【正文】 信號檢測機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。供水控制計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 13 器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu) (即水泵機(jī)組 )進(jìn)行控制；變頻器是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。由于電信號為模擬量，故必須通過 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行 PID 運(yùn)算，再將運(yùn)算 后的數(shù)字信號通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 14 換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。 水泵切換條件分析 在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)變頻泵己運(yùn)行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的；當(dāng)變頻泵和工頻泵都在運(yùn)行且變頻泵己運(yùn)行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少工頻泵來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。 當(dāng)輸出頻率達(dá)到上限頻率時，實(shí)際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動。 計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 16 2. 占地面積小，投資少，效率高。由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此 PLC選用德國 SIEMENS 公司的 S7200 型。 計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 18 變頻器的選型 變頻器是本系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件，通過頻率的改變實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而改變出水量?？焖匐娏飨拗茖?shí)現(xiàn)了無跳閘運(yùn)行，磁通電流控制改善了動態(tài)響應(yīng)特性，低頻時也可以輸出大力矩。 SFL 型低噪 音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高 5%以上；采用低噪音電機(jī)，機(jī)械密封，前端配有泄壓保護(hù)裝置，噪聲更低 (室外噪音 60 分貝 )、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進(jìn)低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進(jìn)，性能更可靠。本設(shè)計要求貯水池 水位： 2m~5m，所以要通過液位變送器將檢測到的水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號（ 4~20mA 電壓信號），再將其輸入窗口比較器，用比較器輸出的高電平作為貯水池水位的報警信號，輸入 PLC。主電路中的低壓熔斷器除接通電源外，同時實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，每臺電動機(jī)的過載保護(hù)由相應(yīng)的熱繼電器 FR 實(shí)現(xiàn)。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(zhuǎn)向。圖中 SA 為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA 打在 1的位置為手動控制狀態(tài)；打在 2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。只有當(dāng) SB2 按下時才會切斷電路， KM1 線圈失電，電機(jī) M1 停止運(yùn)行。 本系統(tǒng)在手動 /自動控制下的運(yùn)行過程如下： HL8 點(diǎn)亮；當(dāng) 輸出 1 時，白天供水模式指示燈 HL9 點(diǎn)亮；當(dāng) 輸出 1 時，報警電鈴 HA響起；當(dāng) 輸出 1 時，中間繼電器 KA 的線圈得電，常開觸點(diǎn) KA 閉合使得變頻器的頻率復(fù)位；處于自動控制狀態(tài)下，自動運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈 HL10 一直點(diǎn)亮。 根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表 所示。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋ －壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號輸 入 變 頻 器圖 PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖 線情況。具體的操作是：將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻器從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動。 PLC 程序設(shè)計 PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP 7MicroWINV40 編程軟件開發(fā)。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實(shí)現(xiàn)的。 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計 PLC 主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動程序、水泵電機(jī)變頻 /工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量 (壓力、頻率 )比較計算程序和報警程序等構(gòu)成。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。 (2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機(jī)均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個管理規(guī)范。 圖 只是簡單的 表明 PLC 及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接 1M0.00.11.00.70.60.50.40.30.22.72.62.52.42.32.22.12.01.71.62M1.51.41.31.21.11L0.0L+M1.51.41.31.21.13L1.00.70.60.52L0.40.30.20.1地1.71.6L1N。 (4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應(yīng)急 或檢修時臨時使用。同理， 3水泵的控制原理也是如此。計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 22 單刀雙擲開關(guān) SA 打至 1 端時開啟手動控制模式，此時可以通 過開關(guān)分別控制三臺水泵電機(jī)在工頻下的運(yùn)行和停止。 PLC 主要是用于實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：自動控制三臺水泵的投入運(yùn)行；能在三臺水泵之間實(shí)現(xiàn)變頻泵的切換； 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運(yùn)行狀況。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。 三相電源經(jīng)低壓熔斷器、隔離開關(guān)接至變頻器的 R、 S、 T端，變頻器的輸出端 U、 V、W 通過接觸器的觸點(diǎn)接至電機(jī)。壓力表測量范圍 0~1Mpa，精度 ；數(shù)顯儀輸出一路 4~20mA 電流信號，送給與 CPU226 連接模擬量模塊 EM235，作為 PID 調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設(shè)定壓力上、下 限， 通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。 。它是用于三相交流電動機(jī)調(diào)速的系列產(chǎn)品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙 極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運(yùn)行可靠性和很強(qiáng)的功能。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D 的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長 (16bit)的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成 D/A 的轉(zhuǎn)換，一個字長 (16bit)的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。 主要設(shè)備選型如表 所示： 計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 17 表 本 系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單 主要設(shè)備 型號及其生產(chǎn)廠家 可編程控制器（ PLC） Siemens CPU 226 模擬量擴(kuò)展模塊 Siemens EM 235 變頻器 Siemens MM440 水泵機(jī)組 SFL系列水泵 3臺（ 上海 熊貓機(jī)械有限公司） 壓力變送器及顯示儀表 普通 壓力表 Y100、 XMT1270數(shù)顯儀 液位變送器 分體 式液位變送器 DS26(淄博丹佛斯 公司 ) PLC 及其擴(kuò)展模塊的選型 PLC 是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入號的采集、所有輸出單 元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，相應(yīng)的判別條件是通過對上面兩個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成立。這個頻率遠(yuǎn)大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在 20HZ 左右。 (4) 當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實(shí)際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將工頻泵 M2 關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。所以，在某個特定時段內(nèi) ，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水 壓力上 [10]。 (3) 控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器 (PLC 系統(tǒng) )、變頻器和電控設(shè)備三個部分。這種控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 12 度的要求。 (2) 通用變頻器 +單片機(jī) (包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+人機(jī)界面 +壓力傳感器 這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性價比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運(yùn)行時，將產(chǎn)生干擾， 變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)用調(diào)速控制時， 若采用恒壓 (H0)，變速泵 (n2)供水，管阻特性曲線為 b2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€ n2，工作點(diǎn)從 E 點(diǎn)移到 D 點(diǎn)。轉(zhuǎn)速控制法是通過改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度保持不變，是通過改變水的動能改變流量。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由水泵、電動機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成。原理圖見圖 21 圖 21 恒壓供水原理圖 供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線，如圖 所示。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的 調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)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。s— 轉(zhuǎn)差率 。 PLC 控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和 現(xiàn)場的水泵機(jī)組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計中有 3 個貯水池， 3 臺水泵，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即 3臺水泵中只有 1臺水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。在實(shí)際應(yīng)用 中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義 。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。 目前 ,就國內(nèi)而言，歸結(jié)起來主要采用以下三種方法 : 計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 4 （ 1）水池－水泵（恒壓變頻或氣壓罐）－管網(wǎng)系統(tǒng)－用水點(diǎn) 這種方式是集中供水。在軟件設(shè)計上由于采用成熟的工控開發(fā)的工具軟件，它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠計算機(jī)控制技術(shù)課程答辯論文 3 性差；自動化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。 在文字量上要比摘要多。 第 2 章 .......................................................錯誤 !未定義書簽。 恒壓供水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。 ............................................. 錯誤 !未定義書簽。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水 、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下： (1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)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(shí)意義。同時，支持的硬件類型 也十分廣泛 [1]。主水泵一般有三臺，二開一備自動切換，副泵一般為一小流量泵，夜間用水量小時主泵自動切換到副泵，以維持系