【正文】 恒壓供水系統(tǒng)電氣總框圖，可知該系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包含以下幾部分：（1）可編程控制器（PLC及其擴(kuò)展模塊）、（2）變頻器、（3）軟啟動(dòng)器、（4）壓力傳感器（5）液位傳感器。此時(shí)，可編程控制器接到信號(hào)，關(guān)閉一臺(tái)工頻運(yùn)行的水泵（該水泵為工頻運(yùn)行中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的水泵），同時(shí)，PLC繼續(xù)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的信號(hào)運(yùn)行，控制變頻器的輸出頻率，調(diào)整水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。如果用戶的用水量仍然增加，達(dá)到增加水泵的條件時(shí)，則繼續(xù)按上述情況增加水泵，直到系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)為止。（3）當(dāng)用戶用水量增加較多，且變頻器的輸出頻率達(dá)到頻率設(shè)定上限50HZ時(shí)，水泵電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，如果此時(shí)系統(tǒng)供水管網(wǎng)的供水壓力仍然低于系統(tǒng)設(shè)定值，則滿足增泵條件。（2）當(dāng)用水量增加時(shí)，供水管網(wǎng)內(nèi)部水壓減小，壓力傳感器的輸出電流減小，信號(hào)傳送給可編程控制器，PID偏差加大，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，使可編程控制器的輸出增大，變頻器輸出頻率增加，從而使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，供水流量增加，總后使得系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。由于該信號(hào)時(shí)模擬量信號(hào)，因此在傳入可編程控制器時(shí)，需要將該信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)才能被PLC識(shí)別，然后系統(tǒng)將該值與系統(tǒng)設(shè)定值比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算后的輸出值經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為模擬量再傳送給變頻器，改變變頻器的輸出頻率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵機(jī)組的供水流量，從而實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)的供水壓力恒定，達(dá)到恒壓供水的目的。因此，由以上可知，恒壓供水控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能就是在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)維持供水管網(wǎng)的供水壓力與系統(tǒng)設(shè)定的供水壓力相同。PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象為供水管網(wǎng)的供水水壓，在系統(tǒng)的控制過(guò)程中，要達(dá)到供水管網(wǎng)的水壓始終跟隨系統(tǒng)設(shè)定水壓的效果。當(dāng)水泵電機(jī)功率較大，變頻器從水泵電機(jī)拖出使該水泵切換為工頻運(yùn)行時(shí)，由于變頻器頻率與電網(wǎng)電壓頻率可能存在差異，會(huì)導(dǎo)致水泵電機(jī)瞬間受到一個(gè)較大電壓的沖擊，從而致使電機(jī)損壞，所以該設(shè)計(jì)采用變頻固定式。 變頻器工作方式分析及確定由以上分析，通過(guò)水泵機(jī)組中變頻器拖動(dòng)水泵的方式不同，變頻器有以下兩種工作方式[7]：（1）變頻循環(huán)式：變頻循環(huán)式是指變頻器首先拖動(dòng)其中的一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，當(dāng)該水泵滿負(fù)荷運(yùn)行即變頻泵輸出頻率為50HZ時(shí)，供水管網(wǎng)的壓力仍不能滿足設(shè)置要求，需要增加水泵電機(jī)時(shí)，可編程控制器控制變頻器從該水泵電機(jī)拖出，使變頻器帶動(dòng)另外一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，與此同時(shí)，該水泵工頻運(yùn)行。（5）報(bào)警：在一個(gè)完善的控制系統(tǒng)中，報(bào)警部分在其中起著不可忽視的作用。工頻運(yùn)行：這類水泵只有兩種工作狀態(tài)，即在工頻狀態(tài)下恒速運(yùn)行或停止，主要作用是當(dāng)變頻泵在滿負(fù)荷運(yùn)行仍不能滿足供水壓力時(shí)對(duì)系統(tǒng)供水進(jìn)行補(bǔ)充。（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：該部分由一組（5臺(tái)）水泵構(gòu)成，主要作用是將水池的水供給用戶管網(wǎng)，該部分水泵主要有兩種工作方式：變頻運(yùn)行：這類水泵直接由變頻器控制，接收變頻器的輸出信號(hào)，通過(guò)變頻器的控制，根據(jù)供水管網(wǎng)的壓力反饋信號(hào)對(duì)水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，從而保持供水管網(wǎng)壓力的恒定。②變頻器：變頻器的主要功能是對(duì)進(jìn)行變頻運(yùn)行的水泵電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，變頻器通過(guò)接受可編程控制器的PID計(jì)算輸出信號(hào)，改變自己的輸出頻率，從而對(duì)變頻泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的水壓恒定。（2）控制系統(tǒng)部分：PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制部分一般都包含在供水控制柜中，主要包括可編程控制器（PLC）、變頻器、軟啟動(dòng)器和電控設(shè)備幾部分。②水池液位信號(hào)，該信號(hào)主要對(duì)水位的下限信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，作為數(shù)字量傳輸給可編程控制器，當(dāng)水位達(dá)到下限值以后，PLC接收信號(hào)，停止水泵的工作，從而防止當(dāng)水池水量不足時(shí)，水泵電機(jī)的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，保護(hù)系統(tǒng)及電機(jī)的安全穩(wěn)定工作。具體為：（1）信號(hào)檢測(cè)部分：在系統(tǒng)控制正常工作過(guò)程中，需要對(duì)系統(tǒng)的一些信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，以確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運(yùn)行，這些檢測(cè)的信號(hào)包括供水管網(wǎng)的水壓信號(hào)、水池的液位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。由以上對(duì)幾種不同供水方案的分析比較，可以得出第三個(gè)供水方案更適用于本系統(tǒng)，該控制方案擴(kuò)展靈活、可靠性高,且通用性強(qiáng)，適用于各種場(chǎng)合，有較大的發(fā)展空間。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分時(shí)，只需要確定可編程控制器的硬件配置以及外部I/O口的接線形式，當(dāng)用戶對(duì)系統(tǒng)需求發(fā)生改變時(shí)，只需改變系統(tǒng)內(nèi)部的控制程序即可，因此在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，非常的簡(jiǎn)便。（3）可編程控制器與變頻器共同控制水泵機(jī)組恒壓供水這類控制系統(tǒng)的控制方式同樣靈活多變。同時(shí)由于該系統(tǒng)采用的是單片機(jī)作為的控制器，系統(tǒng)容易受到外部環(huán)境的干擾，而變頻器的運(yùn)行也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一定的擾動(dòng)，當(dāng)變頻器頻率越高時(shí)，干擾也就越大，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒(méi)有可靠的保證，因此必須采取相關(guān)的措施來(lái)抑制外部的感染對(duì)系統(tǒng)的影響。（2）單片機(jī)及普通變頻器控制水泵機(jī)組恒壓供水該類控制系統(tǒng)和上述控制系統(tǒng)相比控制精度得到了很大的提高，且控制算法靈活多變，控制參數(shù)調(diào)整起來(lái)簡(jiǎn)單，易于操作，性價(jià)比相對(duì)比較高。缺點(diǎn)是，盡管電路結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化且擁有較小的體積降低了系統(tǒng)的成本，但要想實(shí)現(xiàn)壓力值的設(shè)定以及顯示反饋回來(lái)的壓力值則會(huì)非常的繁瑣，不能很好地實(shí)現(xiàn)在不同時(shí)間控制不同壓力的需求，且在進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)，很難確定最佳的PID參數(shù)值，調(diào)節(jié)范圍也非常的小，不能保證系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的功能是利用可編程控制器，控制變頻器的輸出頻率及軟啟動(dòng)器，進(jìn)而控制一臺(tái)或循環(huán)控制多臺(tái)水泵電機(jī)，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)以及水泵電機(jī)變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行的轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)還要傳輸檢測(cè)水壓和水位等部分?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)做出相應(yīng)的運(yùn)行調(diào)整。由以上分析可得，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)相對(duì)于其他兩種控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變供水壓力的方式來(lái)說(shuō)，更適合本設(shè)計(jì)的要求，且具有更大的發(fā)展空間。缺點(diǎn)是，只是一味的改變電源頻率，會(huì)使水泵電機(jī)性能逐漸變差。改變供電頻率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果，效率高，且系統(tǒng)后期的維護(hù)和擴(kuò)展都相對(duì)簡(jiǎn)便。(3) 改變供電電源供電頻率的調(diào)速方式，由公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率保持恒定或變化較小時(shí)，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本與供電電源的頻率成正比。(2) 改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方法，如果想要有較大范圍的調(diào)速，需選用串級(jí)調(diào)速的調(diào)速方式，這種調(diào)速方法最大的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)差功率可以得到回收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能，且調(diào)速性能良好。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論研究及控制方案的分析 該系統(tǒng)的理論研究分析本設(shè)計(jì)中的水泵電機(jī)采用5個(gè)160kw的三相異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速公式如下[5]： 式（）在公式中：f代表供電電源的頻率，p代表水泵電機(jī)的極對(duì)數(shù)，s代表轉(zhuǎn)差率。各個(gè)水泵的運(yùn)行遵循先啟先停、等時(shí)運(yùn)行的原則。該系統(tǒng)有一個(gè)水池，5臺(tái)水泵，采用部分流量即所有水泵中只有一臺(tái)變頻運(yùn)行，其他幾臺(tái)工頻運(yùn)行的調(diào)節(jié)方法。 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以污水處理廠中水控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用可編程控制器與變頻器結(jié)合的技術(shù)，設(shè)計(jì)一套恒壓供水系統(tǒng)。5. 開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)化從上個(gè)實(shí)際九十年代中期以后，伴隨著PLC在各個(gè)領(lǐng)域功能的不斷完善，其開(kāi)放性也越來(lái)越明朗化。4. 飛速發(fā)展上個(gè)世紀(jì)九十年代初期到九十年代末，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、芯片技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展與完善，可編程控制器的功能得到了更廣闊的發(fā)展。2. 崛起二十世紀(jì)七十年代中期至八十年代初期，由于可編程控制器在取代繼電氣控制系統(tǒng)之后各方面表現(xiàn)良好，在電氣自動(dòng)控制領(lǐng)域，PLC開(kāi)始普及并達(dá)到飛速發(fā)展，此時(shí)PLC在模擬量的控制及數(shù)據(jù)處理方面得到很大加強(qiáng)。該器件擁有自己的存儲(chǔ)器，可以用來(lái)存儲(chǔ)人們根據(jù)需要寫(xiě)好的程序，還可以在其內(nèi)部存儲(chǔ)數(shù)序控制、計(jì)算、定時(shí)、邏輯運(yùn)算以及數(shù)字運(yùn)算的操作指令，通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入輸出，控制各類工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)該器件還可以擴(kuò)展各式各樣的外圍設(shè)備，與可編程控制器及其它外部端口連接，從而可以根據(jù)需要對(duì)各種系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展[3]。PLC、變頻器恒壓供水系統(tǒng)包含現(xiàn)代控制技術(shù)、電氣技術(shù)以及變頻技術(shù)，對(duì)供水的可靠性及穩(wěn)定性都有很高的保證，并且具有很明顯的節(jié)能效果，因此，能夠研究設(shè)計(jì)好該系統(tǒng)，具有非常大的實(shí)用意義。伴隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)于供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供水質(zhì)量，人們的要求不斷提高，再加上資源越來(lái)越稀少，利用更加先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)效率更高、節(jié)能更明顯、更加智能化并且能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但是，該系統(tǒng)仍然具有一定的缺點(diǎn)，例如系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要較長(zhǎng)時(shí)間，且操作繁瑣，需要對(duì)操作人員進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)才能操作，由于單片機(jī)的一些特點(diǎn)，系統(tǒng)較容易受到干擾，沒(méi)有較好的穩(wěn)定性，因此不適合在惡劣環(huán)境使用，和前幾種相比，維修也比較麻煩。缺點(diǎn)是發(fā)熱較高，需要冷卻，且容易漏油，效率較低，系統(tǒng)建立以后，不容易擴(kuò)展和改造，并只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng)。其缺點(diǎn)為水泵電機(jī)的啟動(dòng)方式依然為硬啟動(dòng)且啟動(dòng)頻繁、調(diào)節(jié)量相對(duì)較小，對(duì)電器設(shè)備有很高的要求、系統(tǒng)維護(hù)起來(lái)比較繁瑣，并且為減少水泵電機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)，停泵壓力比其他供水方式高，從而導(dǎo)致水泵會(huì)工作在低效區(qū)域，而且出水壓力也會(huì)隨之增加，大大增加了水、電資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，因此，目前沒(méi)有較大的發(fā)展空間。鑒于以上缺點(diǎn)，目前各地已基本停止使用。以下是一些傳統(tǒng)的供水方式：水塔高位水箱供水方式、恒速泵加壓供水方式、氣壓罐供水當(dāng)時(shí)、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其中各供水方式的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)如下[1]： （1） 水塔高位水箱供水的優(yōu)點(diǎn)為控制方式相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)便、出現(xiàn)故障時(shí)需要的維修時(shí)間比較短、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理以及停電之后可以實(shí)現(xiàn)不停止供水等，而相對(duì)缺點(diǎn)也較大，例如基礎(chǔ)建設(shè)需要較大投資、占地面積也較大、維護(hù)不太方便，水泵電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)采用硬啟動(dòng)的啟動(dòng)方式，起動(dòng)電流很大，會(huì)對(duì)水泵電機(jī)造成較大的磨損，減少水泵電機(jī)的使用壽命等，現(xiàn)在在高層建筑的應(yīng)用較多，不太適合其它的應(yīng)用場(chǎng)合。而伴隨著我國(guó)在經(jīng)濟(jì)體制不斷的進(jìn)步與完善，生活、工業(yè)等對(duì)水的污染卻不斷加大，盡管我國(guó)各地建立了一些中小型污水處理廠，可以