【正文】 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，論文的完整性和學(xué)術(shù)性還有很多不足之處，希望各位老師和同學(xué)批評指正！ 。在校圖書館查閱資料時(shí)，圖書館的來時(shí)也給了我很多的幫助和自持，在此非常感謝幫助和指導(dǎo)過我的老師和同學(xué)們。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。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn) 29 參 考 文 獻(xiàn) [1] 劉祖潤 ， 胡俊達(dá) . 畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo) [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 1996. [2] 陳立定 . 電氣控制與可編程序控制器 [M].廣州：華南理工大學(xué)， 2020. [3] 石紅梅 . 高層樓宇技術(shù)原理與應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [4] 王樹 . 高層樓宇器調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1982. [5] 廖常初 . 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) [M].重慶 ：重慶大學(xué)出版社， 2020. [6] 韓焱青 . PLC在恒壓供水中的應(yīng)用 [J].江蘇電器 ， 2020. [7] 趙鵬飛 . PLC控制高層樓宇器調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) [J].自動化博覽 ， 2020. [8] 陳本孝 . 電器與控制 [M].武漢：華中科技大學(xué)出版社 ， 1997. [9] 趙小惠，趙小娥 .基于可編程控制器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 2020(2). [10] Marcel Dekker G Jonson Programmable controllers for Factory Automation New York and Basel[M].1987. [11] Clifford. The Passive Stability Analysis of Fuzzy PID Control[M].機(jī)械工業(yè)出版社 ,2020. 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附錄：主程序梯形圖 30 附錄：主程序梯形圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附錄：主程序梯形圖 31 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附錄：主程序梯形圖 32 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附錄：主程序梯形圖 33 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致謝 34 致 謝 在本論文設(shè)計(jì)完成之際，首先要非常感謝陳洪老師非常耐心和仔細(xì)的指導(dǎo)。 就像電力電子技術(shù)的發(fā)展給變頻技術(shù)帶了新的革命似的，任何設(shè)計(jì)沒有硬件支持到都是空談，在本次設(shè)計(jì)中，我對所用器件進(jìn)行了選擇，所有器件選擇都要遵循一定的規(guī)范，使我認(rèn)識到任何設(shè)計(jì)都要以現(xiàn)行器件為基礎(chǔ)。系統(tǒng)采用一臺變頻器分別控制三臺電動機(jī)的啟動、運(yùn)行與調(diào)速。水泵轉(zhuǎn)速的工況調(diào)節(jié)必須限制在一定范圍之內(nèi)，也就是不要使變頻器頻率下降得過低，避免水泵在低效率段運(yùn)行。由PLC、變 頻器實(shí)現(xiàn)對生活用水管網(wǎng)水壓的恒壓控制。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論 28 結(jié) 論 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)合我國中小城市供水廠的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水控制系統(tǒng)。 運(yùn)行后得到的仿真波形圖如圖 所示 ， 圖 恒壓供水控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿 真波形圖 加入純滯后環(huán)節(jié)后的仿真波形圖如圖 所示。 s=feedback(sk,)。 s2=tf([240,1],[720,0])。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)。 本系統(tǒng)是一個(gè)單閉環(huán)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 實(shí)際控制中多采用增量式 PID 控制算法，其表達(dá)式為： ? ?? ?( ) ( ) ( 1 ) ( ) ( 1 )( ) ( ) 2 ( 1 ) ( 2)PIDu n u n u n K e n e nK e n K e n e n e n? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ ） 式中： ()un? 為調(diào)節(jié)器輸出的控制增量； IPITKKT?； DDPTKKT?。數(shù)字 PID 控制算法與傳統(tǒng)的模擬調(diào)節(jié)器完全不同，數(shù)字看那 個(gè)值算法通過對式 ()離散化來實(shí)現(xiàn) PID 控制。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)的動態(tài)特性。積分 作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti， Ti 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)，易引起系統(tǒng)振蕩。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差為零。相 應(yīng)的傳遞函數(shù)形式： ( ) 1( ) (1 )() PdiUsG s K T sE s T s? ? ? ? （ ） PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下： (1) 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號的作用，偏差 e(t)一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù) Kp 的增大而減少，比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示，圖中 u(t)為 PID 調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。具有成熟的理論基礎(chǔ)，簡單的算法，和良好的控制效果，易于掌握等優(yōu)點(diǎn)。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用（ Proportional）比例、 (Integral)積分和 (Derivative)微分控制的方式，統(tǒng)稱為 PID 的控制調(diào)節(jié)。具體程序梯形圖如圖 所示。具體程序梯形圖 如圖 所示。在初始化 PID 控制的各參數(shù)（ Kc、Ts、 Ti、 Td），各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中詳細(xì)介紹。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 19 開 始調(diào) 用 初 始 化子 程 序設(shè) 置 兩 種 模 式下 水 壓 給 定 值設(shè) 定 變 頻 泵 號變 頻 器 頻率 達(dá) 上 限定 時(shí) 5 m i n , 濾 波YN工 頻 泵 數(shù) 加 1 ， 產(chǎn)生 變 頻 啟 動 脈 沖變 頻 器 頻率 達(dá) 下 限Y定 時(shí) 5 m i n , 濾 波N工 頻 泵 數(shù) 減 1 ， 產(chǎn)生 變 頻 啟 動 脈 沖是 否 增 泵 或 倒 泵復(fù) 位 變 頻 器 ，變 頻 泵 號 加 1YN調(diào) 整 變 頻 泵號 ， 遇 4 變 1產(chǎn) 生 當(dāng) 前 泵 工 頻運(yùn) 行 ， 下 臺 泵 變頻 運(yùn) 行 啟 動 脈 沖變 頻 泵 單 獨(dú) 運(yùn)行 時(shí) 間 達(dá) 3 hYN產(chǎn) 生 倒 泵 信 號1 、 2 、 3 泵 變 頻運(yùn) 行 控 制1 、 2 、 3 泵 工 頻運(yùn) 行 控 制水 池 水 位 越 限YN水 位 越 限 報(bào) 警變 頻 器 故 障YN變 頻 器 故 障 報(bào) 警是 否 有 報(bào) 警YN變 頻 泵 號 置 1工 頻 泵 數(shù) 置 0產(chǎn) 生 故 障 結(jié) 束脈 沖程 序 結(jié) 束 圖 恒壓供水控制系統(tǒng)主程序流程圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 20 是 否 有 變 頻啟 動 脈 沖 信 號YN變 頻 泵 號是 否 為 2YN系 統(tǒng) 是 否 無 故 障YN是 否 無 變 頻 器復(fù) 位 脈 沖YN2 泵 是 否工 頻 運(yùn) 行NY2 泵 變 頻 運(yùn) 行開 始結(jié) 束開 始是 否 有 工 頻運(yùn) 行 啟 動 脈 沖YN幾 號 泵變 頻 運(yùn) 行 ？工 頻 泵 數(shù)是 否 大 于 0工 頻 泵 數(shù)是 否 大 于 13 泵變 頻 運(yùn) 行1 泵變 頻 運(yùn) 行YNYN2 泵 是 否變 頻 運(yùn) 行NY2 泵 工 頻 運(yùn) 行結(jié) 束 圖 2泵變頻運(yùn)行控制流程圖 圖 2泵工頻運(yùn)行控制流程圖 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) (1) 初始化子程序 SBR_0 首先初始化變頻運(yùn)行的上下限頻率，在第二章系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中已說明水泵變頻運(yùn)行的上下限頻率分別為 50HZ 和 20HZ。其中圖 是以 2泵為例的變頻運(yùn)行控制流程圖，圖 是以 2泵為例的工頻運(yùn)行控制流程圖。 主程序流程圖如圖 所示。 故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號和工頻泵運(yùn)行臺數(shù)，在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號。當(dāng)故障信號產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)的指示燈會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時(shí)報(bào)警電鈴響起。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動脈沖后，若當(dāng)前 2泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于 0，或者當(dāng)前 3泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于 1，則 置 1， KM1 線圈得電，使得 KM1 常開觸點(diǎn)閉合， 1水泵工頻運(yùn)行，同時(shí) KM1 常閉觸點(diǎn)打開防止 KM2 線圈得電，從而實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖， KM1 的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能，其他水泵的運(yùn)行流程與上述一致。 (5) 各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯程序 水泵的工頻運(yùn)行不但取決于變頻泵的泵號，還取決于工頻泵的臺數(shù)。 (4) 各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯程序 各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進(jìn)行說明。 (3) 水泵的軟啟動程序 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18 增減泵或倒泵時(shí)復(fù)位變頻器為軟啟動做準(zhǔn)備，同時(shí)變頻泵號加一，并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動脈沖信號和下一臺水泵變頻啟動脈沖信號，延時(shí)后啟動運(yùn)行。如果數(shù)據(jù)不用重新設(shè)定，只需要回車即可。系統(tǒng)進(jìn)行初始化的實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)用主程序中的子程序來是實(shí)現(xiàn)的。 (1) 系統(tǒng)的初始化程序 在系統(tǒng)開始工作之前，整個(gè)系統(tǒng)必須先進(jìn)行初始化操作，即在開始啟動的時(shí)候，系統(tǒng)會對各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如果出錯(cuò)則系統(tǒng)會自動報(bào)警，如檢測正常，系統(tǒng)開始啟動。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，在電路中學(xué)習(xí)到的相關(guān)模塊有輸入端和輸出端，輸出端和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用方法，如：與、或、非、異 或等邏輯運(yùn)算、模塊之間的連接方式等方面與電路的連接方式也是基本相同，可以很好兼容電路的知識。梯形圖 (LAD)語言與電氣控制原理圖十分相似，是目前編程語言中使用最廣泛的一種語言，與其它的計(jì)算機(jī)語言相比它能更快的被學(xué)習(xí)者接受和掌握，梯形圖可以算是 PLC 中的高級語言，系統(tǒng)硬件原理幾乎不用考慮，在編程時(shí)只需要按照實(shí)際需求編寫相應(yīng)的程序即可。該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言和功能塊圖 (FWD)語言。白天模式下設(shè)定值設(shè)定為總量程的 90%，夜間模式下設(shè)定值為總量程的 70%，具體情況可以更具實(shí)際用戶需求來調(diào)整。主程序可以實(shí)現(xiàn)多種功能，如泵切換信號的生成及處理和報(bào)警信號的收集和預(yù)處理等。如果將系統(tǒng)初始化工作寫入初始化子程序中，不僅可以節(jié)省掃描時(shí)間，還能簡化系統(tǒng)操作程序和程序的寫作難度。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設(shè)計(jì)中使用水泵號加 1 的方法實(shí)現(xiàn)來變頻水泵工作組的循環(huán)控制，這樣可以更有效的使各工作組之間的運(yùn)行時(shí)間達(dá)到平衡，有利于整體系統(tǒng)的使 用。在本設(shè)計(jì)中，控制要求中規(guī)定水泵的連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過 3h，因此每次啟動的水泵工作組調(diào)整為變頻運(yùn)行是比較合理的，原來變頻運(yùn)行的工作組水泵則可以調(diào)整為工頻運(yùn)行或者停止運(yùn)行。在實(shí)際操作過程中往往會出現(xiàn)頻率的波動現(xiàn)象，所以在信號采集時(shí)還要考慮采取時(shí)間濾波，將尖峰值濾掉。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值時(shí)，則滿足了啟動新水泵機(jī)組的要求，并及時(shí)的啟動。它忽略了以下因素： (1) 電源方面的抗干擾措施； (2) 直流電源的容