【導(dǎo)讀】能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)是針對(duì)居民生活用水/消防用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、PLC及PID調(diào)節(jié)器組成控。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺(tái)水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供。行在最合理的狀態(tài)，保證按需供水。在經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，通過(guò)PLC控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　

【正文】 中斷程序，本程序分可為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。這樣可節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序。生活及消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。 生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿(mǎn)量程的 70％，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿(mǎn)量程的 90％。在本系統(tǒng) PID 中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過(guò)工程計(jì)算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益和時(shí)間常數(shù) ) 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 系統(tǒng)的運(yùn)行分析 （ 1）設(shè)備控制 3臺(tái)水泵電機(jī) 當(dāng)系統(tǒng)在生活供水運(yùn)行中，低峰供水時(shí)，工作一臺(tái)水泵電機(jī)變頻調(diào)速，用水量加大時(shí)，首臺(tái)工作水泵由低速向高速調(diào)頻，當(dāng)工作頻率達(dá)到 50 Hz即水泵滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)仍不能滿(mǎn)足用水要求時(shí)，將首臺(tái)工作水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速器控制第二臺(tái)水泵調(diào)頻 運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)工作 2臺(tái)水泵。如用水量進(jìn)一步增加，第二臺(tái)水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn) ,變頻調(diào)速器控制第三臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)工作 3臺(tái)水泵。供水量減少時(shí)，調(diào)速工作水泵首先由高頻段向低頻段調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵工作頻率達(dá)到柜內(nèi)微機(jī)控制器預(yù)先設(shè)定的下限工作頻率而實(shí)測(cè)水壓仍高于水壓設(shè)定值時(shí)，直接停止首臺(tái)工作水泵，第二臺(tái)泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，第三臺(tái)泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定，如 2臺(tái)水泵同時(shí)工作實(shí)際水壓仍高于設(shè)定值，直接停止工頻運(yùn)轉(zhuǎn)水泵，第三臺(tái)調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定。 當(dāng)系統(tǒng)接到消防信號(hào)，提供消防供水時(shí)， PLC先初始化高低水位的設(shè)定值。然后對(duì)每臺(tái)水泵 實(shí)行軟啟動(dòng)，變頻器從 0Hz 開(kāi)始增加，到達(dá)到 50Hz 時(shí)，仍不能滿(mǎn)足負(fù)荷需要時(shí)，將首臺(tái)工作水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速器控制第二臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)工作 2臺(tái)水泵，以后的過(guò)程和生活供水的過(guò)程是類(lèi)似的。 （ 2）安全問(wèn)題 在軟件方面設(shè)置多個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)，時(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，安全報(bào)警等。硬件方面設(shè)置安全鏈機(jī)械保護(hù)，經(jīng)多個(gè)閉合觸點(diǎn)組成，包括緊急停車(chē)，壓力超上下限開(kāi)關(guān)，水位超上下限開(kāi)關(guān)，電機(jī)過(guò)熱保護(hù)繼電器，空載保護(hù)等。安全鏈多個(gè)觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn)，其中任一觸點(diǎn)斷開(kāi)，安全鏈即失效，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。須排除故障，系統(tǒng)才能進(jìn)行正常工作。 虛擬對(duì)象的調(diào)試 在實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)上控制器 PLC程序的調(diào)試步驟如下： (1）在 STEP7中打開(kāi)編寫(xiě)好的控制程序恒壓供水工程； (2）把程序下載到 PLC中，將 PLC置于 RUN狀態(tài)； (3）打開(kāi) SIMIT, 雙擊打開(kāi)恒壓供水工程，在列表中雙擊 Simulation； (4）開(kāi)始仿真： 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 注意： 必須先運(yùn)行 PLCSIM，然后再運(yùn)行 simulation，否則 SIMIT不能和 PLCSIM 連接上。 按鈕和指示燈均是綠色表示運(yùn)行狀態(tài)。 步驟 1：?jiǎn)螕簟皢?dòng)”按鈕； 步驟 2：設(shè)置閥的開(kāi)度及流量（開(kāi)度的 范圍從 0— 100，流量的范圍從 0— 3000）； 步驟 3：設(shè)置“恒定壓力”； 供水資源的分配管理 該部分的實(shí)現(xiàn)如圖 63，圖 64所示： 圖 63后臺(tái)設(shè)計(jì) 1 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 64后臺(tái)設(shè)計(jì) 2 其中后臺(tái)設(shè)計(jì) 1是輸入信號(hào)（對(duì) PLC而言），通過(guò) SWITCH 元件與前臺(tái)按鈕之間建立聯(lián)系。后臺(tái)設(shè)計(jì) 2是輸出信號(hào)（對(duì) PLC而言），通過(guò) BSTATUS 元件與前臺(tái)模擬的指示燈之間建立連接。 網(wǎng)關(guān)設(shè)置 接口設(shè)計(jì)包括 數(shù)字量輸入部分和數(shù)字量輸出部分。由于 simit與 Plcsim兩軟件之間是默認(rèn)的連結(jié)，所以只需要在網(wǎng)關(guān)中定義相應(yīng)的地址，并與圖形窗中的接口名稱(chēng)相對(duì)應(yīng)。網(wǎng)關(guān)配置如圖 66： 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 65 Plcsim 網(wǎng)關(guān)設(shè)置 供水罐模型設(shè)計(jì) 該部分的實(shí)現(xiàn)如圖 67所示 ： 圖 66 供水罐模型設(shè)計(jì) 這里的供水罐、傳感器以及各種泵和電機(jī)都是來(lái)自于 Library中 Flow， PI是一個(gè)壓力傳感器，用來(lái)測(cè)量供水壓力，通過(guò)前臺(tái)的 Digital Display（壓 力）來(lái)顯示； LI是一個(gè)液位傳感器，用來(lái)測(cè)量水罐的液位，通過(guò)前臺(tái)的 Digital Display（液位）來(lái)顯示；這里其他的邏輯關(guān)系是根據(jù)變頻器的輸出頻率，再加上一個(gè) PID控制器，來(lái)調(diào)節(jié)供水壓力。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 變頻器以及水泵電機(jī)控制 該部分的實(shí)現(xiàn)如圖 68所示： 圖 67 變頻器以及水泵電機(jī)控制設(shè)計(jì) 這里變頻器的設(shè)計(jì)是采用了線(xiàn)形的方法，根據(jù)不同的 PID計(jì)算值調(diào)節(jié)供水壓力，再通過(guò)不同的頻率值調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行狀況。 SIMIT 例程設(shè)計(jì)操作 恒壓供水控制現(xiàn)場(chǎng)如下圖 68所示： 圖 68恒壓供水現(xiàn)場(chǎng)外 觀圖 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 根據(jù)控制系統(tǒng)要求與現(xiàn)場(chǎng)器件的對(duì)應(yīng)，前臺(tái)設(shè)計(jì)如下圖 69所示： 圖 69全自動(dòng)變頻恒壓供水對(duì)象仿真界面 其中啟動(dòng)、停止、報(bào)警信號(hào)這三個(gè)按鈕，是來(lái)自于 widgets 一欄 operate(dynamic)庫(kù)中的 Switch 元件，這些按鈕是用來(lái)給控制程序傳送輸入信號(hào)；閥開(kāi)度設(shè)置和流量設(shè)置是來(lái)自 widgets 一欄 operate(dynamic)中的 slider元件，用來(lái)設(shè)置供水閥的流量；指示燈元件是來(lái)自于 widgets中 Display中的 Image Display 元件，這些指示燈分別用來(lái)顯示三臺(tái)水泵電機(jī)的運(yùn)行 頻率，以及水箱液位是否到達(dá)上限或下限。另外四個(gè) Digital Display 來(lái)自于widgets中的 Display，用來(lái)顯示系統(tǒng)的供水壓力，和水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第 7章 總 結(jié) 本文在分析和比較用于供水行業(yè)的控制系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中有如下認(rèn)識(shí)： （ 1）在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺(tái)水泵工況的調(diào)節(jié)是通過(guò)變頻器來(lái)改變電源的頻率 f來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線(xiàn)得以實(shí)現(xiàn)的。分析水泵工況點(diǎn)節(jié)流調(diào)節(jié)，可以看出利 用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速泵供水方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。 （ 2）變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng) 3臺(tái)（其中一臺(tái)為備用）電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速。 PLC控制三臺(tái)水泵的手動(dòng)和自動(dòng)裝置，壓力表采集管網(wǎng)壓力信號(hào)，把此信號(hào)反饋到變頻器的 PID環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，再經(jīng)變頻器進(jìn)行內(nèi)部調(diào)整，從而輸出適當(dāng)?shù)念l率，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而利用 PLC控制水泵電機(jī)的工頻和 變頻之間的切換。 （ 3）在本次設(shè)計(jì)中，在參考了相關(guān)資料后我對(duì)所用的主要器件進(jìn)行了選擇，這是以前所沒(méi)有涉及的。所有器件選擇都要遵循一定的規(guī)范，使我認(rèn)識(shí)到任何設(shè)計(jì)都要以現(xiàn)行器件為基礎(chǔ)，既要選擇比較先進(jìn)的器件，又不能憑空創(chuàng)造器件出來(lái)。 變頻恒壓供水在企業(yè)及高層生活小區(qū)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它可取代傳統(tǒng)的水塔、高位水箱或氣壓罐等供水方式，它具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。采用 PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以 滿(mǎn)足用水要求。 如果有需要，可加計(jì)算機(jī)控制和一些外圍設(shè)備或器件，使其與樓宇監(jiān)控中心進(jìn)行通訊，進(jìn)行界面管理和人機(jī)“對(duì)話(huà)”，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 致 謝 在即將畢業(yè)之際，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，我想借此機(jī)會(huì)對(duì)關(guān)心和支持我的所有人表示感謝！ 四年來(lái)，我認(rèn)真地學(xué)習(xí)了專(zhuān)業(yè)課程基礎(chǔ)知識(shí)，具有一定的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是一種整體性的，系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，我真的是很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設(shè)計(jì)在深度和廣度上都有一定的局限性，不過(guò)，我認(rèn)為還是提高了認(rèn)識(shí)，學(xué)到了東西。所以我要感謝所有的任課老師，是您 們的教育和培養(yǎng)，才使我學(xué)有所獲。 大學(xué)生活即將結(jié)束，我感到自己樹(shù)立了正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。在此，我要感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師，是他們教會(huì)我做人的道理。還有我要向在我論文傾注了大量心血和提供了許多幫助的各位老師、同學(xué)表示深深的敬意和謝意。我的導(dǎo)師吉老師在我完成論文的過(guò)程中傾注了悉心的指導(dǎo)和大力支持，在此表示深深地感謝。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 參考文獻(xiàn) [1] 吉順平，孫承志，路明 .西門(mén)子 PLC與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . [2] 孫承志，徐智，張家海 ,吉順平 .西門(mén)子 S7200/300/400 PLC 基礎(chǔ)與應(yīng) 用技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 . [3] 張萬(wàn)鐘 . 可編程控制器入門(mén)與應(yīng)用 [M].北京：中國(guó)電力出版社 , 2021. [4] 吳忠智 ,吳加林 . 變頻器應(yīng)用手冊(cè) [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021. [5] 陳伯時(shí) ,陳敏遜 . 交流調(diào)速系統(tǒng) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社 , 1998. [6] 厲無(wú)咎 ,顧明時(shí) . 應(yīng)用變頻調(diào)速恒壓變流量供水系統(tǒng) .中國(guó)第四屆交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議 1995 [7] 姜興忠，戴恒陽(yáng) . 變頻恒壓控水系統(tǒng)的機(jī)理分析 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化， 2021/04 [8] 張扣寶 . 基于 PLC 和變 頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].北京：電氣技術(shù) 2021,11. [9] 滕俊沛，基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2021， 3 [10] 李關(guān)飛， 變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 與 變頻器世界 2021/03 [11] Hans Berger Automating with STEP 7 in STL and SCL August 23, 2021 [12] Lawrence S., Giles C. L. Accessibility of Information on the Web. Nature [J]. July1999, vol. 400:107 109. 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 附錄 PLC程序 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37