【正文】 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。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。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。采用了 PID 調(diào)節(jié)方式，水壓波動(dòng)小，響應(yīng)快。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。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。（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。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。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。但過大的 對(duì)于干擾信號(hào)的抑制能力卻將減弱。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。比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。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。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。（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?！痹瓌t，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。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。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)。即由狀態(tài) S0 轉(zhuǎn)入 S11 的過程。PLC 置輸出繼電器 Y1 為 0，同時(shí)置 Y7= 1。 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。 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。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。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。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。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)。 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。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。 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。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。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。將來的供水狀態(tài)就在這些有效狀態(tài)范圍內(nèi)來回循環(huán)。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系為保證在一個(gè)較長的時(shí)間周期內(nèi)，各臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)間基本均等，避免某臺(tái)電機(jī)長期得不到運(yùn)行而出現(xiàn)繡死現(xiàn)象，供水狀態(tài)的切換按照“有效狀態(tài)循環(huán)法”即“先起先?！钡脑瓌t操作。當(dāng)用水量持續(xù)減少，系統(tǒng)繼續(xù)按“先起先?！痹瓌t逐臺(tái)關(guān)閉處于工頻運(yùn)行的水泵。當(dāng)用水量減少時(shí)，變頻器通過 PID 調(diào)節(jié)器降低水泵轉(zhuǎn)速來維持水壓。若用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率達(dá)到上限頻率時(shí)，仍達(dá)不到設(shè)定壓力，延時(shí)分鐘，由 PLC 給出控制信號(hào)，將 1 號(hào)主水泵與變頻器斷開，轉(zhuǎn)為工頻恒速運(yùn)行，同時(shí)變頻器對(duì) 2 號(hào)主水泵軟啟動(dòng)。啟動(dòng)自動(dòng)變頻運(yùn)行方式時(shí)，首先起動(dòng)輔助穩(wěn)壓泵工頻運(yùn)行供水，當(dāng)用水量大，超過輔助泵最大供水能力而無法維持管道內(nèi)水壓時(shí)，延時(shí) 1 分鐘 PLC 通過變頻器啟動(dòng) 1 號(hào)主水泵供水，同時(shí)關(guān)閉輔助泵的運(yùn)行。234 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 水泵工頻/變頻運(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程分析 供水狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換供水狀態(tài)是指供水時(shí)按照用水量的大小設(shè)定投入運(yùn)行的水泵臺(tái)數(shù)及運(yùn)行狀況。（9） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還加入了無人執(zhí)守故障自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警器?；虬匆?guī)范要求在離變頻器 20m 遠(yuǎn)處預(yù)埋鋼管做專用接地保護(hù)。（7） 選用性能可靠的繼電器、接觸器對(duì)于系統(tǒng)的可靠運(yùn)行也具有十分重要的意義。（5） 電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)冷卻效果下降，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)具有良好的通風(fēng)條件。接地電阻應(yīng)小于 100Ω，接地線須盡可能短和粗，并且應(yīng)連接于專用接地極或公用接地極上，不要使用變頻器、PLC 外殼或側(cè)板上的螺釘作為接地端。（3） 外圍設(shè)備信號(hào)線、控制信號(hào)線和動(dòng)力線應(yīng)分開敷設(shè)，不能扎在一起，且應(yīng)采用屏蔽線且屏蔽層接地。環(huán)境溫度最好控制在 45℃以下，相對(duì)濕度在 5～90%，盡量不要安裝在多塵、有油煙、有導(dǎo)電灰塵、有腐蝕性氣體、振動(dòng)、熱源或潮濕的地方。 系統(tǒng)可靠性措施作為一個(gè)完整的系統(tǒng)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，還需考慮加強(qiáng)抗干擾措施，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性 [9]。根據(jù)供水系統(tǒng)控制任務(wù)及設(shè)計(jì)方案，輸入信號(hào)需 16 點(diǎn)，輸出信號(hào)需16 點(diǎn)，選擇三菱 FX2N32MR 型 PLC，其 I/O 端子如表 33 所示。因此，應(yīng)適當(dāng)預(yù)置啟動(dòng)頻率值，使其在啟動(dòng)瞬間有一點(diǎn)沖擊力。（3） 下限頻率：下限頻率不能太低，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。（3） 變頻器接線及功能設(shè)定見表 32，頻率參數(shù)設(shè)置說明 [8]：（1） 最高頻率：變頻器的最高頻率只能與水泵額定頻率相等。③ I/0 特性8 個(gè)可設(shè)定的多功能開關(guān)量輸入口，給操作者極大的靈活性；3 路可設(shè)定的開路集電極晶體管多功能輸出，可用于頻率到達(dá)、頻率值檢測、過載、運(yùn)等多種提示；設(shè)有模擬電流/ 電壓輸入端子，實(shí)現(xiàn)外部頻率設(shè)定。① 主要參數(shù)額定容量：267（kVA ） ；額定輸出電流：386A；過載容量：150%額定輸出電流、1 分鐘；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：50%以上；適配電機(jī)容量：200kW 。綜上分析，系統(tǒng)選用專為風(fēng)機(jī)、泵用負(fù)載設(shè)計(jì)的普通功能型 U/f 控制方式的富士變頻器 FRN200P11S 4CX，變頻器內(nèi)置 PID 控制模塊，可用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器、矢量控制高功能型變頻器。CNI這三個(gè)式子是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足三個(gè)算式的關(guān)系，尤其變頻器電流是一個(gè)較關(guān)鍵的量。cos —電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（通常在 以上）—電動(dòng)機(jī)電壓（V） ；MU—電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流（A）。表 31 水泵機(jī)組及參數(shù)17主要性能參數(shù)型號(hào) 數(shù)量流量（ /h3m）揚(yáng)程（m）效率（%）轉(zhuǎn)速（r/min）電動(dòng)機(jī)功率（kW）主水泵 HGT1250400 3 1080 45 72 1450 200輔助水泵 HGT1120400 1 50 45 68 1450 10變頻器的選型與設(shè)定（1） 容量確定方法依據(jù)所配電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。壓力變送器及數(shù)顯儀的選型選用普通壓力表 Y100 和 XMT1270 數(shù)顯儀實(shí)現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。FR FR FRFR4 為四臺(tái)泵的熱繼電器的常閉觸點(diǎn)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行過流保護(hù)。電動(dòng)機(jī)電源的通斷，由中間繼電器 KA1KA7 控制接觸器 KM1KM7 的線圈來實(shí)現(xiàn)。中間繼電器 KA 的常開觸點(diǎn)接 PLC 的 X0，控制自動(dòng)變頻運(yùn)行程序的執(zhí)行。在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行 PLC 的控制程序，自動(dòng)控制泵的起停。圖 35 給出了供水系統(tǒng)的部分電氣控制線路圖 35 中，SA 為手動(dòng)/ 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)， KA 為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換用中間繼電器，打在①位置為手動(dòng)狀態(tài)，打在②位置 KA 吸合，為自動(dòng)狀態(tài)。出于可靠性及檢修方面的考慮，設(shè)計(jì)了手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換控制電路。為提高互鎖的可靠性，在 PLC 控制程序設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)一步通過 PLC