【正文】 原則來進行整定。（4）PLC 控制系統(tǒng)：包括硬件線路和軟件控制程序，完成對恒壓供水系統(tǒng)壓力設定、順序控制、信號指示報警及與上位機的通訊聯(lián)絡。為提高互鎖的可靠性，在 PLC 控制程序設計時，進一步通過 PLC 內部的軟繼電器來作互鎖。因此我們在選擇 PLC 時，要考慮 PLC 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。電動機電源的通斷，由中間繼電器 KA1KA7 控制接觸器 KM1KM7 的線圈來實現(xiàn)。通過隔離，可延長系統(tǒng)的使用壽命，增強系統(tǒng)工作的可靠性。本章的主要內容有分析 PID控制器的基本原理和供水系統(tǒng)中 PID調節(jié)過程，討論了 PID參數(shù)的調節(jié)方法。根據(jù)城區(qū)供水管網情況及水壓需要，確定總出水口水壓大小為 ，選用的遠傳壓力表量程是 0～1MPa，則目標值為 40%。因此，可根據(jù)壓力的變化，來實現(xiàn)對供水流量的調節(jié)，維持供水能力 QG 和用水需求QU 之間的乎衡。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) T1，T 1 越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調量加大，反之則越強，易引起系統(tǒng)振蕩。 PID 控制及其控制算法在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用 Proportional（比例） 、Integral（積分） 、Derivative（微分）控制方式，稱之為 PID 控制。所以，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。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網供水時，由于管網中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，增加水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值，反之，當用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，減小水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值。此信號來自在安裝于水源處的液位傳感器。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方框圖和組成原理框圖供水控制器（ P L C ）變頻器電控設備液位傳感器1 號泵2 號泵3 號泵輔助泵壓力傳感器清水池圖 32 系統(tǒng)控制方框圖廣東石油化工學院本科畢業(yè)( 設計) 論文：基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計16圖 33 系統(tǒng)組成電氣原理圖從上面的原理圖和框圖，我們可以看出變頻調速恒壓供水系統(tǒng)由泵組、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機界面等部分組成。如圖 所示，變頻器是電機變頻調速的執(zhí)行者，只要改變 f 就可實現(xiàn) n 的變化，從而達到無級調速的目的。整流電路 中間電路逆變電路控制電路M3 ~外部接線端子控制面板交流電源RST圖 26 交流變頻調速器的基本原理下面簡單介紹一下變頻器的工作原理:變頻器由整流電路、中間電路、逆變電路、控制電路、操作面板等組成。 三相異步電動機的調速 異步電動機調速原理變頻供水系統(tǒng)是通過變頻器控制泵的異步電機的轉速，通過異步電動機驅動水泵供水來改變水泵的實時供水量，完成恒壓供水的目標。所以在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。管阻特性也叫管路特性，是反映為了維持一定的流量而必須克服管阻所需的能量，它和閥門開度有關。實際揚程是通過水泵實際提高的水位所需的能量。3）研究 PDI 控制器的設計原理及方法。變頻恒壓供水系統(tǒng)的應用范圍非常的廣泛，其廣泛的應用如下 [4]:(1) 高層建筑、城鄉(xiāng)供水小區(qū)、企事業(yè)生活用水?，F(xiàn)代化水廠除了中心調度室和化驗室以外都可以做到無人值班。變頻調速恒壓供水系統(tǒng)是集變頻技術，電氣傳動技術，現(xiàn)代控制技術于一體先進的供水控制系統(tǒng)。當用水量很小時，可以長時間不再開泵。企業(yè)內部之間以及與外部交換信息的需求不斷擴大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對生產的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還要求把現(xiàn)場信息和管理信息結合起來，通過對經營決策、管理、計劃、調度、過程優(yōu)化、故 第一章 緒論 3障診斷、現(xiàn)場控制等信息的綜合處理，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)，亦稱為“管控一體化” 。 變頻恒壓供水的發(fā)展趨勢(1)變頻恒壓供水目前正向集成化，維護操作簡單化方向發(fā)展在國外專門針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用變頻器集成了 PLC和 PID，甚至將壓力變送器也融入變頻組件，同時維護操作也越來越簡單，部分新品的變頻供水只需簡單設定壓力值就可正常運行，控制軟件和其他參數(shù)在出廠時就已設定，或利用傳感器自動獲取完畢。(1) 流量 Q水泵流量是指水泵在單位時間從水泵出水口排出的水量，可分為體積流量和質量流量兩種。(5) 轉速 n 第二章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 7轉速 n 是指葉輪每分鐘的轉數(shù)。水泵在實際運行時的工況點取決于水泵性能管路性能以及所需實際揚程。泵的初始工作點在 A 點，水泵提供的揚程、流量恰好與管路所需得揚程、流量相等。異步電動機的同步轉速為: （22）106fn=p其中 n0是異步電動機的同步轉速，f 1是異步電動機的電源頻率，p 為異步電動機的極對數(shù)。一般在控制電路中還集成了其它功能，如 PID 調節(jié)器等?？傊?，根據(jù)反饋控制原理，最終達到的平衡狀態(tài)使實際供水壓力和設定期望壓力相等。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，這樣構成水泵組有下幾個原因 :]19[(1)用幾個小功率的水泵代替一臺大功率的水泵，使水泵選型容易，同時這種結構更適合于大功率的供水系統(tǒng)。(2)變頻器:它是對水泵進行轉速控制的單元。當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網的實際壓力水壓仍高于設定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將先運行的那臺恒速水泵關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，使壓力重新達到設定值。當變頻器的輸出頻率己經下降到下限頻率，實際的供水壓力卻仍高于設定的供水壓力時，存在的壓力差不會使輸出頻率繼續(xù)降低，實際的供水壓力也不會降低。如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當實際的供水壓力比設定壓力大△P d /2 的時候才允許進行機組的增加。圖 41 PID 控制系統(tǒng)原理框圖圖中 u(t)PID 調節(jié)器輸出的調節(jié)量。改變一個調節(jié)參數(shù)，只影響一種調節(jié)作用，不會影響其他的調節(jié)作用。這是一個動態(tài)變化的過程，在達到新的平衡狀態(tài)之前，壓力反饋信號 y、偏差 e，控制增量 Δu 均處于變化之中，其變化過程如圖 42 中的 tl～t3 段，其中 t2～ t3 段為增加用水量后新的平衡狀態(tài)。H22（增益 P） ，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；H23（積分時間 I） ，在不發(fā)生振蕩條件下減小其值；H24（微分時間 D） ，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；10%0%PID輸 出最 高頻 率 正 動 作 反 動 作變 頻 器 輸 出 頻 率廣東石油化工學院本科畢業(yè)( 設計) 論文：基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計28用示波器監(jiān)視壓力表輸出電壓波形，根據(jù)波形情況做參數(shù)調整。恒壓供水系統(tǒng)構成及控制方案如圖 51 所示?？刂齐娐分羞€考慮了電機和閥門的當前工作狀態(tài)指示的設計，為了節(jié)省PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應常開觸點的斷開和閉合來控制相應電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)設備相對較少，PLC 采用德國 SIEMENS 公司S7－ 200 型。在自動狀態(tài)時，四臺泵在 PLC 的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運行。為了保護 PLC 設備， PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在 PLC 輸出端RST變 頻 器UVW一 號 二 號 泵 三 號 泵 輔 助 泵FR1FR2FR3FR4廣東石油化工學院本科畢業(yè)( 設計) 論文：基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計32口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過中間繼電器控制接觸器線圈的得電/失電，進而控制電機或者閥門的動作。水 壓 P0 d調 整 前調 整 后 t調 整 后 調 整 前水 壓 P t水 壓 P tac b水 壓 P調 整 前調 整 后調 整 前調 整 后 t000 第四章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的 PID調節(jié) 29 本章小結PID調節(jié)可以使供水系統(tǒng)快速，平穩(wěn)、準確的運行，從而獲得滿意的控制效果。其關系為: 壓力目標值= （管道允許壓力／壓力表量程）100%。當供水能力 QG 和用水需求 QU 之間不能平衡時，必然引起壓力的變化。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 第四章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的 PID調節(jié) 23第四章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的 PID 調節(jié) 變頻調速恒壓供水的 PID 調節(jié)在供水系統(tǒng)的設計中，選用了具有 PID 調節(jié)模塊的變頻器來實現(xiàn)閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定，較好地滿足系統(tǒng)的恒壓要求。對于第二個判別條件，通過相同的討論方法也能夠得到類似的結論。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降傳到 0HZ。開始啟動運行滿足小水泵運行條件實際壓力 = 設定壓力 ？實際壓力 設定壓力 ？執(zhí)行降壓控制停泵和報警輸出執(zhí)行輔助控制執(zhí)行升壓控制N oY e sY e sN oY e s N oN o Y e s壓力設定報警信號有效Y e sN o圖 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)流程圖現(xiàn)將流程圖說明如下:系統(tǒng)上電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動水泵一號泵(可以是二號泵，也可以是三號泵 ，這里以一號泵為例) ，通過恒 第三章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 19壓控制器，根據(jù)用戶管網實際壓力和設定壓力的誤差調節(jié)變頻器的輸出頻率，控制一號泵的轉速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩(wěn)定到某一定值，這期間一號泵工作在調速運行狀態(tài)。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。因此本系統(tǒng)采用“變頻器+PLC+ 上位監(jiān)控計算機”的模式 [13]。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。實現(xiàn)這種調速的設備稱作變頻器，變頻器的硬件組成框圖見圖 26 所示。 第二章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的理論分析 11圖 PHH ’H*0QAQBQCA’A BCn2n1nNQ 變頻恒壓控制工況點調節(jié)因此采用閉環(huán)恒壓控制，對于變頻調速恒壓控制，工況點如圖 所示，理想運行特性曲線為直線 H*ABC。 水泵的工作點調節(jié)對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根結底是為了滿足用戶對流量的需求。通常用揚程與流量間的關系曲線來描述。水泵總揚程包括把水上揚到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，等于排水垂直水柱和管路阻力損失水柱之和。2）分析變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及特點，探討變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策略，并歸納實用性的控制方案。在故障發(fā)生時，系統(tǒng)會轉而執(zhí)行專門的故障子程序，保證在緊急情況下仍能進行供水。加氯加礬、沉淀池、濾池及泵房、變電所也同樣實現(xiàn)自動控制及計算機管理，構成完整的 DCS 系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，風機和泵類負載約占我國總耗電量的 80%，這主要是由于我國供水設備工作效率低，控制方式不合理，據(jù)統(tǒng)計，水泵的效率大多不足 60%，存在著很大的能源浪費 [1]，因此運用水泵供水節(jié)能技術，設計可靠性高，運行效率高的供水系統(tǒng)具有重大的經濟意義。(2)壓力供水氣壓罐供水方式屬于壓力供水，具有體積小、技術簡單、不受高度限制等特點，但此方式調節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，聯(lián)軸器沖擊大，起動電流大，觸點易燒，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。在國外,一個 10x10，m3/d 的水廠只需 3~5人管理。(2)高壓變頻系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應用在過去變頻供水較少涉及高壓變頻系統(tǒng)，這也是系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，高一低一高型的高壓變頻系統(tǒng)，串聯(lián)多電平高壓變頻系統(tǒng)目前已在實際應用中不斷完善，高壓變頻中的諧波問題己逐步得到解決。以耐/s( 米 3/秒)、m3/h(米 3/小時 )、七/:(千克/秒)、t/:(噸/ 秒)等表示。當轉速改變后，水泵工作性能也隨著改變。