【正文】 采用 PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以 滿足用水要求。后臺設(shè)計 2是輸出信號（對 PLC而言），通過 BSTATUS 元件與前臺模擬的指示燈之間建立連接。主程序的功能最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等都在主程序。 數(shù)字量輸入地址 符 號 定 義 Start 系統(tǒng)啟動 Stop 系統(tǒng)停止 Warn 變頻器報警信號 Levelmin 水位下限信號 Levelmax 水位上限信號 數(shù)字量輸出地址 符 號 定 義 1_gongrun 一號泵工頻運行指示燈 1_bianrun 一號泵變頻運行指示燈 2_gongrun 二號泵工頻運行指示燈 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 2_bianrun 二號泵變頻運行指示燈 3_gongrun 三號泵工頻運行指示燈 3_bianrun 三號泵變頻運行指示燈 Open 變頻器運行指示燈 Close 變頻器停止指示燈 Warn_dis 變頻器報警指示燈 Start1 進水開 Stop1 進水關(guān) 模擬量輸入地址 符 號 定 義 IW4 p 壓力傳感器傳送值 IW10 pressset 壓力設(shè)定值 模擬量輸出地址 符 號 定 義 AQW10 控制變頻器頻率用電壓信號 控制變頻器頻率用電壓信號 PLC 系統(tǒng)選型 從上面分析可以知道，本系統(tǒng)選用 S7300 PLC,電源模塊 PS307 2A,CPU 模塊 CPU313C2DP,模擬量模塊 SM334模塊 。 要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管理上安裝了壓力變送器作為反饋元件，由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不易直接采用 PID調(diào)節(jié)器進行控制，而采用 PLC參與控制的方式來實現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。 PID 調(diào)節(jié)參數(shù)的調(diào)整 PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。 PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 （ 1）系統(tǒng)工作流程如圖 42所示 圖 42 工作流程圖 （ 2）系統(tǒng)工作過程 首先開主電源和 PLC電源，然后根據(jù)需要選擇手動或自動，如果選擇手動，則根據(jù)需要選擇各泵的運行，如果選擇自動，開變頻器后，系統(tǒng)會自動根據(jù)水壓情況調(diào)節(jié)水泵的運行，當(dāng)用水量大，水壓過小的時候， PLC和變頻器配合工作， 根據(jù)需要來投入各泵的運行，變頻調(diào)速無法滿足時， PLC 將各泵調(diào)整為工頻運行。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。交 交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器。這 些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。其余水泵工頻運行，以滿足不同用水量的需 求。艾默生電氣公司和成都希望集團 (森蘭變頻器 )也推出恒壓供水專用變頻器 ()，無需外接 PLC 和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多 4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。把先進的自動化技術(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，成為對供水系統(tǒng)的新要求。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等優(yōu)點。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果。而且水泵與電機都有維修的時候，備用泵是必要的。 (3)根據(jù)結(jié)定值與實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。 均與送入電機的電流頻率與電機的轉(zhuǎn)速成正比例或接近于正比例。 (3)逆變器。 圖 41變頻器恒壓供水系統(tǒng)連接圖 該系統(tǒng)主要由 3臺水泵（兩臺生活水泵，一臺備用泵）、 1臺 變頻器（內(nèi)帶 PID調(diào)節(jié)功能）、 PLC、及線性壓力傳感器等組成。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器 的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID控制技術(shù)最為方便。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(yīng)該是零。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和 PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用 PID來保持靜態(tài)精度。 4） 同時變頻器有報警信號和報警指示燈。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。 虛擬對象的調(diào)試 在實驗計算機上控制器 PLC程序的調(diào)試步驟如下： (1）在 STEP7中打開編寫好的控制程序恒壓供水工程； (2）把程序下載到 PLC中，將 PLC置于 RUN狀態(tài)； (3）打開 SIMIT, 雙擊打開恒壓供水工程，在列表中雙擊 Simulation； (4）開始仿真： 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 注意： 必須先運行 PLCSIM，然后再運行 simulation，否則 SIMIT不能和 PLCSIM 連接上。 （ 3）在本次設(shè)計中，在參考了相關(guān)資料后我對所用的主要器件進行了選擇，這是以前所沒有涉及的。所以我要感謝所有的任課老師，是您 們的教育和培養(yǎng)，才使我學(xué)有所獲。網(wǎng)關(guān)配置如圖 66： 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 65 Plcsim 網(wǎng)關(guān)設(shè)置 供水罐模型設(shè)計 該部分的實現(xiàn)如圖 67所示 ： 圖 66 供水罐模型設(shè)計 這里的供水罐、傳感器以及各種泵和電機都是來自于 Library中 Flow， PI是一個壓力傳感器，用來測量供水壓力，通過前臺的 Digital Display（壓 力）來顯示； LI是一個液位傳感器，用來測量水罐的液位，通過前臺的 Digital Display（液位）來顯示；這里其他的邏輯關(guān)系是根據(jù)變頻器的輸出頻率，再加上一個 PID控制器，來調(diào)節(jié)供水壓力。在本系統(tǒng) PID 中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時間常數(shù)可通過工程計算初步確定，但還需要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制效果。接觸器 KM KMKM5分別控制 M M M3 的工頻運行；電機分別為 M M M3。通過設(shè)置常量參數(shù)．可先選用想要的回路控制類型。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。系統(tǒng)具有變頻及工頻兩種運行狀態(tài)，當(dāng)變頻泵達到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時間內(nèi)還不能滿足恒壓值時，系統(tǒng) 自動將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺泵為變頻泵。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制， 對整流器的電壓控制及完成各種保護功能。市售通用變頻器 多是交 直 交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖 31所示。 PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成有數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微計算機為核心的調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。當(dāng)用水量大時，水壓降低，用水量小時，水壓升高。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。 希望通過對原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過程的自動化水平。電動機泵組由三臺水泵并聯(lián)而成， 由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動機泵組之間的切換及速度，使系統(tǒng)運行在最合理的狀態(tài)，保證按需供水。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制 、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 圖 11 變頻恒壓供水控制系統(tǒng) 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 2章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵電機，這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。大部分調(diào)節(jié)器用數(shù)字量進行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。而交流電動機的同步轉(zhuǎn)速。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 4章 系統(tǒng)的硬件電路 設(shè)計 恒壓供水要求用戶端不管用水量大小，總保持管網(wǎng)中水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對水的需求，又不使電動機空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費。有利用 PID 控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn) PID控制功能的可編程控制器（ PLC），還有可實現(xiàn) PID控制的 PC系統(tǒng)等等。 微分（ D）控制 : 在微分控制中，控制器 的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。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(yù)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(yīng)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)。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第 6章 系統(tǒng)的軟件與仿真設(shè)計 系統(tǒng) 設(shè)計的 要求 對變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本要求 是： 1） 供水運行時，系統(tǒng)恒壓運行。具體的操作時，將現(xiàn)行運行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復(fù)位并用于新運行泵的啟動。硬件方面設(shè)置安全鏈機械保護，經(jīng)多個閉合觸點組成，包括緊急停車，壓力超上下限開關(guān)，水位超上下限開關(guān)，電機過熱保護繼電器，空載保護等。 （ 2）變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機組等構(gòu)成。還有我要向在我論文傾注了大量心血和提供了許多幫助的各位老師、同學(xué)表示深深的敬意和謝意。另外四個 Digital Display 來自于widgets中的 Display，用來顯示系統(tǒng)的供水壓力，和水泵電機的運行頻率。供水量減少時，調(diào)速工作水泵首先由高頻段向低頻段調(diào)速運轉(zhuǎn)，水泵工作頻率達到柜內(nèi)微機控制器預(yù)先設(shè)定的下限工作頻率而實測水壓仍高于水壓設(shè)定值時，直接停止首臺工作水泵，第二臺泵工頻運轉(zhuǎn)，第三臺泵調(diào)頻運轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定，如 2臺水泵同時工作實際水壓仍高于設(shè)定值，直接停止工頻運轉(zhuǎn)水泵，第三臺調(diào)頻運轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定。這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。如果不想要微分回路，可以把微分時間設(shè)為 0，如果不想要比例回路，但需要積分或微分回路，分項和微分項時，把增益當(dāng)作 1看待。 PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反曲線法和衰減法。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第 5章 PID的控制原理與理論設(shè)計 PID調(diào)節(jié)原理和特點 PID（比例積分微分）英文全稱為 Proportion Integration Differentiation，它是一個數(shù)學(xué)物理術(shù)語。 壓力傳感器的概念 在自動控制系統(tǒng)中檢測環(huán)節(jié)是非常重要的一部分，它將檢測到的控制量反饋回輸入端，控制指令 中間直流環(huán)節(jié) AC 控制指令 控制指令 網(wǎng)側(cè)變流器 整流器