【正文】 、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 34 頁注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300 字左右） 、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論） 、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等） ，文科類論文正文字數(shù)不少于 萬字。本人授權(quán)　　 　 　 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作 者 簽 名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日 　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。 感謝學校對我的培養(yǎng)。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、同學表示深深的敬意和謝意。我感到自己樹立了正確的世界觀、人生觀、價值觀。北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 30 頁致 謝在即將畢業(yè)之際，畢業(yè)設計已接近尾聲，我想借此機會對關心和支持我的所有人表示感謝！兩年來，我認真地學習了專業(yè)課程基礎知識，具有一定的設計理論基礎和獨立設計能力，由于畢業(yè)設計的課題是一種整體性的，系統(tǒng)性的設計，我真的是很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設計在深度和廣度上都有一定的局限性，不過，我認為還是提高了認識，學到了東西。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，體會到了工程設計的復雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅。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。(3) 系統(tǒng)的運行仿真。利用 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)。該系統(tǒng)不但有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且使系統(tǒng)工作可靠、節(jié)能效果顯著、實現(xiàn)了全自動控制、且無二次污染。該系統(tǒng)使用一臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機的軟起動和調(diào)速，棄用原有的自耦降壓起動方式，同時水泵電機實現(xiàn)了自動控制。取系統(tǒng)比例系數(shù) Kc=，采樣時間 Ts=，積分時間 Ti=180min，微分時間取零值。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： ()1sKeGT????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。 系統(tǒng)的近似數(shù)學模型及參數(shù)取值由于變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是一個時變，非線性，遲滯，模型不穩(wěn)定北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 28 頁的對象，很難得出精確的數(shù)學模型而只能近似等效。(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢做出反應，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。(2) 積分環(huán)節(jié)：表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關。北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 27 頁 r ( t )e ( t )比例積分++++u ( t )水泵 管網(wǎng)y ( t )－實際壓力給定壓力頻率轉(zhuǎn)速壓力變送器微分圖 46　PID 控制原理框圖PID 控制規(guī)律為： 1()()()()pdi etytKettT?????????式中：Kp 為比例系數(shù)；Ti 為積分時間常數(shù)；Td 為微分時間常數(shù)。PID 控制器是一種線性控制器，它是對給定值 r(t)和實際輸出值 y(t)之間的偏差 e(t)： ()()etyrt??經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分 (D)運算后通過線性組合構(gòu)成控制量 u(t)，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。PID 控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術最成熟、應用最廣泛的控制方式。北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 25 頁 北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 26 頁 圖 45　PID 控制中斷子程序 INT_0 梯形圖 PID 控制器參數(shù)整定 PID 控制及其控制算法在供水系統(tǒng)的設計中，采用了含 PID 調(diào)節(jié)的 PLC 來實現(xiàn)閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定。北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 24 頁 圖 44　初始化子程序 SBR_0 梯形圖(2) PID 控制中斷子程序首先將由 AIW0 輸入的采樣數(shù)據(jù)進行標準化轉(zhuǎn)換，經(jīng)過 PID 運算后，再將標準值轉(zhuǎn)化成輸出值，由 AQW0 輸出模擬信號。最后再設置定時中斷和中斷連接。假設所選變頻器的輸出頻率范圍為 0~100HZ，則上下限給定值分別為 16000 和 6400。本設計主程序大體包括以下幾部分：(1) 調(diào)用初始化子程序，設定各初始值；(2) 根據(jù)增、減泵條件確定工頻泵運行數(shù)；(3) 根據(jù)增泵、倒泵情況確定變頻泵號；(4) 通過工頻泵數(shù)和變頻泵號對各泵運行情況進行控制；(5) 進行報警和故障處理。3泵的運行控制情況與 2泵相似，在此就不再重復。由于在圖 41 中并未對各臺水泵的變頻和工頻運行控制做詳細介紹，因此圖 42 和 43 對其作了完整的補充。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復雜，不便全部畫出，在此僅畫出其控制過程的流程圖。而試燈按鈕按下時，各指示燈會一直點亮。報警及故障處理程序本系統(tǒng)中包括水池水位越限報警指示燈、變頻器故障報警指示燈白天模式運行指示燈以及報警電鈴。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進行說明。當?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產(chǎn)生 1泵變頻啟動脈沖信號并且系統(tǒng)無故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復位 1水泵變頻運行信號、1泵未工作在工頻狀態(tài)時， 置 1，KM2 常開觸點閉合接通變頻器，使 1水泵變頻運行，同時 KM2 常閉觸點打開防止 KM1 線圈得電，從而在變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM2 的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。當只有一臺變頻泵長時間運行時，對連續(xù)運行時間進行判斷，超過 3h 則自動倒泵變頻運行。增、減泵判斷和相應操作程序當 PID 調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運行上限頻率（或小于等于變頻運行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運行時，定時器計時 5min（以消除水壓波動的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應的泵變頻啟動脈沖信號。系統(tǒng)進行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。系統(tǒng)初始化程序啟動系統(tǒng)工作時，需對系統(tǒng)進行初始化，即啟動時，應檢測系統(tǒng)各個部分的當前工作狀態(tài)進行，若出錯則報警。北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 20 頁PLC 控制程序由一個主程序、若干子程序組成，編制程序在計算機上完成，編譯后通過 PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務的完成，是通過軟件在 RUN 模式下，由主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表語言、梯形圖語言、功能塊圖語言。程序中使用的 PLC 元件及其功能如表 41 所示。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設定。使用定時器中斷功能實現(xiàn) PID 控制定時采樣和輸出控制。(3) 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實現(xiàn)因為模擬單元和 PID 調(diào)節(jié)都需要初始化和中斷控制,本程序主要分為三個部分:主程序、子程序和中斷程序。具體操作是:將當前運行的水泵從變頻器切除,并連接到的工頻電源運行, 并將變頻器復位用于新運行泵的啟動。(2) 多泵組運行管理規(guī)范因為希望每一次啟動電機實現(xiàn)變頻泵軟啟動,而且每臺泵必須交替使用,多泵組泵站泵投運必須具備的管理標準。判斷是否需啟動新水泵的標準是變頻器的輸出頻率是否達到設定的上限值，可通過比較指令實現(xiàn)這一功能。圖 只是簡單的表明 PLC 及擴展模塊的外圍接線情況，并不是嚴格意義上的外圍接線情況。本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11 個數(shù)字量輸出信號和 1 個模擬量輸出信號。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移 配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗口比較器液位變送器水位上下限信號S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋－壓力變送器輸出壓力信號輸入變頻器圖 34　PLC 及擴展模塊外圍接線圖本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個輸入量，其中包括 4 個數(shù)字量和 1 個模擬量。 表 32　輸入輸出點代碼及地址編號名 稱 代 碼 地址編號供水模式信號(1白天，0夜間) SA1 水池水位上下限信號 SLHL 變頻器報警信號 SU 試燈按鈕 SB7 輸入信號壓力變送器輸出模擬量電流值 Ip AIW01泵工頻運行接觸器及指示燈 KMHL1 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KMHL2 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KMHL3 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KMHL4 3泵工頻運行接觸器及指示燈 KMHL5 輸出信號3泵變頻運行接觸器及指示燈 KMHL6 水池水位上下限報警指示燈 HL7 變頻器故障報警指示燈 HL8 白天模式運行指示燈 HL9 報警電鈴 HA 變頻器頻率復位控制 KA 輸出信號變頻器輸入電壓信號 Uf AQW0結(jié)合系統(tǒng)控制電路圖 和 PLC 的 I/O 端口分配表 32，畫出 P