【正文】 ......................................................................30 PLC 程序設計 .............................................................................................................31 控制系統(tǒng)主程序設計 ........................................................................................32 控制系統(tǒng)子程序設計 ........................................................ 錯誤 !未定義書簽。 PID 控制器參數整定 ................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 PID 控制及其控制算法 ..................................................... 錯誤 !未定義書簽。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數學模型 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 PID 參數整定 ..................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 5 結束語和展望 ........................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 結束語 .......................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 展望 .............................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 致謝 ............................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 附錄 A 主程序梯形圖 .............................................................................................................46 附錄 B 英文文獻 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 附錄 C 中文翻譯 ...................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 華北科技學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 63 頁 1 緒論 選題的背景 自從改革開放以來，我國國民經濟發(fā)展迅速，人民生活水平快速提高。但是我國城市基礎設施建設普遍沒有跟上生活水平的快速進步，如城市供水系統(tǒng)等。在過去的二十幾年的中，我國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，供水一般是不足的。但是由于每天用水時間段不一樣，有時少，有時多，所以一味地片面提高供水水位會造成 能源的浪費，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)定性會直接影響到居民生活水平。 傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的供水設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，但是其普遍具有結構復雜、自動化程度低、工作效率低、資源浪費嚴重、維護檢修成本高的缺點。 變頻恒壓供水 技術簡介 變頻恒壓供水技術是指將 變頻調速技術和可編程程序控制器 （ PLC）相結合以 PLC作為 整個裝置的控制中心 ， 使 變頻器與 PID 相 結合， 變頻恒壓供水 系統(tǒng) 能夠依照供水系統(tǒng)的壓力值迅速 調整供水系統(tǒng)的 供輸情況 ， 從而實現(xiàn) 恒壓供水的目的， 這項技 術比傳統(tǒng)的技術有： 運行安全、操作簡單、節(jié)約能源、自動化程度高、使用壽命長等特點。 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、自動化的方向發(fā)展，而變頻調速技術的發(fā)明與推廣，使之成為了可能。變頻調速技術具有能夠自動化地根據需要來調節(jié)供水壓力，它更加節(jié)約了資源更節(jié)省了運行成本。同時它可以調節(jié)供水管道的供水壓力，從而減少水壓對管道的沖擊。它還具有能減小水泵、電機內部的機械沖擊力和摩擦力的損耗的特點 變頻恒壓供水的優(yōu)點 和特點 變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點 基于 PLC 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計 第 2 頁 共 63 頁 1. 變頻恒壓供水 可以長效保持 恒定 的供水水 壓 強 ，并 且能夠依照 壓力 變化而 自動化的完成 備用泵 的壓力調節(jié) ， 這使 供水 效果優(yōu)化 ， 比 傳統(tǒng) 的 供水 方式 ， 更有效的減少因為共振而造成管道破裂的現(xiàn)象 。 2. 減少了水泵高頻率的 啟動 和 停止， 增長了 水泵 、電機 的使用壽命 。同時， 變頻恒壓供水啟動 方式平緩 ， 可以避免 電機水泵 和電機 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)沒有水箱的設計，可以減少不必要的資金、資源的浪費，還可以節(jié)省較大的空間結構，減少安裝所帶來的不便，而且采用 變頻恒壓 式 供水 系統(tǒng)不會長期儲存水，減 少水與過程環(huán)境的接觸時間與空間，從而達到衛(wèi)生、安全、潔凈的特點。 4. 變頻恒壓供水 還可以根據客戶自身的需求，自動化、智能化的調節(jié)電機的轉速、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 設施 ， 更 具有欠壓、過流、過載、過熱、缺相、短路等 保護電路 。 變頻恒壓供水的特點 （ 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，正式國家所倡導的綠色科技。 （ 2）占用空間小，不會造成空間上的浪費。同時減少了一些不必要的器件，節(jié)省了制作、 運營成本。 （ 3）器件配置多種多樣，用戶可以根據自身的需求來設定自身的設備特點。而且它的自動化程度較高，減少了人對其的工作量，使整個系統(tǒng)設計更加具備人性化。 （ 4）運行合理，因為采用軟起與軟停這種運行方式，不僅能夠減少水錘效應，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）因為變頻恒壓調速能夠從水源供水，不會長期儲存水，減少水與過程環(huán)境的接觸時間與空間，從而達到衛(wèi)生、安全、潔凈的特點。 （ 6）可以通過遠程報警和通信控制，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程控制。大大 減少了人力成本。 華北科技學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 63 頁 變頻恒壓供水的應用 基于 PLC 技術與變頻調速技術設計的智能恒壓供水控制系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的供水技術更為先進，更有運行安全、操作簡單、節(jié)約能源、自動化程度高、使用壽命長等特點，所以在實際的使用中也越來越廣泛，如在以下方面： （ 1）在家庭用水系統(tǒng)中的應用，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，自動調節(jié)水壓強度。 （ 2）也廣泛的應用于自來水廠、小區(qū)、公園等公共用水機構，為人民群眾的公共用水提供了有力保障。 （ 3）在工廠、企業(yè)中的應用，眾所周知，對于一些企業(yè) 、工廠，水是生產工作的基礎，如果沒有穩(wěn)定的供水系統(tǒng)，有可能使整個企業(yè)、工廠陷于癱瘓。而恒壓供水系統(tǒng)能夠為其提供穩(wěn)定、安全、節(jié)能的供水系統(tǒng)。 （ 4）在農業(yè)中的應用，水是萬物之源，農作物的生長離不開水的供給。所以說穩(wěn)定的供水系統(tǒng)是農業(yè)生產的重中之重。 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 居民日常用水相當重要的 系統(tǒng) 。 過去的 供水 模式 占地 相對較 大，水質 十分容易被 污染，基建 成本高 ， 而最為不足之處是無法維持水壓恒定 ， 導致許多設備不能處于正常工作狀態(tài) 。變頻調速技 術 是基于 交流電機無極調速技術 的 一 類先進科學技術 ，它利用自身完美獨特的控制魅力征服了整個速度控制領域 ， 尤其在供水行業(yè) 。 因為有了安全生產 和供水質量的 特定需求 ，恒壓供水 系統(tǒng)的 壓力 需要被嚴格控制 ， 促使 變頻調速技術 進入到更加深層次的研發(fā) 。恒壓供水方式 具備較多優(yōu)點，如 水壓恒定、 實際操作方便 、 工作穩(wěn)定 、節(jié)約電能、自動 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 /自動運行 ； （ 3）多臺泵 可 自動切換運行 ； 基于 PLC 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)設計 第 4 頁 共 63 頁 （ 4）系統(tǒng)睡眠與喚醒，當外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直 到 有 用水需求時自動喚醒 ； （ 5）在線調整 PID 參數 ； （ 6） 泵組及線路保護檢測報警，信號顯示等 ； 節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的揚程特性 的 前提 是讓 供水系統(tǒng)管路中的閥門 維持一定開度 ， 表征 水泵在特定 轉速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關系曲線，如圖 21 所示。 如果 閥門開度和水泵轉速都 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，揚程特性 具體表征 的是用水流量 Qu與揚程 H 間的關系 H=f(Qu)。而管阻特性 則 是水泵轉速 保持恒定的前提 下 ， 表征 閥門在某一開度下流量 Q 與揚程 H 之間的關系曲線，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 中流動阻力的變化 關系 。 變化 閥門的開度， 事實 上是改變了 特定 揚程 條件 下，供水系統(tǒng) 對居民 的供水能力。因此，管阻特性 表征的 是揚程 H 與供水流量 Qc 之間的關系 曲線 H=f(Qc)。 圖中 揚程曲線和管阻特性曲線的交 匯 點， 叫做 供水系統(tǒng)的工作點，如圖 21 中 A 點。在 A 點 時 ， 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 揚程特性及 管阻特性，系統(tǒng) 正常 運行 ，并保持穩(wěn)定 。 管 阻 特 性AQHH AQ A揚 程 特 性 圖 21 恒壓供水系統(tǒng)的基本特征 水泵、電動機、管道和閥門 是構成 變頻恒壓供水系統(tǒng) 的主要設備 。 通常是 異步電動機 帶動 水泵 來供水 ， 并 且把電機和水泵 整合在一起 ，異步電機的轉速 由 變頻器 控制 ， 通過調節(jié) 出水流量 來的大小完成 恒壓供水。因此，供水系統(tǒng)變頻 從另一個性質看也就是 異步電動機的變頻調速。異步電動機的變頻調速是 利用控制 定子供電頻率 的變化 來 控制 同華北科技學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 63 頁 步轉速 從 而 完成目標 的。 整個 供水 過程 中， 一般把 流量 作為 控制 對象 ， 普遍的控制方式有 閥門控制法和轉速控制法。閥門控制法 原理是通過控制閥門開度來控制流量大小，系統(tǒng) 電機轉速 保持不變 。根本實質 是通過 控制管網中 的阻力大小來改 變流量，因此，管阻 隨著 閥門開度的 改變 而改變， 而 揚程特性 保持 不變。 因為在實際用水中 ，需水量 不是一成不變的 ， 假使 閥門開度在 某個階段維持恒定 ， 則一定會存在 超壓或欠壓現(xiàn)象。轉速控制法是 通過控制 水泵電機的轉速 大小從而改變 流量，而閥門開度 大小保持 不變，是通過 使 水的動能 發(fā)生 改變 來控制 流量。因此，揚程特性 與 水泵轉速 成線性關系 ， 而 管阻特性 維持穩(wěn)定 。變頻調速供水方式屬于轉速控制。 其本質上 是 依據居民 用水量的變化自動地 控制 電機的轉速，使管網壓力始終 維 持 穩(wěn) 定，當用水量增大時電機加速，用水量減小時電機減速。 電動機的調速原理 水 泵電機 大 多采用三相異步電動機，其轉速公式為： ? ?spfn ?? 160 () 該 式中： f代表 電源頻率， p 代表 電動機極對數， s 代表 轉差率 從上式可知，三相異步電動機的調速方法有： (l) 改變電源頻率 (2) 改變電機極對數 (3) 改變轉差率 調節(jié) 電機極對數 的 調控方式控制 相對簡單 ，