【正文】 壓降低供不應求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能導致水管爆破和用水設備的損壞。(3)射流泵十水箱的供水方式這種方式是利用射流泵本身的獨特結構進行工作，利用壓差和來水管粗，出水管細的變徑工藝來實現(xiàn)供水，但是由于其技術和工藝的不完善，加之該方式會出現(xiàn)有壓無量(流量)的現(xiàn)象，無法滿足高層供水的需要。這種控制方式其實是水泵出口恒壓控制的特殊形式。氣壓罐方式的運行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動。同時系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(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)實意義。這種調(diào)控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管(市政來水管)進口壓力保持恒定為條件。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。這些電路通常都被封裝在一個集成的芯片上。4. 外設接口外設接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設接口組成PLC的控制網(wǎng)絡。而傳統(tǒng)的擋板和法門進行流量調(diào)節(jié)時，耗用功率變化不大。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的PI控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標值的設定。(6)水泵的電氣控制柜，其有遠程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等功能。由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對可編程控制器來講。恒速泵:水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。如果在晚間用水不多時，當最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設定值，則停機并啟動輔泵投入調(diào)速運行，從而達到節(jié)能效果。所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間（比如12分鐘），如果在這一段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進行實際的機組切換操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。在本設計中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過3h，因此每次需啟動新水泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T37工頻泵增泵判斷時間控制水位上、。輸入信號手動和自動消防信號SA1水池下限信號SLL水池上限信號SLH變頻器報警信號SU消鈴按鈕SB7試燈按鈕SB8水壓低信號SY1水壓高信號SY2因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐中。復位當前變頻泵運行脈沖VB401工頻運行泵的臺數(shù)判斷需啟動新水泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設定的上限值。 第4章 PLC控制及編程 PLC控制PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。在PLC的邏輯控制下將1泵電機與變頻器連接的電磁開關斷開，1泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與2泵電機連接， 控制2泵投入調(diào)速運行。(4)人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所?？紤]以上六種方案后，此次設計采用第六種方案。實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結構、用水量和揚程等方面存在著較大的差異，因此其控制對象的模型具有很強的多變性。 PID控制框圖 PID控制框圖通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標值(溫度、流量、壓力等設定值)進行比較。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，~15ms之間。可編程控制器的結構多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結構。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。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。造成不必要的能量浪費。同時由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。①出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運行過程中水泵出口水壓恒定。供水壓力比較穩(wěn)定。 constant pressure water supply。以變頻器為核心結合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個很有意義的工作。為了保障高層建筑和供水管線終端用戶能正常用水，需要針對實際情況對上述用戶的供水系統(tǒng)增加壓力，恒壓供水系統(tǒng)可有效地解決高層建筑和供水管線終端的用戶水壓不足，而影響正常供水問題。由于PLC應用向智能化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。以變頻器為核心結合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術、電氣技術、防雷避雷技術、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術于一體。 參考文獻：[1][J],蘭州鐵道學院學報,2000,1:8488[2][M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,135137[3]金傳偉,[J],電子技術應用,2000,2:3839[4][M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,244251[5]:機械工業(yè)出版社，1996[6]，2002(3)：3335[7],2000 20(3)[8] 1997[9]李建勛,[J].變頻世界,2008[10] [J].CNKI,2005[11]呂國芳，劉希濤, 基于PLC的PID控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應用[J].自動化儀表,2005[12]李建勛,[J].變頻世界,2008[13] [J].CNKI,2005[14]呂國芳，劉希濤, 基于PLC的PID控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應用[J].自動化儀表,2005[15]李嬌. 基于MATLAB的輸送帶配料模糊PID控制的仿真研究 [J].煤礦機械,2008[16]吳宏鑫 PID控制的應用與理論依據(jù) 控制工程期刊 2003年第1期[17]二、主要設計（研究）思想、解決的關鍵問題、擬采用的技術方案、設計（研究）工作步驟1．設計內(nèi)容采用電動機、變頻器與可編程控制器(PLC)構成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。 PLC。但這種供水方式基建設備投資最大，占地面積也最大。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚程中所占比例較小，整個給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應用時，由于管路能耗較大，在低峰用水時，最不利點的流出水頭高于設計值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。而變頻調(diào)速式中的調(diào)速裝置占地面積僅為幾平米。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個很有意義的工作?？梢钥闯?，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡和通訊技術同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言[5] ，并將參加運算及處理的計算機存儲組件都以繼電器命名。編程裝置將用戶程序送入可編程控制器，在可編程控制器運行狀態(tài)下，輸入單元接收到外部元件發(fā)出的輸入信號，可編程控制器執(zhí)行程序，并根據(jù)程序運行后的結果，由輸出單元驅(qū)動外部設備。根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導致電機運行性能惡化。反之Ti大則積分作用弱,加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降,動態(tài)響應變慢。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運行)是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時時變化的。傳感器的任務是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。 供水系統(tǒng)方案圖 變頻構成恒壓供水系統(tǒng)的及工作原理 系統(tǒng)的構成 控制原理圖，整個系統(tǒng)由四臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構成。通過人機界面，使用者可以更改設定壓力，修改一些系統(tǒng)設定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設備的工作狀態(tài)。如果還沒到達設定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運行，控制3泵投入變頻運行。這個頻率遠大于0Hz,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關，一般在20Hz左右。 PLC程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。當前泵工頻運行啟動脈沖VD410倒泵時間存儲器 碼地址編碼 。（1） 根據(jù)圖1所示及控制要求,統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱，代碼及地址編號如下表2所示。泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T34工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制(2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運要有個管理規(guī)范。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關的輸入信號執(zhí)行相應的操作。在實際應用中，應當在確實需要機組進行切換的時候才進行機組的切換。當供水壓力大于預置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，并穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調(diào)速運行，并繼續(xù)減泵工作過程。(5)通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進的網(wǎng)絡技術應用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進行遠程的診斷和維護等(6)報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。(1)執(zhí)行機構執(zhí)行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，:調(diào)速泵: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。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進行運算后，輸入給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行供水。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。僅用P動作控制，不能完全消除偏差。 變頻器的特點由于采用變頻調(diào)速后，風機、泵類負載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達到20%～60%，這是因為風機水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例，當用戶需要的平均流量較小時，風機、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果也是十分可觀的。（2）I/O擴展接口可編程控制器利用I/O擴展接口使I/O擴展單元與PLC的基本單元實現(xiàn)連接，當基本I/O單元的輸入或輸出點數(shù)不夠使用時，可以用I/O擴展單元來擴充開關量I/O點數(shù)和增加模擬量的I/O端子。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，電機起動電流從零逐漸增至額定電流，起動時間相應延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對于電機的機械損傷，有效的延長了電機的使用壽命。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控。在運行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。是將每日24小時按用水曲線分成若干時段，計算出各個時段所需的水泵出口壓力，進行全日變壓，各時段恒壓控制。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質(zhì)量的嚴重