【正文】 切換操作 [17]。 模擬 PID 控制 及算法 PID 控制器是一種線性控制器，它是對給定值 r(t)和實際輸出值 y(t)之間的偏差 e(t)[18][19]： ? ? ? ? ? ?e t r t y t?? （ 41） 經(jīng)比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）運算后通過線性組合構成控制量 u(t)，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。比例系數(shù)過大將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。但過大的 TD 對于干擾信號的抑制能力卻將減弱。 PID 位置控制算法采用全量輸出，一方面需要計算本次與上次的偏差信號e(k)， e(k1)， 而且還要把歷次的偏差信號 e(j)相加，計算繁鎖，占用內(nèi)存大；另一方面計算機輸出的控制量 u(k)對應的是執(zhí)行機構的實際位置偏差，如果位置 傳感器出現(xiàn)故障， u(k)可能出現(xiàn)大幅度變化，引起執(zhí)行機構的大幅度變化，這是 不允許的。其具體調(diào)節(jié)過程如下 [22]： (1) 穩(wěn)態(tài)運行 當供水能力 QG=用水需求 QU，目標壓力信號 和壓力反饋信號相等，偏差e=yr， PID 輸出的控制增量Δ U=0，變頻器輸出頻率不變，水泵轉(zhuǎn)速不變，處于穩(wěn)態(tài)運行。當供水能力 QG和用水需求 QU之間不能平衡時，必然引起壓力的變化。如果能將它們的作用作適當?shù)呐浜?，可以使調(diào)節(jié)器快速，平穩(wěn)、準確的運 行，從而獲得滿意的控制效果 。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。相應地傳遞函數(shù)形式 ： 1( ) 1( ) (1 )() pDUsG s K T SE s T S? ? ? ? （ 43） PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下 。 第四章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié) 23 第四章 變頻調(diào) 速恒壓供水系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié) 變頻調(diào)速恒壓供水的 PID 調(diào)節(jié) 在供水系統(tǒng)的設計中，選用了具有 PID 調(diào)節(jié)模塊的變頻器來實現(xiàn)閉環(huán)控制保 證供水系統(tǒng)中的壓力恒定，較好地滿足系統(tǒng)的恒壓要求。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當前確實需要進行機組切換，因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題 :實際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內(nèi)滿足，造成判斷上的失誤，引起機組切換的誤操作。對于第二個判別條件，通過相同的討論方法也能夠得到類似的結論。 首先把上面的判別條件簡寫如下 [15]： f= UPf fS PP? （ 31） f= LOWf fS PP? （ 32） 式中 ： UPf ： 上限頻率 LOWf ： 下限頻率 SP ： 設定壓力 fP ： 反饋壓力 對于第一個判別條件，可能出現(xiàn)這種情況 :輸出頻率達到上限頻率時，實際供水壓力在設定壓力上下波動。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降傳到 0HZ。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析 在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當一臺調(diào)速水泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的 。 開 始啟 動 運 行滿 足 小 水 泵運 行 條 件實 際 壓 力 = 設定 壓 力 ？實 際 壓 力 設 定 壓 力 ？執(zhí) 行 降 壓 控 制停 泵 和 報 警 輸出執(zhí) 行 輔 助 控 制執(zhí) 行 升 壓 控 制N oY e sY e sN oY e s N oN o Y e s壓 力 設 定報 警 信 號 有 效Y e sN o 圖 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)流程圖 現(xiàn)將流程圖說明如下 : 系統(tǒng)上電，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水泵 一號泵 (可以是 二號泵，也可以是三號泵 ，這里以 一號泵 為例 )，通過恒壓 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 19 控制器，根據(jù)用戶管網(wǎng)實際壓力和設定壓力的誤差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制一號泵 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 一號泵 工作在調(diào)速運行狀態(tài)。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。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。 (3)以小功率的變頻器代替大功率的變頻調(diào)速器，以降低系統(tǒng)成本，增加系統(tǒng)運行可靠性。因此本系統(tǒng)采用“變頻器 +PLC+上位監(jiān)控計算機”的模式 [13]。 系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。 綜上所述，通過改變電源頻率的方法，可以從高速到低速保持高效 率、寬范圍和高精度的調(diào)速性能。實現(xiàn)這種調(diào)速的設備稱作變頻器，變頻器的硬件組成框圖見圖 26 所示。 根據(jù)公式 ()和公式 ()，得三相異步電動機的轉(zhuǎn)速為 : 160fn= Sp （ 1 ） （ 24） 調(diào)速方法 由公式 ()可知，異步電動機可以通過改變電源頻率、磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率實現(xiàn)調(diào)速。 PHH ’H*0QAQBQCA’ABCn2n1nNQ圖 變頻恒壓控制工況點調(diào)節(jié) 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 11 因此采用閉環(huán)恒壓控制，對于變頻調(diào)速恒壓控制，工況點如圖 所示，理想運行特性曲線為直線 H*ABC。此時，管阻特性由曲線 2 變?yōu)榍€ 4，水泵的工況點則沿著水泵特性曲線由 A 點移至 B 點，此時流量減小了，但揚程卻由 HA增大到 HB。 水泵的工作 點調(diào)節(jié) 對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根結底是為了滿足用戶對流量的需求。如果把某一水泵揚程特性曲線和管阻特性曲線畫在同一坐標系中 (圖 23)，則這兩條曲線的交點 A 就是水泵的工 作點。通常用揚程與流量間的關系曲線來描述。 (6) 壓力 p P 表示 供水系統(tǒng)中某個位置或某個點水壓的物理量，其大小在靜態(tài)時取決于管路的結構和所處的位置，而在動態(tài)情況下，則還與供水流量與用水流量之間的平衡情況有關。水泵總揚程包括把水上揚到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，等于排水垂直水柱和管路阻力損失水柱之和。供水系統(tǒng)的基本任務是滿足用戶的流量要求。 2） 分析變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及特點，探討變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策 第一章 緒論 5 略，并歸納實用性的控制方案。 (3)變頻供水系統(tǒng)正在融入更全面的供水管理系統(tǒng) 面對日益復雜的供水系統(tǒng)，如何在滿足供水需求的前提下，最大限度的提高供水系統(tǒng)的效益，是所有供水部門共同面臨的重要課題，目前，在美國，日本，法 國等地的有些城市己基本上實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的計算機優(yōu)化。在故障發(fā)生時，系統(tǒng)會轉(zhuǎn)而執(zhí)行專門的故障子程序，保證在緊急情況下仍能進行供水。在運行當中，還采用了自動化智能措施，運用實時指示器不斷評定每一階段程序處理效果和作出微小糾正[3]，并融合了以太網(wǎng)技術，提高了水廠的信息化程度。加氯加礬、沉淀池、濾池及泵房、變電所也同樣實現(xiàn)自動控制及計算機管理，構成完整的 DCS 系統(tǒng)。 （ 3） 恒速泵加壓供水 廣東石油化工 學院本科畢業(yè) (設計 )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設計 2 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，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。據(jù)統(tǒng)計，風機和泵類負載約占我國總耗電量的 80%，這主要是由于我國供水設備工作效率低，控制方式不合理，據(jù)統(tǒng)計，水泵的效率大多不足 60%，存在著很大的能源浪費 [1]，因此運用水泵供水節(jié)能技術，設計可靠性高，運行效率高的供水系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟意義。 該監(jiān)控系統(tǒng)安裝維護方便，運行穩(wěn)定 可靠 。圖紙、實驗數(shù)據(jù)各種標準資料的 運用和引用符合學校和學科 ( 專業(yè) ) 國家標準規(guī)定。 畢業(yè) 設計 基于 PLC 的 水廠 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 Waterworks Frequency Control of motor speed constant pressure water supply system design Based on PLC 學院 計算機與電子信息 專業(yè) 測控技術與儀器 班級 測控 071 班 畢 業(yè) 設 計 任 務 書 院（系）： 計算機與電子信息學院 專業(yè) 測控技術與儀器 一、畢業(yè)設計課題 基于 PLC 的水廠變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設計 二、畢業(yè)設計工作自 2020 年 3 月 21 日起至 2020 年 6 月 20 日止 三、畢業(yè)設計進行地點 測控 專業(yè) 實驗室 四、畢業(yè)設計的內(nèi)容要求： (1)到茂名河東水廠進行實習調(diào)研，明確其供水狀況和變頻調(diào)速恒壓自動控制供水監(jiān)控要求 。 接受畢業(yè)設計任務開始執(zhí)行日期 2020 年 3 月 21 日 學生簽名 : i 摘 要 隨社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高 。監(jiān)控軟件功能齊全，人機界面友好，使用方便。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是集變頻技術，電氣傳動技術，現(xiàn)代控制技術于一體先進的供水控制系統(tǒng)。 (4)調(diào)速供水 液力禍合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造 麻煩，只能是一對一 驅(qū)動，需經(jīng)常檢修 ?，F(xiàn)代化水廠除了中心調(diào)度室和化驗室以外都可以做到無人值班。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點和應用范圍 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)集合了變頻技術、 PLC 應用、工控機應用技術等多方面的現(xiàn)代化技術，所以有較好的性能特點： （ 1） 節(jié) 能性 恒壓供水技術通過變頻調(diào)速閉環(huán)控制方式調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，相對于閥門調(diào)節(jié)控制水泵出口壓力的方式來說， 具有降低管道阻力、大大減少截流損失的效應，系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約一定的電能，并能長期受益，并且由于電動機故障率的減少，設備壽命的延長，產(chǎn)品質(zhì)量的提高等等，都必將產(chǎn)生難以估計的經(jīng)濟效益。 變頻恒壓供水 系統(tǒng)的應用范圍 非常的廣泛，其廣泛的 應用如下 [4]: (1) 高層建筑、城鄉(xiāng)供水小區(qū)、企事業(yè)生活用水 。 基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓控制是現(xiàn)代供水控制系統(tǒng)的主要方式 ， 它利用 ＰＬＣ 、傳感器、電氣控制設備、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使供水管網(wǎng)壓力保持恒定 。 3） 研究 PDI 控制器的設計原理及方法。 (2) 揚程 水泵揚程也稱水頭，是水泵由葉輪傳給單位質(zhì)量液體的總能量，單位以 m計。 實際揚程是通過水泵實際提高的水位所需的能量。 水泵的供水特性 水泵的供水特性包括揚程特性和管阻特性 [7]。 管阻特性也叫管路特性，是反映為了維持一定的流量而必須克服管阻所需的能量 ，它和閥門開度有關。 圖