【正文】 。 本章小節(jié)本章介紹了基于PLC和變頻器的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵電機(jī)變頻運(yùn)行。該模塊有4個(gè)模擬輸入（AIW），1個(gè)模擬輸出（AQW）信號(hào)通道。⑶消防信號(hào)：它用于在系統(tǒng)得到消防報(bào)警后，供水系統(tǒng)保持消防壓力供水。在變頻器啟動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必須用控制臺(tái)面板或控制柜的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子FWD (REV)來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。 PLC、變頻器和工控機(jī)的連接 工作流程簡介系統(tǒng)開始運(yùn)行之前，應(yīng)先把管網(wǎng)壓力參數(shù)設(shè)定值SP賦給PLC、變頻器。⑷ 變頻器運(yùn)行時(shí)，要對(duì)變頻器當(dāng)前控制的水泵的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。由于PID控制方法簡單、可靠性高，因此被廣泛采用。 恒壓供水系統(tǒng)總體概況介紹在本系統(tǒng)中，要求設(shè)計(jì)的是一個(gè)泵站的變頻調(diào)速系統(tǒng)，使得水泵轉(zhuǎn)速跟隨用水量的變化而變化，實(shí)現(xiàn)變頻、恒壓、無級(jí)調(diào)速的供水系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、充分利用設(shè)備、高可靠性、高自動(dòng)化程度的目的。若用水量大，則管網(wǎng)水壓達(dá)不到設(shè)定值，經(jīng)過一定的延時(shí)后，將1號(hào)泵由變頻運(yùn)行切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)2號(hào)泵變頻，通過壓力變送器的壓力信號(hào)反饋控制轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)跟隨供水壓力的變化。 模糊控制法模糊控制是處理復(fù)雜非線性系統(tǒng)的有效方法之一，已成為供水行業(yè)研究的熱點(diǎn)。并且對(duì)水泵的運(yùn)行方式做出分析，以及在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)重視的關(guān)鍵問題做出總結(jié)，最后列舉變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。國內(nèi)目前在變頻與工頻切換控制方面，大多采用延時(shí)、降壓啟動(dòng)的控制方式，但是這種控制方式易導(dǎo)致水壓波動(dòng)過大。如果綜合水泵運(yùn)行效率考慮，調(diào)速泵流量具有向上、下限相等的調(diào)節(jié)范圍(上限為100%，下限為40%)，顯然無論在定速泵退出或投入時(shí)， 調(diào)速泵的流量取中間值 70%最合適， 即定速泵流量為調(diào)速泵的30%。具體系統(tǒng)采用3臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式，當(dāng)用水量較小時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)用水量大到水泵全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力要求時(shí)，變頻器的控制信號(hào)被PLC檢測，通過PLC控制泵組的切換。理論分析及實(shí)際使用證明，多泵并聯(lián)變頻調(diào)速給水可以顯著提高節(jié)能效果。由多泵并聯(lián)恒壓變頻供水理論可知，在該系統(tǒng)中只需要其中一臺(tái)泵是變頻泵，其余全是工頻泵，便可實(shí)現(xiàn)恒壓變量供水。其輸出特性取決于水泵的種類和供水管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力特性。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩由負(fù)載的需要來決定，在不同的轉(zhuǎn)速下，不同的負(fù)載需要的轉(zhuǎn)矩也是不同的，調(diào)速方法和控制特性應(yīng)適應(yīng)負(fù)載的要求。水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越大，才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。一般在水源離用水場所較遠(yuǎn)的場合，需要管道的輸送。20 世紀(jì) 70 年代，電力電子器件開發(fā)了電力晶體管(GTR)和門極關(guān)斷(GTO)晶閘管，它是一種電流型自關(guān)斷的電力電子器件，可以方便的實(shí)現(xiàn)變頻、逆變和斬波，為變頻調(diào)速技術(shù)的開發(fā)、發(fā)展和普及奠定了基礎(chǔ)。更主要的是由于調(diào)速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的，防止了氣壓罐中由于氣水接觸、隔膜與水接觸而可能造成的水質(zhì)二次污染，保證了用水水質(zhì)的安全可靠。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但是由于最不利點(diǎn)一般距離泵房較遠(yuǎn)，信號(hào)傳遞過程在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開停。在這種供水方式中，水泵從蓄水池中抽水加壓后直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用水網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。其中，三臺(tái)大電機(jī)和一臺(tái)小電機(jī)采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行。關(guān)鍵詞：恒壓供水；變頻調(diào)速；可編程控制器；自動(dòng)控制；節(jié)能內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）Automatic control system of constant press water supply based on converter and PLCAbstractWith the developement of society,it demands higher and higher water supply quality,both in producing and living. However,one of the important guide lines of the water supply quality is offer the relatively steady water supply hydraulic , the paper closely bines actuality of water supply and designs a suit of constant pressure water supply automatic control system based on variable frequency speedregulating technology and PLC.The constant pressure water supply automatic control system is made up of PLC,transducer,pump assembling unit,pressure sensor,industrial control puter and system used a transducer to make four electromotors starting,running,and timing. The three highpower electromotors and one lowpower electromotors are circulated running.In the system, water pump’s start amp。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。這種系統(tǒng)的原理是通過設(shè)在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力超出系統(tǒng)所需壓力而造成能量的浪費(fèi)。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這無疑將推動(dòng)交流變頻調(diào)速技術(shù)向新的方向發(fā)展。第二章 變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)簡介 供水系統(tǒng)的基本特性供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系曲線f(Q)如圖21所示。由水泵—管道供水原理可知，調(diào)節(jié)供水流量，原則上有二種方法，第一種方法是節(jié)流調(diào)節(jié)，開大供水閥，流量上升，關(guān)小供水閥，流量下降。采用變頻器驅(qū)動(dòng)具有很高的節(jié)能空間。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的等效電路，在忽略定子漏阻抗壓降的條件下，定子的相電壓與氣隙磁通和頻率之間的關(guān)系為 （23）式中，為定子繞組每相的有效匝數(shù)，當(dāng)電機(jī)確定后，為一常數(shù)。管網(wǎng)裝置特性可以從閥門全開時(shí)測得的各種數(shù)據(jù)，由下式求得： （215）式中，為阻力系數(shù)；為泵進(jìn)出口水位差。在現(xiàn)代建筑生活給水系統(tǒng)中，采用一臺(tái)或多臺(tái)變頻調(diào)速泵給水的突出優(yōu)點(diǎn)是：⑴ 采用變頻調(diào)速給水可以大幅度降低節(jié)流能量損耗，具有優(yōu)異的節(jié)能效果。 水泵運(yùn)行方式的選擇這里說的多泵并聯(lián)變頻恒壓供水的工作方式是指以下兩種， 一是變頻循環(huán)軟啟動(dòng)工作方式， 二是變頻泵固定方式。 變頻固定方式切換當(dāng)采用變頻固定方式時(shí)，僅將1水泵與變頻器相連。變頻軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，由于采用電壓/頻率按比例控制方法，所以不會(huì)產(chǎn)生過電流，并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的啟動(dòng)力矩，故特別適合于需重載或滿載啟動(dòng)的大功率水泵電機(jī)。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)?？傮w方案的確定是整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)中最關(guān)鍵的部分，它的開發(fā)好壞直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。 自校正調(diào)節(jié)器原理框圖圖中輸出是水壓值，參考輸入是水壓設(shè)定值。僅僅由1號(hào)泵運(yùn)行在變頻態(tài)，繼續(xù)調(diào)節(jié)水壓，逐漸使其穩(wěn)定在設(shè)定值。 泵站供水原理系統(tǒng)圖主要控制單元說明如下:⑴ 壓力閉環(huán)控制管網(wǎng)壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)傳壓力表、PLC、變頻器、接觸器組、水泵機(jī)組和供水管網(wǎng)組成。在手動(dòng)方式下，可以對(duì)控制水泵中的任意一臺(tái)進(jìn)行啟動(dòng)和關(guān)閉操作，該方式主要用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期的測試，方便任一時(shí)期的檢修，以及緊急情況下的水泵控制。PLC要能夠和上位機(jī)進(jìn)行通訊，從而對(duì)各泵站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。該運(yùn)行方式下，水泵只有工頻運(yùn)行和停止兩種工作狀態(tài)。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)、閥門、接觸器的動(dòng)作，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz 時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件時(shí)，在變頻的控制方式下，系統(tǒng)將電機(jī) 1 水泵切換至工頻電網(wǎng)供電后，1 水泵恒速運(yùn)行，同時(shí)使2 水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。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求。 ⑵控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)含有主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)以及主要硬件的選型與配置。：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 PID控制原理圖通過傳感器等檢測、變送裝置將被控變量檢測出來，并將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，若有偏差，則通過PID功能的控制作用使偏差為零。 變送器的選取監(jiān)控技術(shù)是依靠變送器等設(shè)備來檢測信息的，根據(jù)系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集裝置，來自生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程參數(shù)經(jīng)過變送器測量變送后變?yōu)? ~20mA的標(biāo)準(zhǔn)儀表信號(hào)，經(jīng)電纜傳送至儀表室的PLC，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。在這種情況下，若實(shí)際壓力低于設(shè)定壓力，則延時(shí)后開啟附屬小泵進(jìn)行補(bǔ)水，附屬小泵開啟后，若實(shí)際壓力高于附屬小泵的工作壓力(設(shè)定壓力+附屬小泵啟停壓力誤差)，則關(guān)掉附屬小泵。 控制電路圖 信號(hào)檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號(hào)包括水壓信號(hào)、液位信號(hào)和消防信號(hào)：⑴水壓信號(hào)：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。而變頻器則主要是負(fù)責(zé)控制當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速的變化能跟隨用水量的變化。⑵ 要對(duì)管網(wǎng)水壓進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣，信號(hào)直接送往變頻器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)壓力的閉環(huán)控制。同步切換控制的核心部分是鎖相環(huán)路能夠進(jìn)入捕捉帶，在捕捉范圍內(nèi)不斷進(jìn)行頻率的閉環(huán)調(diào)節(jié)，達(dá)到同步鎖定狀態(tài)，即變頻器輸出頻率與工頻電源頻率相同，且二者相位基本相同。特別需要說明的是該方案只是一種后備方案，系統(tǒng)絕大部分時(shí)間都應(yīng)該運(yùn)行在變頻恒壓運(yùn)行方式。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方式簡介本系統(tǒng)采用全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行和工頻運(yùn)行兩種全自動(dòng)控制方式（）。 PID控制法PID控制算法簡單并且實(shí)用，已成為標(biāo)準(zhǔn)算法。水泵的電氣控制柜，具有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號(hào)或控制軟件相連，能對(duì)供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等。目前，變頻器和工頻電源之間的切換，的控制方式多為同步鎖相控制。下面以調(diào)/定速水泵容量為1: 1為例進(jìn)行分析。這種方法雖然控制回路簡單， 可靠性較高，但各泵磨損情況不一，不推薦使用。眾所周知，離心泵的高效率區(qū)處決于泵的工況。 功率因素補(bǔ)償節(jié)能無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費(fèi)嚴(yán)重。根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式，再忽略空載轉(zhuǎn)矩條件下，電磁轉(zhuǎn)矩，這樣，運(yùn)動(dòng)方程式為 （211）式中，為系統(tǒng)的飛輪矩。當(dāng)水泵電機(jī)選定后，為定值，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小與電源的頻率高低成正比，頻率越高，轉(zhuǎn)速越高；反之，轉(zhuǎn)速越低。變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)以及控制柜等構(gòu)成。由于閥門開度的改變，實(shí)際上是改變了在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、人機(jī)界面、各種傳感器等組成。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(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)，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。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺(tái)由微機(jī)控制的電氣設(shè)備，不存在消耗大量鋼材的問題；另外，由于氣壓罐體積大，一般數(shù)量多為2～3個(gè)，這樣需占地面積一般為幾十平米；而變頻調(diào)速中的調(diào)速裝置占地面積僅為零點(diǎn)幾平米，由此可見，變頻調(diào)速比氣壓罐式供水系統(tǒng)節(jié)省了占地面積，由此將帶來土建投資的節(jié)省。是將每日24小時(shí)按用水曲線分成若干時(shí)段，計(jì)算出各時(shí)段所需的水泵出口壓力，進(jìn)行全日按時(shí)段變壓，各時(shí)段恒壓控制。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞，泵不能進(jìn)行自動(dòng)地開、停，這樣泵的開、停將完全由人工操作，這樣將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。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。內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題 目：基于PLC和變頻器的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：楊蓉學(xué) 號(hào)：200440503237專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級(jí)：測控20042班指導(dǎo)教師：李忠虎 副教授74內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）基于PLC和變頻器的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)和生活供水的質(zhì)量要求也越來越高。 energy saving內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要 IAbstract II第一章 引 言 4 變