【正文】 ② 變頻器 :它是對水泵進行轉速控制的單元。 恒速泵 :水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。由于 PID運算在變頻器內部，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)的在線調試非常容易，這不僅降低了生產 成本，而且大大提高了生產效率。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。 2．單片微機電路控制方式 這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應付不同管網(wǎng)、不同供水情況時，調試較麻煩；追加功能時往往要對電路進行修改，不靈活也不方便。 (7)用變頻器進行調速，用調節(jié)泵和固定泵的組合進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進行軟啟動，啟動電流可從零到電機額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊同時減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速沖擊，延長了設 備的使用壽命。 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 : (1)供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量 (如 :溫度、流量、濃度等 )一樣，對控制作用的響應具有滯后性。 (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 )上做 PID控制器 此次使用硬件型控制形式。 利用 I動作消除偏差作用和用 D動作抑制振蕩作用，在結合 P動作就構成了 PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。用 PI控制時，能消除由改變目標值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。比例作用大 ,可以加快調節(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。由于這類負載很多，約占交流電動機總容量的 20%～ 30%，它們的節(jié)能就具有非常重要的意義。改變轉差率調速為了保證其較大的調速范圍一般采用串級調速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉差功率，節(jié)能效果好，且調速性能也好，但由于線路過于復雜，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值。 PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過 RS485接口與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。它存儲的內容是易失的，掉電后內容丟失；當系統(tǒng)掉電時，用戶程序可以保存在只讀存儲器 EEPROM 或由高能電池支持的 RAM 中。 CPU 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。 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刷新時間的狀態(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)行結果決定。 20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。 PLC 的發(fā)展和應用 世界上公認的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設備公司 (DEC)研制 的。實際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內變化。有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。 國內外研究現(xiàn)狀概況 變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。我國泵站的特點是數(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，但由于設計中忽視動能經(jīng)濟觀點以及機電產品類型和質量上存在的一些問題等等原因，致使在技術水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。由于氣壓罐的調節(jié)容量僅占其總容積的 1/31/6，因而每個罐的調節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動來保證供水，這樣將產生較大的噪聲，同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機械沖擊較大，設備損壞很快。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時可無級調節(jié)水泵轉速，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，同時變頻器對水泵采用軟啟動，啟動時沖擊電流小，啟動能耗比較小。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小時分成的時段數(shù)及所需水泵出口壓力計算的精確 程度。但氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點，在介紹完變 頻調速供水方式后，再將二者作一比較。 (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，只是水箱設在建筑物的頂層。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。在恒壓供水技術出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。 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。 三、畢業(yè)設計（論文）工作進度安排 09 月 20 日 — 9 月 29 日：熟悉設計內容、要求、任務；收集與設計相關的論文、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。因此這種調控方式縮小了優(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) . 變頻調速是優(yōu)于以往任何一種調速方式 (如調壓調速、變極調速、串級調速等 )，是當今國際上一項效益最高、性能最好、應用最廣、最有發(fā)展前途的電機調速技術 .它采用微機控制技術 。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指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。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。在早期，由于國外生產的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。 四、畢業(yè)設計（論文）提交的成果： 1．開題報告（不少于 3000 字）； 2．設計說明書（不少于 30 頁，約 萬字左右）； 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 (論文 ) 3．圖紙（硬件電路和軟件框圖各一張，大小合適為宜）； 4．設計說明書簡介； 五、參考文獻 : [1]崔金貴 .變頻調速恒壓供水在建筑給 水應用的理論探討 [J],蘭州鐵道學院學報 ,2021,1:8488 [2]張燕賓 .變頻調速應用實踐 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021,135137 [3]金傳偉 ,毛宗源 .變頻調速技術在水泵控制系統(tǒng)中的應用 [J],電子技術應用 ,2021,2:3839 [4] 張燕賓 .SPWM 變 頻 調 速 應 用 技 術 [M]. 北京 : 機 械 工 業(yè) 出 版社 ,2021,244251 [5]陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京 :機械工業(yè)出版社， 1996 [6]屈有安 .變頻器 PID恒壓供水系統(tǒng) .江蘇電器， 2021(3)： 3335 [7]賀玲芳 .基于 PLC控制的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng) .西安科技學院學報 ,2021 20(3) [8]劉潤華 .可編程序控制器在變頻調速供水系統(tǒng)中的應用 .基礎自動化 1997 [9]李建勛 ,歐容華 .高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應用 [J].變頻世界 ,2021 [10]李圣良 .九江 學院供水系 統(tǒng)變頻恒壓 控制技術實 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)中的應用[J].自動化儀表 ,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用 [J].變頻 世界 ,2021 [13]李圣良 .九江 學院供水系 統(tǒng)變頻恒壓 控制技術實 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)中的應用[J].自動化儀表 ,2021 [15]李嬌 . 基于 MATLAB的輸送帶配料模糊 PID控制的仿真研究 [J].煤礦機械 ,2021 [16]吳 宏鑫 PID控制的應用與理論依據(jù) 控制工程期刊 2021年第1 期 [17]王延才 .變頻調速設計與應用 北京機械工業(yè)出版社 .2021 六、任務進度 : 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 (論文 ) 09 月 20 日 — 9 月 29 日 ：熟悉設計內容、要求、任務；收集與設計相關的論文、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。 二、設計（論文）任務： 1．熟悉題目要求，查 閱相關科技文獻，寫出開題報告； 2．方案設計（包括方案論證與確定、技術經(jīng)濟分析等內容）； 3．硬件系統(tǒng)設計； 4．軟件系統(tǒng)設計； 5．撰寫設計說明書，繪制圖紙； 6．翻譯一篇與自己所學專業(yè)或設計有關的英文資料； 三、畢業(yè)設計（論文）的主要內容、功能及技術指標： 1．根據(jù)控制要求完成系統(tǒng)的硬件選型與配置； 2．繪制軟件框圖并編程； 3．系統(tǒng)控制要求： （ 1）變頻調速恒壓供水系統(tǒng)有四臺泵，大泵電動機的功率均為 220KW，小泵的功率均為 160KW； （ 2）所有泵可設計成變頻循環(huán)軟啟動的工作方式； （ 3）采用 PID 算法實現(xiàn)水壓的閉環(huán)控制； （ 4）西門子 S7200 型系列 PLC 控制變頻及現(xiàn)場設備的運行。 變頻恒壓供水是通過改變水泵電機的供電頻率，調節(jié)水泵轉速，通過儀表檢測出供水壓力并加以控制，保證在用水量變化時供水量也隨之變化，實現(xiàn)供水量與用水量的匹配，保護供水的壓 力恒定即恒壓供水。這類設備雖然說是微化了電路結構，降低了設備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng) (如 BA系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。同時系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。 采用變頻調節(jié)以后，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，電機起動電流從零逐漸增至額定電 流，起動時間相應延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機械轉矩對于電機的機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。 設計思想 系統(tǒng)利用各種傳感器對 供水壓力的調節(jié)，可使供水和用水之間保持平衡， 其控制要求有如下 6 個方面： (1)變頻調速恒壓供水系統(tǒng)有四臺泵，大泵電動機的功率均為 220KW，小泵的功率均為 160KW。 本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內許多實際的供水控制系統(tǒng)中得到應用，并取得穩(wěn)定可靠的運行效果和良好的節(jié)能效果。 monitor and control system 石家莊鐵道學院畢業(yè)設計 (論文 ) 目錄 第一章 緒論 .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 (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。水壓不可調，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。 (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)測罐內壓力來控制泵的開、停。 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。 變頻調速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。由此可見變頻調速供水方式 比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。把先進的自動化技術、控制技術、通訊及網(wǎng)絡技術等應用到供水領域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。以變頻器為核心結合 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、電氣技術、防雷避雷技術、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術于一體。它將 PID調節(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置的電磁接觸器工作，可構成最多七臺電機 (泵 )的供水系統(tǒng)。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