【正文】 萬能裝換開關打至手動位置時， 103 號線通電。當 2電機運行，因某種原因（如水池已達超高水位、系統(tǒng)電路有故障時等） 按下停止按鈕 SBS2，線圈 KM2 失電釋放 ,2電機停止運行。當 1電機過載時，熱繼電器 FR1 的常閉觸點斷開， 1電機停止運行，起到了保護電機的作用，同時當 1電機過載時，指示燈 HL5 點亮。 QS1是 使 系統(tǒng) 三相電 通 電的隔離開關， QF QFQF3分別為控制 3臺電動機 通 電的空氣開關，起到短路保護的作用， KM KM KM3 分別為 三臺 電動機運行時接通 的 接觸器 ； KM KM5分別為自耦變壓器降壓啟動接通時的接觸器， FR FR FR3 分別 是 三臺 潛 水泵 過載保護用的熱繼電器 。當采用 PID 控制時比較其它組合的控制效果會要好，基本上就能夠獲得無偏差、系統(tǒng)穩(wěn)定和精度高的控制過程。但是，積分動作過強的時候，對于快速變化的偏差響應較遲緩。它的控制規(guī)律是： ? ?01 ( )( ) ( ) t DId e tu t K p e t e t TT d t??? ? ?????? （ 32） 或 ? ?01 1 ( )( ) ( ) t DId e tu t e t e t TT d t? ??? ? ?????? （ 33） 式中： KP— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； Ti— 調(diào)節(jié)器的積分時間； Td— 調(diào)節(jié)器的微分時間； e— 調(diào)節(jié)器的偏差信號； 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 δ — 比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)； u— 輸出。我們必須盡可能的發(fā)揮它能夠消除余差的好處，盡量縮小它的弊端。與此同時， iT 和 dT 也應該取到適當?shù)臄?shù)值。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。其原因是由于存在有較大慣性環(huán)節(jié) 或有滯后 環(huán)節(jié) ，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 (2)積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。 PID 控制的原理和特點 在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。而 PID 主要應用于自動控制系統(tǒng)中 ， 自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng) 兩類 。 同時，恒壓供水系統(tǒng) 作為一個控制系統(tǒng)，報警 部分也一個很重要的 組成部分。 第一組執(zhí)行機構(gòu)是由 3臺潛水泵組成的，分別從 3口不同的水源井中取水，都注入固定的一個水池中 。 水池液位的信號 來自安裝于水池中的液位傳感器，反映的是潛水泵抽入水池的用水和加壓泵抽出水池液位的差，了解到水池水位是否足夠用戶的使用。同時，為了 準確的反饋回變頻器水壓信號 ，可對反饋 信號設置濾波時間常數(shù)， 保證它的精確性， 同時還可 以對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡單準確 。 供水廠供水的構(gòu)成 水源井群給水池供水部分 水源井群給水池的供水主要是 由水池水位決定的，水池深為 4 米。 延長水泵壽命的因素 消除 水錘效應， 可大大 的 延長水泵、 管道 、閥門等其他 系統(tǒng) 部件 的 使用 壽命。壓力 的過于 沖擊將 導致 管壁 突然受力而產(chǎn)生噪音 ， 就好像用 錘子敲擊管 道壁 一樣，故稱 之 為水錘效應。閥門開度的 不同 ，實際 反應的 是 在 此時刻的 某一揚程下，供水系統(tǒng)向 用水 用戶的供水能力。 (6)有專門的故障程序或者故障電路，在故障突發(fā)時執(zhí)行，保證在突發(fā)情況下，仍能進行供水。在過去， 恒速泵加壓供水始終保持一個速度、在用戶用水量不同時不能很好地調(diào)節(jié)出水量的多少，可能造成資源的浪費同時損壞供水設備；水塔高位水箱供水在資源節(jié)約方面可能會比恒速泵更經(jīng)濟一些，但水塔的進水無疑又成為一個難題。根據(jù)用戶要求的供水壓力供水，當一臺水泵能滿足供水要求時，只由一臺水泵變頻調(diào)速供水，當一臺水泵難以滿足供水要求時，自動啟動第二臺水泵，同時第一臺工頻運行，第二臺水泵的啟動應為變頻軟啟動。 基于 以上的 功能 ,智能壓力變送器 在 精度、 重復性 、 穩(wěn)定性 和可靠性 等方面 都得到改善 與 提高 。 20世紀 90 年代， 伴隨著 現(xiàn)場總線技術 的 迅速崛起，工業(yè)過程控制系統(tǒng)逐漸向具有 智能儀表控制 和 雙向通信 的 方向發(fā)展 。 是接受壓力 的 一種變量，經(jīng)傳感 器 轉(zhuǎn)換 以 后，將壓力變化量轉(zhuǎn)換為一定比例 的 標準輸出信號的儀表。投入式液位 傳感器 是 以 所測液體靜壓與該液體 高度 所 成比例的原理，采用 現(xiàn)在 先進的 陶瓷電容壓力敏感傳感器 或者 隔離型擴散硅 敏感元件 ，將靜壓 差變 為電信號，再 繼續(xù) 經(jīng)過 一定的 線性修正 和 溫度補償 ，轉(zhuǎn)化 為 標準 的 電信號（一般為 1～ 5VDC或者 4～ 20mA） ， 并 將 液體 液位的高度轉(zhuǎn)化為電信號 ，以電信號 的形式進行輸出。因此，當前國內(nèi)外的變頻恒壓供水有很大的缺陷與不足，還有待于進一步研究并且改善其性能，使其能更好的應用于生活及實踐。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是在變頻調(diào)速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。同時， 恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的 ， 例如在某些生產(chǎn)過程中， 如果 因故 障 供水壓力不足或短時 間內(nèi) 斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時 會 使產(chǎn)品報廢和設備損壞。 frequency converter。 學 本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 題 目： 村鎮(zhèn)供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 學 號： 1 專 業(yè)：自動化 班 級：自動化 2 班 指導教師： I 村鎮(zhèn)供水廠電氣及儀表控制系統(tǒng)設計 摘 要 根據(jù) 村鎮(zhèn) 的供水 的 要求，設計了一套 電氣及儀表控制的變頻恒壓供水 系統(tǒng)。 PID controlling。又如發(fā)生火災時，若供水壓力不足或無水供 給 ，不能 快速 滅火，可能引起重大 的經(jīng)濟損失和人員傷亡。在早期的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅僅只作為執(zhí)行機構(gòu)，在供水需求不同時，保證管網(wǎng)壓力的恒定，需在變頻器外部另外提供壓力變送器和壓力傳感器，對水的壓力進行閉環(huán)控制。 儀器儀表 儀器儀表是根據(jù)現(xiàn)存在的各種科學原理，對被研究的系統(tǒng)對象進行檢測、顯內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 3 示、觀察和控制的裝置的總稱。當然， 我們 還 可以對電信號進行 進一步的 處理 ， 讓其與 專業(yè)顯示器 直接 相連 ，從而能直接 輸出 當前 液位的高度。 壓力變送器是 由 壓力傳感器 、過程連接 部 件 、 測量電路 三部分 組合 而成，將測壓傳感器感受到的 氣體 或者 液體等壓力參數(shù)轉(zhuǎn) 換 成標準的電信號（如 4~20mADC 等），以供給 記錄儀 、 指示 報警儀、調(diào)節(jié)器等 二次儀表 進行測量、指示和過程調(diào)節(jié) ， 是直接與被測介質(zhì) 互 相接觸的現(xiàn)場儀表，常常在高溫 、 低溫 、 腐蝕 、 振動 、 沖擊等環(huán)境內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 4 中工作。 由此， 新一代的智能壓力變送器 產(chǎn)生了 。其雙向通信 功能更是 實現(xiàn)了計算機軟件控制及遠程設定量程等狀態(tài)。當兩臺水泵供水壓力高于要求的供水壓力時，自動停止一臺供水加壓泵。 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)能很好地用于農(nóng)村供水廠和城市里小區(qū)的生活用水、消防用水以及工業(yè)生產(chǎn)用水等眾多供水場合，主要具有以下特點： (1)供水系統(tǒng)要具有通用性。 (7)通過反饋的參數(shù)調(diào)節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺加壓水泵實行變頻軟啟動，電流可以從零 到到電機額定電流，減少了直接啟動對電網(wǎng)的沖擊，同時降低了直接啟動大慣性對設備的轉(zhuǎn)速沖擊，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 7 延長了設備的使用壽命。如圖 中 A 點 為 供水系統(tǒng)的工 作點。 水錘效應 由于壓強過高， 具有極大的破壞性 能 引起管道 壁 的破裂，反之，壓強過低時， 又會導致管道的癟塌。此外，由于 在 工作過程中平均轉(zhuǎn)矩 的 減小、水泵平均轉(zhuǎn)速 也 下降 很多 ，使 得 : (1) 軸承的磨損大為減小。用戶用水的需求間接的決定了水池的水位。 控制方案的確定 恒壓變頻供水系統(tǒng)主要有變頻器、壓力變送器、加壓水泵機組、恒壓控制單元以及低壓電器組成。當水池液位的信號有效的時候，要對控制系統(tǒng)實施保護，來防止?jié)撍贸槿胨剡^多的水或者水池無水時，加壓 水泵空抽進而 損壞 加壓水泵 ； 管網(wǎng)水壓信號 是變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的主要反饋信號，是 反映 用水 用戶管網(wǎng)的水壓值。三臺潛水泵都是 根據(jù)水池液位傳感器讀取當 前水池的液位的高低， 用當前液位來控制傳感器內(nèi)部的限位開關，進而起、停相應的電機。為了保證系統(tǒng) 可靠、平穩(wěn)、安全 的運行， 在每臺電機安全、正常的啟動時候，均有相應的指示燈指示。 (1)開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對象的輸出 的 被控制量對控制器的輸出沒有影響。 供水系統(tǒng)的核心是恒壓的 閉環(huán) 控制，它是 根據(jù)變頻器內(nèi)壓力的給定值和管道壓力內(nèi)實際的壓力值之間的偏差大小 來控制的，使變頻器根據(jù)實時的情況調(diào)節(jié)加壓水泵投入使用的數(shù)量。它 由于 結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的 工控行業(yè) 主要 的 技術之一。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。 PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。利用該方法進行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下： (1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩 ， 記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下通過公式計算得到 PID 控制器的參數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗上 經(jīng)常取 iT 是 2? 左右， dT 是 5? 左右。一般情況下取 2IT ?? 或 ? ? ~ 1IPTT? （ PT 是振蕩周期）在以上的情況下 ，由積分作用引起相位的滯后少于 40 ，幅值的比例增加少于 20%。 簡單來說，控制器的各校正環(huán)節(jié)的作用如下： ① 比例環(huán)節(jié)：成比例地反應出控制系統(tǒng)偏差信號 e(t)，若偏差一旦產(chǎn)生，則控制器會立即產(chǎn)生的控制作用以便減小誤差。對有積分的元件負載的系統(tǒng)可以單獨的使用比例動作進行控制。該種控制方式適用于產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應時間較長的負載系統(tǒng)效果比較好。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 22 圖 某村鎮(zhèn)供水廠 基于 電氣及儀表控制的 恒壓供水系統(tǒng) 補水部分的控制回 路如 上 圖 所示 。 同理， 2電機的工作原理同 1電機的相同。此時 HL3指示燈點亮。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 23 補水部分的工作原理 合上隔離開關 QS1，系統(tǒng)通上 三 相電，之后合上隔離開關 QF QF QF QF4， 3臺電機得電， 同時 控制回路通電，指示燈 HL1點亮。 離散 PID控制算法主要分為兩類，第一類叫位置型算法，第二類叫增量型算法，第三類叫速度型算法。當偏差較小時，比例動作的作用就減小。 ③ 微分環(huán)節(jié)：能反應偏 差信號的變化趨勢 (變化速率 )，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期的修正信號，以加快系統(tǒng)中的動作的速度，減小調(diào)節(jié)時間 Ts。 (5)對于含噪音的過程，不適宜引入微分作用，否則的話高頻分量放大得厲害。 (3)在 P、 I、 D 三個作用中，比例作用經(jīng)常是最基本的控制作用。下面列舉一些簡單的準則： (1)若廣義對象的傳函是 000/( 1)sK e T s?? ? ， 比例增益是 cK ，那么整個系統(tǒng)的總開環(huán)增益就是 0cKK，若在其他因素都相同的情況下，當 0K 較大時，cK 就應該稍微小一些， 0K較小的時候， cK 就應該稍微大一些。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。 PID 控制，實際中也有 P、 I、 D、PI和 PD 控制。 PID 控制是 通過壓力變送器等檢測和變送的裝置將被控的變量檢測出來，并且將其與設定的值進行比較，如果有偏差，則需要通過使用 PID 功能去實現(xiàn)控制作用使偏差基本為零。 (2)閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出被控制量會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。 PID參數(shù)的 整定 PID 及其發(fā)展史的介紹 目前 ， 工業(yè) 自動化 的 水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。 根據(jù)壓力變送器反饋到變頻器的參數(shù) 與 起初變頻器的給定 值進行比較，得出 的偏差值 來改變變頻器的頻率，進而 控制加壓水泵 的 轉(zhuǎn)速、此時電機該變頻還是工頻運行甚至確定此時啟動加壓水泵的臺數(shù) 。除此之外， 為 了提高 系統(tǒng)的可靠性， 在液位傳感器設定的限位開關對供水水池 液位顯