變頻調(diào)速恒壓供水論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)—變頻調(diào)速恒壓供水論文第1頁(yè)共39頁(yè)摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求.我國(guó)中小城市水廠尤其是老水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)配置相對(duì)落后，機(jī)組的控制主要依賴值班人員的手工操作.控制過(guò)程繁瑣，而且手動(dòng)控制無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力和水位變化及時(shí)作出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。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(duì)我們給供水設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為了保證供水，機(jī)組通常處于超壓狀態(tài)運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且城市管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，曝?fù)p也十分嚴(yán)重。本論文結(jié)合我國(guó)中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水系統(tǒng)。系統(tǒng)工作可靠，使用方便，壓力穩(wěn)定，無(wú)沖擊等優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)恒壓變頻供水設(shè)備由PLC、變頻器、傳感器、電動(dòng)機(jī)和水泵等組成。通過(guò)PLC、變頻器、繼電器、接觸器控制水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓變流量供水要求。設(shè)備運(yùn)行時(shí),壓力傳感器不斷將管網(wǎng)水壓信號(hào)變換成電信號(hào)送入PLC,經(jīng)PLC運(yùn)算處理后,獲得最佳控制參數(shù),通過(guò)變頻器和繼電器控制元件自動(dòng)調(diào)整水泵機(jī)組高效率地運(yùn)行。文中詳細(xì)介紹了所選PLC機(jī)、變頻器、傳感器及PID算法等的特點(diǎn)、各高級(jí)單元的使用及設(shè)定情況，給出了系統(tǒng)工作流程圖、程序設(shè)計(jì)流程圖等。關(guān)鍵詞：可編程控制器；變頻器；傳感器；恒壓供水系統(tǒng)。AbstractAlongwiththesocialeconomyrapiddevelopment,theurbanconstructionscaleunceasingexpansion,populationincreaseaswellasthepeoplelivingstandardunceasingenhancement,tothecitywatersupplyquantity,thequality,thestabilitysetthemoreandmorehighrequest.OurcountrySmallandmedium-sizedtownandcityWaterworksinparticularoldwaterworksautomaticcontrolsystemdispositionrelativebackwardness,unit'scontrolmaindependenceattendant'smanualoperation.Thecontrolledprocessistedious,moreoverthehandcontrolisunabletothewatersupplypipenetworkpressureandthewaterlevelchangemakestheappropriateresponsepromptly.Thereforechoosesonekindtoconformtovariousaspectsstandard,thehealthsafeandalsotheeconomicalreasonablewatersupplyway,gavethewatersupplydesigntoustobringthenewchallenge.Inordertoguaranteethewatersupply,theunitusuallyisattheoverpressureconditionmovement,notonlytheefficiencylow,thepowerconsumptionisbig,moreoverthecitypipenetworkisattheoverpressurerunningstatusforalongtime,theinsolationdamagesextremelyisalsoserious.Thepresentpaperunifiesourcountrysmallandmedium-sizedtownandcitiesforthewaterworkspresentsituation,hasdesignedasetbasedonthePLCfrequencyconversionvelocitymodulationconstantpressureautomaticcontrolwatersupplysystem.Thesystemworkisreliable,theeasytooperate,thepressureisstable,doesnothavesuperiorityandsoonimpact.ThisdesignconstantpressurefrequencyconversionfeedwaterequipmentbyPLC,thefrequencychanger,thesensor,theelectricmotorandthewaterpumpandsooniscomposed.ThroughPLC,thefrequencychanger,therelay,thecontactdevicecontrolwaterpumpunitrunningstatus,realizesthepipenetworkconstantpressurevariablecurrentquantitywatersupplyrequest.Whentheequipmentmoves,thepressuretransmittertransformsthepipenetworkhydraulicpressuresignaltheelectricalsignaltosendinunceasinglyPLC,afterPLCoperationprocessing,obtainstheoptimizingcontrolparameter,throughfrequencychangerandblack-whitecontrolpartautomaticcontrolwaterpumpunithighefficiencymovement.InthearticleintroducedindetailchoosesPLCmachine,thefrequencychanger,thesensorandthePIDalgorithmandsoonthecharacteristic,eachhigh-qualityunituseandthehypothesissituation,hasgiventhesystemworkflowchart,theprogrammingflowchartandsoon.Keyword:Programmablecontroller;Frequencychanger;Sensor;Constantpressurewatersupplysystem.目錄TOC\o"1-5"\h\z\u緒論 3¤1、選題背景 5¤1.1、變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 6¤1.2、恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn) 7¤1.3、系統(tǒng)應(yīng)用范圍 7¤1.4.變頻器在供水方面的發(fā)展 7¤2、選題依據(jù) 8¤3、PLC的發(fā)展和市場(chǎng)情況 9¤3.1、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 10¤3.2、PLC的國(guó)內(nèi)外狀況 10¤3.3、PLC未來(lái)展望 12第一章任務(wù)分析 12¤1、設(shè)計(jì)內(nèi)容： 12¤2、要解決的問(wèn)題： 12¤3、主要功能與技術(shù)指標(biāo) 12¤3.1、主要功能 12¤3.2、技術(shù)指標(biāo) 13第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 13¤1、理論依據(jù) 13¤1.1、PID的控制原理 13¤1.1.1、PID控制器的組成及作用 13¤1.1.2、PID的特點(diǎn) 14¤1.2、變頻調(diào)速的原理 14¤1.2.1、變頻器的工作原理 14¤1.2.2、變頻器控制方式 14¤1.2.3、U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式 14¤1.2.4、電壓空間矢量（SVPWM）控制方式 15¤1.2.5、矢量控制（VC）方式 15¤2、方案論證 15¤3、控制方案 18¤3.1、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連線圖 18¤3.2、系統(tǒng)原理說(shuō)明 20¤4、系統(tǒng)方案 20¤4.1、系統(tǒng)工作過(guò)程 20¤4.2、三臺(tái)電機(jī)順序運(yùn)行方框圖 21¤4.3系統(tǒng)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖 22第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22¤1、主電路設(shè)計(jì)與器件的選型 22¤1.1、主電路的設(shè)計(jì) 22¤1.2、元器件的選型 23¤1.2.1、斷路器QF2的選擇 23¤1.2.2、斷路器QF1的選擇 24¤1.2.3、接觸器的選擇 24¤1.2.4、熔斷器的選擇 24¤1.2.5、熱繼電器的選擇 24¤1.2.6、刀開(kāi)關(guān)的選擇 25¤1.2.7、水泵控制閥的選擇 25¤1.2.8、壓力變送器的選擇 26¤1.3、安裝與配線注意事項(xiàng) 27¤2.控制電路的設(shè)計(jì)與選型 27¤2.1、控制電路的設(shè)計(jì) 27¤2.1.1、對(duì)控制電路的說(shuō)明 27¤2.2、器件選型 29¤2.2.1、變頻器 29¤、變頻器頻率范圍的設(shè)定 29¤、變頻器的型號(hào)說(shuō)明 29¤、變頻器的基本配線圖及其說(shuō)明 30¤、變頻器的主電路端子及其功能 31¤2.2.2、可編程控制器（S7-200CPU222） 31¤、PLC的選型 31¤2.2.3、水泵電機(jī)的選擇 32第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 321、PLC輸入輸出口的分配 332、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)軟件流程圖 343、變頻器主要功能端子設(shè)置 36結(jié)論 37參考文獻(xiàn) 38致謝 39緒論¤1、選題背景近年來(lái)隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅速發(fā)展，各住宅小區(qū)，高校以及企業(yè)等水用戶對(duì)供水品質(zhì)和安全可靠性的要求不斷提高，為滿足用戶的要求，就需要高效、節(jié)能的自動(dòng)調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)大部分供水泵站采用的是傳統(tǒng)供水工藝，利用恒速水泵，手工操作，人工監(jiān)控、經(jīng)驗(yàn)管理，管網(wǎng)供水量的變化靠大小水泵的搭配開(kāi)停加上調(diào)節(jié)閥來(lái)滿足。這種傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在漏失多、耗能高，技術(shù)水平低，綜合效率低的缺點(diǎn)。隨著人們生活質(zhì)量的提高，在生活用水方面的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。同時(shí)，由于工廠工藝的要求，對(duì)供水質(zhì)量也得出了更高的要求。變頻恒壓供水以其環(huán)保、節(jié)能和供水質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)在供水行業(yè)中越來(lái)越得到認(rèn)同。在城市小區(qū)化的發(fā)展中，采用以小區(qū)或社區(qū)為統(tǒng)一整體的供水方案，會(huì)使設(shè)備的利用率及節(jié)能比例大大提高，并減少初始投資和占地面積。

用戶用水量一般是動(dòng)態(tài)的，因此供水不足或供水過(guò)剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。

恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于用戶是非常重要的。在生產(chǎn)生活供水時(shí)，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響生活質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響生存安全，如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，用水區(qū)域采用恒壓供水系統(tǒng)，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日臻完善，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。一般住宅建筑供水可分為三種方式：①傳統(tǒng)方式，將水輸送到水塔或水箱，依靠自流的方式供給用戶，這種方式水壓波動(dòng)大且水質(zhì)容易受到污染；又水塔占地面積大，高位水箱一般建于樓頂，它雖然避免了水塔占地面積大的缺點(diǎn)，但是又人為地增加了樓房的重量，使建筑設(shè)計(jì)及樓房造價(jià)提高。②氣壓罐供水，將水輸送到氣壓罐，依靠氣壓罐內(nèi)氣體的壓力將水輸送到用戶，這種方式水壓波動(dòng)范圍是氣壓罐的上限和下限，供水用戶較多時(shí)應(yīng)選用較大的氣壓罐，電機(jī)頻繁啟動(dòng)，容易損壞電機(jī)。③變頻調(diào)速恒壓供水，這種方式現(xiàn)在比較流行，系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)供水質(zhì)量的特點(diǎn)，可以很好地解決傳統(tǒng)供水方案所存在的問(wèn)題，電機(jī)起（制）動(dòng)平衡，占地少。但是從許多正在運(yùn)行中的泵房來(lái)看，絕大部分都達(dá)不到理想效果，尤其是在夜間小流量供水時(shí)，系統(tǒng)不能切換到副泵及氣壓罐供水，部分泵房即使能夠切換成功，但也因系統(tǒng)配置不當(dāng)導(dǎo)致系統(tǒng)重新切換至主泵供水，這樣就影響了整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能性。為了使變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)正常節(jié)能運(yùn)行，本文主要利用通用變頻器，PLC和PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開(kāi)，供水量小時(shí)開(kāi)一臺(tái)或兩臺(tái)。在采用變頻調(diào)速進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就用兩種方式，其一是所有水泵配用一臺(tái)變頻器；其二是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號(hào)，通過(guò)PID運(yùn)算自動(dòng)調(diào)整變頻器輸出頻率，改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到管網(wǎng)恒壓的目的，就一個(gè)閉環(huán)回路，較簡(jiǎn)單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，本設(shè)計(jì)就是采用第一種方式進(jìn)行控制。¤1.1、變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)變頻恒壓供水能自動(dòng)24小時(shí)維持恒定壓力，并根據(jù)壓力信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，無(wú)級(jí)調(diào)整壓力，供水質(zhì)量好，與傳統(tǒng)供水比較，不會(huì)造成管網(wǎng)破裂及開(kāi)水籠頭時(shí)的共振現(xiàn)象。避免了泵的頻繁啟動(dòng)及停止，而且啟動(dòng)平滑，減少了電機(jī)水泵的啟動(dòng)沖擊，增加了電機(jī)水泵的使用壽命，也避免了傳統(tǒng)供水中的水錘現(xiàn)象傳統(tǒng)供水中設(shè)計(jì)有水箱，不但浪費(fèi)了資金，占用了較大的空間，而且水壓不穩(wěn)定，水質(zhì)有污染，不符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，而采用變頻恒壓供水，此類問(wèn)題也就迎刃而解了。采用變頻恒壓供水，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶實(shí)際用量，自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)能效果。避免了水塔供水無(wú)人值班時(shí)，總要開(kāi)啟一個(gè)泵運(yùn)行的現(xiàn)象，節(jié)省了人力及物力變頻恒壓供水可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多泵循環(huán)運(yùn)動(dòng)功能，延長(zhǎng)了電機(jī)水泵的使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)保護(hù)功能齊全，運(yùn)行可靠，具有欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、缺相、短路保護(hù)等功能。一般地說(shuō)，當(dāng)由一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量之和。但如在高峰負(fù)載時(shí)的用水量比兩臺(tái)水泵全速供水量相差很多時(shí)，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的容量。

雖然水泵在低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可略超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。因此，電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)是必需的。對(duì)于這種由于頻繁地升、降速而積累起來(lái)的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)。在主要功能預(yù)置方面，最高頻率應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定頻率為變頻器的最高工作頻率。升、降速時(shí)間在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時(shí)間應(yīng)盡量設(shè)定的短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時(shí)，只要在預(yù)置時(shí)設(shè)定PID功能有效，則所設(shè)定的升速和降速時(shí)間將自動(dòng)失效?！?.2、恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)節(jié)電：優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行；節(jié)水：根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象；運(yùn)行可靠：由變頻器實(shí)現(xiàn)泵的軟起動(dòng)，使水泵實(shí)現(xiàn)由工頻到變頻的無(wú)沖擊切換，防止管網(wǎng)沖擊、避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂。聯(lián)網(wǎng)功能：采用全中文工控組態(tài)軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺(tái)泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)。控制靈活：分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式。自我保護(hù)功能完善：如某臺(tái)泵出現(xiàn)故障，主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)備用泵，以維持供水平衡。萬(wàn)一自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障，用戶可以直接操作手動(dòng)系統(tǒng)，以保護(hù)供水。¤1.3、系統(tǒng)應(yīng)用范圍采用變頻恒壓供水，具有高效節(jié)能，壓力穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單，安裝方便，占地少，噪音低，無(wú)污染，投資低，效益高等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于：

自來(lái)水廠、加壓泵房；

居民生活區(qū)、賓館及其它建筑；

企業(yè)生產(chǎn)用水；

鍋爐循環(huán)水系統(tǒng)；

工礦生產(chǎn)企業(yè)；

農(nóng)田灌溉系統(tǒng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一電位器設(shè)定壓力（也可采用面板內(nèi)部設(shè)定壓力），采用一個(gè)壓力傳感器（反饋為4～20mA）檢測(cè)管網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將信號(hào)送入變頻器PID回路，PID回路處理之后，送出一個(gè)水量增加或減少信號(hào)，控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。如在一定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，壓力還是不足或過(guò)大，則通過(guò)PLC作工頻/變頻切換，使實(shí)際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。另外，隨著用水量的減少，變頻器自動(dòng)減少輸出頻率，達(dá)到了節(jié)能的目的。¤1.4.變頻器在供水方面的發(fā)展由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)計(jì)時(shí)，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破鞯某杀緵](méi)有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。¤2、選題依據(jù)一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，其余上部各層均須

“提升”水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱，或氣壓罐式增壓設(shè)備，但它們都必須由水泵以高出實(shí)際用水高度的壓力來(lái)“提升”水量，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。

自從通用變頻器問(wèn)世以來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。

新型供水方式與過(guò)去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國(guó)內(nèi)幾乎所有供水設(shè)備廠家的高度重視，并不斷投入開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。

目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制，多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)成片開(kāi)發(fā)`智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。

在短短的幾年內(nèi)，調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過(guò)程，早期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸為多泵系統(tǒng)所代替。雖然單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率低，而多泵型產(chǎn)品投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率高，被實(shí)際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很快發(fā)展成為主導(dǎo)產(chǎn)品。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理如下：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)用戶的用水水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸至PID調(diào)節(jié)器，然后與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將比較和運(yùn)算的結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)和水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)分別送至變頻器和可編程控制器（PLC）；變頻器據(jù)以調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的電源頻率，進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速；可編程控制器械根據(jù)PID調(diào)節(jié)器傳輸過(guò)來(lái)的水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)對(duì)水泵的啟動(dòng)和停止臺(tái)數(shù)及其中變頻泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，將用戶管網(wǎng)中的水壓恒移穩(wěn)于用戶預(yù)先設(shè)計(jì)的壓力值，使供水泵組“提升”的水量與用戶管網(wǎng)不斷變化的用水量保持一致，達(dá)到“變量恒壓供水”的目的。

本文中的設(shè)計(jì)系統(tǒng)由可編程控制器，變頻器和電動(dòng)機(jī)組成，采用可編程序控制器（PLC）控制變頻調(diào)速器，具有控制水泵恒壓供水的功能。通過(guò)安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成4～20mA的模擬信號(hào)，通過(guò)PLC內(nèi)置的PID控制器，來(lái)改變電動(dòng)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)速的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，電動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)速不在變化，使管網(wǎng)壓力恒定在設(shè)定壓力上；反之亦然。這樣通過(guò)閉環(huán)PID控制就達(dá)到恒壓供水的目的。

當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障（即：過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、電機(jī)過(guò)熱保護(hù)）后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，再重新按操作步驟進(jìn)行操作。通過(guò)上面的論述，利用變頻調(diào)速技術(shù)控制水泵站，成功地解決了能耗和污染的兩大難題，且自動(dòng)化程度高，可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。從而引出了本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的內(nèi)容和功能要求?！?、PLC的發(fā)展和市場(chǎng)情況1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國(guó)數(shù)字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化和化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過(guò)程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，特別在制造工業(yè)中存在了大量的開(kāi)關(guān)量為主的開(kāi)環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作號(hào)按照時(shí)序動(dòng)作；另外還有與順序、時(shí)序無(wú)關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制；以及大量的開(kāi)關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的——離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。在PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，近年來(lái)每年約新投入10萬(wàn)臺(tái)套PLC產(chǎn)品，年銷售額30億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。但是與其它國(guó)家相比，在機(jī)械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用，還需要加大投入。我國(guó)市場(chǎng)上流行的有如下幾家PLC產(chǎn)品：施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品，目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品；羅克韋爾公司（包括AB公司）PLC產(chǎn)品，目前有SLC、Micro

Logix、Control

Logix等產(chǎn)品；西門子公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC

S7-400/300/200系列產(chǎn)品；GE公司的產(chǎn)品；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產(chǎn)品。PLC的市場(chǎng)的潛力是巨大的，不僅在我國(guó)，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明，PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說(shuō)，需要應(yīng)用PLC的場(chǎng)合還很多，在我國(guó)就更是如此了。PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，這是它能持久的占有市場(chǎng)的根本原因，我們下面重點(diǎn)闡述幾個(gè)問(wèn)題，并研究其發(fā)展趨勢(shì)?！?.1、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)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、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制：這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等.模擬量控制：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運(yùn)動(dòng)控制：PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。過(guò)程控制:過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理:現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。通信及聯(lián)網(wǎng):PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。¤3.2、PLC的國(guó)內(nèi)外狀況在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，大量的開(kāi)關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC.限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，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)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(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年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)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)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。¤3.3、PLC未來(lái)展望21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求.第一章任務(wù)分析¤1、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）根據(jù)任務(wù)書要求，首先擦、查閱相關(guān)資料，進(jìn)行方案論證；（2）根據(jù)方案論證的結(jié)果，進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)；（3）故居設(shè)計(jì)要求對(duì)涉及到的硬件電路的元器件進(jìn)行選型（包括電動(dòng)，熔斷器，斷路器，接觸器，水泵和電機(jī)，變頻器等的選擇）；（4）確定PLC的I/O口分配，繪制系統(tǒng)軟件流程圖；（5）完成PLC控制程序的設(shè)計(jì)，畫出梯形圖；（6）完善相關(guān)遺留問(wèn)題?！?、要解決的問(wèn)題（1）根據(jù)任務(wù)書的要求，次設(shè)計(jì)是由PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并且由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)三臺(tái)水泵電機(jī)變頻運(yùn)行，并且管網(wǎng)出口壓力為0.5Mpa，流量為30m3（2）由于要用PLC控制變頻器拖動(dòng)3臺(tái)水泵，并且用到PID程序，這就要求我們必須熟悉并掌握PID算法程序的理論及參數(shù)的整定方法，學(xué)會(huì)它的編程思想?！?、主要功能與技術(shù)指標(biāo)¤3.1、主要功能變頻調(diào)速的主要任務(wù)是在不同的水管壓力下，對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，增加或減少水泵的功率，既能保證用戶的用水要求，又能減少對(duì)資源的浪費(fèi)。根據(jù)對(duì)本設(shè)計(jì)任務(wù)的分析，該系統(tǒng)的主要功能為：低速啟動(dòng)時(shí)，以減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊；變頻運(yùn)行時(shí)，對(duì)于不同的供水需求做出不同的運(yùn)行指令；工頻運(yùn)行時(shí)，滿足大量用戶的用水需求。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)后，逐漸升高頻率，同時(shí)不斷檢測(cè)供水管內(nèi)的壓力值，壓力值小于設(shè)定值時(shí)，繼續(xù)升頻，直到達(dá)到工頻，然后切掉變頻器使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在工頻階段，若檢測(cè)到管內(nèi)壓力值大于設(shè)定值，則再次啟動(dòng)變頻器，使之對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，這樣就完成了一次變頻與工頻的切換過(guò)程。¤3.2、技術(shù)指標(biāo)1）管內(nèi)出口壓力為0.5Mpa；2）PLC有3輸入9輸出（包括一個(gè)模擬量輸入和一個(gè)模擬量輸出）；3）流量為30m3/h。第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)¤1、理論依據(jù)¤1.1、PID的控制原理¤1.1.1、PID控制器的組成及作用當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測(cè)量、比較和執(zhí)行。測(cè)量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測(cè)量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器，PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成，其中：比例（P）調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過(guò)大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分（I）調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無(wú)差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無(wú)差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強(qiáng)弱取決與積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越小，積分作用就越強(qiáng)。反之Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。微分（D）調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號(hào)的變化率，具有預(yù)見(jiàn)性，能預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒(méi)有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。在微分時(shí)間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。微分作用對(duì)噪聲干擾有放大作用，因此過(guò)強(qiáng)的加微分調(diào)節(jié)，對(duì)系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒(méi)有變化時(shí)，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨(dú)使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp，Ki和Kd）即可，在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。¤1.1.2、PID的特點(diǎn)首先，PID應(yīng)用范圍廣:雖然很多工業(yè)過(guò)程是非線性或時(shí)變的，但通過(guò)對(duì)其簡(jiǎn)化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。其次，PID參數(shù)較易整定；也就是，PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據(jù)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。第三，PID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)?！?.2、變頻調(diào)速的原理¤1.2.1、變頻器的工作原理我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

n＝60f(1－s)/p（1）

式中n———異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；

f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率；

s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；

p———電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。¤1.2.2、變頻器控制方式低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，輸出功率為0.75～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下三代?！?.2.3、U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式其特點(diǎn)是控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。¤1.2.4、電壓空間矢量（SVPWM）控制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒(méi)有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒(méi)有得到根本改善。¤1.2.5、矢量控制（VC）方式矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過(guò)三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果?！?、方案論證系統(tǒng)的控制方案的確定是整個(gè)供水控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，首先必須確定系統(tǒng)的控制方案，所要控制的對(duì)象和目標(biāo)是什么。在此前提下進(jìn)行后面的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一個(gè)滿足性能指標(biāo)和功能的系統(tǒng)。其實(shí)針對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有很多種控制方案，但是在確定系統(tǒng)方案時(shí)，必須從節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可靠性等方面來(lái)考慮，綜合各方面的因素才確定出系統(tǒng)方案。本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了四種控制方案，并進(jìn)行了比較分析，最后確定出系統(tǒng)方案。方案1：供水系統(tǒng)采用水塔供水。傳統(tǒng)的水塔供水完全依賴值班人員的手動(dòng)操作，值班人員定期的把水抽到高位蓄水池里，用浮子判斷蓄水池的水位高低，當(dāng)蓄水池的水位達(dá)到高位時(shí)，值班人員才停止抽水，這是利用水的勢(shì)能供用戶供水，這種控制過(guò)程無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力和水位變化及時(shí)做出恰當(dāng)?shù)胤从?，而且也很難保證供水的質(zhì)量。優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡(jiǎn)單，短時(shí)維修和斷電可不停水，當(dāng)用水量小時(shí)，可以長(zhǎng)時(shí)間不在開(kāi)泵。方案2：采用氣壓罐供水，為了減少水泵啟動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵工作在低效段，因此出水壓力無(wú)謂的增加，也使浪費(fèi)加大，所以這種供水方式比水塔費(fèi)電，因水泵為硬起動(dòng)，聯(lián)軸器沖擊大，起動(dòng)電流大，觸電易燒，當(dāng)用水量比較大時(shí)，將造成電機(jī)啟停頻繁，電機(jī)已燒壞。優(yōu)點(diǎn)是：控制方式簡(jiǎn)單，便于維修，當(dāng)罐內(nèi)水滿時(shí)，容許段時(shí)間不斷水維修和斷電可不停水，當(dāng)用水量小時(shí)，可以長(zhǎng)時(shí)間不在開(kāi)泵，這種方式適合與用水量少的場(chǎng)所，如辦公大樓以及加油站。方案3：?jiǎn)纹瑱C(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面兩種供水方式，但是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)，對(duì)操作員的素質(zhì)要求也比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適與惡劣的工業(yè)環(huán)境中。方案4：采用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，凡是在可變轉(zhuǎn)速的拖動(dòng)電機(jī)，采用變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果顯著，這種調(diào)速技術(shù)調(diào)速性能好，運(yùn)行工藝安全等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)能型可靠性好、取代水塔，氣壓罐、高位水箱等恒壓供水的自動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)以上所列舉的四種方案相比較，方案1與方案2在供水的方式上有所不同，這兩種供水方式的可靠性不是很高，都適合與用水量不高的場(chǎng)合。自動(dòng)化程度也差，不適合與現(xiàn)代工業(yè)的控制系統(tǒng)。但是方案1和方案2都有相同的優(yōu)點(diǎn)，就是便于維修，控制方式簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性高，但是不能滿足現(xiàn)代的供水系統(tǒng)。方案4與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比，變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的交流拖動(dòng)系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，如節(jié)能，容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換，可以進(jìn)行高頻度的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以進(jìn)行電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)，可以適應(yīng)各種工作環(huán)境，可以用以用一臺(tái)變頻器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控制系統(tǒng)等等。特別是對(duì)于工業(yè)中大量使用的風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載來(lái)說(shuō)，通過(guò)變頻器進(jìn)行調(diào)速控制可以替代傳統(tǒng)上利用擋板和閥門進(jìn)行的風(fēng)量、流量和揚(yáng)程的控制，所以節(jié)能效果非常明顯對(duì)于方案1、方案2來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的控制，也不能滿足供水的要求，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，供水系統(tǒng)管道壓力恒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(shí)候的用水壓力，不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期水管道壓力太小的情況。采用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)本次變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制，這種控制與單片機(jī)相比較,可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)要比單片機(jī)要好的多。首先，可編程控制器適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，可靠性高。工業(yè)生產(chǎn)一般要求控制設(shè)備具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作。而PLC在這方面有它的獨(dú)到之處；采用許多評(píng)比措施以防止空間電磁干擾；采用較多的濾波環(huán)節(jié)，以消除外部干擾和各模塊之間的相互影響；還采用光電隔離、聯(lián)鎖控制、模塊式結(jié)構(gòu)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和診斷電路等措施，以提高硬件的可靠性；在軟件上采用了故障檢測(cè)、診斷等措施；在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝上都都作了精心的安排。PLC的可靠性高，主要是因?yàn)樗谟布败浖煞矫娑疾扇×藝?yán)格的措施。在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再者是合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固簡(jiǎn)化安裝，使它具有較強(qiáng)的抗振動(dòng)沖擊性能；其次，抗電磁干擾性能好。使用方便。可編程控制器編程中有一種特殊的編程方法，即使用梯形圖(Ladderdiagram)編程。它類似于繼電器控制線路圖，只要具有繼電器控制線路方面的知識(shí)，就可以很快學(xué)會(huì)編程與操作，特別適合于現(xiàn)場(chǎng)電氣工作者學(xué)習(xí)和使用。最后，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。PLC多采用積木式結(jié)構(gòu)，具有各種各樣的I/O模塊，以供挑選組合，便于根據(jù)需要配置成不同規(guī)模的分散式分布系統(tǒng)。即便是緊湊式的PLC，也可以用幾個(gè)箱體進(jìn)行配置。易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，雖然其已經(jīng)在人們生活的方方面面都得到應(yīng)用，但其適合用在各種專用、小型、省電、可移動(dòng)的設(shè)備。而單片機(jī)只是具有超低功耗。它的工作電壓一般為1.8—3.6V之間，工作電流視工作模式不同為：0.1—400。有強(qiáng)大的處理能力。它具有豐富的尋址方式，采用匯編語(yǔ)言編寫程序，簡(jiǎn)單易懂。外圍模塊多。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，可以選用合適的集中芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。單片機(jī)還可應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)特別是工業(yè)控制系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，各種干擾很強(qiáng)，而且往往要求實(shí)時(shí)控制，因此要求控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)是適宜于控制領(lǐng)域的。由此可見(jiàn)，單片機(jī)和可編程控制器都可應(yīng)用于供水系統(tǒng)，但是，考慮到設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，本次設(shè)計(jì)采用可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，有上述的可編程控制器的特點(diǎn)來(lái)看，可編程控制器更適應(yīng)于來(lái)完成該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。所以，在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，采用可編程控制器作為控制系統(tǒng)，變頻調(diào)速作為調(diào)速系統(tǒng)，來(lái)完成恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。綜上所述，四種方案的擬訂都可以實(shí)現(xiàn)供水，但是，設(shè)計(jì)出來(lái)的東西要有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性，所以本次設(shè)計(jì)所選擇的方案是方案4，即基于PLC的變頻恒壓系統(tǒng)。¤3、控制方案通過(guò)對(duì)比論證得出了系統(tǒng)的控制方案。本設(shè)計(jì)的題目就是小區(qū)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，顧名思義就知道利用變頻調(diào)速的方式來(lái)保證供水壓力的恒定。恒壓供水是指在供水網(wǎng)管中，當(dāng)用水量發(fā)生變化時(shí)出口壓力保持不變的供水方式。所謂變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的核心，在于使用一臺(tái)或幾臺(tái)變頻器對(duì)供水系統(tǒng)的水泵進(jìn)行變頻控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)中供水水泵盡量工作在最佳效率狀態(tài)。通過(guò)前面的綜合分析得出系統(tǒng)的總體控制方案圖?！?.1、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連線圖見(jiàn)圖2-1。圖2-1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連線圖¤3.2、系統(tǒng)原理說(shuō)明按下啟動(dòng)按鈕SB1后，1#電動(dòng)機(jī)先以變頻器軟啟動(dòng)，然后每隔100ms讀入一次傳感器的采樣值，然后進(jìn)行PID運(yùn)算，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入到變頻器的電壓，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，若管內(nèi)的壓力小于所需壓力的下限，則定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，定時(shí)后產(chǎn)生一個(gè)對(duì)變頻器復(fù)位的脈沖信號(hào)，將定時(shí)器復(fù)位，同時(shí)切斷1#電動(dòng)機(jī)的變頻接觸器，將1#電動(dòng)機(jī)的工頻接觸器閉合。接著將2#電動(dòng)機(jī)的變頻接觸器閉合，使2#電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)，若定時(shí)器定時(shí)未到，管內(nèi)壓力滿足所需要求，則定時(shí)器放棄定時(shí)，此時(shí)1#電動(dòng)機(jī)為變頻運(yùn)行，2#，3#電動(dòng)機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)1#電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行，2#電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，如果檢測(cè)到輸入的電壓值依然小于管內(nèi)壓力的下限值，則定時(shí)器啟動(dòng)，定時(shí)完成后，將1#，2#電動(dòng)機(jī)全部置于工頻運(yùn)行狀態(tài)，切斷2#電動(dòng)機(jī)變頻控制的觸點(diǎn)，同時(shí)將3#電動(dòng)機(jī)的變頻接觸器閉合，使3#電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)；如果定時(shí)未到，管內(nèi)壓力滿足所需要求，則定時(shí)器放棄定時(shí)，此時(shí)1#電動(dòng)機(jī)為工頻運(yùn)行狀態(tài)，2#電動(dòng)機(jī)為變頻運(yùn)行狀態(tài)，3#處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)1#，2#電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行，3#電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，如果檢測(cè)到輸入的電壓值依然小于管內(nèi)壓力的下限值，則定時(shí)器啟動(dòng)，定時(shí)完成后，將1#，2#,3#電動(dòng)機(jī)全部置于工頻運(yùn)行狀態(tài)，切斷2#電動(dòng)機(jī)變頻控制的觸點(diǎn)，同時(shí)將3#電動(dòng)機(jī)的變頻接觸器閉合，使3#電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)；如果定時(shí)未到，管內(nèi)壓力滿足所需要求，則定時(shí)器放棄定時(shí)，此時(shí)1#電動(dòng)機(jī)為工頻運(yùn)行狀態(tài)，2#電動(dòng)機(jī)為工頻運(yùn)行狀態(tài)，3#處于變頻運(yùn)行狀態(tài)。如果壓力傳感器反饋回來(lái)的電壓值超過(guò)管內(nèi)壓力上限所對(duì)應(yīng)的電壓值，經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的5s定時(shí)后，將1#電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)切除，留下2#電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行，3#電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行。此時(shí)，如果壓力傳感器反饋的電壓值仍然超過(guò)管內(nèi)雅鹿上限所對(duì)丁的電壓值，再經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的5s定時(shí)后，將2#電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除，只留下3#電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行，從而滿足恒壓供水的要求?！?、系統(tǒng)方案¤4.1、系統(tǒng)工作過(guò)程開(kāi)始時(shí)假設(shè)系統(tǒng)用水量不大，只有1#電動(dòng)機(jī)在變頻運(yùn)行，2#，3#電動(dòng)機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)用水量增加時(shí)，系統(tǒng)壓力隨之增大，1#電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，當(dāng)頻率增加到50HZ最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，意味著只有1#電動(dòng)機(jī)工作滿足不了此時(shí)的用水需求，這是變頻器就控制1#電動(dòng)機(jī)從變頻運(yùn)行狀態(tài)切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)讓2#電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng);若從遠(yuǎn)傳壓力表反饋回來(lái)的壓力值仍然小于設(shè)定的下限值，則讓2#電動(dòng)機(jī)從變頻工作狀態(tài)切換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)3#電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)，不斷將遠(yuǎn)傳壓力表采集的信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，若反饋的電壓值小于設(shè)定的壓力下限值，則將3#電動(dòng)機(jī)切換至工頻運(yùn)行狀態(tài)。若用水量減少，則官網(wǎng)壓力下降，變頻器首先將1#電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)切除，2#電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行，3#電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行；若次時(shí)管網(wǎng)壓力繼續(xù)下降，則將2#電動(dòng)機(jī)也從電網(wǎng)切除，留下3#電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量再次增加時(shí)，首先將3#電動(dòng)機(jī)從變頻運(yùn)行狀態(tài)切換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)變頻啟動(dòng)1#電動(dòng)機(jī)，當(dāng)兩臺(tái)電動(dòng)同時(shí)運(yùn)行滿足不了供水需求時(shí)，接著啟動(dòng)2#電動(dòng)機(jī)。當(dāng)用水量再次下降時(shí)，首先將3#電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)切除，如果官網(wǎng)壓力還是不能滿足要求，接著將2#電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)切除，只留下1#電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行。如此往復(fù)循環(huán)?！?.2、三臺(tái)電機(jī)順序運(yùn)行方框圖見(jiàn)圖2-2。圖2-2三臺(tái)電機(jī)順序運(yùn)行方框圖¤4.3系統(tǒng)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2-3。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)¤1、主電路設(shè)計(jì)與器件的選型¤1.1、主電路的設(shè)計(jì)圖3-1所示為控制系統(tǒng)主電路圖。三臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM2、KM3分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QF1、QF2分別為三臺(tái)水泵電機(jī)工頻和變頻運(yùn)行的空氣斷路器；FU1為主電路的熔斷器，VFFF為簡(jiǎn)單的一般變頻器。圖3-1變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主電路圖¤1.2、元器件的選型¤1.2.1、斷路器QF2的選擇斷路器具有隔離、過(guò)電流及欠電壓等保護(hù)問(wèn)題，當(dāng)變頻器的輸入側(cè)發(fā)生短路或電源電壓過(guò)低等故障時(shí)，可迅速進(jìn)行保護(hù)。考慮變頻器允許的過(guò)載能力為150%，1min。所以為了避免誤動(dòng)作，斷路器QF2的額定電流IQN應(yīng)選：IQN>=（1.3~1.4）IN=（1.3~1.4）*5.5=7.7AQF2選15A式中，IN為變頻器的輸出電流，IN=5.5A。在設(shè)計(jì)中,根據(jù)設(shè)計(jì)的電流的大小,選擇了以下隔離開(kāi)關(guān),如下表3-1所示：¤1.2.2、斷路器QF1的選擇在電動(dòng)機(jī)要求實(shí)現(xiàn)工頻和變頻切換驅(qū)動(dòng)的電路中，斷路器應(yīng)按電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)電流來(lái)考慮，短路器QF1的額定電流IQN應(yīng)選IQN>=2.5IMN=2.5*4.5A=11.25AQF1應(yīng)選15A式中，IMN為電動(dòng)機(jī)的額定電流，IMN=4.5A。表3-1斷路器QF1和QF2的相關(guān)參數(shù)型號(hào)機(jī)殼架額定電流（A）額定電壓（V）極數(shù)脫扣額定電流（A)額定短路通斷能力（KVA）電氣機(jī)械壽命（次）DZ15-40/390140380320315000¤1.2.3、接觸器的選擇接觸器的選擇應(yīng)考慮到電動(dòng)機(jī)在工頻下的起動(dòng)情況，其觸點(diǎn)通?？砂措妱?dòng)機(jī)的額定電流再加大一個(gè)檔次來(lái)選擇，由于電動(dòng)機(jī)的額定電流IMN=4.5A，所以接觸器的觸點(diǎn)電流選10A即可?！?.2.4、熔斷器的選擇用于保護(hù)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的熔斷器，在出現(xiàn)尖峰電流時(shí)也不應(yīng)熔斷，通常將其中容量最大的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，而其余電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的電流作為尖峰電流，因此，熔體的額定電流應(yīng)滿足以下關(guān)系：Ire<=(1.5-2.5)Iemax+∑Ie=1.5×4.5+（4.4+4.4）=15.55A，所以熔斷器應(yīng)選熔體額定電流為20A的?！?.2.5、熱繼電器的選擇電磁式繼電器是根據(jù)外來(lái)信號(hào)，利用電磁原理使銜鐵產(chǎn)生閉合動(dòng)作，從而帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，使控制電路接通或分?jǐn)?，實(shí)現(xiàn)控制電路的狀態(tài)改變，對(duì)電動(dòng)機(jī)起過(guò)載保護(hù)，為了不使電動(dòng)機(jī)定子繞組中的負(fù)載電流長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定工作電流，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求選用熱繼電器的額定電流應(yīng)選Ix=（1.1-1.4）Imn=2×4.4=8.8A，所以選用熱繼電器的額定電流為20A即可。它的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3-2。表3-2熱繼電器的型號(hào)型號(hào)額定電流（A）發(fā)熱元件規(guī)格連接導(dǎo)線規(guī)格額定電流（A）刻度電流調(diào)整范圍JR16-20/3205103.2-4.0-5.04mm2單股塑料銅線¤1.2.6、刀開(kāi)關(guān)的選擇作為電源引入開(kāi)關(guān)或不頻繁接通與分?jǐn)嗳萘坎惶蟮呢?fù)載，根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要，選用刀開(kāi)關(guān)的參數(shù)見(jiàn)表3-3。表3-3刀開(kāi)關(guān)參數(shù)表額定電壓（V）額定電流(A)極數(shù)熔體極限分?jǐn)嗄芰Γˋ)控制最大電動(dòng)機(jī)功率(KW)機(jī)械壽命電器壽命3301535002.2100002000¤1.2.7、水泵控制閥的選擇水泵控制閥就是水壓控制的閥門，水泵控制閥由一個(gè)主閥及其附設(shè)的導(dǎo)管﹑導(dǎo)閥﹑針閥﹑球閥和壓力表等組成。根據(jù)使用目的﹑功能及場(chǎng)所的不同可演變成遙控浮球閥﹑減壓閥﹑緩閉止回閥﹑流量控制閥﹑泄壓閥﹑水力電動(dòng)控制閥、水泵控制閥等。特點(diǎn)如下：A、水泵控制閥呈流線型設(shè)計(jì)，通過(guò)電磁閥的導(dǎo)控實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的啟閉，使用安全可靠，有效地防止水錘河水擊聲B、防止泵出的水回流，有效地保護(hù)水泵，免受回流的沖擊而產(chǎn)生反轉(zhuǎn)C、使用壽命長(zhǎng)，安裝、維修方便D、適用于工礦、企業(yè)、高層建筑中由水泵直接供水及生活用水管網(wǎng)系統(tǒng)水泵控制閥的工作壓力分為1.0Mpa,1.6Mpa,2.5Mpa,4.0Mpa,6.4Mpa,10.0Mpa六種，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，由于管網(wǎng)壓力要求為0.5Mpa,所以選擇控制閥的型號(hào)為H741X-10,它的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3-4。表3-4水泵控制閥的參數(shù)型號(hào)工作壓力（Mpa)使用溫度（度）材料適用介質(zhì)閥體閥蓋閥桿閥座閥盤膜片H741X-1010-80鑄鐵鉻不銹鋼青銅丁晴橡膠水¤1.2.8、壓力變送器的選擇傳感器的作用是將壓力、溫度等非電量的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)，以便后續(xù)電路進(jìn)行處理，在此系統(tǒng)中，傳感器是將供水管中的壓力轉(zhuǎn)換成電量后，傳送到PLC的特殊功能模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳給變頻器控制電動(dòng)機(jī)。對(duì)于基于彈性元件的壓力變送器，只是單純用于壓力測(cè)量時(shí)，其量程選擇原則為：被測(cè)壓力較平穩(wěn)時(shí)3/2Pmax<=Sp<=3Pmin被測(cè)壓力波動(dòng)比較大時(shí)2Pmax<=Sp<=3Pmin測(cè)量高壓壓力時(shí)5/3Pmax<=Sp<=3PminPmax為壓力表的最大量程，Pmin為最小量程，Sp為被測(cè)量。如果壓力變送器用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，考慮到控制系統(tǒng)會(huì)使參數(shù)穩(wěn)定在設(shè)定值上。為使指示控制方便，上下波動(dòng)偏差范圍相同，變送器量程一般是選用系統(tǒng)設(shè)定值的兩倍。根據(jù)任務(wù)書要求，管網(wǎng)出口壓力規(guī)定為0.5MPa，誤差為正負(fù)0.1，則符合上述所屬的特殊情況，壓力變送器選擇量程為0-1MPa,進(jìn)度等級(jí)應(yīng)選為Ac<=(0.01/I.0)*100%=1,所以進(jìn)度等級(jí)定為0.5級(jí)，它的相關(guān)參數(shù)如表3-5。表3-5壓力變送器的參數(shù)型號(hào)量程（Mpa)輸出信號(hào)精確度等級(jí)DG1300-BZ-2-20-14-20mA0.5¤1.3、安裝與配線注意事項(xiàng)1）變頻器的輸入端R、S、T和輸出端U、V、W是絕對(duì)不允許接錯(cuò)的，否則將引起兩相間的短路而迅速將逆變管燒壞；2）變頻器都有一個(gè)接地端子“E”，用戶應(yīng)將此端子與大地相接。當(dāng)變頻器和其他設(shè)備，或多臺(tái)變頻器一起接地時(shí)，每臺(tái)設(shè)備都必須分別和地線相接，不允許將一臺(tái)設(shè)備的接地端和另一臺(tái)設(shè)備的接地端相接后在接地；3）在進(jìn)行變頻器的控制端子接線時(shí)，務(wù)必與主動(dòng)力線分離，也不要配置在同一線管內(nèi)，否則有可能產(chǎn)生誤動(dòng)作；4）壓力設(shè)定信號(hào)線和來(lái)自壓力傳感器的反饋信號(hào)線必須采用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層與變頻器的控制端子ACM連接，屏蔽線另一端的屏蔽層懸空。¤2.控制電路的設(shè)計(jì)與選型¤2.1、控制電路的設(shè)計(jì)控制電路主要由壓力變送器反饋的信號(hào)送到PLC內(nèi)，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算后控制變頻器變頻工作，其控制電路圖見(jiàn)圖3-2?！?.1.1、對(duì)控制電路的說(shuō)明圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，SA打在1的位置時(shí)為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在2位置是為手動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用SB2-SB10控制三臺(tái)水泵電機(jī)的起/停和壓力變送器的通斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC的程序控制下運(yùn)行。圖中的HL7為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位控制時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于PLC的4個(gè)輸出點(diǎn)為一組，共用一個(gè)COM端，而系統(tǒng)又沒(méi)有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，所以通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)頻控制。圖中的Q0.0~Q0.5及Q1.0~Q1.1為PLC的輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的3、4、5、6、7、8、9、10等數(shù)字為接線編號(hào)，可結(jié)合PLC的外圍接線圖一起讀圖。2.1.2控制電路見(jiàn)圖3-2圖3-2變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制圖¤2.2、器件選型¤2.2.1、變頻器變頻器是把電壓，頻率固定的交流電變換成電壓，頻率分別可調(diào)的交流電的變換器。變頻調(diào)速器與外界的聯(lián)系點(diǎn)基本上分三部分：一是主電路接線端，包括工頻電網(wǎng)的輸入端（R，S，T），接電機(jī)的頻率，電壓連續(xù)可調(diào)的輸出端（U，V，W）。二是控制端子，包括外部信號(hào)控制變頻調(diào)速器工作的端子，變頻帶調(diào)速器