【正文】 ......................................................................30 PLC 程序設(shè)計(jì) .............................................................................................................31 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ........................................................................................32 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) ........................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 PID 控制器參數(shù)整定 ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 PID 控制及其控制算法 ..................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學(xué)模型 ................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 PID 參數(shù)整定 ..................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 5 結(jié)束語(yǔ)和展望 ........................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 結(jié)束語(yǔ) .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 展望 .............................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 致謝 ............................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 A 主程序梯形圖 .............................................................................................................46 附錄 B 英文文獻(xiàn) ...................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 附錄 C 中文翻譯 ...................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 共 63 頁(yè) 1 緒論 選題的背景 自從改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人民生活水平快速提高。但是我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)普遍沒(méi)有跟上生活水平的快速進(jìn)步，如城市供水系統(tǒng)等。在過(guò)去的二十幾年的中，我國(guó)城市居民人均生活用水量提升了一倍多，但是由于城市供水設(shè)備還是相較落后，造成人民用水緊張，特別是在用水高峰期時(shí)，供水一般是不足的。但是由于每天用水時(shí)間段不一樣，有時(shí)少，有時(shí)多，所以一味地片面提高供水水位會(huì)造成 能源的浪費(fèi)，而且還可能引發(fā)事故隱患。因此供水系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性會(huì)直接影響到居民生活水平。 傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的供水設(shè)備分為恒速泵加壓式、氣壓罐式、水塔高位水箱式等多少種方式，但是其普遍具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動(dòng)化程度低、工作效率低、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、維護(hù)檢修成本高的缺點(diǎn)。 變頻恒壓供水 技術(shù)簡(jiǎn)介 變頻恒壓供水技術(shù)是指將 變頻調(diào)速技術(shù)和可編程程序控制器 （ PLC）相結(jié)合以 PLC作為 整個(gè)裝置的控制中心 ， 使 變頻器與 PID 相 結(jié)合， 變頻恒壓供水 系統(tǒng) 能夠依照供水系統(tǒng)的壓力值迅速 調(diào)整供水系統(tǒng)的 供輸情況 ， 從而實(shí)現(xiàn) 恒壓供水的目的， 這項(xiàng)技 術(shù)比傳統(tǒng)的技術(shù)有： 運(yùn)行安全、操作簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、自動(dòng)化程度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 變頻恒壓供水 的意義 所以現(xiàn)代化的的供水方式趨向于高效化、節(jié)能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，而變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)明與推廣，使之成為了可能。變頻調(diào)速技術(shù)具有能夠自動(dòng)化地根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)供水壓力，它更加節(jié)約了資源更節(jié)省了運(yùn)行成本。同時(shí)它可以調(diào)節(jié)供水管道的供水壓力，從而減少水壓對(duì)管道的沖擊。它還具有能減小水泵、電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械沖擊力和摩擦力的損耗的特點(diǎn) 變頻恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 和特點(diǎn) 變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 63 頁(yè) 1. 變頻恒壓供水 可以長(zhǎng)效保持 恒定 的供水水 壓 強(qiáng) ，并 且能夠依照 壓力 變化而 自動(dòng)化的完成 備用泵 的壓力調(diào)節(jié) ， 這使 供水 效果優(yōu)化 ， 比 傳統(tǒng) 的 供水 方式 ， 更有效的減少因?yàn)楣舱穸斐晒艿榔屏训默F(xiàn)象 。 2. 減少了水泵高頻率的 啟動(dòng) 和 停止， 增長(zhǎng)了 水泵 、電機(jī) 的使用壽命 。同時(shí)， 變頻恒壓供水啟動(dòng) 方式平緩 ， 可以避免 電機(jī)水泵 和電機(jī) 的 供電 沖擊 力 ， 避免了傳統(tǒng)供水方式中水錘現(xiàn)象的發(fā)生。 3. 變頻恒壓 式 供水 系統(tǒng)沒(méi)有水箱的設(shè)計(jì)，可以減少不必要的資金、資源的浪費(fèi)，還可以節(jié)省較大的空間結(jié)構(gòu)，減少安裝所帶來(lái)的不便，而且采用 變頻恒壓 式 供水 系統(tǒng)不會(huì)長(zhǎng)期儲(chǔ)存水，減 少水與過(guò)程環(huán)境的接觸時(shí)間與空間，從而達(dá)到衛(wèi)生、安全、潔凈的特點(diǎn)。 4. 變頻恒壓供水 還可以根據(jù)客戶自身的需求，自動(dòng)化、智能化的調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、水泵的壓力，減少了工作人員的工作量，提高了工作效率，節(jié)省了資源環(huán)境。 5. 變頻恒壓供水系統(tǒng) 擁有全套安全的 保護(hù) 設(shè)施 ， 更 具有欠壓、過(guò)流、過(guò)載、過(guò)熱、缺相、短路等 保護(hù)電路 。 變頻恒壓供水的特點(diǎn) （ 1）節(jié)約資源，比傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)節(jié)約百分之五十至七十的電量，正式國(guó)家所倡導(dǎo)的綠色科技。 （ 2）占用空間小，不會(huì)造成空間上的浪費(fèi)。同時(shí)減少了一些不必要的器件，節(jié)省了制作、 運(yùn)營(yíng)成本。 （ 3）器件配置多種多樣，用戶可以根據(jù)自身的需求來(lái)設(shè)定自身的設(shè)備特點(diǎn)。而且它的自動(dòng)化程度較高，減少了人對(duì)其的工作量，使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加具備人性化。 （ 4）運(yùn)行合理，因?yàn)椴捎密浧鹋c軟停這種運(yùn)行方式，不僅能夠減少水錘效應(yīng)，而且能夠減少平均的扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修成本，還可以增加水泵的壽命。 （ 5）因?yàn)樽冾l恒壓調(diào)速能夠從水源供水，不會(huì)長(zhǎng)期儲(chǔ)存水，減少水與過(guò)程環(huán)境的接觸時(shí)間與空間，從而達(dá)到衛(wèi)生、安全、潔凈的特點(diǎn)。 （ 6）可以通過(guò)遠(yuǎn)程報(bào)警和通信控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制。大大 減少了人力成本。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 共 63 頁(yè) 變頻恒壓供水的應(yīng)用 基于 PLC 技術(shù)與變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計(jì)的智能恒壓供水控制系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的供水技術(shù)更為先進(jìn)，更有運(yùn)行安全、操作簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、自動(dòng)化程度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以在實(shí)際的使用中也越來(lái)越廣泛，如在以下方面： （ 1）在家庭用水系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠保證在生活用水高峰期有穩(wěn)定的用水壓力、流量，也能夠在用水低峰期時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)水壓強(qiáng)度。 （ 2）也廣泛的應(yīng)用于自來(lái)水廠、小區(qū)、公園等公共用水機(jī)構(gòu)，為人民群眾的公共用水提供了有力保障。 （ 3）在工廠、企業(yè)中的應(yīng)用，眾所周知，對(duì)于一些企業(yè) 、工廠，水是生產(chǎn)工作的基礎(chǔ)，如果沒(méi)有穩(wěn)定的供水系統(tǒng)，有可能使整個(gè)企業(yè)、工廠陷于癱瘓。而恒壓供水系統(tǒng)能夠?yàn)槠涮峁┓€(wěn)定、安全、節(jié)能的供水系統(tǒng)。 （ 4）在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，水是萬(wàn)物之源，農(nóng)作物的生長(zhǎng)離不開(kāi)水的供給。所以說(shuō)穩(wěn)定的供水系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重中之重。 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 系統(tǒng)概述和節(jié)能原理 系統(tǒng)概述 供水系統(tǒng)是 居民日常用水相當(dāng)重要的 系統(tǒng) 。 過(guò)去的 供水 模式 占地 相對(duì)較 大，水質(zhì) 十分容易被 污染，基建 成本高 ， 而最為不足之處是無(wú)法維持水壓恒定 ， 導(dǎo)致許多設(shè)備不能處于正常工作狀態(tài) 。變頻調(diào)速技 術(shù) 是基于 交流電機(jī)無(wú)極調(diào)速技術(shù) 的 一 類先進(jìn)科學(xué)技術(shù) ，它利用自身完美獨(dú)特的控制魅力征服了整個(gè)速度控制領(lǐng)域 ， 尤其在供水行業(yè) 。 因?yàn)橛辛税踩a(chǎn) 和供水質(zhì)量的 特定需求 ，恒壓供水 系統(tǒng)的 壓力 需要被嚴(yán)格控制 ， 促使 變頻調(diào)速技術(shù) 進(jìn)入到更加深層次的研發(fā) 。恒壓供水方式 具備較多優(yōu)點(diǎn)，如 水壓恒定、 實(shí)際操作方便 、 工作穩(wěn)定 、節(jié)約電能、自動(dòng) 控制 程度高，在泵站供水 工程 中可 完成下述諸多 功能： （ 1）維持水壓恒定 ； （ 2）控制系統(tǒng) 可以 手動(dòng) /自動(dòng)運(yùn)行 ； （ 3）多臺(tái)泵 可 自動(dòng)切換運(yùn)行 ； 基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 63 頁(yè) （ 4）系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)外界停止用水時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直 到 有 用水需求時(shí)自動(dòng)喚醒 ； （ 5）在線調(diào)整 PID 參數(shù) ； （ 6） 泵組及線路保護(hù)檢測(cè)報(bào)警，信號(hào)顯示等 ； 節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性 的 前提 是讓 供水系統(tǒng)管路中的閥門 維持一定開(kāi)度 ， 表征 水泵在特定 轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線，如圖 21 所示。 如果 閥門開(kāi)度和水泵轉(zhuǎn)速都 保持恒定 的 情況 下，流量的 控制 主要 決定于居民 的用水 需求 ，因此，揚(yáng)程特性 具體表征 的是用水流量 Qu與揚(yáng)程 H 間的關(guān)系 H=f(Qu)。而管阻特性 則 是水泵轉(zhuǎn)速 保持恒定的前提 下 ， 表征 閥門在某一開(kāi)度下流量 Q 與揚(yáng)程 H 之間的關(guān)系曲線，如圖 21 所示。管阻特性 體現(xiàn)了 水泵能量 克服 供水 系統(tǒng)的水位及壓力差、 流量 在 管網(wǎng) 中流動(dòng)阻力的變化 關(guān)系 。 變化 閥門的開(kāi)度， 事實(shí) 上是改變了 特定 揚(yáng)程 條件 下，供水系統(tǒng) 對(duì)居民 的供水能力。因此，管阻特性 表征的 是揚(yáng)程 H 與供水流量 Qc 之間的關(guān)系 曲線 H=f(Qc)。 圖中 揚(yáng)程曲線和管阻特性曲線的交 匯 點(diǎn)， 叫做 供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖 21 中 A 點(diǎn)。在 A 點(diǎn) 時(shí) ， 居民 的用水流量 Qu 大致與 供水系統(tǒng) 中的 供水流量 Qc 相同 ，供水系統(tǒng)既滿足 了 揚(yáng)程特性及 管阻特性，系統(tǒng) 正常 運(yùn)行 ，并保持穩(wěn)定 。 管 阻 特 性AQHH AQ A揚(yáng) 程 特 性 圖 21 恒壓供水系統(tǒng)的基本特征 水泵、電動(dòng)機(jī)、管道和閥門 是構(gòu)成 變頻恒壓供水系統(tǒng) 的主要設(shè)備 。 通常是 異步電動(dòng)機(jī) 帶動(dòng) 水泵 來(lái)供水 ， 并 且把電機(jī)和水泵 整合在一起 ，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速 由 變頻器 控制 ， 通過(guò)調(diào)節(jié) 出水流量 來(lái)的大小完成 恒壓供水。因此，供水系統(tǒng)變頻 從另一個(gè)性質(zhì)看也就是 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 利用控制 定子供電頻率 的變化 來(lái) 控制 同華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 63 頁(yè) 步轉(zhuǎn)速 從 而 完成目標(biāo) 的。 整個(gè) 供水 過(guò)程 中， 一般把 流量 作為 控制 對(duì)象 ， 普遍的控制方式有 閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法 原理是通過(guò)控制閥門開(kāi)度來(lái)控制流量大小，系統(tǒng) 電機(jī)轉(zhuǎn)速 保持不變 。根本實(shí)質(zhì) 是通過(guò) 控制管網(wǎng)中 的阻力大小來(lái)改 變流量，因此，管阻 隨著 閥門開(kāi)度的 改變 而改變， 而 揚(yáng)程特性 保持 不變。 因?yàn)樵趯?shí)際用水中 ，需水量 不是一成不變的 ， 假使 閥門開(kāi)度在 某個(gè)階段維持恒定 ， 則一定會(huì)存在 超壓或欠壓現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速控制法是 通過(guò)控制 水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速 大小從而改變 流量，而閥門開(kāi)度 大小保持 不變，是通過(guò) 使 水的動(dòng)能 發(fā)生 改變 來(lái)控制 流量。因此，揚(yáng)程特性 與 水泵轉(zhuǎn)速 成線性關(guān)系 ， 而 管阻特性 維持穩(wěn)定 。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。 其本質(zhì)上 是 依據(jù)居民 用水量的變化自動(dòng)地 控制 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終 維 持 穩(wěn) 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。 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理 水 泵電機(jī) 大 多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速公式為： ? ?spfn ?? 160 () 該 式中： f代表 電源頻率， p 代表 電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)， s 代表 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) 改變電源頻率 (2) 改變電機(jī)極對(duì)數(shù) (3) 改變轉(zhuǎn)差率 調(diào)節(jié) 電機(jī)極對(duì)數(shù) 的 調(diào)控方式控制 相對(duì)簡(jiǎn)單 ，