【正文】 我的導(dǎo)師吉老師在我完成論文的過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。在此，我要感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師，是他們教會我做人的道理。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。 如果有需要，可加計算機控制和一些外圍設(shè)備或器件，使其與樓宇監(jiān)控中心進行通訊，進行界面管理和人機“對話”，實現(xiàn)遠程控制。 變頻恒壓供水在企業(yè)及高層生活小區(qū)的應(yīng)用越來越廣泛，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。 （ 3）在本次設(shè)計中，在參考了相關(guān)資料后我對所用的主要器件進行了選擇，這是以前所沒有涉及的。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動 3臺（其中一臺為備用）電動機的啟動、運行與調(diào)速。分析水泵工況點節(jié)流調(diào)節(jié)，可以看出利 用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，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。 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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)計了一套以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的恒壓供水自動控制系統(tǒng)。 SIMIT 例程設(shè)計操作 恒壓供水控制現(xiàn)場如下圖 68所示： 圖 68恒壓供水現(xiàn)場外 觀圖 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 根據(jù)控制系統(tǒng)要求與現(xiàn)場器件的對應(yīng)，前臺設(shè)計如下圖 69所示： 圖 69全自動變頻恒壓供水對象仿真界面 其中啟動、停止、報警信號這三個按鈕，是來自于 widgets 一欄 operate(dynamic)庫中的 Switch 元件，這些按鈕是用來給控制程序傳送輸入信號；閥開度設(shè)置和流量設(shè)置是來自 widgets 一欄 operate(dynamic)中的 slider元件，用來設(shè)置供水閥的流量；指示燈元件是來自于 widgets中 Display中的 Image Display 元件，這些指示燈分別用來顯示三臺水泵電機的運行 頻率，以及水箱液位是否到達上限或下限。網(wǎng)關(guān)配置如圖 66： 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 65 Plcsim 網(wǎng)關(guān)設(shè)置 供水罐模型設(shè)計 該部分的實現(xiàn)如圖 67所示 ： 圖 66 供水罐模型設(shè)計 這里的供水罐、傳感器以及各種泵和電機都是來自于 Library中 Flow， PI是一個壓力傳感器，用來測量供水壓力，通過前臺的 Digital Display（壓 力）來顯示； LI是一個液位傳感器，用來測量水罐的液位，通過前臺的 Digital Display（液位）來顯示；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 PID控制器，來調(diào)節(jié)供水壓力。 網(wǎng)關(guān)設(shè)置 接口設(shè)計包括 數(shù)字量輸入部分和數(shù)字量輸出部分。 步驟 1：單擊“啟動”按鈕； 步驟 2：設(shè)置閥的開度及流量（開度的 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 該部分的實現(xiàn)如圖 63，圖 64所示： 圖 63后臺設(shè)計 1 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 64后臺設(shè)計 2 其中后臺設(shè)計 1是輸入信號（對 PLC而言），通過 SWITCH 元件與前臺按鈕之間建立聯(lián)系。 虛擬對象的調(diào)試 在實驗計算機上控制器 PLC程序的調(diào)試步驟如下： (1）在 STEP7中打開編寫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 SIMIT, 雙擊打開恒壓供水工程，在列表中雙擊 Simulation； (4）開始仿真： 三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 注意： 必須先運行 PLCSIM，然后再運行 simulation，否則 SIMIT不能和 PLCSIM 連接上。安全鏈多個觸點均為常閉觸點，其中任一觸點斷開，安全鏈即失效，系統(tǒng)處于停機狀態(tài)。 （ 2）安全問題 在軟件方面設(shè)置多個保護環(huán)節(jié)，時時檢測系統(tǒng)狀態(tài)，安全報警等。 當(dāng)系統(tǒng)接到消防信號，提供消防供水時， PLC先初始化高低水位的設(shè)定值。如用水量進一步增加，第二臺水泵切換至工頻運轉(zhuǎn) ,變頻調(diào)速器控制第三臺水泵調(diào)頻運轉(zhuǎn)，同時工作 3臺水泵。在本系統(tǒng) PID 中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時間常數(shù)可通過工程計算初步確定，但還需要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制效果。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。利用定時器中斷功能實現(xiàn) PID控制的定時采樣及輸出控制。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號加 1 的方法實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制 (3再加 1 等于 0)，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。在該系統(tǒng)中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過 3h，因此每次需啟動新泵或切換變額泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的確實性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限情況，在程序中考慮采取時間濾波。判斷需啟動新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達到設(shè)定的上限值。接觸器 KM KMKM5分別控制 M M M3 的工頻運行；電機分別為 M M M3。 電氣控制系統(tǒng)主電路圖 如圖 61所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。水位上下限信號分別為, 它們在水淹沒時為 0沒有淹沒的時候 1 。 4） 同時變頻器有報警信號和報警指示燈。 2） 通過調(diào)節(jié)電磁閥的開度，控制供水罐的進水速度。對于增益為正的積分或微分控制來說，如果指定積分時間、微分時間為正，就是正作用回路；指定為負，則為反作用回路。 正作用或反作用回路 如果增益為正，那么該回路為正作用回路。即使沒有積分作用，積分項還是不為 0因為有初值 MX，但積分作用可以忽略。通過設(shè)置常量參數(shù)．可先選用想要的回路控制類型。 PID 回路類型的選擇 在許多控制系統(tǒng)中，只需要一種或兩種回路控制類型。實踐證明，使用這種方法是可行的，而且造價也不高。但被控制的系統(tǒng)特點是非線性、大慣性的系統(tǒng)，現(xiàn)在控制和 PID相結(jié)合的方法，在壓力波動較大時使用模糊控制，以加快響應(yīng)速度；在壓力范圍較小時采用 PID來保持靜態(tài)精度。 PID 調(diào)節(jié)的控制 根據(jù)反饋原理：要想維持一個物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引這個物理量與恒值比較，三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 形成閉環(huán)系統(tǒng)。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。二是工程整定方法 ，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過程的特性確定 PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分（ PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例 +積分（ PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的，或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 比例（ P）控制 : 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID控制，實際中也有 PI 和 PD 控制。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器 的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用 PID控制技術(shù)最為方便。 在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID控制，又稱 PID調(diào)節(jié)。目前， PID控制及其控制器或智能 PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的 PID 控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器（ intelligent regulator），其中 PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。 圖 43 恒壓供水系統(tǒng)主電路 其中接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 工頻運行， KM KM KM5分別控制M M M3變頻運行， KM0控制 變頻器的工作，熱繼電器 FR 起熱保護作用。系統(tǒng)具有變頻及工頻兩種運行狀態(tài)，當(dāng)變頻泵達到水泵額定轉(zhuǎn)速后，如水壓在所設(shè)定的判斷時間內(nèi)還不能滿足恒壓值時，系統(tǒng) 自動將當(dāng)前變頻泵狀態(tài)切換為工頻狀態(tài)，并指示下一臺泵為變頻泵。當(dāng)水壓變大時， PLC和變頻器配合工作，切除相應(yīng)的泵運行，如果水壓一直過大時， PLC則調(diào)整 1泵為變頻運行。水泵的速度具體的調(diào)節(jié)是采用變頻調(diào)速技術(shù)，利用 變頻器對水泵進行速度控制。 圖 41變頻器恒壓供水系統(tǒng)連接圖 該系統(tǒng)主要由 3臺水泵（兩臺生活水泵，一臺備用泵）、 1臺 變頻器（內(nèi)帶 PID調(diào)節(jié)功能）、 PLC、及線性壓力傳感器等組成。為實現(xiàn)上述要求，需要 變頻器根據(jù)給定壓力信號和反饋壓力信號，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而達到控制管網(wǎng)中水壓恒定的目的。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能，尤其是硬件 /軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。根據(jù)用水量的大小由 PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。 (5)變頻器有 2個作用，一是作為電機的軟起動裝置，限制電動機的啟動電流；二是改變異步電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。其主要任務(wù)是完成對逆變器的開關(guān)控制， 對整流器的電壓控制及完成各種保護功能。 (4)控制電路。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率及電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。 (3)逆變器。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件 (電容器或電抗器 )來緩沖。無論是電動機處于電動或發(fā)電制動 狀態(tài)其功率因數(shù)總不會為 1。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相 (也可以是單相 )交流整流成直流。市售通用變頻器 多是交 直 交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖 31所示。而交 直 交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電。 從頻率變換的形式來說．變頻器分為交 交和交 直 交兩種形式。 均與送入電機的電