【正文】 到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動變頻泵M1工作，根據(jù)壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制Ml的轉(zhuǎn)速，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間Ml工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。此時水泵輸出功率正比于H0Q2，由于H1H0，所以當(dāng)用閥門控制流量時，有正比于(H1－H0)Q2的功率被浪費(fèi)掉，并且隨著閥門的不斷關(guān)小，閥門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是H1增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。而揚(yáng)程則從H0上升到H1，運(yùn)行工況點(diǎn)從E點(diǎn)移到F點(diǎn)，此時水泵的輸出功率正比于H1Q2。由上述關(guān)系有，水泵的輸出功率P與轉(zhuǎn)速n三次方成正比，即： （） （） () ()式中k、kkk3為比例常數(shù)。其工作原理是根據(jù)用戶用水量的變化自動地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時電機(jī)加速，用水量減小時電機(jī)減速。因此，揚(yáng)程特性將隨水泵轉(zhuǎn)速的改變而改變，但管阻特性不變。由于實(shí)際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時間內(nèi)保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。閥門控制法是通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)流量，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。通常由異步電動機(jī)驅(qū)動水泵旋轉(zhuǎn)來供水，并且把電機(jī)和水泵做成一體，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的。在這一點(diǎn)，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。因此，管阻特性所反映的是揚(yáng)程與供水流量Qc之間的關(guān)系H=f(Qc)。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚(yáng)程特性所反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qu間的關(guān)系H=f(Qu)。額定頻率時稱為基頻，則調(diào)頻時可以從基頻向下調(diào)，也可從基頻向上調(diào)。電源電壓隨頻率按什么樣的規(guī)律變化最為合適呢?一般認(rèn)為，在任何類型負(fù)載下變頻調(diào)速時，若能保持電動機(jī)的過載能力不變，則電動機(jī)的運(yùn)行性能較為理想。因?yàn)楫?dāng)電源電壓不變時，若頻率減小，主磁通將增加，這將導(dǎo)致磁路過分飽和，勵磁電流增大，功率因數(shù)降低，鐵心損耗增加；而當(dāng)頻率增加時，磁通減小，電磁轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩下降，過載能力降低，電動機(jī)的容量也得不到充分利用。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。下面重點(diǎn)分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。從上式可知，三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有：(l) 改變電源頻率 (2) 改變電機(jī)極對數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)差率改變電機(jī)極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。由于電信號為模擬量，故必須通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊才能讀入并與設(shè)定值進(jìn)行比較，將比較后的偏差值進(jìn)行PID運(yùn)算，再將運(yùn)算后的數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。 原理框圖設(shè)計(jì)作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵機(jī)組)進(jìn)行控制；變頻器是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。(3) 控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個部分。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 (2) 信號檢測機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括管網(wǎng)水壓信號、水池水位信號和報警信號。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機(jī)組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因此，壓力可以用來作為控制流量大小的參變量。考慮到在動態(tài)情況下，管道中水壓的大小與供水能力和用水需求之間的平衡關(guān)系有關(guān)系：供水能力QG用水需求Qu，則壓力上升；供水能力QG用水需求Qu，則壓力下降；供水能力QG=用水需求Qu，則壓力不變。所以，流量是系統(tǒng)的基本控制對象。這種控制方案既有擴(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機(jī)組的容量大小無關(guān)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機(jī)來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。(3) 通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。(2) 通用變頻器+單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)界面+壓力傳感器這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性價比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運(yùn)行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實(shí)現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。系統(tǒng)主要的任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和監(jiān)控。（6）實(shí)現(xiàn)供水裝置的上位監(jiān)控。恒壓供水系統(tǒng)具備了過流，過壓，欠壓， 欠相，短路保護(hù)，瞬時停電保護(hù)，過載，失速保護(hù)等功能，功能完善，完全自動化，泵房不用設(shè)崗位，只需派人定時檢查保養(yǎng)。無級調(diào)整壓力，供水質(zhì)量好，與傳統(tǒng)供水比較，不會造成管網(wǎng)破裂及水龍頭共振現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)高壓消防用水泵的變頻調(diào)速自動控制。（2）實(shí)現(xiàn)生活用水和消防用水的自動調(diào)整。能自動24小時維持恒定壓力，并根據(jù)壓力信號自動啟動備用泵。③ 生活用水壓力設(shè)定值45kg/cm2,高壓消防壓力設(shè)定值為12 kg/cm2。（4）完成軟件的編制（PLC的編程與說明）。（2）提出綜合自動化系統(tǒng)的硬件方案和方案論證優(yōu)化。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容一個變頻調(diào)速恒壓供水控制裝置，系統(tǒng)中應(yīng)結(jié)合微機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)與電機(jī)控制技術(shù)。PLC根據(jù)管網(wǎng)壓力自動控制各個水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測值和給定值之間偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定，以達(dá)到恒壓供水的目的。系統(tǒng)由一臺變頻器拖動三臺水泵變頻啟動運(yùn)行，由PLC控制切換，由壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力，根據(jù)壓力大小進(jìn)行PID控制，調(diào)整變頻器的輸出頻率，從而改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變流量的大小，適應(yīng)用戶用水量改變的需求，保持管網(wǎng)壓力恒定。(2)從水泵運(yùn)行曲線及管網(wǎng)特性曲線入手，分析水泵工況調(diào)節(jié)的幾種方法，詳細(xì)闡述變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)耗能原理及節(jié)能原理。根據(jù)供水特點(diǎn)，分析水泵電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)、運(yùn)行參數(shù)及工作點(diǎn)，分析供水系統(tǒng)對電氣調(diào)速的要求，闡述了變頻器拖動電動機(jī)的恒壓供水模式的工作原理。系統(tǒng)的操作與管理采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行參數(shù)有記錄，使系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到最佳效果。由PLC接受控制信號，并實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的起停及切換控制。由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用PLC參與控制的方式來實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。真正做到智能，節(jié)能，衛(wèi)生安全而有經(jīng)濟(jì)合理的供水方式。恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不會出現(xiàn)在用水高峰期水管壓力太小的情況。恒壓供水系統(tǒng)能自動控制一至多臺水泵和一臺備用泵的運(yùn)行。恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動調(diào)整泵組的運(yùn)行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。采用變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)高塔供水系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 基于PLC和變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。(4) 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅(qū)動，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方便。(2) 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動且起動頻繁，對電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)的。小區(qū)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 1 選題背景 1 2第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 系統(tǒng)概述 3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 4 主要技術(shù)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo) 4 4第3章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 方案選擇 6 系統(tǒng)原理與組成 7 原理框圖設(shè)計(jì) 8 系統(tǒng)原理分析 9第4章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 13 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析 13 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 13 器件選型 15 15 16 16 17 低壓電器選型 17 20 PLC的選擇 20第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 25 系統(tǒng)軟件分析 25 軟件流程圖設(shè)計(jì) 27 軟件編制 30 32 仿真實(shí)驗(yàn) 38結(jié) 論 41參考文獻(xiàn) 42英文文獻(xiàn)與翻譯 44致 謝 59附錄 61第1章 緒論 選題背景隨著人民生活水平的日趨提高，新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用 ，使給供水設(shè)計(jì)得到了發(fā)展的機(jī)遇，當(dāng)前住宅建筑的小區(qū)規(guī)劃趨向于更具人性化的多層次住宅組合，不再僅僅追求立面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設(shè)計(jì)中貫徹以人為本的理念，特別是在市場經(jīng)濟(jì)的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是選擇一種符合各方面規(guī)范、衛(wèi)生安全而又經(jīng)濟(jì)合理的供水方式，對我們給供水設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn) 。存在著以下憂缺點(diǎn)：(1) 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn)，但存在基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)為硬起動，啟動電流大等缺點(diǎn)，頻繁起動易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。(5) 單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動化程度要優(yōu)于上面4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機(jī)時能減小電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義傳統(tǒng)的高塔供水系統(tǒng)受到地理位置的限制，無法滿足恒壓，節(jié)能，安全，可靠等功能。生活用水供水系統(tǒng)由水池、離心泵（主泵+備用泵）、壓力傳感器、PID 調(diào)節(jié)器、變頻器（主泵+備用泵）、可編程控制器PLC、管網(wǎng)組成。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水系統(tǒng)具備過流，過壓，欠壓，欠相，短路保護(hù)，瞬時停電保護(hù)，過載，失速保護(hù)等功能，功能完善，完全自動化，泵房不設(shè)崗位，只需派人定是檢查保養(yǎng)。它改變傳統(tǒng)的采用水塔，高位水箱，氣壓罐等設(shè)施來實(shí)現(xiàn)恒壓供水方式。第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 設(shè)計(jì)內(nèi)容本文主要完成PLC、變頻器實(shí)現(xiàn)的生活用水供水過程的恒壓。本系統(tǒng)采用通用變頻器實(shí)現(xiàn)三相水泵電機(jī)的軟啟動和變頻調(diào)速，壓力傳感器檢測當(dāng)前水壓信號，水壓信號經(jīng)變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號(420mA)通過A／D轉(zhuǎn)換模送入PLC，經(jīng)PLC進(jìn)行壓力反饋值與設(shè)定值的PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送入變頻器頻率控制端控制變頻器的輸出頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻器的故障輸出及報警信號以及系統(tǒng)顯示信號全部送入PLC，以方便利用PLC與上位機(jī)進(jìn)行通訊并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。具體內(nèi)容如下：(1)對水泵