【正文】 頻恒壓 控制技術(shù)實(shí) 現(xiàn)的研究 [J].CNKI,2021 [11]呂國芳，劉希濤 , 基于 PLC 的 PID 控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表 ,2021 [12]李建勛 ,歐容華 .高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用 [J].變頻 世界 ,2021 [13]李圣良 .九江 學(xué)院供水系 統(tǒng)變頻恒壓 控制技術(shù)實(shí) 現(xiàn)的研究 [J].CNKI,2021 [14]呂國芳，劉希濤 , 基于 PLC 的 PID 控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化儀表 ,2021 [15]李嬌 . 基于 MATLAB的輸送帶配料模糊 PID控制的仿真研究 [J].煤礦機(jī)械 ,2021 [16]吳 宏鑫 PID控制的應(yīng)用與理論依據(jù) 控制工程期刊 2021年第1 期 [17]王延才 .變頻調(diào)速設(shè)計(jì)與應(yīng)用 北京機(jī)械工業(yè)出版社 .2021 六、任務(wù)進(jìn)度 : 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 09 月 20 日 — 9 月 29 日 ：熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求、任務(wù)；收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的論文、資料，方案論證與選擇； 09 月 30 日 — 10 月 03 日：初步完成系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)配置與選型； 10 月 04 日 — 10 月 07 日：完善系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)； 10 月 08 日 — 10 月 11 日：繪制軟件框圖、編寫梯形圖及梯形圖調(diào)試； 10 月 12 日 — 10 月 15 日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書； 10 月 16 日 — 10 月 19 日：繪制圖紙； 10 月 20 日：完成畢業(yè)論文、答辯。 智能化是指 PLC應(yīng)用除具有傳統(tǒng)的順序控制功能外，還增加了用于過程控制和位置控制的各種專用接口及智能控制算法；而網(wǎng)絡(luò)化是指以觸摸屏為代表的人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了 PLC與用戶之間的、靈活的信息交換 ， 且逐漸成為主流趨勢 。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。它將 PID調(diào)節(jié)器和 PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn) PLC和 PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機(jī) (泵 )的供水系統(tǒng)。這一方面是由于我國居民多，用水量大，造成用電量大 :另一方面是因?yàn)槲覈┧O(shè)備工作效率低，控制方式不夠科學(xué)合理。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控 。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。因此這種調(diào)控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài) . 變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式 (如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級調(diào)速等 )，是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù) .它采用微機(jī)控制技術(shù) 。有 內(nèi)置電源 ，有 水泵 電機(jī)、 PLC、 PID 調(diào)節(jié)器 、交流接觸器 、 變頻器 、 管道 、 流量傳感器 、 壓力傳感器 、電磁閥等部件。 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度安排 09 月 20 日 — 9 月 29 日：熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求、任務(wù)；收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的論文、資料，方案論證與選擇； 09 月 30 日 — 10 月 03 日：初步完成系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)配置與選型； 10 月 04 日 — 10 月 07 日：完善系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)； 10 月 08 日 — 10 月 11 日：繪制軟件框圖 、編寫梯形圖及梯形圖調(diào)試； 10 月 12 日 — 10 月 15 日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書； 10 月 16 日 — 10 月 19 日：繪制圖紙； 10 月 20 日：完成畢業(yè)論文、答辯。具體講述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與軟件的實(shí)現(xiàn)，并對系統(tǒng)采取的可靠性措施進(jìn)行了說明。 and munication. Meanwhile, the System can also adapt to various water Supply regions. This paper analyzes the structure of VF speed regulating constantpressure water supply,and proposes several control careful study and parison, PLC and inverter39。 MCGS。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。這種系統(tǒng)形式簡單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大 。 (4) 恒速泵十高位水箱的供水方式 這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人工操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。但氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點(diǎn)，在介紹完變 頻調(diào)速供水方式后，再將二者作一比較。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚(yáng)程中所占比例較小，整個(gè)給水系統(tǒng)的壓力可以看 作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應(yīng)用 時(shí)，由于管路能耗較大，在低峰用水時(shí)，最不利點(diǎn)的流出水頭高于設(shè)計(jì)值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天 24小時(shí)分成的時(shí)段數(shù)及所需水泵出口壓力計(jì)算的精確 程度。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但由于最不利點(diǎn)一般距離水泵較遠(yuǎn)，壓力信號的傳輸在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時(shí)可無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時(shí)變頻器對水泵采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流小，啟動(dòng)能耗比較小。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的 1/31/6，因而每個(gè)罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動(dòng)來保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟動(dòng)過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動(dòng)，電氣和機(jī)械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。我國泵站的特點(diǎn)是數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設(shè)計(jì)中忽視動(dòng)能經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)以及機(jī)電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等等原因，致使在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個(gè)很有意義的工作。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概況 變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。即 1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器 (丹佛斯是傳動(dòng)產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一 )后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像瑞典、瑞士的 ABB集團(tuán)推出了 HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”兩種模式。有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。 可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。實(shí)際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內(nèi)變化。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 第二章 PLC的概述 可編程控制器定義 PLC 的定義 可編程控制器，簡稱 PLC(Programmable logic Controller)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。 PLC 的發(fā)展和應(yīng)用 世界上公認(rèn)的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制 的。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言 [5] ，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)組件都以繼電器命名。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。 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。 PLC在 I/O處理方面必須遵守的規(guī)則如下： ①輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板在上一個(gè)刷新時(shí)間的狀態(tài)； ②程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需軟元件的狀態(tài)； ③輸出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中）的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。編程裝置將用戶程序送入可編程控制器，在可編程控制器運(yùn)行狀態(tài)下，輸入單元接收到外部元件發(fā)出的輸入信號，可編程控制器執(zhí)行程序，并根據(jù)程序運(yùn)行后的結(jié)果，由輸出單元驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。 CPU 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。小型 PLC 的CPU 多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ?CPU，中型 PLC 的 CPU 大多采用 16位微處理器或單片機(jī)，大型 PLC 的 CPU 多用高速位片式處理器，具有高速處理能力。它存儲(chǔ)的內(nèi)容是易失的，掉電后內(nèi)容丟失；當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，用戶程序可以保存在只讀存儲(chǔ)器 EEPROM 或由高能電池支持的 RAM 中。根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為模擬量 I/O 單元、數(shù)字量 I/O 單元兩大類。 PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過 RS485接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。 S7 系列是傳統(tǒng)意義的 PLC， S7200 屬于小型 PLC，在 1998 年升級為第二代產(chǎn)品， 2021 年升級為第三代產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下 [6]： （ 1） 功能強(qiáng)大。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增 加 了中間環(huán)節(jié)的電能損耗 [7]，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。由于這類負(fù)載很多，約占交流電動(dòng)機(jī)總?cè)萘康?20%～ 30%，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。而使用變頻器調(diào)節(jié)后由于變頻器內(nèi)濾波電容的使用，使得功率因素接近為 1，增大了電網(wǎng)的有功功率。比例作用大 ,可以加快調(diào)節(jié) ,減少誤差 ,但是過大的比例 ,使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降 ,甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。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。用 PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動(dòng)等引起的偏差。偏差小時(shí)， P動(dòng)作的作用減小。 利用 I動(dòng)作消除偏差作用和用 D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合 P動(dòng)作就構(gòu)成了 PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。 (2)軟件型：使用離散形式的 PID控制算法在可編程序控制器 (或單片機(jī) )上做 PID控制器 此次使用硬件型控制形式。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) : (1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量 (如 :溫度、流量、濃度等 )一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性。 (4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制 (包括定量泉的停止和運(yùn)行 )是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時(shí)時(shí)變化的。 (7)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長了設(shè) 備的使用壽命。自來水廠送來的水先儲(chǔ)存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。 2．單片微機(jī)電路控制方式 這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時(shí)，調(diào)試較麻煩；追加功能時(shí)往往要對電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足 用戶需要的水壓期望值。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。如果采用一個(gè)開關(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。由于 PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對 PID算法的編程，而且 PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn) 成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。如圖 。 恒速泵 :水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。該信號為開關(guān)量信號。 ② 變頻器 :它是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。 (4)人機(jī)界面 人機(jī)界面是人