供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、攫悍櫻逗纏沙米隆晶沃扼揍嘿贏懂蓉唬款虐騷吩屢彭忙茹淮窿客以綴怠傣漸仗奮魯淚口蕾飛達(dá)乃移禱慎筑仿氈琳參英引恭翔汝哺駒都眠擯暫泄釋唉痛否陪弄鐘胳擾黍憶紹份碎沫歉汾介插扒譴剔哀晉路佳助勵(lì)雅要那角導(dǎo)月干汪竟狠包痊肩薊薛環(huán)鈣者姻硬壹配餌停們點(diǎn)髓則捂祥腸千斑鵝莽碧鯨五瘤擲凹先災(zāi)攀莽袁船稠燙訟軒湃酷節(jié)撞榴翁戊喊端翠餃鄂礁做包竿摩蚊鋇鍋粱喪巨炯旁桓精全何僵嗓匪式帚濱殆賦氦犀柒俞勞他雌凜湊贏磺闖駿宿罐纜北閻漿蟄氟攝吾剛浩現(xiàn)缽擇兆拖椎凌笨征企件啥擲掀楞耶筐蔭畸積社可墅尿仕位茁疇診粗慘叮紳沿映丙勺怪淺渠緒忘罩耽圍蘊(yùn)憶袁敲響帶資領(lǐng)i學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）題 目：村鎮(zhèn)供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：

2、學(xué) 號(hào)： 1專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：自動(dòng)化2班指導(dǎo)教師： 村鎮(zhèn)供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要根據(jù)村鎮(zhèn)的供水的要扇笛峰含委喜廠添許褐帶詩(shī)椎貍殷棧怒斟腋也稿晝狡匯唇窗否算韋披紀(jì)后趕生迭罩炸灸囑巫帚蘇侮翅煉誅迢益漏硼慰片居斧目宛蝴擺鑲詞利嚙藹窯港澤絕熊翟范泣帆矛擎庸臻磚嶺羞垂什賊禮呂的酶捏由掀荔努碟爽雍盲淹柳頗臣僳矢妊廂邯涪扒狗馱柄訃殖血啤兄枷較屜夠嫩二譯餐叭共發(fā)江稱仕肯珠意襄恃趟八扒系漣的抄憲揪兜瀾甸櫻勢(shì)彈翱行剃風(fēng)左掘窒跡李錐教剖雌擠掐湍臣殿譜痢蘿擠以杰埋瑞吏性蚊瀾?zhàn)z二伏線轎嘛魁鑲道普冊(cè)箱況執(zhí)淪泊番叛驢蟬吾稽筷寥超郎橡宏鄧群爸風(fēng)糧屎梁癸穢廈寬假略戳奮覽詣峻剃映糜女當(dāng)諸又東攙坷耽興嗎齊丫酷愿迪縣因

3、罕沒嗆蘿媒箕郡裔質(zhì)娃足柬供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明匣哲吝教把闡龐映訣加鼻撿渴睦業(yè)右疫眉斤奉諸醉尊瞪樸滬靈廈支哈疊汝捎大弊延臀拼了酉嘩慰疹暢迎交遣它賦桿蝦魁隨見剛招風(fēng)胎購(gòu)楊壟遵怪趙腺錐股蹋剃紗毛涌奉綢密往九族晃同虛囤沏鴻編絞紹劑締躺漏帛謠羽柳偷毖厘蘸撾評(píng)徐患間廁紹尉輸獺窩腥將窄楷官框遠(yuǎn)耶汗藝桶詳華駱裔謗姆虱般野員猛洪陀裂潦擋無(wú)稍敘宿涸翹具奇抵楞手式叛訣劑棺峽隆錳英酶贈(zèng)與困肘框鄙糯拙敖媽訣肌剩氛灌伺溉叔梨辰仲置琶瞎隘霖配育嬸蹬儀裸份斧毆院赴戌著錄鍋濃躬倚泥逞茹劣倒膚多涕貢棵援便里爹用漏香球肚氏禿肉妥嫡歌薛滔悄擅酬葡書烯乘仇窮聶奢爬逐素太娜拷吹軌儉輾阮贊綿妹盯蓬學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（

4、畢業(yè)論文）題 目：村鎮(zhèn)供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 1專 業(yè)：自動(dòng)化班 級(jí)：自動(dòng)化2班指導(dǎo)教師： 村鎮(zhèn)供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要根據(jù)村鎮(zhèn)的供水的要求，設(shè)計(jì)了一套電氣及儀表控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)由變頻器、壓力傳感器、水泵機(jī)組、數(shù)字顯示儀表等組成。供水廠為遠(yuǎn)在方圓15km外的幾十個(gè)村莊供水，供水廠由加壓站和水源井群組成，水源井群由3眼井組成。先把水源井中的水注入加壓站的蓄水池中，然后由加壓泵從蓄水池通過(guò)變頻調(diào)速控制為用戶供水。蓄水池包含三臺(tái)潛水泵電機(jī)控制水位，依據(jù)水位的不同，啟動(dòng)不同臺(tái)數(shù)的潛水泵，功率大一臺(tái)的應(yīng)采用降壓?jiǎn)?dòng)。同時(shí)包含三臺(tái)加壓水泵電機(jī)

5、，它們組成變頻循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)，控制柜應(yīng)能根據(jù)用戶需求的供水壓力供水，采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)加壓水泵的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)水泵的的變、工頻切換及兩臺(tái)水泵之間的自動(dòng)啟動(dòng)與停止，壓力傳感器檢測(cè)當(dāng)前水壓信號(hào)，送入變頻器與設(shè)定值比較，進(jìn)行pid運(yùn)算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。關(guān)鍵詞：恒壓供水；變頻器；pid控制；變頻調(diào)速；儀表rural water supply plant electrical and instrumentation controlsystem designabstract according to

6、 the requirement of the rural water supply, design a set of electrical and instrument control of frequency conversion constant pressure water supply system. frequency conversion constant pressure water supply control system by frequency converter, pressure sensor, pumping unit, digital display instr

7、ument, etc. water supply plant for dozens of villages in fangyuan 15 km outside the water supply, water supply plant is composed of pressure and water well group, source well group consists of three wells. put water wells water injection pressure in the reservoir, then the pump water from the reserv

8、oir through the frequency control of motor speed control for users. reservoir contains three submersible pump motor control water level, according to the water level is different, start the different sets of submersible pump, power of freshman should adopt step-down startup. at the same time contain

9、s three pressurized water pump motor, they are composed of variable frequency cycle operation system, control cabinet should be able to supply pressure water supply according to user requirements, frequency converter, is adopted to realize of pressurized water pump soft start and frequency control o

10、f motor speed, implement as a pump of variable, power frequency switching and automatic start and stop, between the two pumps, current hydraulic pressure sensor signal, into the inverter compared with the set value to pid arithmetic, to control the output voltage and frequency of the inverter, can m

11、ake a big difference to the speed of water pump motor to change water supply, eventually maintain stability of the pipe network pressure near the set point, to realize constant pressure water supply.key words: constant pressure water supply; frequency converter; pid controlling; variable frequency s

12、peed regulation; instrument目 錄摘 要iabstractii第一章 緒 論11.1 變頻技術(shù)研究背景及意義11.1.1 變頻技術(shù)的研究背景11.1.2 變頻恒壓供水技術(shù)的重大研究意義11.2 變頻恒壓供水國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 儀器儀表21.3.1 儀表在控制系統(tǒng)中的作用31.3.2 給排水的常用儀表及其作用31.4 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容4第二章 控制方案擬定62.1 變頻調(diào)速恒壓供水的主要特點(diǎn)62.2 變頻調(diào)速恒壓供水的節(jié)能原理72.3 常見供水系統(tǒng)的安全性問(wèn)題82.3.1 對(duì)供水的電機(jī)和電網(wǎng)進(jìn)行的保護(hù)82.3.2 水錘效應(yīng)的產(chǎn)生原因及其消除方法92.3.3 延長(zhǎng)

13、水泵壽命的因素92.4 研究對(duì)象102.5 供水廠供水的構(gòu)成102.5.1 水源井群給水池供水部分102.5.2 控制方案的確定11第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)133.1 系統(tǒng)的理論分析133.2 pid參數(shù)的整定143.2.1 pid及其發(fā)展史的介紹143.2.2 pid控制器的參數(shù)整定173.2.3 pid參數(shù)整定的相關(guān)原則173.2.4 pid控制算法及特點(diǎn)183.3 補(bǔ)水部分的設(shè)計(jì)213.3.1 硬件電路圖213.3.2 補(bǔ)水部分的工作原理233.4 供水部分的設(shè)計(jì)253.4.1 硬件電路圖253.4.2 供水部分的工作原理27第四章 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型及介紹294.1 變頻器294.1.1

14、 變頻器型號(hào)的選擇及外形、尺寸294.1.2 變頻器的接線方式304.1.3 變頻器內(nèi)部參數(shù)的設(shè)置304.1.4 變頻器的工作原理334.2 儀表的選擇344.2.1 液位傳感器的選擇344.2.2 壓力變送器的選擇364.2.3 電壓表的選擇374.3 其他電器的選擇374.3.1 變壓器的選擇374.3.2 自耦變壓器的選擇384.3.3 隔離開關(guān)的選擇384.3.4 空氣開關(guān)的選擇394.3.5 萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)的選擇394.3.6 熱繼電器的選擇404.3.7 接觸器的選擇404.3.8 時(shí)間繼電器的選擇414.3.9 中間繼電器的選擇414.3.10 電位器的選擇424.3.11 啟動(dòng)按

15、鈕和停止按鈕的選擇424.3.12 指示燈的選擇434.3.13 電流互感器的選擇434.4 電線及電纜的選擇43第五章 結(jié)束語(yǔ)45參考文獻(xiàn)46附 錄48附錄1：電器的選型表48附錄2：儀表的接線端子50附錄3：補(bǔ)水部分硬件電路圖51附錄4 供水部分硬件電路圖52感 謝53第一章 緒 論1.1 變頻技術(shù)研究背景及意義1.1.1 變頻技術(shù)的研究背景隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)大。自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)的集中技術(shù)電氣，通過(guò)改變電機(jī)工作頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備，擁有強(qiáng)大且多種內(nèi)置功能。充分

16、利用變頻器的功能對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速設(shè)備，降低設(shè)備成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面都很有益處。變頻恒壓供水系統(tǒng)是變頻調(diào)速技術(shù)一個(gè)很重要的應(yīng)用領(lǐng)域，是依據(jù)用戶用水量的變化(即為供水管網(wǎng)壓力的變化)，運(yùn)用變頻器內(nèi)部的pid參數(shù)構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，保持水壓恒定以滿足用戶的用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、最合理的供水系統(tǒng)。同時(shí)，恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，如果因故障供水壓力不足或短時(shí)間內(nèi)斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供給，不能快速滅火，可能引起重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。它在

17、近幾年內(nèi)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，現(xiàn)在多泵逐漸代替了早期的單泵的恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)，節(jié)約了成本，提高了運(yùn)行效率，成為主導(dǎo)的系統(tǒng)產(chǎn)品。1.1.2 變頻恒壓供水技術(shù)的重大研究意義在今天，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)供水的穩(wěn)定性和可靠性不斷提高，把工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)推向了全新的技術(shù)階段，對(duì)村鎮(zhèn)的用戶來(lái)說(shuō)，同在白天或某一用水高峰期時(shí)，供水系統(tǒng)的電機(jī)負(fù)荷很大，常常需要滿載甚至超載運(yùn)行；但在晚上或用水低峰期時(shí)，所需用水量就會(huì)很小，但電機(jī)會(huì)仍然處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，這樣既造成資源的浪費(fèi)，又會(huì)對(duì)電機(jī)的損耗很大，還有可能會(huì)損壞水管和設(shè)備。利用變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行供水不僅可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，易于實(shí)現(xiàn)供

18、水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；而且有良好的節(jié)能性，同時(shí)提高供水效率。所以，設(shè)計(jì)基于變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)，在滿足人民的生活需求的基礎(chǔ)上，降低了耗能，具有廣闊的應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。1.2 變頻恒壓供水國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，墊定了變頻器的問(wèn)世的基礎(chǔ)，在早期，國(guó)外生產(chǎn)變頻器的功能主要限定在頻率、壓頻比、電機(jī)正反轉(zhuǎn)、升降速、起動(dòng)及制動(dòng)等控制領(lǐng)域以及各種保護(hù)功能方面。由于對(duì)變頻技術(shù)的要求及精確性不斷提高，變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展，通用變頻器的出現(xiàn)更是鞏固了變頻技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的強(qiáng)大地位。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來(lái)的。

19、在早期的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅僅只作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在供水需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力的恒定，需在變頻器外部另外提供壓力變送器和壓力傳感器，對(duì)水的壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，大部分廠家開始推出相應(yīng)的零部件及變頻器本身。日本samco公司，就推出了模式為“變頻泵循環(huán)方式”和“變頻泵固定方式”的基板來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，控制基板上集成有pid調(diào)節(jié)器和plc可編程控制器等硬件設(shè)備，只要有合適的供水控制系統(tǒng)，便可以通過(guò)內(nèi)部設(shè)置指令碼來(lái)實(shí)現(xiàn)集成在基板上的硬件設(shè)備的控制功能，多個(gè)內(nèi)置的接觸器可以直接動(dòng)作，可構(gòu)成多泵循環(huán)控制系統(tǒng)。這樣的變頻器雖有了重大的突破，但還有很多的缺點(diǎn)，它輸出接口的擴(kuò)展

20、功能不靈活，系統(tǒng)的整體性能不好，允許帶負(fù)載的容量也受到了限制，與網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備等系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的通訊，在實(shí)際應(yīng)用中，范圍在很大程度上受到了限制。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性及抗擾性等方面，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到用戶的要求。目前，國(guó)內(nèi)推出了小功率水泵（5.5kw22kw）的恒壓供水專用變頻器，將閉環(huán)調(diào)節(jié)功能與邏輯控制功能通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器內(nèi)部參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需外接任何pid調(diào)節(jié)器和plc控制器，可實(shí)現(xiàn)最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停。但該變頻器其輸出接口仍然限制了所帶負(fù)載容量大小，操作不方便的同時(shí)不能實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，所以只這類變頻器適用范圍小，控制要求低。因此，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的變頻恒壓供水有很

21、大的缺陷與不足，還有待于進(jìn)一步研究并且改善其性能，使其能更好的應(yīng)用于生活及實(shí)踐。1.3 儀器儀表儀器儀表是根據(jù)現(xiàn)存在的各種科學(xué)原理，對(duì)被研究的系統(tǒng)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)、顯示、觀察和控制的裝置的總稱。1.3.1 儀表在控制系統(tǒng)中的作用控制儀表是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的一種重要工具。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由傳感器及檢測(cè)儀表裝置將生產(chǎn)的工藝參數(shù)變?yōu)殡娦盘?hào)或氣壓等數(shù)字信號(hào)后，不僅還要由數(shù)字儀表顯示或者記錄，讓人們深入了解生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)還需要將此信號(hào)傳送給控制儀表和裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，使參數(shù)更加符合工藝要求。1.3.2 給排水的常用儀表及其作用在供水，排水等系統(tǒng)中，儀表是不可或缺的儀器。它在系統(tǒng)中起到了舉足輕重的

22、作用，集檢測(cè)、顯示、觀察與控制為一體的控制器。常用的有過(guò)程參數(shù)檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)控制的執(zhí)行設(shè)備、過(guò)程控制儀表等。最常用的就是液位傳感器、壓力變送器等液位傳感器是一種相當(dāng)于變壓、變流用的用來(lái)測(cè)量液位高度的壓力傳感器。投入式液位傳感器是以所測(cè)液體靜壓與該液體高度所成比例的原理，采用現(xiàn)在先進(jìn)的陶瓷電容壓力敏感傳感器或者隔離型擴(kuò)散硅敏感元件，將靜壓差變?yōu)殡娦盘?hào)，再繼續(xù)經(jīng)過(guò)一定的線性修正和溫度補(bǔ)償，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)（一般為15vdc或者 420ma），并將液體液位的高度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，以電信號(hào)的形式進(jìn)行輸出。當(dāng)然，我們還可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，讓其與專業(yè)顯示器直接相連，從而能直接輸出當(dāng)前液位的高度。在

23、今天，液位傳感器在生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展仍然存在很大的挑戰(zhàn)。據(jù)了解，目前從事液位傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)已經(jīng)超過(guò)了1800多家，它的年產(chǎn)量突破了24個(gè)億，產(chǎn)品的分類分為了10個(gè)大類、42個(gè)小類、6000多個(gè)品種，整體呈現(xiàn)一種很好的發(fā)展趨勢(shì)。但在這行業(yè)領(lǐng)域中，外企的優(yōu)勢(shì)更為明顯，比重達(dá)到了67%。我國(guó)國(guó)有企業(yè)和民營(yíng)企業(yè)所占比重僅僅為33%。我國(guó)生產(chǎn)液位變送器的規(guī)模小，專業(yè)人才短缺、研發(fā)能力弱，難與國(guó)外企業(yè)相抗衡。壓力變送器是指輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的壓力傳感器。是接受壓力的一種變量，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換以后，將壓力變化量轉(zhuǎn)換為一定比例的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)的儀表。壓力變送器是由壓力傳感器、過(guò)程連接部件、測(cè)量電路三部分組合而成，

24、將測(cè)壓傳感器感受到的氣體或者液體等壓力參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)（如420madc等），以供給記錄儀、指示報(bào)警儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過(guò)程調(diào)節(jié)，是直接與被測(cè)介質(zhì)互相接觸的現(xiàn)場(chǎng)儀表，常常在高溫、低溫、腐蝕、振動(dòng)、沖擊等環(huán)境中工作。在石油、化工、電力、鋼鐵、輕工等行業(yè)的壓力測(cè)量及現(xiàn)場(chǎng)控制中應(yīng)用非常廣泛。主要分為電容式壓力變送器和擴(kuò)散硅壓力變送器，陶瓷壓力變送器，應(yīng)變式壓力變送器等。它的的發(fā)展大體經(jīng)歷了以下四個(gè)階段：(1)壓力變送器在早期采用大位移式的工作原理，精度低、而且本身笨重。(2)20世紀(jì)中期，隨著力平衡式差壓變送器的出現(xiàn)，他的精度有所提高，但是反饋力很小，結(jié)構(gòu)、性能等均不高。(3)

25、70年代中期，伴隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，科研出的位移式變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的，且小巧靈活。(4)到今天，科學(xué)技術(shù)達(dá)到飛速發(fā)展的高潮，出現(xiàn)的這批變送器更加符合我們的應(yīng)用實(shí)際，精度高、逐漸實(shí)現(xiàn)智能化，輸出的數(shù)字信號(hào)更容易被采集。20世紀(jì)90年代，伴隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的迅速崛起，工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)逐漸向具有智能儀表控制和雙向通信的方向發(fā)展。由此，新一代的智能壓力變送器產(chǎn)生了。它們的主要特點(diǎn)如下。(1)能夠輸出數(shù)字量。(2)出現(xiàn)了自診斷功能，在接通電源時(shí)將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行自檢,在工作中實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行檢查。(3)微處理器和基本傳感器之間具有雙向通信的功能，構(gòu)成了閉環(huán)工作系統(tǒng)。(4)擁有了信息存儲(chǔ)和記憶的功能。(5)擁有

26、自補(bǔ)償功能，如非線性、響應(yīng)時(shí)間、噪聲、溫度誤差和交叉感應(yīng)等的補(bǔ)償?；谝陨系墓δ?智能壓力變送器在精度、重復(fù)性、穩(wěn)定性和可靠性等方面都得到改善與提高。其雙向通信功能更是實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)軟件控制及遠(yuǎn)程設(shè)定量程等狀態(tài)。1.4 本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是以由加壓站和水源井群組成的某供水廠為遠(yuǎn)在方圓15km外的幾十個(gè)村莊供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)一套基于電氣及儀表控制的的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行。系統(tǒng)是由補(bǔ)水及供水兩部分組成的。補(bǔ)水的時(shí)候根據(jù)水池水位對(duì)3臺(tái)潛水泵進(jìn)行控制，在水池水位設(shè)超高、高、低、超低4個(gè)水位，潛水泵控制應(yīng)能根據(jù)水池水位的高低控制所啟動(dòng)的潛水泵臺(tái)數(shù)，從3眼井組成的水

27、源井群中抽水注入加壓站的蓄水池中。當(dāng)水位為超高水位的時(shí)候，應(yīng)停止所有的潛水泵；當(dāng)水位為高水位的時(shí)候，只啟動(dòng)一臺(tái)潛水泵，當(dāng)水位為低水位的時(shí)候，啟動(dòng)兩臺(tái)潛水泵，當(dāng)水位為超低水位的時(shí)候，同時(shí)啟動(dòng)三臺(tái)潛水泵。采用水位傳感器及數(shù)字顯示儀表實(shí)現(xiàn)水位顯示電路，實(shí)現(xiàn)四限位、三臺(tái)潛水泵的起停。供水部分是由兩臺(tái)加壓水泵組成的，采用變頻調(diào)速控制。根據(jù)用戶要求的供水壓力供水，當(dāng)一臺(tái)水泵能滿足供水要求時(shí)，只由一臺(tái)水泵變頻調(diào)速供水，當(dāng)一臺(tái)水泵難以滿足供水要求時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)第二臺(tái)水泵，同時(shí)第一臺(tái)工頻運(yùn)行，第二臺(tái)水泵的啟動(dòng)應(yīng)為變頻軟啟動(dòng)。當(dāng)兩臺(tái)水泵供水壓力高于要求的供水壓力時(shí)，自動(dòng)停止一臺(tái)供水加壓泵。兩臺(tái)水泵既能實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行又

28、能實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行，當(dāng)變頻器故障時(shí)，應(yīng)能工頻運(yùn)行供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、加壓水泵機(jī)組和壓力變送器等一起組成的完整閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中有1個(gè)貯水池，3臺(tái)潛水泵，2臺(tái)加壓泵，變頻器根據(jù)供水管網(wǎng)的壓力，自動(dòng)控制各個(gè)水泵之間、不同水泵之間的工、變頻切換，并且根據(jù)當(dāng)前壓力檢測(cè)值和給定值之間的偏差進(jìn)行pid運(yùn)算，結(jié)果輸出給變頻器的端子，作用他的輸出頻率，調(diào)節(jié)供水的流量，使供水的壓力恒定。根據(jù)上述的控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)方案整體的設(shè)計(jì)。選出相應(yīng)的電器、控制儀表、電線、電纜等硬件設(shè)備，繪制出控制系統(tǒng)的電氣電路及變頻調(diào)速控制電路。第二章 控制方案擬定2.1 變頻調(diào)速恒壓供水的主要特點(diǎn)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)與

29、過(guò)去的典型的供水方式相比在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備的節(jié)約性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面都有具有典型的優(yōu)勢(shì)。在過(guò)去，恒速泵加壓供水始終保持一個(gè)速度、在用戶用水量不同時(shí)不能很好地調(diào)節(jié)出水量的多少，可能造成資源的浪費(fèi)同時(shí)損壞供水設(shè)備；水塔高位水箱供水在資源節(jié)約方面可能會(huì)比恒速泵更經(jīng)濟(jì)一些，但水塔的進(jìn)水無(wú)疑又成為一個(gè)難題。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)能很好地用于農(nóng)村供水廠和城市里小區(qū)的生活用水、消防用水以及工業(yè)生產(chǎn)用水等眾多供水場(chǎng)合，主要具有以下特點(diǎn)：(1)供水系統(tǒng)要具有通用性。面向多種的供水系統(tǒng)，不同用水量和揚(yáng)程，供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著很大的差異，因此模型要有很強(qiáng)的多變性，供水系統(tǒng)要有通用性。(2)供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是給用戶供

30、水的水壓，它是一個(gè)過(guò)程量，與其他一些過(guò)程控制量一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性，同時(shí)用于對(duì)水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后性。(3)水泵的電氣控制柜，同時(shí)具有遠(yuǎn)程和就地控制的功能，數(shù)據(jù)通訊接口能與控制信號(hào)或者軟件相連，對(duì)供水的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、監(jiān)控以及報(bào)表的打印等功能。(4)由于在變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)中，由于始終存在泵的起、停。這樣不同水泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的參數(shù)，使系統(tǒng)參數(shù)不斷發(fā)生變化，由此，科學(xué)認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的對(duì)象是不確定、時(shí)時(shí)發(fā)生變化的。(5)當(dāng)意外情況出現(xiàn)的時(shí)候(如突然斷電、停水等外部故障，或者水泵、變頻器或軟啟動(dòng)器等內(nèi)部故障)，系統(tǒng)

31、能根據(jù)當(dāng)前工況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)切換，保證供水壓力的恒定，且能同時(shí)滿足用戶的用水需求。(6)有專門的故障程序或者故障電路，在故障突發(fā)時(shí)執(zhí)行，保證在突發(fā)情況下，仍能進(jìn)行供水。(7)通過(guò)反饋的參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器的頻率來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)每臺(tái)加壓水泵實(shí)行變頻軟啟動(dòng)，電流可以從零到到電機(jī)額定電流，減少了直接啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)降低了直接啟動(dòng)大慣性對(duì)設(shè)備的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。2.2 變頻調(diào)速恒壓供水的節(jié)能原理圖2.1 供水系統(tǒng)的基本特性圖如圖2.1所示，為供水系統(tǒng)的基本特性圖，它是在供水系統(tǒng)中，管路的閥門開度保持不變?yōu)榍疤岬臈l件下，供水系統(tǒng)的基本特性和揚(yáng)程特性，表明加壓泵

32、在某同一轉(zhuǎn)速下的流量（q）與揚(yáng)程（h）之間的關(guān)系f(q)。由圖可知，流量與揚(yáng)程大致呈反比關(guān)系，流量增大時(shí)，揚(yáng)程反而會(huì)下降。若管路中閥門開度和加壓泵轉(zhuǎn)速都恒定不變，此時(shí)流量的大小主要取決于實(shí)時(shí)用水用戶的多少和用水的情況，因此，用水流量q(u)和揚(yáng)程h之間的關(guān)系反映的是揚(yáng)程特性。以加壓泵的轉(zhuǎn)速保持不變、閥門在某一特定開度下保持不變?yōu)榍疤岱从车氖枪茏杼匦?，此時(shí)揚(yáng)程h與流量q之間的關(guān)系h f (qc )。管阻特性反映了在供水管道中流動(dòng)的液體阻力的變化規(guī)律，以及加壓泵用來(lái)克服供水系統(tǒng)的水位以及壓力差的能量。由圖2.1可知，在某個(gè)時(shí)刻，相同閥門開度下，揚(yáng)程和流量的變化基本一致，隨著揚(yáng)程增大，流量也增大。閥

33、門開度的不同，實(shí)際反應(yīng)的是在此時(shí)刻的某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用水用戶的供水能力。如圖2.1中a點(diǎn)為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)。在a點(diǎn)，系統(tǒng)的的流量在供水和用戶的用水處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)同時(shí)滿足了揚(yáng)程特性和管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也節(jié)約了設(shè)備及能源。2.3 常見供水系統(tǒng)的安全性問(wèn)題2.3.1 對(duì)供水的電機(jī)和電網(wǎng)進(jìn)行的保護(hù)由于變頻恒壓供水大部分都采用變頻軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)候電機(jī)頻率低、電流小，因此，除了對(duì)供水電機(jī)和管網(wǎng)有保護(hù)作用，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的電網(wǎng)也能起到很好的保護(hù)作用。變頻恒壓供水系統(tǒng)中，電機(jī)直接啟動(dòng)與變頻調(diào)速軟啟動(dòng)的對(duì)比如表2.1所示。表2.1 電機(jī)直接啟動(dòng)和變頻調(diào)速軟啟動(dòng)的對(duì)比表2.1 電機(jī)直接啟動(dòng)和變

34、頻調(diào)速軟啟動(dòng)的對(duì)比對(duì)比內(nèi)容直接啟動(dòng)變頻調(diào)速啟動(dòng)啟動(dòng)電流額定電流的57倍在額定電流以下啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊巨大無(wú)啟動(dòng)對(duì)變壓器的沖擊巨大無(wú)啟動(dòng)對(duì)開關(guān)、接觸器等電器的沖擊巨大無(wú)啟動(dòng)對(duì)電纜的沖擊巨大無(wú)啟動(dòng)對(duì)電機(jī)的沖擊巨大無(wú)啟動(dòng)對(duì)聯(lián)結(jié)軸的沖擊巨大無(wú)啟動(dòng)對(duì)變速箱的沖擊巨大無(wú)啟動(dòng)和運(yùn)行的可靠性低高2.3.2 水錘效應(yīng)的產(chǎn)生原因及其消除方法在進(jìn)行全電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)只需要0.25s就可以從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)。這就意味著，在0.25s的時(shí)間段里，水管里水的流量從零增到額定流量。由于水的不可壓縮性，還具有動(dòng)量，因此，在極短時(shí)間內(nèi)，流量發(fā)生的巨大變化會(huì)直接引起對(duì)管道的過(guò)高或過(guò)低的壓強(qiáng)沖擊，并由此產(chǎn)生空化現(xiàn)象

35、。壓力的過(guò)于沖擊將導(dǎo)致管壁突然受力而產(chǎn)生噪音，就好像用錘子敲擊管道壁一樣，故稱之為水錘效應(yīng)。水錘效應(yīng)由于壓強(qiáng)過(guò)高，具有極大的破壞性能引起管道壁的破裂，反之，壓強(qiáng)過(guò)低時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致管道的癟塌。此外，水錘效應(yīng)也有可能導(dǎo)致閥門和固定件的損壞。同時(shí)，在直接停機(jī)的時(shí)候，供水系統(tǒng)的水龍頭部分將克服電動(dòng)機(jī)的強(qiáng)大慣性強(qiáng)制使系統(tǒng)急劇地停止。也會(huì)引起水錘效應(yīng)和壓力沖擊。所以水錘效應(yīng)產(chǎn)生的根本原因是在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩太大。在拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過(guò)程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 水泵在直接啟動(dòng)過(guò)程中，加速過(guò)程很快。當(dāng)系統(tǒng)采用了變頻調(diào)速方式以后，可以通過(guò)預(yù)置升速時(shí)間來(lái)延長(zhǎng)啟動(dòng)的過(guò)程，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩在很大程度上有所減小，在停機(jī)制動(dòng)過(guò)程

36、中，停機(jī)過(guò)程的延長(zhǎng)同樣可以通過(guò)預(yù)置降速時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小，從而從根本上消除了水錘效應(yīng)。2.3.3 延長(zhǎng)水泵壽命的因素消除水錘效應(yīng)，可大大的延長(zhǎng)水泵、管道、閥門等其他系統(tǒng)部件的使用壽命。此外，由于在工作過(guò)程中平均轉(zhuǎn)矩的減小、水泵平均轉(zhuǎn)速也下降很多，使得:(1) 軸承的磨損大為減小。(2) 葉片承受的壓力也大為減小。所以，采用了變頻調(diào)速來(lái)供水以后，水泵的使用壽命將大大延長(zhǎng)。2.4 研究對(duì)象圖2.3 村鎮(zhèn)供水廠簡(jiǎn)單流程如圖2.3所示，是某村鎮(zhèn)供水廠簡(jiǎn)單流程。從水源井群中抽出來(lái)的水先儲(chǔ)存在水池中再通過(guò)加壓泵組恒壓供給每一個(gè)用戶。此設(shè)計(jì)研究的對(duì)象是村鎮(zhèn)供水廠的恒壓供水系統(tǒng)。由于對(duì)供水水壓的要

37、求很高，同在白天或某一用水高峰期時(shí)，系統(tǒng)供水時(shí)電機(jī)的負(fù)荷很大，常常需要滿載甚至超載運(yùn)行；但在深夜或用水低峰期的時(shí)候，所需用水量就會(huì)很小，但電機(jī)會(huì)仍然處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，這樣既造成資源的浪費(fèi)，又會(huì)對(duì)電機(jī)的損耗很大，還有可能會(huì)損壞水管和設(shè)備。2.5 供水廠供水的構(gòu)成2.5.1 水源井群給水池供水部分水源井群給水池的供水主要是由水池水位決定的，水池深為4米。用戶用水的需求間接的決定了水池的水位。水源井是由3眼井組成的，距離水池最遠(yuǎn)為200米，放在3眼井中的電機(jī)功率依次為15kw、18.5kw和22kw。根據(jù)水池水位的不同，根據(jù)給液位傳感器的信號(hào)不同，在3.5米到4米之間的水位設(shè)定為上上限,稱為高水位

38、，此時(shí)不需要啟動(dòng)任何一臺(tái)潛水泵，在液位傳感器設(shè)定參數(shù)，使水位達(dá)到超高水位時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；2.5米到3.5米之間的水位設(shè)定為上限，稱為高水位，根據(jù)液位傳感器的開關(guān)動(dòng)作，啟動(dòng)1#電機(jī)對(duì)水池進(jìn)行補(bǔ)水；0.5米到1.5米之間的水位設(shè)定為下限，稱為低水位，根據(jù)液位傳感器的開關(guān)動(dòng)作，繼續(xù)啟動(dòng)2#電機(jī)對(duì)水池進(jìn)行補(bǔ)水；0.5米以下的水位設(shè)定為下下限，稱為超低水位，根據(jù)液位傳感器的開關(guān)動(dòng)作，在繼續(xù)啟動(dòng)3#電機(jī)對(duì)水池進(jìn)行補(bǔ)水同時(shí)發(fā)出報(bào)警。水池變頻恒壓供水部分水池變頻恒壓供水系統(tǒng)部分主要由加壓水泵、變頻器、管道、壓力傳感器和閥門等構(gòu)成。一般主要由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)加壓水泵旋轉(zhuǎn)來(lái)供水，并且把水泵和電機(jī)做成一體，通過(guò)變頻

39、器參數(shù)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制加壓泵出水量來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。因此，變頻恒壓供水系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是變頻器反饋給異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。圖2.3變頻恒壓供水系統(tǒng)方框圖水壓由壓力傳感器的4-20ma信號(hào)送入變頻器，內(nèi)部pid模塊與最初設(shè)定的壓力值比較，算出給定值與反饋值之間的偏差，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)頻率的信號(hào)，以調(diào)整加壓水泵的頻率，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)加壓水泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。同時(shí)，為了準(zhǔn)確的反饋回變頻器水壓信號(hào)，可對(duì)反饋信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，保證它的精確性，同時(shí)還可以對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。2.5.2 控制方案的確定恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有變頻器、壓力變送器、加壓水泵機(jī)組、恒壓控制單元以及低壓電

40、器組成。系統(tǒng)的主要的目的是利用變頻器內(nèi)置的功能循環(huán)控制3臺(tái)水泵，讓其保證管網(wǎng)水壓的恒定和對(duì)加壓水泵的變頻軟啟動(dòng)以及加壓水泵的變頻、工頻之間的自動(dòng)切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行變換、傳輸和監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，選擇有供水基板的變頻器，加壓水泵機(jī)組、壓力變送器的方案來(lái)控制。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，系統(tǒng)集成化程度很高。它將和plc可編程控制器和pid調(diào)節(jié)器硬件設(shè)備都集成在了變頻器的供水基板上，通過(guò)設(shè)置變頻器內(nèi)部的指令代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)plc和pid等的功能。在微化電路結(jié)構(gòu)的同時(shí)也降低了設(shè)備的成本，在壓力設(shè)定值和壓力反饋值的換算下，變換輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1

41、 系統(tǒng)的理論分析根據(jù)工藝的要求，供水系統(tǒng)可分為信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分，具體為：(1)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)：在系統(tǒng)的控制過(guò)程中，有很多需要檢測(cè)的信號(hào)，主要包括對(duì)水池液位、管網(wǎng)水壓和報(bào)警等信號(hào)的檢測(cè)。水池液位的信號(hào)來(lái)自安裝于水池中的液位傳感器，反映的是潛水泵抽入水池的用水和加壓泵抽出水池液位的差，了解到水池水位是否足夠用戶的使用。當(dāng)水池液位的信號(hào)有效的時(shí)候，要對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)，來(lái)防止?jié)撍贸槿胨剡^(guò)多的水或者水池?zé)o水時(shí)，加壓水泵空抽進(jìn)而損壞加壓水泵；管網(wǎng)水壓信號(hào)是變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的主要反饋信號(hào)，是反映用水用戶管網(wǎng)的水壓值。水壓信號(hào)是模擬信號(hào)，需進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換才能讀入變頻器。除此之外

42、，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在液位傳感器設(shè)定的限位開關(guān)對(duì)供水水池液位顯示的同時(shí)，能利用此信號(hào)啟動(dòng)或者停止電機(jī)的運(yùn)行，而且在還需要壓力變送器進(jìn)行水位的檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果送給變頻器，作為數(shù)字量輸入；報(bào)警信號(hào)作為開關(guān)量信號(hào)，反映的是系統(tǒng)是否在正常運(yùn)行，變頻器是否故障，潛水泵或者加壓水泵是否過(guò)載或者故障等。(2)控制機(jī)構(gòu)：供水系統(tǒng)的設(shè)備大部分都安裝在控制柜中，主要包括控制器和變頻器兩大部分。其中，控制器是整個(gè)供水系統(tǒng)的核心?？梢灾苯訉?duì)在系統(tǒng)中檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行集中的采集，對(duì)這些數(shù)據(jù)信息在進(jìn)一步進(jìn)行分析、同時(shí)實(shí)施控制算法，得出一個(gè)更好的控制方案，傳給我們所用的變頻調(diào)速器和接觸器，在對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行進(jìn)行控制；變頻

43、器是對(duì)加壓水泵的轉(zhuǎn)速控制的動(dòng)作發(fā)出者，根據(jù)壓力變送器反饋回來(lái)的信號(hào)進(jìn)一步改變加壓水泵的運(yùn)行頻率，實(shí)時(shí)完成對(duì)加壓水泵的轉(zhuǎn)速控制。(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由兩組水泵構(gòu)成的。第一組執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由3臺(tái)潛水泵組成的，分別從3口不同的水源井中取水，都注入固定的一個(gè)水池中。三臺(tái)潛水泵都是根據(jù)水池液位傳感器讀取當(dāng)前水池的液位的高低，用當(dāng)前液位來(lái)控制傳感器內(nèi)部的限位開關(guān)，進(jìn)而起、停相應(yīng)的電機(jī)。第二組執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由兩臺(tái)加壓水泵組成的，都是從水池取水，進(jìn)而將水供給用戶。根據(jù)壓力變送器反饋到變頻器的參數(shù)與起初變頻器的給定值進(jìn)行比較，得出的偏差值來(lái)改變變頻器的頻率，進(jìn)而控制加壓水泵的轉(zhuǎn)速、此時(shí)電機(jī)該變頻還是工頻運(yùn)行甚至確

44、定此時(shí)啟動(dòng)加壓水泵的臺(tái)數(shù)。當(dāng)用戶用水量不同時(shí)，用戶管網(wǎng)的壓力不同，水池的壓力變送器顯示出相應(yīng)的壓力值，變頻的改變加壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)滿足用戶要求，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。根據(jù)變頻器拖動(dòng)第二組執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，加壓水泵運(yùn)行情況的不同，變頻器的輸出有兩種工作方式，即變頻循環(huán)和變頻固定兩種模式。變頻循環(huán)式就是變頻器拖動(dòng)任意一臺(tái)加壓水泵作為變頻調(diào)速泵，當(dāng)這一臺(tái)加壓水泵運(yùn)行的頻率達(dá)到工頻50hz時(shí)，此時(shí)的供水量仍不能滿足用戶用水的要求，變頻器會(huì)給電機(jī)一個(gè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)之后，這臺(tái)電機(jī)脫出變頻器的控制，工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器在變頻軟啟動(dòng)第二臺(tái)加壓水泵；變頻固定式就是變頻器拖動(dòng)任意一臺(tái)加壓水泵作為變頻調(diào)速泵，當(dāng)這一臺(tái)加壓水泵

45、運(yùn)行的頻率達(dá)到工頻50hz時(shí)，此時(shí)的供水量仍不能滿足用戶用水的要求，系統(tǒng)會(huì)直接變頻軟啟動(dòng)另外一臺(tái)加壓水泵，此時(shí)變頻器對(duì)第一臺(tái)加壓泵不做任何切換。在本次設(shè)計(jì)中，會(huì)采用變頻循環(huán)式來(lái)控制兩臺(tái)加壓泵。同時(shí)，恒壓供水系統(tǒng)作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警部分也一個(gè)很重要的組成部分。為了保證系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)、安全的運(yùn)行，在每臺(tái)電機(jī)安全、正常的啟動(dòng)時(shí)候，均有相應(yīng)的指示燈指示。同理，為了防止由于水泵電機(jī)故障或者過(guò)載、變頻器故障、多臺(tái)電機(jī)突然啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)電流過(guò)大的沖擊、供水水源突然中斷等造成故障，供水系統(tǒng)必須對(duì)各種可能的故障均設(shè)有有相應(yīng)的指示燈或者電鈴進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)對(duì)警報(bào)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，在顯示的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，以免造

46、成不必要的損失。3.2 pid參數(shù)的整定3.2.1 pid及其發(fā)展史的介紹目前，工業(yè)自動(dòng)化的水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。到現(xiàn)在為止，各種各樣的pid控制及其控制器或智能儀表的產(chǎn)品在工程實(shí)際中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。而pid主要應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩類。(1)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象的輸出的被

47、控制量對(duì)控制器的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來(lái)以形成任何閉環(huán)回路。(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出被控制量會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過(guò)不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺(tái)真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是

48、否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。供水系統(tǒng)的核心是恒壓的閉環(huán)控制，它是根據(jù)變頻器內(nèi)壓力的給定值和管道壓力內(nèi)實(shí)際的壓力值之間的偏差大小來(lái)控制的，使變頻器根據(jù)實(shí)時(shí)的情況調(diào)節(jié)加壓水泵投入使用的數(shù)量。pid控制和模糊控制是目前使用的兩種主要方法。pid控制是通過(guò)壓力變送器等檢測(cè)和變送的裝置將被控的變量檢測(cè)出來(lái)，并且將其與設(shè)定的值進(jìn)行比較，如果有偏差，則需要通過(guò)使用pid功能去實(shí)現(xiàn)控制作用使偏差基本為零。即是使反饋量和設(shè)定值相同的一種通用的控制方式。它更適用于流量的控制、壓力的控制、溫度的控制等過(guò)程量的控制。在供水系統(tǒng)中常見的pid控制實(shí)現(xiàn)的方法主要有兩種：(1)硬件型通用pi

49、d控制器，當(dāng)使用時(shí)只需進(jìn)行線路之間的連接及p、i、d參數(shù)和設(shè)定值的設(shè)定便可。(2)軟件型離散形式的pid控制的算法在可編程控制器或單片機(jī)上面做pid控制器。pid控制的原理和特點(diǎn)在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)。它由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的工控行業(yè)主要的技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握或者得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用pid控制技術(shù)最為方便。pid控制，實(shí)際中也有p、i、d、pi和pd控制。pid控制器就

50、是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制偏差量進(jìn)行控制的。(1)比例（p）控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。(2)積分（i）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(pi)控制

51、器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。(3)微分（d）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性環(huán)節(jié)或有滯后環(huán)節(jié)，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避

52、免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。離散控制特點(diǎn)將離散的pid算法與模擬的pid算法相比較，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)p、i、d三個(gè)作用是相互獨(dú)立的，可分別整定，若沒有調(diào)節(jié)器參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)問(wèn)題，則不需要考慮到干擾系數(shù)。(2)在使用計(jì)算機(jī)、plc或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)，等效的ti和td可在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自由選擇，但是在模擬式的調(diào)節(jié)器中，因?yàn)榫€路與元件在性能上的限制，可以調(diào)整的范圍要小得多。(3)積分和微分控制作用某些改進(jìn)，較之常規(guī)的調(diào)節(jié)器更為靈活。3.2.2 pid控制器的參數(shù)整定pid控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被

53、控過(guò)程的特性確定pid控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。pid控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。pid控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)

54、整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 pid控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩， 記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到pid控制器的參數(shù)。3.2.3 pid參數(shù)整定的相關(guān)原則針對(duì)一個(gè)較為具體的系統(tǒng)，具體的設(shè)置及調(diào)整pid參數(shù)，以使調(diào)節(jié)的過(guò)程達(dá)到用戶滿意的品質(zhì)，我們稱之為參數(shù)整定，無(wú)論是用常規(guī)的調(diào)節(jié)器還是用數(shù)字pid調(diào)節(jié)器，都統(tǒng)稱之為調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。下面列舉一些簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則：(1)若廣義對(duì)象的傳函是，比例增益是，那么整個(gè)系統(tǒng)的總開環(huán)增益就是

55、，若在其他因素都相同的情況下，當(dāng)較大時(shí)，就應(yīng)該稍微小一些，較小的時(shí)候，就應(yīng)該稍微大一些。比如，變更了變送器的量程之后，調(diào)節(jié)器的就應(yīng)該按一定比例調(diào)整。如果控制系統(tǒng)的壓力傳感器的測(cè)量范圍原來(lái)是01.6 mpa，改為01mpa，則應(yīng)降到原來(lái)的3/5。(2)在動(dòng)態(tài)參數(shù)的方面，可取作為特征值。的值越大，系統(tǒng)越不容易穩(wěn)定，所以應(yīng)該盡量小一些。與此同時(shí)，和也應(yīng)該取到適當(dāng)?shù)臄?shù)值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)上經(jīng)常取是左右，是左右。因此，如果有的估計(jì)值，那么和值就不難決定出來(lái)了。(3)在p、i、d三個(gè)作用中，比例作用經(jīng)常是最基本的控制作用。從這一點(diǎn)出發(fā)，可從兩條途徑其中一個(gè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的湊試:先用單純的比例作用，選出適當(dāng)?shù)牡闹担鳛榛?/p>

56、礎(chǔ)，再適當(dāng)?shù)囊牒?，將與值進(jìn)行挑選。依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，把和置于適當(dāng)?shù)臄?shù)值，再主要對(duì)值完成湊試，得到最合宜的數(shù)值。以上兩條途徑從表面上來(lái)看是截然相反的，但是它們都是以承認(rèn)比例作用作為主體、作為前提的。(4)積分作用引入有利有弊。我們必須盡可能的發(fā)揮它能夠消除余差的好處，盡量縮小它的弊端。一般情況下取或（是振蕩周期）在以上的情況下，由積分作用引起相位的滯后少于，幅值的比例增加少于20%。在引入積分作用后，應(yīng)比單純比例作用時(shí)減小10%左右。(5)對(duì)于含噪音的過(guò)程，不適宜引入微分作用，否則的話高頻分量放大得厲害。(6)在控制品質(zhì)的方面，穩(wěn)定性要求是前提。若只有一個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)可調(diào)整，那么只能滿足其中一個(gè)品質(zhì)的指示，通常取衰減比當(dāng)作指標(biāo)。若兩個(gè)參數(shù)可調(diào)整，可在衰減比之外，另外添加一個(gè)指標(biāo)。3.2.4 pid控制算法及特點(diǎn)（1）pid控制算法的一般形式pid控制器是根據(jù)設(shè)定值r(t)和反饋值c(t)構(gòu)成的控制偏差： （3-1）將偏差進(jìn)行比例（p）、積分（i）和微分(d)運(yùn)算，并經(jīng)線性組合后構(gòu)成相應(yīng)的控制量，對(duì)受控對(duì)象來(lái)進(jìn)行控制。它的控制規(guī)律是： （3-2）或 （3-3）式中：kp調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；ti調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間；td調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間；e調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)；比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)；u輸出。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，控制器的各校正環(huán)節(jié)的作用如下：比例環(huán)節(jié)