【正文】 le frequency cycle operation system, control cabi should be able to supply pressure water supply according to user requirements, Frequency converter, is adopted to realize of pressurized water pump soft start and frequency control of motor speed, Implement as a pump of variable, power frequency switching and automatic start and stop, between the two pumps, Current hydraulic pressure sensor signal, Into the inverter pared with the set value to PID arithmetic, To control the output voltage and frequency of the inverter, Can make a big difference to the speed of water pump motor to change water supply, Eventually maintain stability of the pipe work pressure near the set point, To realize constant pressure water supply. Key words: constant pressure water supply。 供水廠為遠(yuǎn)在方圓 15Km 外的幾十個(gè)村莊供水，供水廠由加壓站和水源井群組成，水源井群由 3 眼井組成。變頻恒壓供水 控制 系統(tǒng)由變頻器、壓力傳感器、水泵機(jī)組、 數(shù)字顯示儀表 等 組 成。同時(shí) 包含三臺(tái) 加壓 水泵電機(jī)，它們組成變頻循環(huán)運(yùn)行 系統(tǒng)，控制柜應(yīng)能根據(jù)用戶需求的供水壓力供水， 采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì) 加壓 水泵的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速， 實(shí)現(xiàn)任意一臺(tái)水泵的的變、工頻切換及兩臺(tái)水泵之間的自動(dòng)啟動(dòng)與停止， 壓力傳感器檢測(cè)當(dāng)前水壓信號(hào)，送入 變頻器 與設(shè)定值比較 ， 進(jìn)行 PID 運(yùn)算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變水泵的轉(zhuǎn)速來改變供水量，最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近 ，實(shí) 現(xiàn)恒壓供水。 variable frequency speed regulation。 充分利用變頻器 的功能 對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速設(shè)備，降低 設(shè)備 成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面 都 很有 益處。 它在近 幾年 內(nèi) 經(jīng)歷了一個(gè)逐步完善的發(fā)展過程， 現(xiàn)在 多泵逐漸 代替 了 早期的單泵 的 恒壓 供水 調(diào)速系統(tǒng)， 節(jié)約了成本 ，提高 了 運(yùn)行效率，成為主導(dǎo) 的系統(tǒng) 產(chǎn)品 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 2 變頻恒壓供水國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，墊定了變頻器的問世的基礎(chǔ)，在早期，國(guó)外生產(chǎn)變頻器的功能主要限定在頻率、壓頻比、電機(jī)正反轉(zhuǎn)、升降速、起動(dòng)及制動(dòng)等控制領(lǐng)域以及各種保護(hù)功能方面。隨著變頻調(diào)速技術(shù) 的 飛速發(fā)展， 大部分廠家 開始推出相應(yīng)的零部件及變頻器本身。 目前，國(guó)內(nèi)推出了小功率水泵（ ～ 22kw）的恒壓供水專用變頻器，將閉環(huán)調(diào)節(jié)功能與 邏輯控制功能通過調(diào)節(jié)變頻器內(nèi)部參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，無需外接任何 PID調(diào)節(jié)器和 PLC 控制器，可實(shí)現(xiàn)最多 4 臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停。 儀表在控制系統(tǒng)中的作用 控制儀表 是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化的一種重要工具。常用的有過程參數(shù)檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)控制的執(zhí)行設(shè)備、過程控制儀表等。 在今天 ，液位傳感器 在生產(chǎn)領(lǐng)域的 發(fā)展仍 然 存在 很大 的挑戰(zhàn)。 我國(guó) 生產(chǎn)液位變送器的 規(guī)模小， 專業(yè)人才短缺、研發(fā)能力弱，難與國(guó)外企業(yè) 相 抗衡。在石油、化工、電力、鋼鐵、輕工等行業(yè)的壓力測(cè)量及現(xiàn)場(chǎng)控制中應(yīng)用非常廣泛。 (3)70 年代中期， 伴隨著 電力 電子技術(shù)的 飛速 發(fā)展 ，科研出的 位移式變送器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的 ，且小巧靈活。它們的主要特點(diǎn)如下。 (4)擁有了 信息存儲(chǔ)和記憶 的 功能。 本設(shè)計(jì)的主要研究 內(nèi)容 本設(shè)計(jì)是以由加壓站和水源井群組成的某供水廠為遠(yuǎn)在方圓 15KM外的幾十個(gè)村莊供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)一套基于電氣及儀表控制的的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地運(yùn)行。采用水位傳感器及數(shù)字顯示儀表實(shí)現(xiàn)水位顯示電路，實(shí)現(xiàn)四限位、三臺(tái)潛水泵的起停。兩臺(tái)水泵既能實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行又能實(shí)現(xiàn)工頻運(yùn)行，當(dāng)變頻器故障時(shí)，應(yīng)能工頻運(yùn)行供水。選出相應(yīng)的電器、控制儀表、電線、電纜等硬件設(shè)備，繪制出控制系統(tǒng)的電氣電路及變頻調(diào)速控制電路。面向多種的供水系統(tǒng)，不同用 水量和揚(yáng)程，供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著很大的差異，因此模型要有很強(qiáng)的多變性，供水系統(tǒng)要有通用性。這樣不同水泵的運(yùn)行狀態(tài)直接 影響供水系統(tǒng)的參數(shù)，使系統(tǒng)參數(shù)不斷發(fā)生變化，由此，科學(xué)認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的對(duì)象是不確定、時(shí)時(shí)發(fā)生變化的。 變頻調(diào)速恒壓供水的節(jié)能原理 圖 供水系統(tǒng)的基本特性 圖 如圖 所示，為 供水系統(tǒng)的基本特性 圖，它 是 在 供水系統(tǒng) 中 ，管路 的閥門開度 保持 不變?yōu)榍疤?的條件下，供水 系統(tǒng)的基本特性 和揚(yáng)程特性，表明 加壓 泵在某同 一轉(zhuǎn)速下 的 流量 （ Q） 與 揚(yáng)程 （ H） 之 間的關(guān)系 f(Q)。管阻特性反映了在 供水 管道中流動(dòng) 的 液體 阻力的變化規(guī)律 ， 以及加壓 泵用來克服 供水 系統(tǒng)的水位 以 及壓力差 的能量 。在 A 點(diǎn)，系統(tǒng)的 的流量在 供水 和 用戶的用水處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng) 同時(shí) 滿足了揚(yáng)程特性 和 管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 ，同時(shí)也節(jié)約了設(shè)備及能源 。這 就 意味著 ， 在 段 里， 水管里 水的流量從零增到 額定流量。此外，水錘效應(yīng)也 有 可能 導(dǎo)致 閥門和固定件 的損壞 。 在拖動(dòng)系統(tǒng)中，決定加速過程的是動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 JT J M LT T T?? 水泵在直接啟動(dòng)過程中， 加速過程很快。 (2) 葉片承受的壓力也大為減小。 此設(shè)計(jì)研究的對(duì)象是村鎮(zhèn)供水廠的恒壓供水系統(tǒng)。水源井是由 3 眼井組成的，距離水池最遠(yuǎn)為 200 米，放在 3眼井中的電機(jī)功率 依次 為 15KW、 和 22KW。因此，變頻恒壓供水系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是變頻器反饋給異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。系統(tǒng)的主要的 目的 是利用變頻器 內(nèi)置的功能 循環(huán) 控制 3 臺(tái)水泵， 讓其保證管 網(wǎng)水壓的恒定和 對(duì)加壓水泵 的 變頻軟啟 動(dòng)以及 加壓水泵的變頻、工頻之間的自動(dòng) 切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行 參數(shù) 進(jìn)行 變換、 傳輸和監(jiān)控。 在微化 電路結(jié)構(gòu) 的同時(shí)也 降低了設(shè)備 的成本， 在壓力設(shè)定 值 和壓力反饋值 的換算下，變換輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，保證系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。 水壓 信號(hào)是模擬信號(hào) ， 需進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換才能讀入變頻器。 可以直接對(duì)在系統(tǒng)中檢測(cè)到的 信號(hào)進(jìn)行 集中的 采集，對(duì) 這些 數(shù)據(jù)信息 在進(jìn)一步 進(jìn)行分析、 同時(shí) 實(shí)施控制算法，得出 一個(gè)更好的控制方案，傳給我們所用的 變頻調(diào)速器和接觸器 ，在 對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 的運(yùn)行 進(jìn)行控制；變頻器是對(duì) 加壓水泵的轉(zhuǎn)速控制的動(dòng)作發(fā)出者 ， 根據(jù)壓力變送器反饋回來的 信號(hào) 進(jìn)一步 改變 加壓水泵 的運(yùn)行頻率， 實(shí)時(shí) 完成 對(duì)加壓水泵 的轉(zhuǎn)速控制。 第二組執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由兩臺(tái)加壓水泵組成的， 都是從水池取水，進(jìn)而 將水供給用戶。變頻循環(huán)式就是變頻器拖動(dòng)任意 一臺(tái) 加壓 水泵作為 變頻 調(diào)速泵，當(dāng)這 一 臺(tái) 加壓 水泵運(yùn)行 的頻率達(dá)到工頻 50Hz時(shí)， 此時(shí)的 供水量仍不能 滿足用戶 用水 的 要求， 變頻器會(huì)給電機(jī)一個(gè)信號(hào)，經(jīng)過一定的延時(shí)之后，這臺(tái)電機(jī)脫出變頻器的控制，工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器在變頻軟啟動(dòng)第二臺(tái)加壓水泵 ； 變頻固定式就是變頻器拖動(dòng)任意一臺(tái)加壓水泵作為變頻調(diào)速泵，當(dāng)這一臺(tái)加壓水泵運(yùn)行的頻率達(dá)到工頻 50Hz 時(shí) ， 此時(shí)的供水量仍不能滿足用戶用水的要求 ，系統(tǒng) 會(huì) 直接 變頻軟 啟動(dòng)另 外一臺(tái) 加壓 水泵， 此時(shí) 變頻器 對(duì)第 一臺(tái)加壓泵 不做 任何 切換 。同理，為了防止由于水泵 電機(jī) 故障或者 過載、變頻器 故障 、 多臺(tái)電機(jī)突然啟動(dòng)對(duì) 電網(wǎng) 電流過大的沖擊 、供水水源 突然 中斷 等 造成故障， 供水系統(tǒng)必須 對(duì) 各種可能的故障 均設(shè)有 有相應(yīng)的指示燈或者電鈴進(jìn)行報(bào)警，同時(shí) 對(duì)警報(bào)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的 監(jiān)測(cè)， 在 顯示 的同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù) ，以免造成不必要的損失。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。在這種控內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。 PID 控制和模糊控制是 目前使用的兩種主要方法。在 供 水 系統(tǒng) 中常見的 PID控制實(shí)現(xiàn)的方法主要有兩種： (1)硬件型 通用 PID 控制器，當(dāng)使用時(shí)只需進(jìn)行線路之間的連接及 P、 I、 D參數(shù)和設(shè)定值的設(shè)定便可。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握 或者 得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。 (3)微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這就是說，在控制器中僅引入 “ 比例 ” 項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目 前需要增加的是 “ 微分項(xiàng) ” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 (3)積分和微分控制作用某些改進(jìn)，較之常規(guī)的調(diào)節(jié)器更為靈活。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。 PID 參數(shù)整定的相關(guān)原則 針對(duì)一個(gè)較為具體的系統(tǒng)，具體的設(shè)置及調(diào)整 PID參數(shù)，以使調(diào)節(jié)的過程達(dá)到用戶滿意的品質(zhì)，我們稱之為參數(shù)整定，無論是用常規(guī)的調(diào)節(jié)器還是用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)器，都統(tǒng)稱之為調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。 (2)在動(dòng)態(tài)參數(shù)的方面，可取 00/T? 作為特征值。因此，如果有 ? 的估計(jì)值，那么 iT 和 dT 值就不難決定出來了。 以上兩條途徑從表面上來看是截然相反的，但是它們都是以承認(rèn)比例作用作為主體、作為前提的。在引入積分作用后， cK應(yīng)比單純比例作用時(shí)減小 10%左右。若兩個(gè)參數(shù)可調(diào)整，可在衰減比之外，另外添加一個(gè)指標(biāo)。 ② 積分環(huán)節(jié)：主要用在消除靜差，提高系統(tǒng)無差度，積分作用強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) TI， TI越大，積分作用越弱， TI 越小，積分作用則越強(qiáng)。為了能消除殘留的偏差，一般都采用增加 I 的 P+I 的控制。 對(duì)于比例微分控制，當(dāng)發(fā)生偏差的時(shí)候，很快的產(chǎn)生了比單獨(dú)微分的動(dòng)作較大的操作量，以便來抑制偏差不斷的增加。也就是說這種控制方式適用在過程本身沒其它有制動(dòng)作用的負(fù)載。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 （ 2） 離散 PID 控 制算法 在用單片機(jī)、計(jì)算機(jī)、 PLC 等等作為控制裝置進(jìn)行直接數(shù)字控制的時(shí)候，對(duì)于各個(gè)被控制變量的離散處理在 直接數(shù)字 控制的特點(diǎn)就是采樣控制，而且將每個(gè)被控制變量的測(cè)量值隔與設(shè)定值定時(shí)進(jìn)行比較，按預(yù)定的控制算法取得輸出值，通常把它保留直到下一個(gè)采樣時(shí)刻。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 補(bǔ)水 部分的設(shè)計(jì) 硬件電路圖 圖 某村鎮(zhèn)供水廠 基于 電氣及儀表控制的 恒壓供水系 統(tǒng) 補(bǔ)水部分的 主電路如 上 圖 31 所示 。 QF4 是 給 控制回路 上電 的兩相空 氣開關(guān) ； HL1是當(dāng)控制回路通電時(shí)的指示燈 ； HLHL HL4 分別為 三臺(tái)電機(jī) M M M3 運(yùn)行時(shí)的指示燈 ； HL HL HL7 分別 是三臺(tái)電機(jī)M M M3 過載時(shí)的指示燈 ； FT FT FT FT4分別為液位傳感器的四個(gè)限位開關(guān)的常開觸點(diǎn)，能夠自動(dòng)的控制電機(jī)的起停 ； KV KV KV3 是 3 個(gè)中間繼電器，利用他們的常開、常閉觸點(diǎn)可以 控制 電機(jī) 的通斷； SB SB SB SBS SBS SBS3 分別為 3組啟動(dòng)、停止按鈕，可手動(dòng)的實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制； KM KM KM KM KM5 分別為接 觸器的線圈，當(dāng)接觸器通電，線圈先得電， 接著 其常開、常閉觸點(diǎn)動(dòng)作； KT1 是時(shí)間繼電器，可以進(jìn)行得電延時(shí)和斷電延時(shí)。此時(shí) HL2 指示燈點(diǎn)亮。按下運(yùn)行按鈕 SB2，線圈 KM2 得電吸合，使其主觸點(diǎn)在主回路吸合，而且 其常開觸點(diǎn)閉合，使得在松開運(yùn)行按鈕 SB2 時(shí)， 線路自鎖， 2電機(jī)手動(dòng)啟動(dòng)。 當(dāng)按下運(yùn)行按鈕 SB3 時(shí)，線圈 KM4 和線圈 KM5同時(shí)得電吸合， 其主觸點(diǎn) 在主回路 得電閉合，常開觸點(diǎn) KM4 閉合 ，使運(yùn)行按鈕 SB3 自鎖， 3 號(hào)電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)時(shí)間繼電器 KT1 得電，開始延時(shí)，延時(shí)到達(dá)設(shè)定值 1min 時(shí)，其延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)斷開，延時(shí)閉合常開觸點(diǎn)閉合，使得 KM KM5線圈 同時(shí) 失電，其主觸點(diǎn)及常開觸點(diǎn)斷開 、常閉觸點(diǎn)閉合 ，同時(shí)