【正文】 比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。分析水泵的能耗比較圖，可以看出利用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水，當轉(zhuǎn)速降低時，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速三次方下降，與傳統(tǒng)供水方式中用閥門節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。根本上解決了該學(xué)生公寓用水緊張的問題。設(shè)計組成員： 濮濤、李明珍、李講連、胡路、翁世友 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日教研室主任 （簽字）： 年 月 日系 主 任（簽字）： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容： 一、我們的設(shè)計研究的是昆冶專四棟學(xué)生公寓供水系統(tǒng)設(shè)計情況；二、學(xué)生公寓供水系統(tǒng)存在的問題及改進方案原有供水設(shè)施：200 M3傘形水塔和供水管網(wǎng)組成；現(xiàn)今供水出現(xiàn)的問題：水資源日益緊張，市政管網(wǎng)的供水極不正常，枯水季或用水高峰期經(jīng)常 出現(xiàn)斷流或流量偏小的情況，現(xiàn)在的供水已經(jīng)遠遠不能滿足學(xué)生需水的要求；方案： 為解決現(xiàn)今出現(xiàn)的問題，在四棟學(xué)生公寓附近新建一蓄水池和泵房，專供四棟學(xué)生用。2)　根據(jù)商住樓的具體參數(shù)設(shè)計供水系統(tǒng)總體方案；3)　供水系統(tǒng)設(shè)備選型； 4)　供水系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的控制要求； 5)　控制系統(tǒng)方案設(shè)計（PLC，變頻器，）； 6)　控制系統(tǒng)設(shè)備選型（PLC，變頻器，）； 7)　控制系統(tǒng)設(shè)計（一、二次回路原理圖、編程、組態(tài)）； 8)　調(diào)試及調(diào)試報告； 9)　本控制系統(tǒng)移植到其它應(yīng)用領(lǐng)域的可行性分析；10)　按要求撰寫、裝訂畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書；畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 變頻器的選型及應(yīng)用 該課題由多名學(xué)生組成一個設(shè)計小組，共同設(shè)計完成。省去高位水箱，氣壓水罐，節(jié)省投資，節(jié)約能源。參考文獻、資料：［1］龍志文，：重慶大學(xué)出版社，2005.［2］韓安榮，：機械工業(yè)出版社，2000.［3］郭艷萍 鐘立，：人民郵電出版社，2016.［4］賀玲芳，基于PLC控制的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)［J］.西安科技學(xué)院學(xué)報［5］張燕賓，：中國電力出版社，2003.［6］余雷聲，：機械工業(yè)出版社，1996.［7］陳積明，王智，[J]，2001 ，9［8］徐皚冬，王宏，[J]，2000 ［9］王章啟，：中國電力出版社[M]，1995.［10］陳一雷，[J] .2002 P3538.指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日院系畢業(yè)設(shè)計（論文）工作領(lǐng)導(dǎo)小組意見： 組長（簽字）： 年 月 日摘要本論文根據(jù)中國城市小區(qū)的供水要求，設(shè)計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng), 并利用組態(tài)軟件開發(fā)良好的運行管理界面。(2) 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻調(diào)速技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)及電機控制理論的發(fā)展。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究與現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。S7200有5種CPU模塊，最多可擴展7個擴展模塊，擴展到248點數(shù)字量I/O或38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間；(2) 先進的程序結(jié)構(gòu)，功能強大、使用方便的編程軟件；(3) 靈活方便的尋址方法；(4) 強大的通信功能和品種豐富的配套人機界面；(5) 有競爭力的價格；(6) 完善的網(wǎng)上技術(shù)支持等。從上式可知，三相異步電動機的調(diào)速方法有：(l) 改變電源頻率(2) 改變電機極對數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)差率改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Q u間的關(guān)系H=f(Qu)。通常由異步電動機驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水的。因此，揚程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變。此時水泵輸出功率正比于H0Q2，由于H1H0，所以當用閥門控制流量時，有正比于(H1－H0)Q2的功率被浪費掉，并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運行工況點也隨之上移，于是H1增大，而被浪費的功率要隨之增加。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理圖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)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，：從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分，具體為：(l) 執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺變頻泵和兩臺工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達到工頻運行狀態(tài)都無法滿足用水要求時）的情況下投入工作。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。：恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時地測量參考點的水壓，檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA的電信號，此檢測信號是實現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另一臺工頻泵M3關(guān)掉。所以選擇50HZ和20HZ作為水泵機組切換的上下限頻率。實際的機組切換判別條件如下[11]：加泵條件： 且延時判別成立 ()減泵條件： 且延時判別成立 ()式中： ：上限頻率 ：下限頻率 ：設(shè)定壓力 ：反饋壓力3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，： 系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：(1) PLC及其擴展模塊、(2) 變頻器、(3) 水泵機組、(4) 壓力變送器、(5) 液位變送器。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。由于本設(shè)計中PLC選擇的西門子S7200型號，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。本設(shè)計的要求為：電動機額定功率75KW，177。壓力表測量范圍0~1Mpa，；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。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖三相電源經(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通過接觸器的觸點接至電機。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。PLC主要是用于實現(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行；能在三臺水泵之間實現(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行狀況。本系統(tǒng)在手動/自動控制下的運行過程如下：(1) 手動控制：手動控制只在檢查故障原因時才會用到，便于電機故障的檢測與維修。KM2線圈得電，1水泵變頻運行指示燈HL2點亮，同時KM2的常閉觸點斷開，實現(xiàn)KMKM1的電氣互鎖。(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。它忽略了以下因素：(1) 直流電源的容量；(2) 電源方面的抗干擾措施；(3) 輸出方面的保護措施；(4) 系統(tǒng)的保護措施等。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設(shè)計中使用泵號加1的方法實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。 程序中使用的PLC元件及其功能器件地址功 能器件地址功 能VD100過程變量標準化值T37工頻泵增泵濾波時間控制VD104壓力給定值T38工頻泵減泵濾波時間控制VD108PID計算值故障結(jié)束脈沖信號VD112比例系數(shù)Kc水泵變頻啟動脈沖(增泵)VD116采樣時間Ts水泵變頻啟動脈沖(減泵)VD120積分時間Ti倒泵變頻啟動脈沖VD124微分時間Td復(fù)位當前變頻泵運行脈沖VD204變頻運行頻率下限值當前泵工頻運行啟動脈沖VD208變頻運行頻率上限值新泵變頻啟動脈沖VD250PID調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VB300變頻工作泵的泵號泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VB301工頻運行泵的總臺數(shù)泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD310變頻運行時間存儲器故障信號匯總T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制水池水位越限邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T35工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 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)進行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。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。最后再設(shè)置定時中斷和中斷連接。 PID控制原理框圖PID控制規(guī)律為： （）式中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。自從計算機進入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計算機代替模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)PID控制算法具有更大的靈活性和可靠性。本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)。 ， 147 。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式()、()可求的PI控制器各參數(shù)。以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到PID位置控制算法表達式： （）式中：T為采樣周期；n為采樣序號；e(n)為第n時刻的偏差信號；e(nl)為第n1時刻的偏差信號。(2) 積分環(huán)節(jié)：表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。 PID控制中斷子程序INT_0梯形圖 PID控制器參數(shù)整定 PID控制及其控