頻運(yùn)行，同時(shí)KM2常閉觸點(diǎn)打開防止KM1線圈得電，從而在變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM２的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。（5)各水泵工頻運(yùn)行掌握規(guī)律程序水泵的工頻運(yùn)行不但取決于變頻泵的泵號(hào)，還取決于工頻泵的臺(tái)數(shù)。由于各水泵工頻運(yùn)行掌握規(guī)律大體上是相同的,現(xiàn)在只以１#水泵為例進(jìn)行說明.產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖后，若當(dāng)前2＃泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于0,或者當(dāng)前3＃泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于1，則Ｑ0。０置１,ＫM1線圈得電，使得KM１常開觸點(diǎn)閉合,1＃水泵工頻運(yùn)行,同時(shí)KM１常閉觸點(diǎn)打開防止KＭ2線圈得電,從而實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖,KM１的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。(6)報(bào)警及故障處理程序本系統(tǒng)中包括水池水位越限報(bào)警指示燈、變頻器故障報(bào)警指示燈白天模式運(yùn)行指示燈以及報(bào)警電鈴。當(dāng)故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí),相應(yīng)的指示燈會(huì)消滅閃爍的現(xiàn)象，同時(shí)報(bào)警電鈴響起.而試燈按鈕按下時(shí)，各指示燈會(huì)始終點(diǎn)亮。故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號(hào)和工頻泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號(hào)。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較簡潔，不便利全部畫出，在此僅畫出其掌握過程的流程圖.簡略的主程序梯形圖請參考附錄C。主程序流程圖如圖4.1所示。由于在圖４.１中并未對各臺(tái)水泵的變頻和工頻運(yùn)行掌握做簡略介紹，因此圖４。2和圖4．３對其作了完整的補(bǔ)充。其中圖４．2是以2＃泵為例的變頻運(yùn)行掌握流程圖,圖4。3是以2＃泵為例的工頻運(yùn)行掌握流程圖。１＃、3＃泵的運(yùn)行掌握情況與2#泵相像，在此就不再重復(fù)。如圖4。１所示.本設(shè)計(jì)主程序大體包括以下幾部分：（１）調(diào)用初始化子程序，設(shè)定各初始值;（2)依據(jù)增、減泵條件確定工頻泵運(yùn)行數(shù)；（3）依據(jù)增泵、倒泵情況確定變頻泵號(hào);(４)通過工頻泵數(shù)和變頻泵號(hào)對各泵運(yùn)行情況進(jìn)行掌握；（5）進(jìn)行報(bào)警和故障處理。圖４．1變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖圖4。22＃泵變頻運(yùn)行掌握流程圖圖4.３2＃泵工頻運(yùn)行掌握流程圖４.２.2掌握系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)(1）初始化子程序ＳBＲ_0首先初始化變頻運(yùn)行的上下限頻率，在其次章水泵切換分析中已說明水泵變頻運(yùn)行的上下限頻率分別為50ＨZ和20HZ。假設(shè)所選變頻器的輸出頻率范圍為0～１00HＺ，則上下限給定值分別為16000和６400。在初始化PID掌握的各參數(shù)（Ｋｃ、Ｔs、Ｔi、Ｔd），各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中簡略介紹。最后再設(shè)置定時(shí)中斷和中斷連接.簡略程序梯形圖如圖4.4所示。圖4.4初始化子程序SＢR_０梯形圖(２）PＩD掌握中斷子程序首先將由AIＷ0輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換,經(jīng)過PID運(yùn)算后,再將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成輸出值，由AQＷ０輸出模擬信號(hào).簡略程序梯形圖如圖4．5所示。圖４.５PID掌握中斷子程序ＩＮT_０梯形圖4．3PＩD掌握器參數(shù)整定４。3。１PID掌握及其掌握算法在供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選用了含PＩD調(diào)節(jié)的ＰLＣ來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)掌握保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定。在連續(xù)掌握系統(tǒng)中,常采納Proｐoｒｔioｎal(比例)、Intｅgral(積分）、Derivative(微分)掌握方式，稱之為PID掌握。PIＤ掌握是連續(xù)掌握系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的掌握方式。具有理論成熟,算法簡潔,掌握效果好，易于為人們熟識(shí)和掌握等優(yōu)點(diǎn)。PIＤ掌握器是一種線性掌握器，它是對給定值r（t)和實(shí)際輸出值y（t）之間的偏差ｅ（t）［1５]：(4。1）經(jīng)比例（P）、積分（Ｉ）和微分(D）運(yùn)算后通過線性組合構(gòu)成掌握量u(t),對被控對象進(jìn)行掌握，故稱ＰID掌握器。系統(tǒng)由模擬PIＤ掌握器和被控對象組成,其掌握系統(tǒng)原理框圖如圖４.6所示，圖中u(t）為PIＤ調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。圖４。6ＰID掌握原理框圖PID掌握規(guī)律為：(4.2）式中：Ｋｐ為比例系數(shù);Tｉ為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)。相應(yīng)的傳遞函數(shù)形式:(4．３）PＩＤ掌握器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下：(1)比例環(huán)節(jié)：成比例地反映掌握系統(tǒng)偏差信號(hào)的作用，偏差e（t)一旦產(chǎn)生，掌握器立即產(chǎn)生掌握作用，以削減偏差,但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)Ｋp的增大而削減，比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。(２）積分環(huán)節(jié):表明掌握器的輸出與偏差持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。只要偏差存在，掌握就要發(fā)生轉(zhuǎn)變,直到系統(tǒng)偏差為零.積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差,提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱,易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大,反之則越強(qiáng),易引起系統(tǒng)振蕩。（3)微分環(huán)節(jié):對偏差信號(hào)的變化趨勢做出反應(yīng),并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度,削減調(diào)節(jié)時(shí)間。微分環(huán)節(jié)主要用來掌握被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量,加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。自從計(jì)算機(jī)進(jìn)入掌握領(lǐng)域以來，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)ＰID掌握算法具有更大的靈敏性和牢靠性。數(shù)字PID掌握算法是通過對式(４。2）離散化來實(shí)現(xiàn)的。以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到PID位置掌握算法表達(dá)式：(４.４）式中：T為采樣周期;n為采樣序號(hào)；e（n）為第n時(shí)刻的偏差信號(hào)；e（ｎｌ）為第n１時(shí)刻的偏差信號(hào)。實(shí)際掌握中多采納增量式PID掌握算法,其表達(dá)式為：（4.５)式中：為調(diào)節(jié)器輸出的掌握增量；;.4.3．2變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的掌握對象是一個(gè)時(shí)變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對象，我們難以得出它的精確數(shù)學(xué)模型,只能進(jìn)行近似等效。水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始?jí)毫﹂_頭啟動(dòng)水泵運(yùn)行，至管網(wǎng)壓力達(dá)到穩(wěn)定要求時(shí)經(jīng)歷兩個(gè)過程:首先是水泵將水送到管網(wǎng)中,這個(gè)階段管網(wǎng)壓力基本保持初始?jí)毫?這是一個(gè)純滯后的過程;其次是水泵將水布滿整個(gè)管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的慣性過程;然而系統(tǒng)中其他掌握和檢測環(huán)節(jié)，例如變頻環(huán)節(jié)、繼電掌握轉(zhuǎn)換、壓力檢測等的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間與供水系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間相比可忽視不計(jì),均可等效為比例環(huán)節(jié)。因此，恒壓供水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以近似成一個(gè)帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即可以寫成［16］:(４．6）式中：K為系統(tǒng)的總增益，T為系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù),為系統(tǒng)滯后時(shí)間。4.3。3PIＤ參數(shù)整定掌握器參數(shù)整定的方法很多，歸納起來可分為兩大類：理論計(jì)算整定法與工程整定法,常用的工程整定法有：動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、阻尼振蕩法和現(xiàn)場閱歷整定法,本設(shè)計(jì)選用的是動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法，就是依據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程（包括調(diào)節(jié)閥WV（s）、被控對象WO(ｓ)和測量變送Wm(ｓ））階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算的方法［１7］。本系統(tǒng)是一個(gè)單閉環(huán)系統(tǒng),結(jié)構(gòu)框圖如圖４。7所示。圖４．７恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于本設(shè)計(jì)對壓力掌握的要求較高,故選擇PI掌握器，其傳遞函數(shù)為：（４.7)本系統(tǒng)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié),假設(shè)其過程傳遞函數(shù)為;變頻器可近似為一個(gè)比例環(huán)節(jié),即；反饋回路傳遞函數(shù)為.由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式（4．8）、（4.9）可求的ＰI掌握器各參數(shù)。當(dāng)時(shí),（4．８）(４。9)計(jì)算的：，ＰI掌握器的傳遞函數(shù)為：用ｍａt(yī)lａb軟件仿真,編程如下：s1=tf(2,[３00，1］）；s2=ｔf(［240,1],[７20，0]）;sk＝s1*s2*50；s＝feｅdbaｃｋ(ｓk,0。