【正文】 水的凈水系統(tǒng)來說，316不銹鋼材料就能滿足要求。輸入單元接收現(xiàn)場設備向PLC提供的信號，包括人為的控制信號和能夠描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關量信號，例如由繼電器觸點、接近開關、按鈕、限位開關、撥碼器等提供的開關量。 當PID調(diào)節(jié)結(jié)果大于等于變頻運行上限頻率（或小于等于變頻運行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運行時，定時器計時5min后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應的泵變頻啟動脈沖信號。當用戶需要實現(xiàn)有條件返回時，可以在程序使用有條件返回RET指令。中斷源向PLC發(fā)出中斷請求，經(jīng)過中斷判優(yōu)，將優(yōu)先級最高的中斷請求送給CPU，CPU響應中斷后自動保存邏輯堆棧、累加器和某些特殊標志寄存器位。通過PLC PID控制，當用戶使用流量增大時，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送到PLC，通過調(diào)節(jié)后輸出刷新，送給變頻器，使變頻器增大輸出頻率，水泵電動機轉(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，為下次濾波做準備。 中斷優(yōu)先級由高到低的順序為：通信中斷、高速脈沖串輸出中斷、外部輸入中斷、高速計數(shù)器中斷、定時中斷、定時器中斷。它不允許嵌套中斷，但在中斷程序中可以調(diào)用一個嵌套子程序，因為累加器和邏輯堆棧在中斷程序和被調(diào)用的子程序中是公用的[15]。PID控制的定時采樣及輸出控制利用定時器中斷功能實現(xiàn)。如果轉(zhuǎn)向相反，則可以改變電源的相序來獲得正確的轉(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，傳感器輸出的差值。/h左右。選擇水泵時應使銘牌上的揚程最好與所需揚程接近，一般偏差不超過20％，這樣的情況下，水泵的效率最高，也比較節(jié)能，使用會更經(jīng)濟。供水系統(tǒng)屬于泵類負載，低速運行時的轉(zhuǎn)矩小，可選用價格相對便宜的U/f控制變頻器[11]。 2) 轉(zhuǎn)換時間小于250us。(3) PLC容量的選擇PLC容量主要是指是PLC的I/O點數(shù)，I/O點數(shù)也應留有適當裕量，以備在某些特殊情況下使用。 第四章 控制系統(tǒng)硬件電路設計根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，：報警控制輸出 故障狀態(tài)輸入 A/D模塊 PLC 通訊模塊變頻器人機界面 水泵機組 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)的主要硬件設備應包括以下幾部分：(1) PLC及其擴展模塊 (2) 變頻器 (3) 水泵機組 (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)點如下 (1) 控制電機的啟動電流； (2) 降低電力線路電壓波動； (3) 啟動時需要的功率更低； (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) 可逆運行控制； (10) 減少機械傳動部件。因而，揚程特性隨水泵電機轉(zhuǎn)速的變化而變化，其管阻特性沒有發(fā)生變化。因為在閥門開度和水泵轉(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，揚程特性反映的是揚程H與用水流量Qu間的關系H=f(Qu)。(4) 采用 “規(guī)律自動切換” 原則“規(guī)律自動切換”原則指水泵運行連續(xù)在某一種控制規(guī)律下時間達到所設定時間時自動換泵運行。2）變頻器:主要作用是實現(xiàn)對水泵進行轉(zhuǎn)速控制。完成硬件設備選型、PLC選型，估算所需I/O點數(shù)，進行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點數(shù)，列出I/O分配表，熟練使用相關軟件，設計梯形圖控制程序，對程序進行調(diào)試和修改。 恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水方式是在變頻調(diào)速技術發(fā)展以后逐漸發(fā)展起來的。下面對幾種供水方式進行介紹 (1) 一臺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。自動化學院本科畢業(yè)設計（論文） 本科畢業(yè)設計（論文）題目： 基于PLC的恒壓供水泵站系統(tǒng)設計 專 業(yè)： 自動化 摘 要本設計以一個城市小區(qū)供水系統(tǒng)作為被控對象，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，力求做到使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡單，解決實際供水中問題，保證供水安全、快捷、可靠，目前變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)外實際供水控制系統(tǒng)中得到廣泛的應用。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，但耗電、耗水嚴重、水壓不穩(wěn)、供水質(zhì)量不佳，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。在早期，國外的恒壓供水工程在設計時均采用一臺變頻器帶動一臺水泵機組的方式，幾乎沒有一臺變頻器拖動多臺水泵機組工作的情況，因而投資成本很高。結(jié)合以上要求可知此次設計宜采用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)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設計中有4臺水泵（3臺水泵為常規(guī)供水泵，1臺為輔助泵），采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下做變速運行，其余水泵做恒速運行。變頻器根據(jù)供水控制器送來的控制信號來改變調(diào)速泵的運行頻率，實現(xiàn)對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。 這樣保證系統(tǒng)的每臺泵運行時間接近，防止個別供水泵運行時間過長損耗，而有的泵因長時間不用而銹死，從而有效的延長了設備的壽命。管阻特性則是以水泵的轉(zhuǎn)速恒定為前提的，表示揚程H與流量Q之間的關系曲線（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定： （1）面板設定方式 通過面板上的按鍵完成頻率給定。積分作用的強弱取決于積分時間常數(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，引起系統(tǒng)振蕩。 PLC及其擴展模塊選型 PLC特點及性能指標 （1）PLC的定義可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。 S7200 PLC的各種CPU特性比較CPU型號外形尺寸/mm數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出擴展模塊數(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，設計選用西門子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，有完善的電動機和變頻器保護功能，內(nèi)置RS485/232C接口和用于簡單過程控制的PI閉環(huán)控制器，可根據(jù)用戶特殊需要對I/O端子進行自定義。下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長。補償溫度范圍是由于施加了溫度補償，精度進入額定范圍內(nèi)的溫度范圍[13]。I/O單元是PLC與外部設備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動能力的信號，以實現(xiàn)PLC的I/O接口與被控設備之間的電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、電平轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能。 系統(tǒng)軟件部分總體設計此次設計恒壓供水控制裝置軟件部分主要包括：（1）PID壓力控制；（2）壓力信號采集；（3）泵自動切換控制；（4）保護報警部分此次設計的程序主要包括主程序、8個子程序和一個中斷程序， PLC程序分配表序號程序名注解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子程序自動一號運行規(guī)律5SBR_3子程序自動二號運行規(guī)律6SBR_4子程序自動三號運行規(guī)律7SBR_5子程序自動檔增減泵規(guī)律8SBR_6子程序壓力測量信號處理9SBR_7子程序上下液位檢測10 INT_011INT_1平移式平均濾波 序號變量名稱含義1自動運行標志2T37自動增泵定時3T38自動減泵定時4T39規(guī)律切換延時5VB11規(guī)律控制6VB12泵號規(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，先要對整個系統(tǒng)進行初始化，在初始化后緊接著要設定消防/生活兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。每個子程序正在編譯時，編譯器自動在子程序最后加入無條件返回指令RET（不需要用戶寫入無條件返回指令）。在CPU執(zhí)行中斷程序期間，對新出現(xiàn)的中斷性質(zhì)和優(yōu)先級的順序分別進行排隊，形成中斷隊列。 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后，進行壓力設計值與檢測元件反饋值的比較、PID運算等調(diào)節(jié)器功能，通過參數(shù)整定后輸出標準控制信號，該信號再進入到變頻器控制模擬信號輸入端，從而控制變頻器輸出頻率，最終達到控制水泵電動機的轉(zhuǎn)速，實現(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前值。 中斷程序的調(diào)用原則 （1）中斷優(yōu)先級 在PLC控制系統(tǒng)中通常有多個中斷源，中斷源可大致分為三類：通信中斷、I/O中斷、時基中斷。所謂中斷是當控制系統(tǒng)執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)了某些急需處理的情況或特殊請求，這時系統(tǒng)暫時中斷現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對隨機發(fā)生的更緊迫的事件進行處理（執(zhí)行中斷服務程序），當該事件處理完后，系統(tǒng)自動回到原來被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。這一功能將通過比較指令加以實現(xiàn)。 三相電源經(jīng)熔斷器FU0、隔離開關QS接至變頻器的R、S、T端，變頻器的輸出端U、V、W通過接觸器的觸點接至電機，控制變頻器的啟動與停止。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，對水泵型號進行選擇， 因為總樓層高度為12*3+3=39m，計算出水壓頭，也就是出水壓力，現(xiàn)在的規(guī)范要求居民出水壓頭設計為15米，建筑總揚程在54米。變頻器須根據(jù)水泵電機的電流和功率進行選擇。本次設計中需要擴展一個采集處理壓力信號的模擬信號，應擴展一個模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊。 可編程序控制器（PLC）的選型 機型的選擇：PLC機型的選擇應是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比?？刂贫仁且阅M控制器為基礎，定量衡量計算機數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬控制器對同一對象的控制效果。PID控制器作為一種線性控制器，它是對設定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)： （）經(jīng)比例(P) 、積分(I) 和微分(D) 運算后經(jīng)線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對被控對象進行控制，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用越來越廣，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，三相異步電機的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f成正比。若出現(xiàn)電源瞬時停電的情況，系統(tǒng)立即停止運行。2) 報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運行，水庫液位是否超限、變頻器是否有異常。追求高度的智能化、系列的標準化將是未來供水設備滿足城鎮(zhèn)建設成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。 (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，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力以控制泵的開、停。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設作為其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟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)進行工作。但在系統(tǒng)的動態(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指標來說，還遠未達到所有用戶的要求，只適用于小容量，控制要求不高的供水場所[4]?？梢钥闯鲎冾l調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制系統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分構(gòu)成。同時通過人機界面報警進行顯示，使用者還可以對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示。 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析 電動機的調(diào)速原理交流電動機的同步轉(zhuǎn)速 （）式中同步轉(zhuǎn)速，r/min； 定子頻率，Hz； 電機的磁極對數(shù)。只有在這一點，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，也滿足了揚程特性 ，系統(tǒng)平穩(wěn)運行。當使用調(diào)速控制時，如果采用恒壓(