【正文】 于等于變頻運行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運行時，定時器計時 5min（以便消除水壓波動的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應的泵變頻啟動脈沖信號。 (6) 報警及故障處理程序 本系統(tǒng)中包括水池水位越限報警指示燈、變頻器故障報警指示燈白天模式運行指示燈以及報警電鈴。具體程序梯形圖如下圖所示。系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示，圖中 u(t)為 PID 調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與下面兩公式可求的 PI 控制器各參數(shù)。 目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡和通訊技術同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性（ EMC）的變頻恒壓供水系 統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。機電傳動控制 [M].華中科技大學出版社， [7] S7200 中文系統(tǒng)手冊 [M].西門子公司， [8] 廖常初主編在學習和研究工作期間，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、忘我的工作精神和樸實謙和的作風時刻感染 著我，成為我學習的典范，使我受益匪淺、終生難忘。 祝愿老師們工作順心，身體健康！ 感謝在大學期間教過我的各科老師，是你們的悉心傳教，才有我學業(yè)的進步和順利的畢業(yè)，由衷 感謝你們！ 感謝在一起度過 3 年大學生活的小伙伴們，因為有你們的存在，讓我大學生活變得如此難忘！ 36 附錄 附錄圖 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖 37 附錄 圖 2 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖 38 附錄 圖 3 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖 39 40 41 42 43 44 附錄 圖 4 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖 45 指導教師評語： 初評成績： 指導教師簽名： 年 月 日 畢業(yè)綜合實踐（設計） 評審小組意見： 終評成績： 組長簽章： 年 月 日 備注 。在我做畢業(yè)設計的過程中得到了劉老師的悉心指導。數(shù)字 PID 變頻調(diào)速在 PLC 恒壓供水中的應用 [J]，北京：微計算機信息，（ 4） 1 [5] 程子華 劉小明因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動強度，可實現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費用。 本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)，結構框圖如下圖所示。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti， Ti 越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)31 量加大，反之則越強，易引起系統(tǒng)振蕩。具有理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握等優(yōu)點。在初始化 PID 控制的各參數(shù)（ Kc、 Ts、 Ti、Td），各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中詳細介紹。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進行 說明。系統(tǒng)進行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。 (3) 程序的結構及程序功能的實現(xiàn) 由于模擬量單元及 PID 調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。 18 四、 系統(tǒng)的軟件設計 （一） 系統(tǒng)軟件設計分析 硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)，結合泵站的控制要求，對泵站軟件設計分析如下： (1) 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺水泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺水泵。 (5) 系統(tǒng)要有完善的報警功能。同理， 4水泵的控制原理也是如此。單刀雙擲開關 SA 打至 1 端時開啟手動控制模式，此時可以通過開關分別控制三臺水泵電機在工頻下的運行和停止。 如 下 圖為電控系統(tǒng)控制電路圖 。初始運行時，必須觀察電動機的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。當電機工頻運行時，連接至變頻器的隔離開關及變頻器輸出端的接觸器斷開，接通工頻運行的接觸 器和隔離開關。 13 考慮到水泵電機空載時會影響電機壽命，因此需要對水池水位作必要的檢測和控制。根據(jù)本設計要求并結合實際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用 3 臺上海熊貓機械有限 公司生產(chǎn)的 SFL 系列水泵機組（電機功率 75KW）。它采用模塊化結構，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護功能，有內(nèi)置的 RS485/232C 接口和用于簡單過程控制的 PI 閉環(huán)控制器，可以根據(jù)用戶的特殊需要對 I/O 端子進行功能自定義。 EM235 模塊可以針對不同的標準輸入信號，通過 DIP 開關進行設置。因此我們在選擇 PLC 時，要考慮 PLC 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。 若出現(xiàn) sfPP?時就 進行機組切換，很可能由于新增加了一臺機組運行，供水壓力一下 就超過了設定壓力。那么何時進行切換，才能使系統(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呢 ? 由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制， 50HZ 成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程 如下 : (l)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖 動變頻 泵 M1 工作， 根據(jù) 壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實際壓力和設定壓力的偏 差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制 Ml 的轉(zhuǎn)速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 Ml 工作在調(diào)速運行狀態(tài)。 根據(jù)水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩 種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇，本設計中采用前者。管網(wǎng)水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。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 ； 變頻調(diào)速法是通過改變水泵電機的轉(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。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。根據(jù)系統(tǒng)的設計任務要求，有以下兩種方案可供選擇： (1) 通用變頻器 +單片機 (包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+人機界面 +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，所以必須采取相應的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。以變頻器為核心結合 PLC 組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強扛干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多有點。 可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡和通訊技術同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性（ EMC）的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高昂。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)用水量的變化，自動調(diào)節(jié)運行參數(shù)，在水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當今先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。 關鍵詞 ： 變頻恒壓供水系統(tǒng)；可編程控制器（ PLC）1 目錄 一、 緒論 ...............................................1 （一） 課題的提出 ..........................................1 （二） 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .....................1 （三） 本課題的主要研究內(nèi)容 .................................2 二、 控制方案確定及 系統(tǒng)的理論分析 .......................3 （一） 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定 .......................3 ...............................3 ...................................4 （二） 變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 ...........................4 .........................4 ...................................5 （三） 變頻恒壓供水系統(tǒng)的 設計構想 ...........................6 .....................6 ...........................8 .......................................9 三、 系統(tǒng)的硬件設計 .....................................10 （一） 主設備選型 ...........................................10 .........................................10 及其 擴展 模塊的選型 .............................11 .......................................11 .....................................12 ...................................12 ...................................13 （二） 系統(tǒng)主電路分析及其設計 ...............................13 （三） 系統(tǒng)控制電路分析及其設計 .............................14 （四） PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 ........................16 四、 系統(tǒng)的軟件設計 ......................................18 （一） 系統(tǒng)軟件設計分析 ......................................18 （二） PLC 程序設計 ...........................................19 ..............................19 ..................................21 （三） PID 控制器參數(shù)整定 .....................................30 2 控制及其控制算法 ..............................30 參數(shù)整定 ......................................31 五、 結束語 ............................................33 參考文獻 ..............................................34 致謝 ..................................................35 附錄 ..................................................