【正文】 在供水系統(tǒng)中，變頻器、 PID 調(diào)節(jié)器、壓力變送器、電機(jī)、水泵等構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以對(duì)供水能力實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。數(shù)字 PID 控制算法是通過對(duì)式（ 42）離散化來實(shí)現(xiàn)的。 （ 3）微分環(huán)節(jié) ：對(duì)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率）做出反應(yīng)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。比例環(huán)節(jié)反映了系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前變化的一種反映。 PID 控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，在判別條件中加入延 時(shí)的判斷就顯得尤為必要了。相應(yīng)的判別條件是通過對(duì)上面兩個(gè)判別條件的修改得到的，其實(shí)質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時(shí) 成立。并 且使新投入運(yùn)行的機(jī)組幾乎在變頻器輸出頻率的下限運(yùn)行，對(duì)供水作用很小。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。那么何時(shí)進(jìn)行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時(shí)使機(jī)組不過于頻繁的切換呢 ? 盡管通用變頻器的頻率都可以在 0400HZ 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。 當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz 時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓 力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件時(shí)，在變頻固定式的控制方式下，系統(tǒng)將變頻器的輸出的頻率降為下限頻率的同時(shí)開啟一臺(tái)恒速水泵。用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手 /自動(dòng)切換及就地 /集中等工作。 (3)報(bào)警信號(hào) :它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水 泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。 (5)在用水量不太大時(shí)，系統(tǒng)中不是所有的水泵在運(yùn)行，這樣可以提高水泵的運(yùn)行壽命，同時(shí)降低系統(tǒng)的功耗，達(dá)到節(jié)能的目的。 水泵組 水泵組用于將水供入用戶管網(wǎng)，圖中的 4 個(gè)水泵 分為三種類型 。 同時(shí)由于 PLC 的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場(chǎng)所，本文 采用 PLC 與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn) 行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ， 自動(dòng)補(bǔ)償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值 ,既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水 。測(cè)量元件用壓力變送器， U*為恒定壓力供水設(shè)定值。根據(jù)揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線可以看出用水流量和供水流量處于平衡狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。交流電源首先經(jīng)過整流電路，將工頻交流電源整流成直流，通過中間電路中的電感或者電容濾波作用，使整流后的直流紋波降低，同時(shí)中間電路可以降低逆變電路反饋到工頻電源的諧波電流。改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)調(diào)速相當(dāng)困難，這會(huì)使電機(jī)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，而且不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速 。因此，供水系統(tǒng)變頻調(diào)速的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是 H 增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。而流量的大小又取決于揚(yáng)程，實(shí)際運(yùn)行中水泵的流量是隨著用水量的變化而變化的，揚(yáng)程也因水位和流量的變化而變化，因此水泵不能總工作在一個(gè)工況點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制，因此要討論節(jié)能問題，必須從考察調(diào)節(jié)流量的方法入手，即工況點(diǎn)的調(diào)節(jié)方法，常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種 [9][10]： (1) 閥門控制法 圖 24 管網(wǎng)和泵運(yùn)行曲線 閥門控制法屬于節(jié)流調(diào)節(jié)，即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而 泵的 轉(zhuǎn)速保持 不變。從圖中可以看 出，水泵在工作 點(diǎn) A 點(diǎn)提供的揚(yáng)程和管路所需的揚(yáng)程相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達(dá)到流量和能量的平衡，這個(gè)平衡點(diǎn)是有條件的，平衡也是相對(duì)的。實(shí)際上是表明當(dāng)閥門開度一定時(shí)，為了提供一定流量的水所需要的揚(yáng)程，因此這里的流量可以理解為“供水流量”，用 Q 表示 .所以管阻特性的函數(shù)關(guān)系是 H=f(Q)，如圖 22 所示，供水流量較小 (Q=Q1)時(shí)，所需揚(yáng)程也較小 (H=H1)，如點(diǎn) B1。 (1) 揚(yáng)程特性 在管路中閥門完全打開的情況下，表明全揚(yáng)程 H隨用水量 Q變化曲線 H=f(Q)，稱為揚(yáng)程特性曲線，如圖 21 所示。損失揚(yáng) 程是全揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程之差 ,即 : 總揚(yáng)程 =實(shí)際揚(yáng)程 +損失揚(yáng)程 (3) 功率 水泵功率有兩種 :有效功率 PM和軸功率 PN。揚(yáng)程主要包括三個(gè)方面 :提高水位所需的能量 。 4） 設(shè)計(jì)變頻 恒壓供水系統(tǒng)的硬件和軟件。 由于具有自動(dòng)化程度高、高效節(jié)能、安全衛(wèi)生、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在小區(qū)供水和 工廠供液供水控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的控制效果和社會(huì)效 [5]。 (2) 特殊種類工業(yè)需要恒壓控制的用水如冷卻水循環(huán)、熱力網(wǎng)水循環(huán)、鍋爐補(bǔ)水等 。 （ 2） 可延長(zhǎng)電機(jī)和水泵壽命 由于水泵在變頻下工作，其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)了泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。國(guó)內(nèi)的小城鎮(zhèn)的供水狀況比較落后，基本上還停留在氣壓罐、水塔供水方式。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，維修方便。它可以根據(jù)用水管網(wǎng)瞬間用水量的不同所引起的壓力變化，自動(dòng)地改變 水泵的轉(zhuǎn)速，自動(dòng)調(diào)節(jié)峰谷供水量，保證管網(wǎng)供水壓力恒定，以滿足用水的要求。 關(guān)鍵字： PLC、變頻調(diào)速、恒壓供水、組態(tài)王系統(tǒng)、 PID Abstract With the rapid development of social economy, and water quality and water supply people to improve the reliability of the system design is designed for residents of water. On the basis of research on pumping station in MaomiHedong Waterworks and analysis and research on the basic capability of industry control puter PLC and state view software, This paper put forward Siemens s7200 for lower level puter inverter, PLC and PID adjustor position control system, adjust the water pump output flow. Motor pump group of three pumps and a auxiliary pump parallel and bee, by inverter or industrial frequency power supply, according to the water supply system to control the pressure and flow export of frequency switching between motor pump group, so the system and speed in the most reasonable position, make sure ondemand water supply. a kingview for the monitoring software . Commissioning and operation shows that the system can be automatic control of water supply process can effectively reduce the energy consumption and ensure the water supply system to maintain in the best operation condition, improve production management level. Monitoring systems easy installation and maintenance, operation is stable, reliable。 本設(shè)計(jì)是針對(duì)居 民生活用水而設(shè)計(jì)的 。 (2)學(xué)習(xí)可編程序控制器 (PLC)及組態(tài)王監(jiān)控軟件 。完成 1 篇不少于 2 萬字的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告，報(bào)告要寫作規(guī)范、內(nèi)容正確、條理分明、語言流暢、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)。 調(diào)試和 仿真 運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠?qū)┧^程進(jìn)行自動(dòng)控制，能夠 有效地降低能耗，保證了供水系統(tǒng)維持在最佳運(yùn)行狀況，提高生產(chǎn)管理水平。 我 國(guó)家 是一個(gè) 在水資源和電能方面都很短缺 的國(guó)家 ，在大力提倡節(jié)約能源的今天，人們也更加重視有關(guān)降低供水系統(tǒng)能耗的問題。 (2)壓力供水 氣壓罐供水方式屬于壓力供水，具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁，聯(lián)軸器沖擊大，起動(dòng)電流大，觸點(diǎn)易燒，系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了 其發(fā)展。 變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)簡(jiǎn)介 國(guó)內(nèi)外變頻恒壓供水的現(xiàn)狀 目前，國(guó)內(nèi)大中城市的水廠基本上都采用變頻恒壓供水方式，生產(chǎn)過程的重要參數(shù)可以實(shí)行自動(dòng)監(jiān)測(cè) 。 第一章 緒論 3 在 國(guó)外 ,一個(gè) 10x10， m3/d 的水廠只需 3~5 人管理。 （ 6） 容錯(cuò)性 當(dāng)出現(xiàn)意外情況時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)水泵及變頻器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動(dòng)切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 (2)高壓變頻系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用 在過去變頻供水較少涉及高壓變頻系統(tǒng)，這也是系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，高一低一高型的高壓變頻系統(tǒng)，串聯(lián)多電平高壓變頻系統(tǒng)目前已在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善，高壓變頻中的諧波問題己逐步得到解決。 本設(shè)計(jì) 的主要內(nèi)容如下 : 1） 通過揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線分析供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行曲線，說明供水系統(tǒng)的節(jié)能原理。以耐 /s(米 3/秒 )、 m3/h(米 3/小時(shí) )、七 /:(千克 /秒 )、 t/:(噸 /秒 )等表示。即水泵揚(yáng)程最終反映的是水泵供水高度。當(dāng)轉(zhuǎn)速改變后，水泵工作性能也隨著改變。 圖 21 水泵的揚(yáng)程特性 (2) 管阻特性 管阻是管道系統(tǒng) (包括水管、閥門等 )對(duì)水流阻力的物理量。這三種因素任一項(xiàng)發(fā)生變化，水泵的運(yùn)行工況都會(huì)發(fā)生變化。供水功率是供水系統(tǒng)向用戶供水時(shí)所消耗的功率 P(KW)稱為供水功率，供水功率與流量 Q 和揚(yáng)程 H 的乘積 (如圖 23 中 0QAAHA的 面積 )成正比。當(dāng)用戶所需流量減少時(shí)，設(shè)從 Qa 降至 Qb，必須把水泵出水口閘閥關(guān)小來減少水泵出口水流量，使之與管網(wǎng)所需流量相等，否則會(huì)因管 網(wǎng)過載而造成爆管的危險(xiǎn)。但由于開環(huán) 轉(zhuǎn)速控制中，揚(yáng)程隨著流量的減小而減小，往往不能滿足實(shí)際工程需要。 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率為 ： 00nnS= n? （ 23） 其中 n 為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào) 速具有調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)。 操作面板是變頻器人 機(jī)對(duì)話的界面，通過操作面板可以觀察變頻器的運(yùn)行狀態(tài)，或者修改變頻器的運(yùn)行參數(shù)。用水少而供水多，則壓力大。 變頻恒壓控制系統(tǒng)方案 變頻恒壓控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 從恒壓供水的原理分析可知，系 統(tǒng)主要有變頻器、壓力傳感器、壓力變送器、PID 電機(jī) 水泵反饋電壓+U fP變頻器U * 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 恒壓控制單元及低壓電器等。 由于 有 良好的人機(jī)界面，使得操作更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更直觀。 (2)供水系統(tǒng)的增容和減容容易，無需更換水泵，只要再增加恒速泵即可。 (2)液位信號(hào) :它反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。變頻器跟蹤供水控制器送的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成 對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。其需要完成的控制流程如圖 所示 。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。另外，變頻器的輸出廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 20 頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是 0HZ。所以，選擇這兩個(gè)時(shí)刻作為水泵機(jī)組切換的時(shí)機(jī)是合理的，但要做以下考慮。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠 的供水壓力，也使得機(jī)組由 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 于相互切換頻繁而增大磨損，減少運(yùn)行壽命 [16]?；?滯環(huán)的應(yīng)用提供了這樣一個(gè)保障，即如果切換的判別條件滿足，那就說明此時(shí)實(shí)際供水壓力在當(dāng)前機(jī)組的運(yùn)行狀況下滿足不了設(shè)定的要求。最后