【正文】 為： （）式中：為調(diào)節(jié)器輸出的控制增量；；。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學模型由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是一個時變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對象，我們難以得出它的精確數(shù)學模型，只能進行近似等效。水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始壓力開始啟動水泵運行，至管網(wǎng)壓力達到穩(wěn)定要求時經(jīng)歷兩個過程：首先是水泵將水送到管網(wǎng)中，這個階段管網(wǎng)壓力基本保持初始壓力，這是一個純滯后的過程；其次是水泵將水充滿整個管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個大時間常數(shù)的慣性過程；然而系統(tǒng)中其他控制和檢測環(huán)節(jié)，例如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉(zhuǎn)換、壓力檢測等的時間常數(shù)和滯后時間與供水系統(tǒng)的時間常數(shù)和滯后時間相比可忽略不計，均可等效為比例環(huán)節(jié)。因此，恒壓供水系統(tǒng)的數(shù)學模型可以近似成一個帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即可以寫成[16]： （）式中：K為系統(tǒng)的總增益，T為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)，為系統(tǒng)滯后時間。 PID參數(shù)整定控制器參數(shù)整定的方法很多，歸納起來可分為兩大類：理論計算整定法與工程整定法，常用的工程整定法有：動態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、阻尼振蕩法和現(xiàn)場經(jīng)驗整定法，本設(shè)計選用的是動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程（包括調(diào)節(jié)閥WV(s)、被控對象WO(s)和測量變送Wm(s)）階躍響應(yīng)特性進行近似計算的方法[17]。本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)。 恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于本設(shè)計對壓力控制的要求較高，故選擇PI控制器，其傳遞函數(shù)為： （）本系統(tǒng)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，假設(shè)其過程傳遞函數(shù)為；變頻器可近似為一個比例環(huán)節(jié)，即；反饋回路傳遞函數(shù)為。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式()、()可求的PI控制器各參數(shù)。當時， () ()計算的：，PI控制器的傳遞函數(shù)為：用matlab軟件仿真，編程如下：s1=tf(2,[300,1])。s2=tf([240,1],[720,0])。sk=s1*s2*50。s=feedback(sk,)。step(s)。 ， 恒壓供水系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿真波形圖。 加入純滯后環(huán)節(jié)后的仿真波形圖從圖中不難看出，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間較快，且能輸出穩(wěn)定的壓力信號，完全符合設(shè)計的要求。5 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 組態(tài)軟件簡介 組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場過程圖形畫面；實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于實時存儲現(xiàn)場控制點的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需的控制策略。本設(shè)計中選擇北京亞控公司的“組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控系統(tǒng)。 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 組態(tài)王的通信參數(shù)設(shè)置本設(shè)計中用S7200的PPI編程電纜實現(xiàn)計算機與CPU模塊的通信。由于使用串行通信接口1，故雙擊工程瀏覽器的設(shè)備文件夾中的“COM1”圖標，在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置波特率為19200bit/s。 串行通信接口參數(shù)設(shè)置選中“COM1”后，雙擊右側(cè)工作區(qū)出現(xiàn)的“新建…”圖標，在出現(xiàn)的對話框的“PLC”文件夾中選擇西門子的S7200系列，通信協(xié)議為PPI（），設(shè)置好單擊“下一步”直至“完成”，這樣在右側(cè)會出現(xiàn)剛生成的“新IO設(shè)備”圖標，通信設(shè)置結(jié)束。 通信協(xié)議的設(shè)置 新建工程與組態(tài)變量雙擊“”啟動工程管理器，新建一個工程，名為“恒壓供水系統(tǒng)”，雙擊新建工程打開工程瀏覽器，點擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標，右面工作區(qū)會出現(xiàn)系統(tǒng)定義好的內(nèi)存變量。雙擊最下面的“新建…”圖標，彈出“定義變量”對話框（），開始定義輸入輸出變量。用同樣的方法組態(tài)所有變量（）。 定義變量對話框 組態(tài)畫面(1) 建立新畫面單擊工程瀏覽器左側(cè)的“畫面”圖標，雙擊工作區(qū)“新建…”圖標，彈出“新畫面”對話框，輸入名稱點擊確定進入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。(2) 制作動態(tài)監(jiān)控畫面利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進行動畫連接。(3) 編寫控制流程程序雙擊工程瀏覽器左邊窗口“\文件\命令語言\應(yīng)用程序命令語言”進行編程。(4) 按鈕、指示燈組態(tài)設(shè)定按鈕或文字鏈接的對象，按鈕既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以 數(shù)據(jù)詞典中的變量列表輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當和外部的一些智能儀表、PLC等進行連接時，會大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮啙嵭?；指示燈組態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 監(jiān)控系統(tǒng)界面在本系統(tǒng)中，根據(jù)需要共開發(fā)了5個界面，包括啟動界面(包含系統(tǒng)所有菜單)、系統(tǒng)運行主界面、歷史和實時趨勢曲線、數(shù)據(jù)報表、報警界面。為了加強系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限。通過主菜單界面可以調(diào)用不同的界面，也可根據(jù)需要在系統(tǒng)運行主界面中改變壓力給定值。，主界面實時顯示了當前時間，設(shè)定的水壓值和當前水壓值，系統(tǒng)的自動/手動運行情況，三臺水泵變頻/工頻運行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速、運行頻率，各設(shè)備的故障報警顯示等。 城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)監(jiān)控界面 6 結(jié)束語本文針對城市小區(qū)供水的特點，設(shè)計開發(fā)了一套基于PLC的變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機的軟起動和調(diào)速，摒棄了原有的自耦降壓起動裝置，同時把水泵電機控制納入自動控制系統(tǒng)。壓力變送器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，通過改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且具有工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。本文主要的工作如下：(1) 由PLC、變頻器實現(xiàn)生活用水的恒壓控制。系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)對多泵切換的控制。通過變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動，由電動機的變頻調(diào)速實現(xiàn)對水壓的調(diào)節(jié)。(2) 通過對控制過程和原理的分析，利用西門子STEP7 MicroWIN編程軟件設(shè)計了一個用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。(3) 對上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進行了設(shè)計。根據(jù)泵站監(jiān)控要求，利用組態(tài)王軟件完成了泵站組態(tài)監(jiān)控畫面的各個功能的設(shè)計，系統(tǒng)界面清楚明了，易于操作，能動態(tài)地顯示當前運行情況、當前水壓以及故障情況。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。在提高自己的同時，我也更加清楚的認識到自己的一些不足之處。比如：在硬件設(shè)備之間的連接，I/O端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經(jīng)過這半年的自學，以及向老師、同學們請教，我對這些知識有了更深入的理解。通過這半年的實踐和學習，我學到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設(shè)計的復雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的研究生生活打下了堅實的基礎(chǔ)。在以后的學習和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。 參考文獻[J],蘭州鐵道學院學報,2000,1:8488[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,135137,[J],電子技術(shù)應(yīng)用,2000,2:3839[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,244251 Logic Controller[J],the free wikipedia encyclopedia,2002,3:18[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008,1416[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998,316317,譚光儀,[J],四川工業(yè)學院學報,2003,3:57,李雄松,[J],電機電器技術(shù),1999,3:4548[M].重慶:重慶大學出版社,1996, 173174[J],南寧職業(yè)技術(shù)學院學報,2004,4:3845,[M].北京:中國水利水電出版社,2001,4560 K values of design variables versus specific speed for centrifugal pumps[J], Proceeding of the Institution of Mechanieal Engineers, 1999, 3: 219227,張偉,[J],山東輕工業(yè)學院學報,2007,3:123138 energysaving technolgy of waterinjection systems in domestic and abroad oil filed[J],Energy Convervation of Oilfiled 1998,9:1125 P the variable speed pump[J],NFPA Journal, 2004,5: 2633,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007,166169 致謝首先衷心的感謝我的論文指導老師高宏巖老師。在我做畢業(yè)設(shè)計的過程中得到了高老師的悉心指導。從設(shè)計的開始到論文的定稿，整個過程處處凝結(jié)著老師的心血。高老師淵博的學識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，務(wù)實的工作作風都深深地影響著我，并將成為我以后學習和工作的榜樣。在此謹向高老師表示最衷心的感謝。在這半年的畢業(yè)設(shè)計的過程中，我還得到了本組同學、本班同學的大力幫助，我們一起學習，一起探討問題、解決問題。當我遇到困難時，他們給了我許多好的建議和無私的幫助。在此，對所有給予我?guī)椭耐瑢W表示衷心的感謝。附錄附錄A 英文文獻Programmable logic controllerCynthia CooperFrom Wikipedia, the free encyclopediaA programmable logic controller or simply programmable controller is a digital puter used for automation of industrial processes, such as control of machinery on factory assembly lines. Unlike generalpurpose puters, the PLC is designed for multiple inputs and output arrangements, extended temperature ranges, immunity to electrical noise, and resistance to vibration and impact. Programs to control machine operation are typically stored in batterybacked or nonvolatile memory. A PLC is an example of a real time system since output results must be produced in response to input conditions within a bounded time, otherwise unintended operation will result.FeaturesControl panel with PLC (grey elements in the center). The unit consists of separate elements, from left to right。 power supply, controller, relay units for input and output.The main difference from other puters is that PLCs are armored for severe condition (dust, moisture, heat, cold, etc) and have the facility for extensive input/output (I/O) arrangements. These connect the PLC to sensors and actuators. PLCs read limit switches, analog process variables (such as temperature and pressure), and the positions of plex positioning systems. Some even use machine vision. On the actuator side, PLCs operate electric motors, pneumatic or hydraulic cylinders, magnetic relays or solenoids, or analog outputs. The input/output arrangements may be built into a simple PLC, or the PLC may have external I/O modules attached to a puter network that plugs into the PLC.PLCs were invented as replacements for automated systems that would use hundreds or thousands of relays, cam timers, and drum sequencers. Often, a single PLC can be programmed to replace thousands of relays. Programmable controllers were initially adopted by the automotive manufacturing industry