【正文】 二、液位變送器的工作原理 液位變送器工作原理：用靜壓測(cè)量原理 ， 當(dāng)液位變送器投入到被測(cè)液體中某一 高 度時(shí)，傳感器迎液面 所 受 到的壓力公式為：： 0PHgP ???? ? 式中： P ：變送器迎液面所受壓力 ? ：被測(cè)液體密度 g ：當(dāng)?shù)刂亓铀俣? 0P ：液面上大氣壓 H ：變送器投入液體的深度 同時(shí)，通過(guò)導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 0P 與傳感器的負(fù)壓腔相連 ，以抵消傳感器背面的 0P ，使傳感器測(cè)得壓力為：Hg??? ，顯然通過(guò)測(cè)取壓力 P ，可以得到液位深度。 根據(jù) 上述 分析，本設(shè)計(jì)中選用普通 壓力表和數(shù)顯儀實(shí) 現(xiàn)壓力的 測(cè)量 、顯示和 傳 送。 所以，變送器輸出的電壓或電流隨壓力 升高 而增大 。它能將測(cè)壓元件傳感器 檢測(cè) 到的 氣體 、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成 常規(guī) 的電 子 信號(hào) ，送至 指示 報(bào)警儀 、 記錄儀 、調(diào)節(jié)器等 二次儀表 進(jìn)行測(cè)量、指示 及 過(guò)程 控制 。磁通電流 調(diào)節(jié) 改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特 性，快速電流限制 完成 了無(wú)跳閘 工作 ，低頻時(shí)也 能夠 輸出大力矩。 供水系統(tǒng)屬泵類(lèi)負(fù)載，低 速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對(duì)便宜的 U/f 控制變頻器。 五、變頻器的選型 變頻器是本 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 中的 執(zhí)行硬件， 利用 頻率的改變 完成 對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 調(diào)節(jié)從而 改變出水量。 以下是 4個(gè)部分的介紹： （ 1） 整流單元： 將 交流電 轉(zhuǎn) 化 為直流電。設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用 也得到減少 。 （ 2） 功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能 無(wú)功功率增加線 路 損 耗、 設(shè)備的發(fā)熱 以及降 低了功率因數(shù) ，功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低， 致使大部分 無(wú)功電能消耗在線路當(dāng)中， 且 設(shè)備使用效率 相當(dāng) 低下，浪費(fèi) 情況十分 嚴(yán)重， 采 用變頻調(diào)速裝置 降低 了無(wú)功損耗 。除此之外， 節(jié)不節(jié)電并 沒(méi)有什么 現(xiàn)實(shí) 意義。 作為電子電路，變頻器本身也 需 要 消耗電能 （約額定功率的 35%）。能夠 輸出標(biāo)準(zhǔn)正弦波的 通常是 變頻電源。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 63 頁(yè) 逆變電源。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)， 假使 流量要求減小， 只需要使 泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 的降低 即可 達(dá)到要求 。 （ 1） 變頻節(jié)能 變頻器節(jié)能主要 反映 在風(fēng)機(jī)、水泵 這兩類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備 的應(yīng)用上。與控制電路隔離使主電路器件 進(jìn)行 導(dǎo)通、關(guān)斷。 第二、 控制 電路 是給電機(jī) 提供電能 （電壓、頻率可調(diào)）的主電路 ，該電路還能 提供控制信號(hào)， 通常由 將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的 “ 驅(qū)動(dòng)電路 ” ， 頻率、電壓的 “ 運(yùn)算電路 ” ，主電路的 “ 電壓、電流檢測(cè)電路 ” ，電動(dòng)機(jī)的 “ 速度檢測(cè)電路 ” ，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “ 保護(hù)電路 ” 組成 。 實(shí)際電路 為了抑制 電壓波動(dòng) ，采 取利用 電感 和電容 等原件去 吸收脈動(dòng)電壓（電流）。 它由三部分構(gòu)成，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的 “ 平波回路 ” ， 將工頻電源變換為直流功率的 “ 整流器 ” ，以及將直流功率變換為交流功率的 “ 逆變器 ” 。通過(guò) 調(diào)節(jié) 電源的頻率來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì) 電源電壓 的調(diào)節(jié) ， 依據(jù) 電機(jī)的 實(shí)際需求 來(lái)提供其所需要的電源電壓， 進(jìn)而達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn) 1 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)，所以 還需 擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊 選用 的是 EM235。 因?yàn)?恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng) 的主要 控制設(shè)備相對(duì) 較 少， 所以 PLC 選用德國(guó) SIEMENS 公司的 S7200 型。 S7 系列 屬于 傳統(tǒng)意義的 PLC 產(chǎn)品 ，S7200 屬于小型 PLC，在 1998 年 衍生 為第二代 產(chǎn)品 ， 隨后 升級(jí)為第三代產(chǎn)品，其 多方面優(yōu)點(diǎn) 如下： (1) 功能 相對(duì)較為 強(qiáng)大。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加 迫切地滿足 于現(xiàn)代工業(yè) 發(fā)展 的需 求 ?；?PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 63 頁(yè) 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在 眾多發(fā)達(dá) 國(guó)家中已 取得普遍運(yùn) 用。為了方便 人們了解 熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的使用，可編程控制器 利用與 繼電器電路圖 比較相 似的梯形圖作為 重要 編程 工具 ， 且 將 在計(jì)算機(jī)中 參 與計(jì) 算及處理 過(guò)程 的 存儲(chǔ)組件都 用 繼電器 加以 命名。 (5)體積 僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小 ，重量輕 且 能耗低 。 三、 PLC 的特點(diǎn) (1)可靠性 相對(duì)比較 高，抗干擾能力 也較 強(qiáng) 。 (二 ) 用戶程序執(zhí)行階段 用戶程序執(zhí)行階段， PLC 通常 掃描用戶程序 的順序 是由上而下的 依次 地 開(kāi)始 。 (一 ) 輸入采樣階段 輸入采樣階段， PLC 用連續(xù) 掃描 的 方式 依次 地讀入 所有 輸入 信息 ，并將 該信息 存入 I/O 映像 區(qū)的 對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)中 。 PLC 及其 相連的 外圍 部件都應(yīng)當(dāng) 按 照方便和 工業(yè)控制系統(tǒng) 結(jié)合為一個(gè)有機(jī)整體 ， 還應(yīng)方便于 擴(kuò)展其 性能 的原則而設(shè)計(jì)。 基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 63 頁(yè) A / D 模 塊 可 編 程 控 制 器 ( P L C ) 通 訊 模 塊壓 力變 送 器故 障 、 狀 態(tài)等 量 輸 入報(bào) 警 、 控 制等 量 輸 出人 機(jī) 界 面變 頻 器水 泵 機(jī) 組軟 啟 動(dòng) 、 自耦 變 壓 器上 位 機(jī) 圖 31 系統(tǒng)的電氣控制總框圖 PLC 及其擴(kuò)展模塊的選型 一、 可編程控制器的定 義 可編程控制器 英文縮寫(xiě)為 PC， 英文全稱(chēng) 為 Programmable Controller，經(jīng) 過(guò) 了可編程序 矩陣 控制器 PMC、可編程序順序控制器 PSC、可編程序邏輯控制器 PLC（英文全稱(chēng)： Programmable Logic Controller） 和 可編程控制器 PC 幾個(gè)不同 階段 。上面一行為用水標(biāo)準(zhǔn) ( 3m /人日 )，中間數(shù)據(jù)為用水規(guī)模 ( 3m /h)。 1. 各類(lèi) 住宅類(lèi)型的用水標(biāo)準(zhǔn)。所以，在實(shí)際 生產(chǎn) 應(yīng)用中，判別條件是 利用對(duì) 以上 兩個(gè)判別條件的 綜合而獲得的 ，其實(shí)質(zhì)就是 更加良好的利用了 回滯環(huán)和判別條件延時(shí)成立 的特點(diǎn) 。在 特殊 的 運(yùn)行條件下 ，運(yùn)行機(jī)組 數(shù)量 增加 之 后，實(shí)際供水華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 63 頁(yè) 水壓 超過(guò) 了 設(shè)定供水壓力，而 剛開(kāi)始運(yùn)行 的機(jī)組在變頻器的下限頻率運(yùn)行，此時(shí)又 符合機(jī)組 間 切換停機(jī) 要求 ，需要將一個(gè) 運(yùn)行 在工頻狀態(tài)下的機(jī)組 關(guān)閉 。這個(gè)頻率 事實(shí)上 遠(yuǎn)大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所 相 關(guān)， 一般在 20HZ 左右 浮動(dòng) 。那么 該怎樣 進(jìn)行 水泵間 切換，才能 讓 系統(tǒng) 始終保持 穩(wěn)定可靠的供水壓力， 并且 使機(jī)水泵 組不 會(huì)太過(guò)頻繁 的切換呢 ? 因?yàn)?電網(wǎng)的 影響 以及 受限于 變頻器和電機(jī) 的 工作頻率， 50HZ 自然而然地 便成了 頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。 假使 用水量 不斷 增 大 ， 達(dá)到 增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上 過(guò)程 ， 而 另一臺(tái)工頻泵 M3 將開(kāi)始運(yùn)行 ，變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)， 水壓沒(méi)有達(dá)到 設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng) 將會(huì)發(fā)出水壓超限報(bào)警 的信號(hào) 。 系統(tǒng)控制流程 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下 : (l) 系統(tǒng) 正常啟動(dòng) ， 依據(jù)接 收到自控系統(tǒng)啟動(dòng) 的正常 信號(hào)后，啟動(dòng)變頻器 調(diào)節(jié) 變頻泵 M1 開(kāi)始運(yùn)行 ， 依據(jù) 壓力變送器 檢測(cè) 的 用戶 管網(wǎng)實(shí)際 水壓 和設(shè)定 水壓間的 偏差 進(jìn)行 調(diào)節(jié) 變頻器 的實(shí)際 輸出頻率， 進(jìn)而調(diào)節(jié) Ml 的轉(zhuǎn)速 大小 ， 若 輸出 水壓 達(dá)到設(shè)定值， 而 供水量與用水量 也維持 平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值， 該時(shí)間段 Ml工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)定的供水 水壓 可以是常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 63 頁(yè) 函數(shù)， 即 每個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。 通過(guò) 水泵機(jī)組中水泵被變頻器 控制 的 類(lèi)型各異 ，變頻器 的兩種運(yùn)行方式是 變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器 控制 某一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵 工作 在上限頻率 時(shí)，其供水量仍 不能達(dá)到 用水 需 求， 必須 增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵 機(jī)組 中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)另一臺(tái)水泵電機(jī)；變頻固定式是變頻器 控制其中 一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵， 若 這臺(tái)水泵 工作 在 上限頻率 時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到 用水要求， 必須 增加水泵機(jī)組時(shí)，系統(tǒng)直 接啟動(dòng)另一臺(tái)恒速水泵，變頻器不 進(jìn)行 切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng) 開(kāi)始 運(yùn)行 之 前可以 進(jìn)行 選擇 ， 該 設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 中采用前者。 水池水位 信號(hào)來(lái) 源于 安裝 在 水池中的液位變送器；報(bào)警信號(hào) 表征 系統(tǒng)是否 處于 正常 工作狀態(tài) ，水泵電機(jī)是否 出現(xiàn) 過(guò)載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào) 代表 的是 供水 管網(wǎng)的水壓值， 該信號(hào) 是恒壓供水控制的 核心 反饋信號(hào)。 通過(guò) 以上 這幾種方案的 對(duì)比 和分析，可以看出第三種控制方案更適合于本 設(shè)計(jì) 。具 備不錯(cuò)的 通信接口， 能夠 方 便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用性 相對(duì)較高 ； 目前 由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可 按照實(shí)際需要 組成規(guī)模和 需求 不同 的 控制系統(tǒng)。其輸出接口 也存在擴(kuò)展功能 靈活度低 ，數(shù)據(jù) 傳輸 困難，并且 影響 了帶負(fù)載的容量，因此僅 僅能夠滿足 于要求 較低 的小容量場(chǎng)合。 變頻恒壓供水系統(tǒng) 的 控制方案 控制方案的 選擇 恒壓變頻供水系統(tǒng) 一般由 單元變頻器、恒壓控制 、 壓力變送器、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。 依 據(jù)公式可 得 ， 若 轉(zhuǎn)差率 改變不大 時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 大體 上與電源頻率 f成線性關(guān)系（一般為正比關(guān)系） 。 其本質(zhì)上 是 依據(jù)居民 用水量的變化自動(dòng)地 控制 電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終 維 持 穩(wěn) 定，當(dāng)用水量增大時(shí)電機(jī)加速，用水量減小時(shí)電機(jī)減速。 因?yàn)樵趯?shí)際用水中 ，需水量 不是一成不變的 ， 假使 閥門(mén)開(kāi)度在 某個(gè)階段維持恒定 ， 則一定會(huì)存在 超壓或欠壓現(xiàn)象。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是 利用控制 定子供電頻率 的變化 來(lái) 控制 同華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 63 頁(yè) 步轉(zhuǎn)速 從 而 完成目標(biāo) 的。在 A 點(diǎn) 時(shí) ， 居民 的用水流量 Qu 大致與 供水系統(tǒng) 中的 供水流量 Qc 相同 ，供水系統(tǒng)既滿足 了 揚(yáng)程特性及 管阻特性，系統(tǒng) 正常 運(yùn)行 ，并保持穩(wěn)定 。管阻特性 體現(xiàn)了 水泵能量 克服 供水 系統(tǒng)的水位及壓力差、 流量 在 管網(wǎng) 中流動(dòng)阻力的變化 關(guān)系 。 因?yàn)橛辛税踩a(chǎn) 和供水質(zhì)量的 特定需求 ，恒壓供水 系統(tǒng)的 壓力 需要被嚴(yán)格控制 ， 促使 變頻調(diào)速技術(shù) 進(jìn)入到更加深層次的研發(fā) 。所以說(shuō)穩(wěn)定的供水系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重中之重。 （ 2）也廣泛的應(yīng)用于自來(lái)水廠、小區(qū)、公園等公共用水機(jī)構(gòu)，為人民群眾的公共用水提供了有力保障。 （ 5）因?yàn)樽冾l恒壓調(diào)速能夠從水源供水，不會(huì)長(zhǎng)期儲(chǔ)存水，減少水與過(guò)程環(huán)境的接觸時(shí)間與空間，從而達(dá)到衛(wèi)生、安全、潔凈的特點(diǎn)。同時(shí)減少了一些不必要的器件，節(jié)省了制作、 運(yùn)營(yíng)成本。 4. 變頻恒壓供水 還可以根據(jù)客戶自身的需求，自動(dòng)化、智能化的調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、水泵的壓力，減少了工作人員的工作量，提高了工作效率，節(jié)省了資源環(huán)境。它還具有能減小水泵、電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械沖擊力和摩擦力的損耗的特點(diǎn) 變頻恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 和特點(diǎn) 變頻恒壓供水代替?zhèn)鹘y(tǒng)恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 基于 PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 共 63 頁(yè) 1. 變頻恒壓供水 可以長(zhǎng)效保持 恒定 的供水水 壓 強(qiáng) ，并 且能夠依照 壓力 變化而 自動(dòng)化的完成 備用泵 的壓力調(diào)節(jié) ， 這使 供水 效果優(yōu)化 ， 比 傳統(tǒng) 的 供水 方式 ， 更有效的減少因?yàn)楣舱穸斐晒艿榔屏训默F(xiàn)象 。 變頻恒壓供水 技術(shù)簡(jiǎn)介 變頻恒壓供水技術(shù)是指將 變頻調(diào)速技術(shù)和可編程程序控制器 （ PLC）相結(jié)合以 PLC作為 整個(gè)裝置的控制中心 ， 使 變頻器與 PID 相 結(jié)合， 變頻恒壓供水 系統(tǒng) 能夠依照供水系統(tǒng)的壓力值迅速 調(diào)整供水系統(tǒng)的 供輸情況 ， 從而實(shí)現(xiàn) 恒壓供水的目的， 這項(xiàng)技 術(shù)比傳統(tǒng)的技術(shù)有： 運(yùn)行安全、操作簡(jiǎn)單、節(jié)約能源、自動(dòng)化程度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在過(guò)去的二十幾年的中，我國(guó)城市居民人均生活用水量提升了一倍多，但是由于城市供水設(shè)備還是相較落后，造成人民用水緊張，特別是在用水高峰期時(shí)，供水一般是不足的。 附錄 A 主程序梯形圖 .............................................................................................................46 附錄 B 英文文獻(xiàn) ...................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 結(jié)束語(yǔ) .......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 PID 控制及其控制算