【正文】 在整個論文工作中，導(dǎo)師給了我全方位的精心指導(dǎo)，嚴(yán)格把關(guān)、不倦教誨，為我付出了許多辛勞和汗水，使我得以順利完成論文工作。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(shè)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)定性控制。出現(xiàn)如下圖所示 設(shè)備工具箱窗口[8]雙擊“串口通訊父設(shè)備”，再雙擊“三菱FX232”。在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用設(shè)備”。此次MCGS通過監(jiān)控計算機的RS232串行口讀取PLC存儲區(qū)的數(shù)據(jù)，與PLC建立連接。下面以數(shù)據(jù)對象“水泵”為例，介紹一下定義數(shù)據(jù)對象的步驟：[1]單擊工作臺中的“實時數(shù)據(jù)庫”窗口標(biāo)簽，進入實時數(shù)據(jù)庫窗口頁。[2]選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”。設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。用戶可避開復(fù)雜的計算機軟硬件問題，集中精力解決工程本身的問題，組態(tài)配置出高性能、高可靠性、高度專業(yè)化的上位機監(jiān)控系統(tǒng)。按下SB1,斷開KM1，在10個計數(shù)脈沖后起動M1在工頻電源下運行。起動1，2，3泵：再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3水泵變頻起動。當(dāng)用戶按下SBn（n=1，3，5）三臺電機分別處于工頻運行，當(dāng)用戶按下SBn（n=2，4，6）三臺電機分別處于變頻運行。如果再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3水泵變頻起動。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(dāng)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(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。對于PD控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。5．通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力 變頻器的選型根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)選用FRA540系列變頻器，如下圖所示： FRA540的管腳說明 變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉(zhuǎn)。所以，在負(fù)載電流減小之前要進行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。有冷卻風(fēng)機的裝置，但風(fēng)機異常時裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過電壓。由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn)，切斷電流。在控制電路B部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機的速度進行控制更精確的閉環(huán)控制。為了抑制電壓波動，采用電感和電壓吸收脈動電壓（電流）。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進行控制。控制起動和停止需要2個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號占用PLC2個輸入點，系統(tǒng)自動/手動起動需1輸入點，手動控制電機的工頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統(tǒng)停止運行需1個輸入點，檢測電機是否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。因此，在現(xiàn)今的稍微復(fù)雜一些的控制系統(tǒng)中，PLC通常與工業(yè)控制計算機配合使用，實現(xiàn)完整的控制功能。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程、面向用戶的簡單編程語句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。 主電路接線圖圖24 水泵主回路接線圖電機有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。其實，在實際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。當(dāng)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(shè)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。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。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。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對供水量進行定量的補充。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。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(shè)備的成本。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。 課題研究的對象 供水流程簡圖此次設(shè)計研究的對象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。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(yīng)。主要設(shè)計內(nèi)容為：了解供水系統(tǒng)的運行工藝情況，設(shè)計恒壓供水控制系統(tǒng)的硬件電路；研究恒壓變頻供水的控制方法，開發(fā)基于MCGS組態(tài)軟件的監(jiān)控界面，完成系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)試，實現(xiàn)對系統(tǒng)的高性能控制。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(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。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)。以變頻器為核心結(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。把先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)的新要求。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)速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓罐方式。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(shè)定值不只是一個。(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。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。(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。 MCGS。具體講述了系統(tǒng)的總體設(shè)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。本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)許多實際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)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第1章 緒論 城市供水系統(tǒng)的要求眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。是將每日24小時按用水曲線分成若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行全日變壓，各時段恒壓控制。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉(zhuǎn)速、供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費。在運行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。由于城市供水量不斷加大，對城市管網(wǎng)的實時監(jiān)測提出了更高的要求。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。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)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(fù)載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。采用變頻調(diào)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(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對于電機的機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。第2章 恒壓供水系統(tǒng)隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。(2)用戶管網(wǎng)中因為有管阻、水錘等因素的影響，同時又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個線性系統(tǒng)。這棟樓有10層，由于高層樓對水壓的要求高，在水壓低時，高層用戶將無法正常用水甚至出現(xiàn)無水的情況，水壓高時將造成能源的浪費。3．帶PID回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器(PLC)的控制方式該方式變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源。若采用帶有模擬量輸入，數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。同時，為了保證水壓反饋信號值的準(zhǔn)確、不失值，可對該信號設(shè)置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡單、方便。(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。③電控設(shè)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。根據(jù)壓力設(shè)定值(根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定)與壓力實際值(來自于壓力傳感器)的偏差進行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。當(dāng)變頻器的輸出頻率達到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水壓力仍沒達到預(yù)置值，則需進入增泵過程。那么何時進行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換。因為當(dāng)水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。KM KM KM5 分別為電動機M1 、M2 、M3 工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、 KM2 、KM4 分別為電動機MM M3 變頻運行時接通電源的控制接觸器?？删幊炭刂破骶哂胸S富的輸入/輸出接口，并具有較強的驅(qū)動能力，但它的產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。 PLC的特點現(xiàn)代可編程控制器不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)學(xué)處理、運動控制、模擬量PID控制、通信網(wǎng)絡(luò)等功能。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點數(shù)量共為24個點。而控制指令則根據(jù)外部的運轉(zhuǎn)指令進行運算獲得。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路?？刂齐娐分饕ǎ孩龠\算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、功率。交流器的輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。4）瞬時停電保護。（2）異步電動機的保護1）過載保護。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，也進行同樣的控制。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。偏差小時，P動作的作用減小。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。該傳感器的量程為0～，工作溫度為5℃～60 ℃，供電電源為28177。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機對應(yīng)的啟停按鈕，. 自動運行由PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使PLC關(guān)閉KMKM2，開啟KM3，2水泵變頻起動?？梢远嗯_電機于不同的頻率工作，但一臺電機只能以一種頻率下工作。起動1泵：接到下限信號就關(guān)閉KMKM0，吸合KM1，只剩1水泵變頻運行。按下SB3,斷開KM3，在10個計數(shù)脈沖后起動M2在工頻電源下運行。具有功能完