【正文】 水的凈水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，316不銹鋼材料就能滿足要求。輸入單元接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向PLC提供的信號(hào)，包括人為的控制信號(hào)和能夠描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)，例如由繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、按鈕、限位開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量。 當(dāng)PID調(diào)節(jié)結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率（或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí)5min后執(zhí)行工頻泵臺(tái)數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)。當(dāng)用戶需要實(shí)現(xiàn)有條件返回時(shí)，可以在程序使用有條件返回RET指令。中斷源向PLC發(fā)出中斷請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)中斷判優(yōu)，將優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求送給CPU，CPU響應(yīng)中斷后自動(dòng)保存邏輯堆棧、累加器和某些特殊標(biāo)志寄存器位。通過(guò)PLC PID控制，當(dāng)用戶使用流量增大時(shí)，根據(jù)水泵特性，水泵出口壓力降低，壓力傳感器將壓力作為反饋信號(hào)送到PLC，通過(guò)調(diào)節(jié)后輸出刷新，送給變頻器，使變頻器增大輸出頻率，水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之增大，管網(wǎng)壓力增大。每采樣一次，采樣值向前平移一次，為下次濾波做準(zhǔn)備。 中斷優(yōu)先級(jí)由高到低的順序?yàn)椋和ㄐ胖袛?、高速脈沖串輸出中斷、外部輸入中斷、高速計(jì)數(shù)器中斷、定時(shí)中斷、定時(shí)器中斷。它不允許嵌套中斷，但在中斷程序中可以調(diào)用一個(gè)嵌套子程序，因?yàn)槔奂悠骱瓦壿嫸褩Ｔ谥袛喑绦蚝捅徽{(diào)用的子程序中是公用的[15]。PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來(lái)獲得正確的轉(zhuǎn)向。（5）壓力遲滯 在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近于某一壓力時(shí)，傳感器輸出的差值。/h左右。選擇水泵時(shí)應(yīng)使銘牌上的揚(yáng)程最好與所需揚(yáng)程接近，一般偏差不超過(guò)20％，這樣的情況下，水泵的效率最高，也比較節(jié)能，使用會(huì)更經(jīng)濟(jì)。供水系統(tǒng)屬于泵類負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對(duì)便宜的U/f控制變頻器[11]。 2) 轉(zhuǎn)換時(shí)間小于250us。(3) PLC容量的選擇PLC容量主要是指是PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量，以備在某些特殊情況下使用。 第四章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，：報(bào)警控制輸出 故障狀態(tài)輸入 A/D模塊 PLC 通訊模塊變頻器人機(jī)界面 水泵機(jī)組 壓力變送器 系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣控制總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：(1) PLC及其擴(kuò)展模塊 (2) 變頻器 (3) 水泵機(jī)組 (4) 壓力傳感器。積分環(huán)節(jié)主要作用在于消除靜差。使用變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)如下 (1) 控制電機(jī)的啟動(dòng)電流； (2) 降低電力線路電壓波動(dòng)； (3) 啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低； (4) 可控的加速功能； (6) 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限； (7) 受控的停止方式； (8) 節(jié)能； (9) 可逆運(yùn)行控制； (10) 減少機(jī)械傳動(dòng)部件。因而，揚(yáng)程特性隨水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，其管阻特性沒(méi)有發(fā)生變化。因?yàn)樵陂y門開度和水泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，流量的值主要取決于用戶的用水量，因此，揚(yáng)程特性反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qu間的關(guān)系H=f(Qu)。(4) 采用 “規(guī)律自動(dòng)切換” 原則“規(guī)律自動(dòng)切換”原則指水泵運(yùn)行連續(xù)在某一種控制規(guī)律下時(shí)間達(dá)到所設(shè)定時(shí)間時(shí)自動(dòng)換泵運(yùn)行。2）變頻器:主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。完成硬件設(shè)備選型、PLC選型，估算所需I/O點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行I/O模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、I/O連接圖，分配I/O點(diǎn)數(shù)，列出I/O分配表，熟練使用相關(guān)軟件，設(shè)計(jì)梯形圖控制程序，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改。 恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水方式是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展以后逐漸發(fā)展起來(lái)的。下面對(duì)幾種供水方式進(jìn)行介紹 (1) 一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng)：這種供水方式下，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶。自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于PLC的恒壓供水泵站系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化 摘 要本設(shè)計(jì)以一個(gè)城市小區(qū)供水系統(tǒng)作為被控對(duì)象，研究基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)，力求做到使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，解決實(shí)際供水中問(wèn)題，保證供水安全、快捷、可靠，目前變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)外實(shí)際供水控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，但耗電、耗水嚴(yán)重、水壓不穩(wěn)、供水質(zhì)量不佳，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。在早期，國(guó)外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)均采用一臺(tái)變頻器帶動(dòng)一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒(méi)有一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組工作的情況，因而投資成本很高。結(jié)合以上要求可知此次設(shè)計(jì)宜采用PLC控制變頻恒壓的供水系統(tǒng)，主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器和現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有4臺(tái)水泵（3臺(tái)水泵為常規(guī)供水泵，1臺(tái)為輔助泵），采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器控制下做變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。變頻器根據(jù)供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)來(lái)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。 這樣保證系統(tǒng)的每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間接近，防止個(gè)別供水泵運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)損耗，而有的泵因長(zhǎng)時(shí)間不用而銹死，從而有效的延長(zhǎng)了設(shè)備的壽命。管阻特性則是以水泵的轉(zhuǎn)速恒定為前提的，表示揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系曲線（閥門在某一開度下）。變頻調(diào)速的供水方式為轉(zhuǎn)速控制。 有3種方式可以完成變頻器的頻率設(shè)定： （1）面板設(shè)定方式 通過(guò)面板上的按鍵完成頻率給定。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用則越弱，引起系統(tǒng)超調(diào)量增大，反之越強(qiáng)，引起系統(tǒng)振蕩。 PLC及其擴(kuò)展模塊選型 PLC特點(diǎn)及性能指標(biāo) （1）PLC的定義可編程控制器，簡(jiǎn)稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。 S7200 PLC的各種CPU特性比較CPU型號(hào)外形尺寸/mm數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊數(shù)量CPU221908062 6 4 0CPU222908062 8 6 2CPU224 14 10 7CPU226/CPU226XM1908062 24 16 7 根據(jù)系統(tǒng)要求和功能（具體I/O分配見下文），考慮到I/O分配留有一定裕量，設(shè)計(jì)選用西門子S7200系列的CPU226型。 2) 數(shù)據(jù)字格式：電壓：32000~+32000；電流0~+32000。其采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有完善的電動(dòng)機(jī)和變頻器保護(hù)功能，內(nèi)置RS485/232C接口和用于簡(jiǎn)單過(guò)程控制的PI閉環(huán)控制器，可根據(jù)用戶特殊需要對(duì)I/O端子進(jìn)行自定義。下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長(zhǎng)。補(bǔ)償溫度范圍是由于施加了溫度補(bǔ)償，精度進(jìn)入額定范圍內(nèi)的溫度范圍[13]。I/O單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)PLC的I/O接口與被控設(shè)備之間的電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能。 系統(tǒng)軟件部分總體設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)恒壓供水控制裝置軟件部分主要包括：（1）PID壓力控制；（2）壓力信號(hào)采集；（3）泵自動(dòng)切換控制；（4）保護(hù)報(bào)警部分此次設(shè)計(jì)的程序主要包括主程序、8個(gè)子程序和一個(gè)中斷程序， PLC程序分配表序號(hào)程序名注解1主程序恒壓供水控制系統(tǒng)主程序2SBR_0子程序初始化PID參數(shù)3SBR_1子程序檔位控制4SBR_2子程序自動(dòng)一號(hào)運(yùn)行規(guī)律5SBR_3子程序自動(dòng)二號(hào)運(yùn)行規(guī)律6SBR_4子程序自動(dòng)三號(hào)運(yùn)行規(guī)律7SBR_5子程序自動(dòng)檔增減泵規(guī)律8SBR_6子程序壓力測(cè)量信號(hào)處理9SBR_7子程序上下液位檢測(cè)10 INT_011INT_1平移式平均濾波 序號(hào)變量名稱含義1自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志2T37自動(dòng)增泵定時(shí)3T38自動(dòng)減泵定時(shí)4T39規(guī)律切換延時(shí)5VB11規(guī)律控制6VB12泵號(hào)規(guī)律管理7VW498變頻頻率 8VB500PID表（共80字節(jié)） 恒壓供水系統(tǒng)程序流程圖 在系統(tǒng)開始工作時(shí)，先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，在初始化后緊接著要設(shè)定消防/生活兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號(hào)和工頻泵投入臺(tái)數(shù)。每個(gè)子程序正在編譯時(shí)，編譯器自動(dòng)在子程序最后加入無(wú)條件返回指令RET（不需要用戶寫入無(wú)條件返回指令）。在CPU執(zhí)行中斷程序期間，對(duì)新出現(xiàn)的中斷性質(zhì)和優(yōu)先級(jí)的順序分別進(jìn)行排隊(duì)，形成中斷隊(duì)列。 PID指令格式指令名稱梯形圖STLPID回路指令PIDEN ENOTBLLOOPPID TBL ,LOOP PID指令在系統(tǒng)中的使用 在恒壓供水系統(tǒng)中，PLC采集壓力傳感器信號(hào)后，進(jìn)行壓力設(shè)計(jì)值與檢測(cè)元件反饋值的比較、PID運(yùn)算等調(diào)節(jié)器功能，通過(guò)參數(shù)整定后輸出標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)，該信號(hào)再進(jìn)入到變頻器控制模擬信號(hào)輸入端，從而控制變頻器輸出頻率，最終達(dá)到控制水泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 這里采用PLC中常用的平移式平均值法，其基本原理為：若要采樣N次，則用這N次采樣值的的平均值代替當(dāng)前值。 中斷程序的調(diào)用原則 （1）中斷優(yōu)先級(jí) 在PLC控制系統(tǒng)中通常有多個(gè)中斷源，中斷源可大致分為三類：通信中斷、I/O中斷、時(shí)基中斷。所謂中斷是當(dāng)控制系統(tǒng)執(zhí)行正常程序時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)了某些急需處理的情況或特殊請(qǐng)求，這時(shí)系統(tǒng)暫時(shí)中斷現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對(duì)隨機(jī)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），當(dāng)該事件處理完后，系統(tǒng)自動(dòng)回到原來(lái)被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。這一功能將通過(guò)比較指令加以實(shí)現(xiàn)。 三相電源經(jīng)熔斷器FU0、隔離開關(guān)QS接至變頻器的R、S、T端，變頻器的輸出端U、V、W通過(guò)接觸器的觸點(diǎn)接至電機(jī)，控制變頻器的啟動(dòng)與停止。一般最大壓力是額定壓力最大值的2－3倍。假如該棟小區(qū)有用戶100戶，樓層高度為12層，每層3米 水泵安裝在地下室一樓 地下室三米高，對(duì)水泵型號(hào)進(jìn)行選擇， 因?yàn)榭倶菍痈叨葹?2*3+3=39m，計(jì)算出水壓頭，也就是出水壓力，現(xiàn)在的規(guī)范要求居民出水壓頭設(shè)計(jì)為15米，建筑總揚(yáng)程在54米。變頻器須根據(jù)水泵電機(jī)的電流和功率進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)中需要擴(kuò)展一個(gè)采集處理壓力信號(hào)的模擬信號(hào)，應(yīng)擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊。 可編程序控制器（PLC）的選型 機(jī)型的選擇：PLC機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)格比?？刂贫仁且阅M控制器為基礎(chǔ)，定量衡量計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬控制器對(duì)同一對(duì)象的控制效果。PID控制器作為一種線性控制器，它是對(duì)設(shè)定值r(t)和實(shí)際輸出值y(t)之間的偏差e(t)： （）經(jīng)比例(P) 、積分(I) 和微分(D) 運(yùn)算后經(jīng)線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，所以稱之為PID控制器。目前，變頻調(diào)速給水在建筑給水中應(yīng)用越來(lái)越廣，其主要原因是: （1）變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。由公式可得，轉(zhuǎn)差率基本不變的情況下，三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f成正比。若出現(xiàn)電源瞬時(shí)停電的情況，系統(tǒng)立即停止運(yùn)行。2) 報(bào)警信號(hào):它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水庫(kù)液位是否超限、變頻器是否有異常。追求高度的智能化、系列的標(biāo)準(zhǔn)化將是未來(lái)供水設(shè)備滿足城鎮(zhèn)建設(shè)成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。 (5) 恒速泵十氣壓罐供水方式 ：這種方式是利用封閉的氣壓罐替代高位水箱蓄水，通過(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力以控制泵的開、停。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)作為其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性將直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平。 PID。 (3) 射流泵十水箱的供水方式：這種方式是根據(jù)射流泵本身的特有結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等諸多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)未達(dá)到所有用戶的要求，只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所[4]?？梢钥闯鲎冾l調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分構(gòu)成。同時(shí)通過(guò)人機(jī)界面報(bào)警進(jìn)行顯示，使用者還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)示。 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 （）式中同步轉(zhuǎn)速，r/min； 定子頻率，Hz； 電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。只有在這一點(diǎn)，供水系統(tǒng)的供水流量Qc和用戶的用水流量Qu處在平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既符合了管阻特性，也滿足了揚(yáng)程特性 ，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)使用調(diào)速控制時(shí)，如果采用恒壓(