【導讀】高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低。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。以下為傳統(tǒng)的泵供水系統(tǒng)，逐一。也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。供水方式，水泵整日不停運轉，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。水塔的合理高度是要。求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。于某一位置時再啟動水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效能區(qū)。這種方式顯然比前種節(jié)電，開/停頻率等有關。出現(xiàn)有壓無量(流量)的現(xiàn)象，無法滿足高層供水的需要。

　　

【正文】 [6] 式中ω為轉子角速度；ω (s)為ω的拉普拉斯變換； Td為常數(shù)，其中 式中 i 為極對數(shù)； J 為 轉動慣量； U10，ω 10分別為定子電源的電壓和角頻率在靜態(tài)工作點上的值； R2 為折算到定子側的轉子電阻值； D為摩擦系數(shù)； Km為常數(shù)。 [6] 式中 p 為水壓； p(s)，ω (s)分別為 p，ω的拉普拉斯變換； Tb為表征水流慣性的時間常數(shù)； Kb為常數(shù)； Kg為表征水流“反調(diào)節(jié)”作用的微分系數(shù)。 Simulink 環(huán)境仿真及 PID 參數(shù)設置 用 simulink 創(chuàng)建系統(tǒng)模型并對系統(tǒng)線性化模型進行仿真，在 Simulink 環(huán)境下改變 PID 參數(shù)，通過仿真觀察輸出響應確定 PID 參數(shù)值。 增加比例控制器的比例系數(shù)可以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，提高精度，但系統(tǒng)相對穩(wěn)定性降低 。積分控制器可提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但使系統(tǒng)相對穩(wěn)定性變差 。微分控制器能改善系統(tǒng)瞬態(tài)特性并有助于增加系統(tǒng)穩(wěn)定性 [10]。為了提高泵供水系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，加上比例 積分 微分 (PID)控制器以減小穩(wěn)態(tài)誤差使系統(tǒng)穩(wěn)定。 經(jīng)過仿真試驗觀察系統(tǒng)輸出響應得到以下結論：改變比例環(huán)節(jié) P，積分微分(ID)環(huán)節(jié)不變，系統(tǒng)在響應開始時會振蕩，但穩(wěn)態(tài)性能較好，隨著比例系數(shù)的增大，開始時段的振蕩也增大。比例系數(shù)繼續(xù)增大到一定值時系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。改變微分環(huán)節(jié) D， 比例積分 (PI)環(huán)節(jié)不變時，系統(tǒng)在微分時間常數(shù)較小時有較好的18 18 穩(wěn)態(tài)性能但響應曲線在開始時不光滑，而且隨著微分時間常數(shù)增大到一定值時系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。當比例微分 (PD)環(huán)節(jié)不變時，改變積分環(huán)節(jié) I，積分時間常數(shù)越大，超調(diào)量σ %越小，調(diào)整時間 ts越長。因此選取較小的比例系數(shù)，較小的微分時間常數(shù)，合適的積分時間常數(shù)作為系統(tǒng)的 PID 參數(shù)。 各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可根據(jù)以上公式及系統(tǒng)參數(shù)計算出， 本系統(tǒng)設置如下 : 設定供水壓力給定值為 1 Mpa，輸出是水壓測量值。 simulink 模塊圖如下 ： s + 11 0 s + 1水管傳遞函數(shù)0 . 30 . 4 s + 1電機傳遞函數(shù)50 . 5 s + 1變頻器傳遞函數(shù)S t e pS co p e 19 19 圖 恒壓供水系統(tǒng)階躍響應仿真波形圖 圖 中系統(tǒng)最終穩(wěn)定，輸出水壓穩(wěn)態(tài)值為 ，但是穩(wěn)態(tài)誤差 ess 為。這說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能較差。要使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，需增加一個控制器調(diào)節(jié)以滿足要求。 20 20 第 五 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。工作流程如圖 所示。 圖 5. 1 PLC 程序流程圖 21 21 手動運 行 當按下 SB7按鈕，用手動方式。按下 SB10手動啟動變頻器。當系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下 SBn（ n=1,3,5） 按鈕，此時切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行 ,再起動下一臺電機。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下 SBn（ n=2,4,6） 按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機對應的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵 .該方式僅供自動故障時使用 . 自動運行 由 PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制 . 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止狀態(tài) .系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵 M1，啟動且轉速逐漸升高，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 M1處在調(diào)速運行狀態(tài) .當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設定速率加速到另一個穩(wěn)定轉速 。反之用水量減少水壓增加時，水泵按設定的速率減速到新的 穩(wěn)定轉速 .當用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設定值，由 PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行 。同時，使第二臺水泵 M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行 .當最后一臺水泵 M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警 . 降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設定值，系統(tǒng)將工頻運行時間 最長的一臺水泵關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設定值 .當用水量繼續(xù)下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。 22 22 參考文獻 [1]廖常初 .PLC 編程及應用 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020. [2]吳忠智 ，吳加林。變頻器應用手冊 .北京：機械工業(yè)出版社， 2020. [3]韓安榮 .通用變頻器及其應用 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020. [4]李華 .變頻調(diào)速技術在供水系統(tǒng)中的應用 .電氣傳動自動化， 1996， [5]陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京 :機械工業(yè)出版社， 1996 [6]岳慶來 .變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應用技術 .北京 :機械工業(yè)出版社 [7]龍章眷 .PLC與變頻器在自動恒壓供水設備中的應用 .科技信息 2020(3):179，202。 致謝 本論文是在導師 吳學娟 的悉心指導下完成的 。 導師淵博的學識，優(yōu)秀的師德，深厚的學術造詣和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度使我受益匪淺。在整個論文工作中，導師給了我全方位的精心指導 .開始時論文很不成功，論文里的供水方案圖出現(xiàn)嚴重錯誤 ，老師一一給出分析與解決辦法。后面的仿真過程中數(shù)學模型使用不當，使效果與實際相 違甚大，但經(jīng)吳老師的指出都依次解決， 使我得以順利完成論文工作。 在論文工作中， 吳老師 為我提供了大量的研究資料，并給予了精心指導，從開題到實驗研究到論文撰寫，提出了很多非常好的意見和建議。我能順利完成學業(yè)及論文的撰寫，與 吳老師 的關心、支持和幫助是分不開的。 在此，向支持與幫助我的 同學和在這段時間內(nèi)教導我的老師 表示最衷心的感謝。