【正文】 泵過程。從圖 41 可見，供水狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換不但和轉(zhuǎn)換條件有關(guān)，還與其目前所處的供水狀態(tài)有關(guān)；由輔助泵切換到主泵供水也遵循有效狀態(tài)循環(huán)方式，即上一次啟動(dòng) 1主泵，則下次由輔助泵切換到主泵供水，應(yīng)啟動(dòng) 2泵。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件供水狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件是依據(jù)變頻器輸出頻率是否到達(dá)極限頻率及水壓是否達(dá)到上、下限值。設(shè)變頻器輸出頻率達(dá)到極限頻率時(shí)的信號(hào)為 X1，水壓達(dá)到設(shè)定壓力下限值時(shí)的欠壓信號(hào)為 X2，水壓達(dá)到設(shè)定壓力上限值時(shí)的超壓信號(hào)為 X3。從輔助泵切換到主泵條件：滿足 X2；從主泵切換到輔助泵條件：同時(shí)滿足 XX3；增泵條件：同時(shí)滿足 XX2；減泵條件：同時(shí)滿足 XX3。狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程的實(shí)現(xiàn)方法從輔助泵切換到主泵只需斷開輔助泵的供電，同時(shí)用變頻器以起始頻率起動(dòng)一臺(tái)主26泵的運(yùn)行即可。從主泵切換到輔助泵只需將主泵和變頻器的輸出斷開，同時(shí)將輔助泵直接投入工頻運(yùn)行即可。 PLC 程序設(shè)計(jì) PLC 編程語言PLC 是由繼電器接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。采用了面向控制過程、面向問題、簡單直觀的 PLC 編程語言，易于學(xué)習(xí)和掌握。盡管國內(nèi)外不同廠家采用的編程語言不盡相同，但程序的表達(dá)方式基本類似，主要有四種形式：梯形圖，指令表，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和高級(jí)語言。梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令。 梯形圖語言編程的一般規(guī)則通常微、小型 PLC 主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有 [11]：(1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號(hào)地址必須在所使用 PLC 的有效范圍內(nèi)。(2)梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流” “得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流” ，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流，層次的改變也只能自上而下。(3)梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“1”態(tài)，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“0”態(tài)。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。(4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。27(5)繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。(6)PLC 在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的。 供水系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化模塊在初始化模塊中設(shè)置通信用數(shù)據(jù)寄存器 D8120, D8121 ,D8129 的通信參數(shù)；至標(biāo)志為 M6=1，在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先起動(dòng)輔助泵，進(jìn)入 S0 狀態(tài):至標(biāo)志 M0=1，保證輔助泵的運(yùn)行狀態(tài)首次 S0 轉(zhuǎn)入主泵運(yùn)行狀態(tài) S20。初始化過程通過 M8002 產(chǎn)生的初始化脈沖來完成。 水泵運(yùn)行與狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊（1）輔助泵/主泵的轉(zhuǎn)換主泵轉(zhuǎn)輔助泵運(yùn)行是指在單臺(tái)主泵供水時(shí)，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時(shí)，延時(shí) 5 分鐘，關(guān)閉變頻器運(yùn)行，啟動(dòng)輔助泵的過程。即由狀態(tài) S11 轉(zhuǎn)入 S0 的過程。PLC 置輸出繼電器 Y1 為 0，同時(shí)置 Y7= 1。輔助泵轉(zhuǎn)主泵運(yùn)行是指由輔助泵供水，水壓達(dá)到壓力下限時(shí)，延時(shí) 1 分鐘，關(guān)閉輔助泵，用變頻器啟動(dòng)一臺(tái)主泵運(yùn)行的過程。即由狀態(tài) S0 轉(zhuǎn)入 S11 的過程。具體起動(dòng)哪一臺(tái)主泵，進(jìn)入哪一種狀態(tài)，要依據(jù)其上一個(gè)狀態(tài)，按有效狀態(tài)循環(huán)法的原則來操作。在編程時(shí)，以輔助繼電器 M3，M2， Ml 作為 S20，S21，S22 狀態(tài)的轉(zhuǎn)入標(biāo)志，三者按循環(huán)方式動(dòng)作，保證狀態(tài) S20，S21 ，S22 的循環(huán)。（2）主泵的增加增加主泵是將當(dāng)前主泵由變頻轉(zhuǎn)工頻，同時(shí)變頻起動(dòng)一臺(tái)新水泵的切換過程。當(dāng)變頻器輸出上限頻率，水壓達(dá)到壓力下限時(shí)，延時(shí) 1 分鐘，PLC 給出控制信號(hào)，PLC 的Y16 得電，變頻器的 X1 端子對(duì) CM 短接，變頻器的自由停車指令 BX 生效，切斷變頻器輸出，延時(shí) 500ms 后，將主水泵與變頻器斷開，延時(shí) l00ms，將其轉(zhuǎn)為工頻恒速運(yùn)行，同28時(shí) PLC 的 Y16 失電，BX 指令取消，變頻器以起始頻率啟動(dòng)一臺(tái)新的主水泵。這段程序設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮動(dòng)作的先后關(guān)系及互鎖保護(hù)。（3）減少主泵的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊減少主泵是指在多臺(tái)主泵供水時(shí)，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時(shí)，按“先起先停”原則，將當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)中最先進(jìn)入工頻運(yùn)行的水泵從電網(wǎng)斷開。水泵運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊流程圖如圖 42 所示；根據(jù)水泵運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊流程圖編制的輔泵/主泵、主泵（S20→S23 →S26）之間切換的部分程序見附錄， （S21→S24→S27 ）及（S22→S25→S28）之間的切換雷同，略其程序 輸出極限頻率X1壓力上限 X3壓力下限 X2YESYES減泵加泵維持NO圖 42 比較環(huán)節(jié)流程圖295 恒壓供水系統(tǒng)的 PID 調(diào)節(jié) PID 控制及其控制算法PID 控制器是一種線性控制器，它是對(duì)給定值和實(shí)際輸出值之間的偏差 [12][13] （51）()()etryt=經(jīng)比例（P） 、積分（ I）和微分（D）運(yùn)算后通過線性組合構(gòu)成控制量 ，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱 PID 控制器。系統(tǒng)由擬 PID 控制器和被控對(duì)象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖 51。比例 P被控對(duì)象積分 I微分 D驅(qū)動(dòng)r(t) d(t)u(t)— —y(t)圖 51 控制系統(tǒng)原理框圖圖中 u（t）為 PID 調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量PID 控制規(guī)律為 （52）])()(1[)( dteTtteKtDIP???式（52）中， —比例系數(shù)； —積分時(shí)間常數(shù)； —微分時(shí)間常數(shù)。I相應(yīng)地傳遞函數(shù)形式30 （53）()1=)PDIUsGKTsE+PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下 [14]:（1）比例環(huán)節(jié)：比例環(huán)節(jié)反映了系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前變化的一種反映。比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù) K 的增大而減少。比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）積分環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) ， 越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強(qiáng)，ITI易引起系統(tǒng)振蕩。（3）微分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。但過大的 對(duì)于干擾信號(hào)的抑制能力卻將減弱。DT 恒壓供水 PID 調(diào)節(jié)過程分析恒壓供水的目的就是要保證供水能力 適應(yīng)用水 需求變化。當(dāng)供水能力 和用GQUGQ水需求 之間不能平衡時(shí)，必然引起壓力的變化。因此可根據(jù)壓力的變化，來實(shí)現(xiàn)對(duì)供UQ水流量的調(diào)節(jié)，維持供水能力 和用水需求 之間的乎衡。GU實(shí)現(xiàn)恒壓供水實(shí)現(xiàn)方法是，首先根據(jù)用戶對(duì)水壓的要求，給 PID 調(diào)節(jié)器預(yù)置一個(gè)目標(biāo)壓力值，管道中的實(shí)際水壓，經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換成 4～20mA 的模擬電流信號(hào)反饋給變頻器內(nèi)置的 PID 調(diào)節(jié)器，PID 調(diào)節(jié)器根據(jù)目標(biāo)壓力值和實(shí)際壓力值的偏差，給出調(diào)節(jié)量，自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使供水量適應(yīng)用水量的變化，取得動(dòng)態(tài)平衡，維持水壓不變。其具體調(diào)節(jié)過程如下 [14]:（1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行當(dāng)供水能力 =用水需求 ,目標(biāo)壓力信號(hào)和壓力反饋信號(hào) y 相等,偏差 e = y r, PIDGQU輸出的控制增量 Δu =0,變頻器輸出頻率不變,水泵轉(zhuǎn)速不變,處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。（2）用水量增加時(shí)31當(dāng)用水量增加，用水需求 供水能力 ,水壓下降，壓力反饋信號(hào) y 減少，偏差 e UQG= y r0,PID 輸出的控制增量 Δu0，變頻器輸出頻率上升 ,水泵轉(zhuǎn)速升高，增加供水能力，最后達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，使壓力回復(fù)，維持供需平衡。（3）用水量減少時(shí)當(dāng)用水量減少，用水需求 供水能力 ，水壓上升，壓力反饋信號(hào) y 增大，偏UQG差 e = y r0， PID 輸出的控制增量 Δu 0，變頻器輸出頻率下降，水泵轉(zhuǎn)速降低，降低供水能力，最后達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，使壓力回復(fù)，維持供需平衡。32結(jié)論本文對(duì)于城市供水要求，設(shè)計(jì)了一套由 PLC、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、多臺(tái)水泵機(jī)組、計(jì)算機(jī)等主要設(shè)備構(gòu)成的變頻恒壓供水及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、自動(dòng)可靠、維護(hù)簡單、管理方便的恒壓供水。本系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：l、采用了可靠性高、使用簡單、編程靈活的工控設(shè)備 PLC 和內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)模塊的變頻器作為主要控制設(shè)備，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合，確保恒壓供水。系統(tǒng)具有完備的故障處理能力，可通過自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場手動(dòng)控制等方式確保供水，具有故障實(shí)時(shí)的現(xiàn)場報(bào)警和遠(yuǎn)程電話自動(dòng)報(bào)警功能，具有故障電機(jī)鎖定功能。系統(tǒng)采取變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果明顯。采用了 PID 調(diào)節(jié)方式，水壓波動(dòng)小，響應(yīng)快。33附錄34錨泵，主泵轉(zhuǎn)換、主泵之間轉(zhuǎn)換部分程序。34致謝本論文的工作是在我的指導(dǎo)老師王金梅老師的悉心指導(dǎo)下完成的，王金梅嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。王金梅老師悉心指導(dǎo)我們完成了科研工作，在學(xué)習(xí)上和生活上都給予了我很大的關(guān)心和幫助。王金梅老師對(duì)于我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了許多的寶貴意見，在此表示衷心的感謝。在撰寫論文期間，范彥輝、張少華、吳彥斌等同學(xué)對(duì)我論文中的軟件設(shè)計(jì)與研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達(dá)感激之情。35參考文獻(xiàn)[1] 中國電工技術(shù)協(xié)會(huì)．風(fēng)機(jī)水泵交流調(diào)速節(jié)能技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998[2] 周芝峰，張星．變頻器在供水系統(tǒng)中的節(jié)能分析[J]．變頻器世界，2022(10)：35—38[3] 吳浩烈．電機(jī)及電力拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社，1996:173—174[4] 付娟．交流調(diào)速技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2022，17[5] 劉啟新等，電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：中國電力出版社，2022,186[6] 滿永奎、韓安榮、吳成東，通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：212[7] 周萬珍、高鴻斌，PLC 分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022186188[8] 張燕賓、胡綱衡、唐瑞球，實(shí)用變頻調(diào)速技術(shù)培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：183．184[9] 萬太福、唐賢禮，可編程序控制器及其應(yīng)用[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1996：101．103[10] 鄒伯敏，自動(dòng)控制理論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：260．265[11] 劉金餛，先進(jìn) PID 控制及其 MATLAB 仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2022,17[12] 彭增良，可編程控制器與變頻器連接時(shí)應(yīng)注意的問題[J].2022，(6)：36．38[13] 郁漢琪，電氣控制與可編程控序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2022,152．154[14] Brian Hahn. Essential Matlab for Engineers and Scientists, Fourth Edition. Academic Press：4