【正文】 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)絡化是指以觸摸屏為代表的人機接口實現(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、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。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，通過設置指令代碼實現(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，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機(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:另一方面是因為我國供水設備工作效率低，控制方式不夠科學合理。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控。但在系統(tǒng)的動態(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)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐中。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)，是當今國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、。有內(nèi)置電源，有水泵電機、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)設計（論文）工作進度安排 09月20日—9月29日：熟悉設計內(nèi)容、要求、任務；收集與設計相關(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)框圖設計，完成系統(tǒng)配置與選型；10月04日—10月07日：完善系統(tǒng)硬件電路設計；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)設計說明書；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)的總體設計與軟件的實現(xiàn)，并對系統(tǒng)采取的可靠性措施進行了說明。 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。以下就逐一分析。(2) 恒速泵+水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效能區(qū)。水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠期的需要；而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。高層建筑還可分層設立水箱。(5)恒速泵十氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。(6)變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。②出口變壓控制水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設定值不只是一個。所需水泵出口壓力計算得越符合實際情況越節(jié)能，將全天分得越細越節(jié)能，當然控制的實現(xiàn)也越復雜。變頻調(diào)速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個較大的缺點。由此可見變頻調(diào)速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，加之啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊。把先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡技術(shù)等應用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。目前，大量的電能消耗在水泵、風機負載上，城鄉(xiāng)居民用水設備所消耗的電量在這類負載中占了相當?shù)谋壤Ｒ宰冾l器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術(shù)于一體。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、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。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，通過設置指令代碼實現(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，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機(泵)的供水系統(tǒng)。但在系統(tǒng)的動態(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)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐中。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)，是當今國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、。在1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，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合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。④輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個刷新時間輸出映像寄存器的狀態(tài)決定；⑤輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存器中的狀態(tài)決定。1. CPU單元CPU是可編程控制器的控制中樞，相當于人的大腦。CPU的功能有：它在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下工作，通過掃描方式，將外部輸入信號的狀態(tài)寫入輸入映象寄存區(qū)域，PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，按指令規(guī)定的任務進行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運算、算術(shù)運算等，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存區(qū)域。 2. 存儲器可編程控制器的存儲器由只讀存儲器ROM、隨機存儲器RAM和可電擦寫的存儲器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的隨機存取優(yōu)點，用來存放需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴展I/O單元兩大類。5. 電源電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。S7200有5種CPU模塊，最多可擴展7個擴展模塊，擴展到248點數(shù)字量I/O或38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間；（2）先進的程序結(jié)構(gòu)，功能強大、使用方便的編程軟件；（3） 靈活方便的尋址方法；（4） 強大的通信功能和品種豐富的配套人機界面；（5） 有競爭力的價格；（6）完善的網(wǎng)上技術(shù)支持等。下面重點分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進了變頻調(diào)速的廣泛應用。 軟啟動工頻狀況下馬達采用的是星三角降壓延時啟動，此時電流是電機額定電流的 4—7倍，若多臺大功率的電機同時啟動，將對電網(wǎng)造成很大沖擊。從而節(jié)省了無功功率消耗的能量。積分調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無差度。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。但是， I動作過強時，對快速變化偏差響應遲緩?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負載場合，僅P動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。也就是使反饋量與日標值相一致的一種通用控制方式。根據(jù)設計的要求，本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應。(5)當出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點自動進行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 課題研究的對象 供水流程簡圖此次設計研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個用戶。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。壓力設定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。由于帶模擬量輸入，輸出接口的可編程控制器價格很高，這無形中就增加了供水設備的成本。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設備中，PID控制信號的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設備成本的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，四臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號)或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。(2)信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:①水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。①供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。③電控設備:它是由一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。人機界面還可以對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示，對報警進行顯示。將手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進入全自動運行狀態(tài)，PLC中程序首先接通KM6，并起動變頻器。當變頻器運行頻率達到頻率上限值，并保持一段時間，則PLC會將當前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下1臺泵變頻運行。當供水壓力小于壓力預置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。減泵工作過程：假定減泵順序依次為1泵。當調(diào)速水泵和恒速水泵都在運行且調(diào)速水泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達到恒壓的目的。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機組中電機的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線圖三部分。（2）控制電路圖 示為電控系統(tǒng)電路。 PLC接線圖。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應操作。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行。如果用水量繼續(xù)增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設定值，系統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關(guān)掉，恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的確實性，應濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限情況，在程序中應考慮采取時間濾波。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設計中使用泵號加1的方法實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。主程序的功能最多，如泵切換信號的生PLC內(nèi)部器件及功能表1器件地址功新泵變頻啟動脈沖T33工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制故障信號匯總T39工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制火災消鈴邏輯倒泵變頻啟動脈沖在本系統(tǒng)中，運行下限頻率設為22Hz, 運行上限頻率設為50Hz。輸出信號1泵工頻運行接觸器及指示燈KM1,HL11泵變頻運行接觸器及指示燈KM2,HL22泵工頻運行接觸器及指示燈KM3,HL32泵變頻運行接觸器及指示燈KM4,HL43泵工頻運行接觸器及指示燈KM5,HL53泵變頻運行接觸器及指示燈KM6,HL64泵工頻運行接觸器及指示燈KM7,HL74泵變頻運行接觸器及指示燈KM8,HL8恒壓供水系統(tǒng)以PLC和變頻器為核心進行設計，借助于PLC強大而靈活的控制功能和內(nèi)置PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實現(xiàn)了恒壓供水的控制。對整個供水過程來說，系統(tǒng)的可擴展性好，管理人員可根據(jù)每個季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性