【正文】 增量式算法中不需要累加，調(diào)節(jié)器輸出的控制增量Δ u (k)僅與最近幾次采樣有關(guān)，所以誤動(dòng)作時(shí)影響較小，必要時(shí)可以通過邏輯判斷去掉過大的增量，而且較容易通過加權(quán)處理獲得比較好的控制效果。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)。確定變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案，給出了變頻恒壓供水的控制流程及工作原理 。同時(shí)，在切換過程和變頻器從啟動(dòng)到穩(wěn)定的過程中，系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的，實(shí)際供水壓力也會(huì)在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。要增加實(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制流程 整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據(jù)檢測(cè)到的輸入信號(hào)的狀態(tài)、按照系統(tǒng)的控制流程、通過孿頻調(diào)速器和執(zhí)行元件對(duì)水泵組進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)恒壓供水目的。檢測(cè)結(jié)果可以送給 PLC，作為數(shù)字量輸入。當(dāng)控制要求 改變時(shí)，利用編程軟件很容易進(jìn)行程序的修改和下載。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低 。因此，通過連續(xù)調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)供電頻率，就可以平滑的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。而電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制可以通過改變水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來變更水泵的工況點(diǎn)，使其流量與揚(yáng)程適應(yīng)管網(wǎng)用水量的變化，從而達(dá)到節(jié)能的效果。 工 作 點(diǎn)的參數(shù)，反映水泵裝置的工作能力，是泵站設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理中的一個(gè)重要問題 [9]。因此，揚(yáng)程特 性 反映了用戶的用水需求對(duì)全揚(yáng)程的影響。因此把水從一個(gè)位置“上揚(yáng)”到另一位置時(shí)，用水位的變化量 (即水位差 )代表?yè)P(yáng)程。本文研究的目標(biāo)是對(duì)恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速，同時(shí)具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。 （ 5） 控制靈活 分段供水，定時(shí)供水，手動(dòng)選擇工作方式。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(shí)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(jì)該系統(tǒng) ，對(duì)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。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的新 要求。 (7) 查閱 20 篇以上參考文獻(xiàn)，其中外文文獻(xiàn)不少于 5 篇并翻譯 1 篇。 在對(duì) 茂名河?xùn)|水廠 進(jìn)行調(diào)研，對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可編程序控制器及組態(tài)王監(jiān)控軟件基本性能特點(diǎn)進(jìn)行充分分析和研究的 基 礎(chǔ)上 ，本文提出 西門子 S7200 系列 作為下位機(jī)的 方案。變頻恒壓供水系統(tǒng)自 80 年代世界各國(guó)將其投入工業(yè)應(yīng)用以來，它顯示出了強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力，采用該系統(tǒng)供水可以取得非常顯著的節(jié)能效果，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。這些供水方式都需要將水提升到一個(gè)滿足最高層用戶用水的固定高度上 ，這樣，就有相當(dāng)一部分電能被浪費(fèi)。 (3) 自來水廠增壓系統(tǒng) 。 5） 對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)及可編程序控制器 (PLC)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 有效功率 PM(KW)為泵內(nèi)液體實(shí)際所獲得的凈功率 ； 軸功率 PM(KW)是水泵在一定流量、揚(yáng)程下運(yùn)行時(shí)所需的外來功率，即由電動(dòng)機(jī)傳給水泵軸上的功率。反之，在供水流量較大 (Q=Q2)時(shí)，所需揚(yáng)程也較大 (H=H2)，H 1H 2HA 1A 2Q 1 Q 2 Q廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 8 如點(diǎn) B2。閥門控制法的實(shí)質(zhì)是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強(qiáng)行改變流量，以適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。三相異步電動(dòng)機(jī)的 調(diào)速是指在電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變的條件下，通過控制改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到用戶要求。 逆變電路是變頻器的功率輸出 部分，一般由 多刀 T 等大功率開關(guān)器件及其驅(qū)動(dòng)、保護(hù)電路構(gòu)成。供水壓力 P 作為輸出量，構(gòu)成閉環(huán)控制 系統(tǒng)。 (1)調(diào)速泵 :是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。 控制系統(tǒng) 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(gè)部分。在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電機(jī) 一號(hào)泵 切換至工頻電網(wǎng)供電后，一號(hào)泵 恒速運(yùn)行，同時(shí)使第二臺(tái)水泵 二號(hào)泵 投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。這個(gè)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(chǎng)所有關(guān)，一般在 20HZ 左右。在恒壓供水中，機(jī)組的切換為機(jī)組增加與機(jī)組減少兩種情況，這兩種情況由于變頻器輸出頻率與供水壓力的不同邏輯關(guān)系相對(duì)應(yīng)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：理論成熟，算法簡(jiǎn)單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握。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(yīng)時(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。其實(shí)現(xiàn)方法是，首先據(jù)用戶對(duì)水壓的要求，給 PID 調(diào)節(jié)器預(yù)置一個(gè)目標(biāo)壓力值，管道中的實(shí)際水壓，經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA 的模擬電流信號(hào)反饋 給變頻器內(nèi)置的 PID 調(diào)節(jié)器， PID 調(diào)節(jié)器根據(jù)目標(biāo)壓力值和實(shí)際壓力值的偏差，給出調(diào)節(jié)量，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使供水量適應(yīng)用水量的變化，取得動(dòng)態(tài)平衡，維持水壓不變。 數(shù)字 PID 控制算法 [20][21] 自從計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn) PID 控制算法具有更大的靈活性和可靠性。 比例 P微分 D積分 I 驅(qū)動(dòng) 被控對(duì)象 r ( t ) e ( t ) u ( t )d ( t )y ( t )廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 24 （ 1）比例環(huán)節(jié)；成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號(hào)的作用，偏差 e (t)一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。這兩種情況有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即創(chuàng)門維持的時(shí)間短，只能夠使機(jī)組切換的判別條件在一個(gè)瞬間滿足。在這種情況下，如果按照上面的判別條件，只要條件一滿足就進(jìn)行機(jī)組切換，很可能由于新增加了一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，供水壓力一下就超過了設(shè)定壓力。當(dāng)調(diào)速水泵和工頻運(yùn)行 水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少工頻運(yùn)行水泵來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。 (3)電控設(shè)備 :它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。 RST變頻器UVW一號(hào)泵 二號(hào)泵 三號(hào)泵 輔助泵Q 0 . 0Q 0 . 3Q 0 . 1 Q 0 . 4 Q 0 . 2 Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 7L 1L 2L 3KM 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 (4)輔助 泵的加入，使系統(tǒng)在用水量很低時(shí) (如 :夜間 )可以停止所有的主泵，用小泵進(jìn)行補(bǔ)水，降低系統(tǒng)的運(yùn)行噪音。由于 PLC+變頻器組成的恒壓控制方式靈活方便， 便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 13 本章 小結(jié) 本章分析了供水系統(tǒng)的基本特性。 (l) 變極調(diào)速 改變定子極對(duì)數(shù)，可使異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 10 60fn=p改變，從而得到轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。供水功率與面積 OEBF 成正比，水泵所提供的能量一部分消耗于克服閘閥的附加阻力，造成額外損失。 圖 23 水泵的工作點(diǎn)的確定 H H 1H 2 H AB 1 B 2Q 1Q 2 Q0HH AA0Q A Q 管阻特性曲線 揚(yáng)程特性曲線 水泵效率曲線 第二章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 9 工作 點(diǎn) A 是水泵運(yùn)行的理想工作 點(diǎn)，若把水泵的效率曲線也畫在同一坐標(biāo)系中，在圖 23 中可以找出 A 點(diǎn)的揚(yáng)程 H、流量 Q 以及效率 η 。 水泵的供水特性 水泵的供水特性包括揚(yáng)程特性和管阻特性 [7]。 (2) 揚(yáng)程 水泵揚(yáng)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(jì)。 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(shè)備、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使供水管網(wǎng)壓力保持恒定 。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)集合了變頻技術(shù)、 PLC 應(yīng)用、工控機(jī)應(yīng)用技術(shù)等多方面的現(xiàn)代化技術(shù)，所以有較好的性能特點(diǎn)： （ 1） 節(jié) 能性 恒壓供水技術(shù)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(duì)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(yīng)，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約一定的電能，并能長(zhǎng)期受益，并且由于電動(dòng)機(jī)故障率的減少，設(shè)備壽命的延長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量的提高等等，都必將產(chǎn)生難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。 (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(duì)一 驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修 。監(jiān)控軟件功能齊全，人機(jī)界面友好，使用方便。 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 基于 PLC 的 水廠 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) Waterworks Frequency Control of motor speed constant pressure water supply system design Based on PLC 學(xué)院 計(jì)算機(jī)與電子信息 專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 班級(jí) 測(cè)控 071 班 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 院（系）： 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院 專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題 基于 PLC 的水廠變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)工作自 2020 年 3 月 21 日起至 2020 年 6 月 20 日止 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn) 測(cè)控 專業(yè) 實(shí)驗(yàn)室 四、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求： (1)到茂名河?xùn)|水廠進(jìn)行實(shí)習(xí)調(diào)研，明確其供水狀況和變頻調(diào)速恒壓自動(dòng)控制供水監(jiān)控要求 。 該監(jiān)控系統(tǒng)安裝維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定 可靠 。 （ 3） 恒速泵加壓供水 廣東石油化工 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文： 基于 PLC 的 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 2 恒速泵加壓供水方式無法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)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(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)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(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。在運(yùn)行當(dāng)中，還采用了自動(dòng)化智能措施，運(yùn)用實(shí)時(shí)指示器不斷評(píng)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(shù)，提高了水廠的信息化程度。 (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(duì)日益復(fù)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(guó)，日本，法 國(guó)等地的有些城市己基本上實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化。供水系統(tǒng)的基本任務(wù)是滿足用戶的流量要求。 (6) 壓力 p P 表示 供水系統(tǒng)中某個(gè)位置或某個(gè)點(diǎn)水壓的物理量，其大小在靜態(tài)時(shí)取決于管路的結(jié)構(gòu)和所處的位置，而在動(dòng)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(guān)。如果把某一水泵揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線畫在同一坐標(biāo)系中 (圖 23)，則這兩條曲線的交點(diǎn) A 就是水泵的工 作點(diǎn)。此時(shí)，管阻特性由曲線 2 變?yōu)榍€ 4，水泵的工況點(diǎn)則沿著水泵特性曲線由 A 點(diǎn)移至 B 點(diǎn)，此時(shí)流量減小了，但揚(yáng)程卻由 HA增大到 HB。 根據(jù)公式 ()和公式 ()，得三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 : 160fn= Sp （ 1 ） （ 24） 調(diào)速方法 由公式 ()可知，異步電動(dòng)機(jī)可以通過改變電源頻率、磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 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。 系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。 (3)以小功率的變頻器代替大功率