基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于PLC的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)系 部 自動控制工程系 專 業(yè) 名 稱 電氣自動化技術(shù) 班 級 姓 名 學(xué) 號 2011年10月27日基于PLC的供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高：再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、搞節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)已成為必然趨勢。本設(shè)計(jì)是針對居民生活用水而設(shè)計(jì)的。由PLC、變頻器、壓力傳感器等組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動機(jī)泵組由四臺水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動機(jī)泵組的速度和切換，是系統(tǒng)運(yùn)行在最合

2、理狀態(tài)，保證按需供水。本設(shè)計(jì)介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)再經(jīng)過PID運(yùn)算，通過PLC控制變頻于工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；恒壓供水；PID調(diào)節(jié)；PLC；變頻器The design of water supply system based on PLCAbstractWith the rapid development of social economy, people water quality and water supply to demand for improved system reliability

3、: coupled with the current energy shortage, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, design high-performance, engage in energy conservation, to adapt Water Supply System in different fields has become an inevitable trend. This design is designed for

4、 the living water. By the PLC, inverter, pressure sensors, control system components, adjusting the pump output flow. Motor pumps made by the four pumps in parallel, by the frequency converter or power supply, water supply systems under the pressure and flow to control the export drive and switching

5、 speed of the motor pumps, the system is running in the most reasonable state to ensure on-demand water supply. The design introduced with PLC control frequency control water supply system, the PLC logic control, the inverter for pressure regulation and then after PID operation, through the PLC cont

6、rol frequency in the frequency switching, automatically adjust the constant pressure to achieve closed-loop variable water supply. Keywords: variable frequency and speed regulation; water supply of constant pressure; PID control system; Programmable Logic Controller; Transducer目錄1緒 論12恒壓供水系統(tǒng)方案22.1 本

7、設(shè)計(jì)的內(nèi)容22.1.1 恒壓供水系統(tǒng)的選型22.1.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)22.2 系統(tǒng)控制方案的確定32.3 系統(tǒng)控制方案及系統(tǒng)特點(diǎn)43系統(tǒng)硬件選型53.1 PLC的選擇53.1.1 PLC的概述53.1.2 PLC的選型53.2 變頻器的選型53.3 水量計(jì)算及水泵的選型63.3.1 用水量計(jì)算63.3.2 水泵的選型63.4 壓力傳感器的選型74硬件接線圖84.1 PLC及變頻器控制電路8供水系統(tǒng)主電路8系統(tǒng)控制電路84.1.3 PLC接線94.1.4 PLC輸入輸出分配104.1.5 變頻器接線115系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)125.1系統(tǒng)工作過程分析12手動運(yùn)行12自動運(yùn)行12安全問題12

8、工作泵組管理135.2 PID控制及其控制算法145.3程序調(diào)試15總 結(jié)19致 謝20參考文獻(xiàn)21附 錄221緒 論長期以來區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或天面水池來滿足用戶對供水壓力的要求。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水池等設(shè)施來實(shí)現(xiàn)。由于小區(qū)高樓用水有著季節(jié)和時段的明顯變化，日常供水運(yùn)行控制就常采用水泵的運(yùn)行方式調(diào)整加上出口閥的開度調(diào)節(jié)供水的水量水壓，大量能量因消耗在出口閥而浪費(fèi)，而且存在著水池“二次污染”的問題。隨著變壓器調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，于是選擇一種符合各方面規(guī)范、衛(wèi)生安全而又經(jīng)濟(jì)合理的供水方式，對我們給供水設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。

9、變頻恒壓供水系統(tǒng)已經(jīng)逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用變頻器、傳感器、PLC等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。恒壓供水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。該技術(shù)已在供水行業(yè)普及。我的設(shè)計(jì)采用一臺PLC和變頻器來控制四臺水泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水的穩(wěn)定。當(dāng)前住宅建筑的小區(qū)規(guī)劃趨向于更具人性化的多層次住宅組合，不再僅僅追求立面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設(shè)計(jì)中貫徹一人文本的理念，特別是在市場經(jīng)濟(jì)的浪潮中，力求土地使用率的最大化。變頻器調(diào)速技術(shù)在水泵站上應(yīng)用，成功地解決了能耗和污染的兩大難題。2恒壓供水

10、系統(tǒng)方案2.1 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容 恒壓供水系統(tǒng)的選型該系統(tǒng)是由儲水系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、回水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)（手動控制、自動控制）組成。對象系統(tǒng)由四臺不同功率的水泵機(jī)組組成，都為常規(guī)變頻循環(huán)泵，用于模擬正常模式下的生活供水動力系統(tǒng)；回水系統(tǒng)采用有機(jī)玻璃材料結(jié)構(gòu)，以使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有可觀察性。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)相對與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出在以下幾個方面：（1）高效節(jié)能變頻恒壓供水系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約電能，節(jié)能量通常為1540%。從單臺水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。（2）恒壓供水變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時候的用

11、水壓力，不會出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。（3）安全衛(wèi)生系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水池定期清理的工作。（4）自動運(yùn)行、管理簡便新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時停電保護(hù)、過載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時輪換控制、密碼設(shè)定等功能，功能完善，全自動控制，自動運(yùn)行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。（5）延長設(shè)備壽命，保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定使用變頻器后，機(jī)泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，減少了機(jī)械磨損，降低了機(jī)泵故障率，而且主泵定時輪換控制功能自動定時輪換主泵運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟啟動，避免了電機(jī)開機(jī)時的大電流沖擊，消除了水泵

12、的水錘效應(yīng)。（6）占地少、投資回收期短新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個控制柜，體積很小，整個系統(tǒng)占地就非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等發(fā)面都實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資，運(yùn)行管理費(fèi)低的特點(diǎn)，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點(diǎn)，都決定了小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短。2.2 系統(tǒng)控制方案的確定傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、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）恒速加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴

13、人工進(jìn)行手工操作，自動化程度低，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，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)硬啟動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。（2）水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時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)部方便，水泵電機(jī)為硬啟動，啟動電流大等缺點(diǎn)，頻繁啟動易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。（3）氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、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)為硬啟動且啟動頻繁，對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵啟動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致

14、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，從而限制了其發(fā)展。（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，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方便。（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，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修部方便，且不使用于惡劣的工業(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；可靠性差；自動化程度高缺點(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、自動可靠的方向發(fā)展，變頻

15、調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮。2.3 系統(tǒng)控制方案及系統(tǒng)特點(diǎn)PLC變頻恒壓供水控制系統(tǒng)是以PLC為控制核心，由PLC控制器、變頻調(diào)速器、壓力傳感器等其它電控設(shè)備以及4臺水泵組成，如圖2-1所示。圖2-1 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的原理圖其工作過程：設(shè)定一個水壓值后，根據(jù)變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網(wǎng)上的壓力傳感器，連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號，并將水壓信號轉(zhuǎn)換為電信號送入變頻器，變頻器根據(jù)實(shí)際水壓值與設(shè)定水壓值進(jìn)行比較和經(jīng)PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號，從而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水管網(wǎng)中水壓值在設(shè)定的水壓范圍內(nèi)，當(dāng)

16、變頻器頻率到達(dá)最大或最小時，由PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，從而達(dá)到恒壓供水的目的。這樣也就形成了一個閉環(huán)控制的恒壓供水系統(tǒng),該系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：（1）電控自動狀態(tài)時，4臺水泵自動輪換變頻運(yùn)行，可轉(zhuǎn)換自動或人工手動開、停機(jī)。（2）有設(shè)備工作、停機(jī)、報警指示。3系統(tǒng)硬件選型3.1 PLC的選擇3.1.1 PLC的概述現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程序控制器(Programmable Logic Controller , PLC)正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)

17、的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。3.1.2 PLC的選型目前國際上生產(chǎn)PLC的廠家有上百個，其中有幾家舉足輕重的公司，它們是德國的西門子（SIE-MENS）公司，美國的羅克韋爾（ROCKWELL）自動化公司所屬的A-B(ALLEN & BRADLY )公司,GE-France公司，法國的施耐德（SCHNEIDER）公司，日本的三菱（MITSUBISHI）公司和歐姆龍（OMRON）公司。德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S

18、7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。 為此， 本次設(shè)計(jì)我選用西門子公司的PL

19、C，選用型號S7-200。3.2 變頻器的選型在本系統(tǒng)我們選用的是三菱F系列的FR-F500變頻器風(fēng)機(jī)/泵類專用變頻器，采用最適磁通控制方式，實(shí)現(xiàn)更高節(jié)能運(yùn)行。內(nèi)置PID、變頻器/工頻切換和多泵循環(huán)運(yùn)行功能。PLC通過串行口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計(jì)運(yùn)行時間和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報警信息等參數(shù)。3.3 水量計(jì)算及水泵的選型3.3.1 用水量計(jì)算設(shè)計(jì)流量的大小直接關(guān)系到水泵的選型、管網(wǎng)的口徑及給水的安全性保證。目前，一般住宅小區(qū)的設(shè)計(jì)流量主要包括以：居民生活用水、公共建筑用水、消防用水、綠化用水、澆灑道路用水、未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏失水量。其

20、中，公共建筑用水、消防用水、綠化用水、澆灑道路用水量為7,未預(yù)見水量及管網(wǎng)漏失水量為3。小區(qū)居民生活用水，本小區(qū)600戶居民，按每戶3人計(jì)算，則總用水人數(shù)為1800人，按照城市住宅標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“住宅每人最高日生活用水定額不應(yīng)小于230L”，可取300L(人.d)。又根據(jù)建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ15-88）第中的方法,由以下的公式： （式3-1） 式中-最大每小時生活用水量；-最高日用水量；-每日使用時間；-每小時變化系數(shù)，可取2；則：=2*1800*300/(1000*24)=45總用水量：45+8+2=55 水泵的選型根據(jù)我們的需要，并考慮節(jié)約電能和系統(tǒng)運(yùn)行，選取3臺流量為18的水泵，總流量

21、為54，多余的流量可滿足其他未預(yù)見流量。此外還有一臺小流量水泵用于氣壓罐供水。經(jīng)過調(diào)查有以下三種水泵：表3-1 水泵選型表品牌型號流量使用范圍吸入口徑排除口徑FUKSIPM16A10滿水25(cm)25(cm)產(chǎn)品別名型號流量使用范圍吸入口徑排除口徑附膠污水泵100WGF1.8-25輸送含酸性15(cm)100(cm)品牌型號流量使用范圍吸入口徑排除口徑山楠牌50LG18-20(LG-B)18高樓供水5(cm)6(cm)由上表可知：山楠牌的水泵各方面都能滿足系統(tǒng)要求，而且是專用于供水的水泵。它的具體型號如上可知。選用水泵型號如下：型號：50LG18-20*5（LG-B）數(shù)量：3臺 功率：11K

22、W 額定電壓：380V 額定電流：22A 轉(zhuǎn)速：2950 r/min型號：50LG18-20*3（LG-B）數(shù)量：1臺 功率：5.5KW 額定電壓：380V 額定電流：11A 轉(zhuǎn)速：2950r/min3.4 壓力傳感器的選型根據(jù)我們的需要，并結(jié)合它所具有的特點(diǎn)，我們選用PTH503壓力傳感器。它采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性，輸出信號：4-20mA(二線制)、0-5V、1-5V、0-10V(三線制)供電電壓：24DCV(9-36DCV)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制，具有高精度、高穩(wěn)定性、高重

23、復(fù)性、量程范圍寬、介質(zhì)兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。 4硬件接線圖4.1 PLC及變頻器控制電路4.1.1供水系統(tǒng)主電路該系統(tǒng)有4臺水泵，如圖4-1所示，合上空氣開關(guān)后，當(dāng)交流接觸器KM2、KM4、KM6、KM8主觸點(diǎn)閉合時，水泵為工頻運(yùn)行；當(dāng)KM1、KM3、KM5、KM7主觸點(diǎn)閉合時，水泵為變頻運(yùn)行。4個熱繼電器FR1-FR4分別對臺電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動機(jī)在過載時可能產(chǎn)生的過熱損壞。圖4-1 恒壓供水系統(tǒng)的主電路圖系統(tǒng)控制電路如圖4-2所示，當(dāng)打到手動擋時,由SB1、SB2、SB3、SB5的來控制增泵;當(dāng)打到自動擋時,只有Y11得電后閉合系統(tǒng)才能變?yōu)樽詣舆\(yùn)行狀態(tài),FR1-FR4分別對4臺電機(jī)進(jìn)行過載保

24、護(hù)。 圖4-2 恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖4.1.3 PLC接線如圖4-3所示，X0為小功率水泵M1的啟動按鈕,X1-X6為手動控制按鈕,控制其余3臺水泵在三種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換(工頻、變頻、停止),X10為緊急狀態(tài)下關(guān)閉系統(tǒng)按鈕,X11為自動運(yùn)行按鈕。X13、X14分別為模擬變頻器運(yùn)行頻率上限和下限,Y10為系統(tǒng)報警指示,Y11為系統(tǒng)自動運(yùn)行狀態(tài)指示。圖4-3 PLC接線圖4.1.4 PLC輸入輸出分配表4-1 PLC輸入輸出分配表X000M1變頻運(yùn)行X001-X006手動控制按鈕X010緊急復(fù)位按鈕X011自動運(yùn)行按鈕X012自動運(yùn)行停止按鈕X013模擬變頻器運(yùn)行頻率上限X014模擬變頻器運(yùn)行頻率下

25、限Y000M1變頻供水指示Y001M1工頻供水指示Y002M2變頻供水指示Y003M2工頻供水指示Y004M3變頻供水指示Y005M3工頻供水指示Y006M2變頻供水指示Y010系統(tǒng)故障報警指示Y011自動運(yùn)行指示 變頻器接線圖4-4為三菱FR-F500變頻器的接線圖,設(shè)定值由端子2輸入,從傳感器過來的測定值(模擬信號)由端子5和4輸入, 端子5為模擬信號公共端, 端子FU為輸出頻率(上限值)檢測信號, 端子FU2為輸出頻率(下限值)檢測信號,通過繼電器將信號傳給PLC，由PLC做出判斷來選擇增泵還是減泵。電源RST102514偏差信號(測定值)420mA+024V電源UVW電機(jī)FUFU2SE

26、R02R03DC24V設(shè)定器(設(shè)定目標(biāo)值)圖4-4 變頻器接線圖5系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)工作過程分析5.1.1手動運(yùn)行按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟動。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。5.1.2自動運(yùn)行當(dāng)用水量較小時，Y000得電，變頻器啟動，小功率水泵M1開始變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量增大到不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，Y000斷電PLC自動將其停止，同時Y001、Y002得電閉合，把水泵M2投入到變頻運(yùn)行，M1切換為工頻運(yùn)行狀態(tài)。若變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到上限，Y003得電閉合，Y002斷電斷開，把原來變頻狀態(tài)下的水泵M2投入到工頻，同時Y004得電閉合將下一臺水泵M3變頻運(yùn)行

27、，以保證管網(wǎng)的供水量穩(wěn)定。若變頻器頻率達(dá)到上限，Y006得電閉合，水泵M4投入變頻工作，同時Y003、Y005得電閉合，M1、M2、M3工頻運(yùn)行。如還未滿足管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，則系統(tǒng)報警，停止整個系統(tǒng)；如整個系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，則按下X010緊急停車。當(dāng)用水量減小時，變頻器的頻率下限信號和管網(wǎng)的壓力上限信號時，停止現(xiàn)在的變頻泵，同時將上一臺變?yōu)樽冾l運(yùn)行，若上述兩個信號仍然存在時，PLC再重復(fù)以上工作。當(dāng)?shù)竭_(dá)變頻器的頻率下限信號和管網(wǎng)上限信號時，停止正在運(yùn)行的變頻器和水泵，把小功率水泵M1投入運(yùn)行，以節(jié)約用電和休息變頻器、水泵。安全問題軟件方面設(shè)置多個保護(hù)環(huán)節(jié)，時時檢測系統(tǒng)狀態(tài)，安全報警等。硬件

28、方面設(shè)置安全鏈機(jī)械保護(hù)，經(jīng)多個閉合觸點(diǎn)組成，包括緊急停車， 電機(jī)過熱保護(hù)繼電器，空載保護(hù)等。安全鏈多個觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn)，系統(tǒng)才能進(jìn)行正常工作。 工作泵組管理為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺泵，第三臺泵甚至第四臺備用泵。判斷需啟動新泵的標(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)。圖5-1 系統(tǒng)順序功能控制圖5.2 PID控制及其控制算法在供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選用了具有PID調(diào)節(jié)模塊的變頻器來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，較好地滿足系統(tǒng)的恒壓要求。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用Proportional(比例)、I

29、ntegral(積分)、Derivative(微分)控制方式，稱之為PID控制。PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式。具有以下優(yōu)點(diǎn)：理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握。PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值：r(t)和實(shí)際輸出值y(t)之間的偏差e(t)： e(t)= y(t)- r(t) （式5-1）經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運(yùn)算后通過線性組合構(gòu)成控制器u(t),對被控對象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖4-1所示，圖中u(t)為PID調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。 圖5-2 PID控制原理圖

30、PID控制規(guī)律為： （式5-2）式中：為比例系數(shù)；為微分時間常數(shù)。相應(yīng)地傳遞函數(shù)形式： （式5-3）用一系列的采樣時刻點(diǎn)代表連續(xù)時間，用矩形法數(shù)值積分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的積分，以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到PID位置控制算法表達(dá)式： （式5-4）式中：為采樣周期；為采樣序號；為第時刻的偏差信號；為第時刻的偏差信號。PID位置控制算法采用全量信號e(j)相加，計(jì)算繁瑣，占用內(nèi)存大；另一方面計(jì)算機(jī)輸出的控制量可能出現(xiàn)大幅度變化，引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大幅度變化，這是不允許的。為此實(shí)際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達(dá)式為：u(n)= （式5-5） 式中：u(n)為調(diào)節(jié)器輸出的控制增量；。增

31、量式算法不需要累加，調(diào)節(jié)器輸出的控制增量u(n)僅與最近幾次采樣有關(guān)，所以錯誤動作時影響較小，必要時可以通過邏輯判斷去掉過大的增量，而且較容易通過加權(quán)處理獲得比較好的控制效。5.3程序調(diào)試手動控制如圖5-3。圖5-3 M1變頻運(yùn)行示意圖按下X000，M1變頻運(yùn)行，如圖5-4。圖5-4 手動狀態(tài)：M1工頻、M2變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定上限時，按下X001，M1工頻運(yùn)行，M2變頻運(yùn)行，如圖5-5。圖5-5 手動狀態(tài)：M1、M2工頻、M3變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器頻率達(dá)到設(shè)定上限時，按下X002，M1、M2工頻運(yùn)行，M3變頻運(yùn)行，如圖5-6。圖5-6 是M1、M2、M3工頻、M4變頻運(yùn)行示

32、意圖當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定上限時，按下X003，M1、M2、M3工頻運(yùn)行，M4變頻運(yùn)行，如圖5-7。圖5-7 手動關(guān)閉M4，M1、M2工頻，M3變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定下限時，按下X006，關(guān)閉M4,M1、M2工頻運(yùn)行，M3變頻運(yùn)行如圖5-8。圖5-8 手動關(guān)閉M2,M1變頻運(yùn)行當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定下限時，按下X003，關(guān)閉M2，M1變頻運(yùn)行，如圖5-9。圖5-9 手動關(guān)閉M3，M1工頻運(yùn)行，M2變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定下限時，按下X005，關(guān)閉M3，M1工頻、M2變頻運(yùn)行，自動控制，如圖5-10。圖5-10 自動狀態(tài)：M1工頻運(yùn)行，M2變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器

33、運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定上限時，M1工頻運(yùn)行，M2變頻運(yùn)行，如圖5-11。圖5-11 自動狀態(tài): M1、M2工頻運(yùn)行，M3變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器頻率達(dá)到設(shè)定上限時，M1、M2、M3工頻運(yùn)行，M4變頻運(yùn)行，如圖5-12。圖5-12 自動狀態(tài)：M1、M2、M3工頻運(yùn)行，M3變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定上限時，關(guān)閉M1、M2、M3工頻運(yùn)行，M4變頻運(yùn)行，如圖5-13。圖5-13 自動狀態(tài)：關(guān)閉M4，M1、M2工頻運(yùn)行，M3變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定下限時，關(guān)閉M4,M1、M2工頻運(yùn)行，M3變頻運(yùn)行，如圖5-14。圖5-14 自動狀態(tài)：關(guān)閉M2，M1變頻運(yùn)行示意圖當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定下限時，關(guān)閉M2，M1變頻運(yùn)行，如圖5-15。圖5-15 自動狀態(tài):關(guān)閉M3，M1工頻運(yùn)行，M2變頻運(yùn)行示意圖 當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到設(shè)定下限時，關(guān)閉M3，M1工頻運(yùn)行，M2變頻運(yùn)行，如圖5-16。圖5-16 自動狀態(tài)：系統(tǒng)報