變頻調(diào)速恒壓供水(plc)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是針對(duì)居民生活用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、PLC、PID調(diào)節(jié)器組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺(tái)水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動(dòng)機(jī)泵組的速度和切換，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理狀態(tài)，保證按需供水。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用PLC控制的變頻調(diào)

2、速供水系統(tǒng)，由PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力凋節(jié)。經(jīng)過PID運(yùn)算，通過PLC控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變頻供水。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 恒壓供水 PID調(diào)節(jié) PLC</p><p><b>　　Abstract:</b></p><p&g

3、t;　　It is very important of the Water Supply System in Constant Pressure for the water supply in industrial and citizen existence. It is consist of the variable frequency and speed regulation， PLC， PID control system for

4、 the control system. It controls the outcome of the pumps. The generator pumps are consist of parallel three pumps， and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid. According to the water su

5、pply of constant pressure’s outcome water press and flux， the co</p><p>　　In this paper，the control principle of VVVF providing-water system is introduced，we use PLC to carry on logic control and use inverte

6、r to modulate pressure．Through PID control principle .we realize Closed-loop control in VVVF Providing-water System．The result indicates that the system has the stable pressure，simple structure，and reliable work．</p&g

7、t;<p>　　Keywords： Variable Frequency and Speed Regulation Water Supply of Constant Pressure PID Control System PLC</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</

8、b></p><p>　　1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義1</p><p>　　1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3課題來源及本文的主要研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　2 恒壓供水系統(tǒng)的分析4</p><p>　　2.1恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成4</p><

9、;p>　　2.2系統(tǒng)功能分析4</p><p>　　3.系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1變頻器的設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.2 PID控制器的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.2.1 PID控制器的選擇7</p><p>　　3.2.2 PID控制算法及特點(diǎn)7</p>&l

10、t;p>　　3.3 PLC的選擇及應(yīng)用9</p><p>　　3.3.1PLC在恒壓供水泵站中的主要任務(wù)9</p><p>　　3.3.2 控制系統(tǒng)的I/O分配10</p><p>　　3.3.3 PLC系統(tǒng)選型11</p><p>　　3.4電氣控制系統(tǒng)原理圖11</p><p>　　3.4.1 主電

11、路圖11</p><p>　　3.4.2控制電路圖12</p><p>　　3.4.3PLC外圍接線圖12</p><p>　　4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理17</p><p>　　4.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范17</p><p&

12、gt;　　4.3程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)17</p><p>　　4.4系統(tǒng)的梯形圖程序16</p><p>　　4.5系統(tǒng)的運(yùn)行分析26</p><p><b>　　結(jié)束語27</b></p><p><b>　　謝 辭28</b></p><p><b&

13、gt;　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對(duì)人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對(duì)供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)

14、集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。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，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)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。</p><p>　　1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義</p><p>　　眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重

15、要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。以下就逐一分析。&

16、lt;/p><p>　　(1)一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng)</p><p>　　這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。</p><p>　　(2)

17、恒速泵加水塔的供水方式</p><p>　　這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵處于高效區(qū)。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時(shí)間比、開、停頻率等有關(guān)。供水壓力

18、比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要;而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進(jìn)行自動(dòng)的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。</p><p>　　(3)恒速泵加高位水箱的供水方式<

19、/p><p>　　這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對(duì)建筑物的造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過大，所以供水范圍較小。一些動(dòng)物甚至人都可能進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。</p><p>　　(4)恒速泵加氣壓罐供水

20、方式</p><p>　　這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存在著許多缺點(diǎn)。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運(yùn)行時(shí)，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力

21、將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費(fèi)。同時(shí)水泵是工頻率啟動(dòng)，且啟動(dòng)頻繁，又會(huì)造成一定的能耗。頻繁啟動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。</p><p>　　(5)變頻調(diào)速供水方式</p><p>　　這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。</p>

22、<p>　　變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。</p><p>　　1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比

23、控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系

24、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。艾默生電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器(5.5kW-22kW)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水

25、場(chǎng)所。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。</p><p>　　1.3課題來源及本文的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實(shí)際應(yīng)用。</p><p>　　本系統(tǒng)是三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器組成。本文研究的目標(biāo)是對(duì)恒壓控制技術(shù)給予提升，

26、使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。</p><p>　　2 恒壓供水系統(tǒng)的分析</p><p>　　2.1恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　PLC控制的恒壓供水泵站如圖2-1所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿蓄水池。只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱注水

27、。水池的低水位信號(hào)也直接送給PLC做為低水位報(bào)警信號(hào)。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。</p><p>　　恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這也有兩種配

28、置方案，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但購(gòu)變頻器的費(fèi)用較高。所以本系統(tǒng)采用另一種方案是三臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。</p><p>　　圖2-1 PLC控制的恒壓供水泵站</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)功能分析</b></p&g

29、t;<p>　　三臺(tái)泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本功能為：</p><p>　　(1)生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)高恒壓值運(yùn)行。</p><p>　　(2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要．采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。</p><p>　　(3)在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工

30、作時(shí)間過長(zhǎng)。</p><p>　　(4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。</p><p>　　(5)要有完善的報(bào)警功。</p><p>　　(6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　

31、　3.1變頻器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國(guó)是每秒50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 </p><p><b>　　（3.1）</b></p><p&g

32、t;　　式中---同步轉(zhuǎn)速，r/min； </p><p>　　---定子頻率，Hz；</p><p>　　---電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。</p><p><b>　　而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　?。?.2） </b></p><p>　　式中---異步

33、電機(jī)轉(zhuǎn)差率，</p><p><b>　　，一般小于3%。</b></p><p>　　均與送入電機(jī)的電流頻率/成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對(duì)于交流電機(jī)的調(diào)運(yùn)來說是十分合適的。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用通用變頻器。其帶有PID功能。通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，變

34、頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上；U、V、W輸出端并聯(lián)三個(gè)接觸器分別接M1、M2、M3泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)泵，另外這三臺(tái)泵電機(jī)還通過另外三個(gè)接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這6個(gè)接觸器線包連接到PLC的四個(gè)輸出點(diǎn)上，由PLC控制其工頻、變頻切換工作。</p><p>　　通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，

35、改變水泵轉(zhuǎn)速。</p><p>　　變頻器有2個(gè)作用，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。</p><p>　　3.2 PID控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 PID控制器的選擇</p><p>　　PID控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣泛的反饋控制力式之一。它的原理通過控制對(duì)

36、象的傳感器等檢測(cè)控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與目標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種：</p><p>　　(1)硬件型，即通用PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和P，I，D 參數(shù)及目標(biāo)值的設(shè)定。</p&

37、gt;<p>　　(2)軟件型，使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器上做 PID控制器。</p><p>　　在該系統(tǒng)中我們用硬件型設(shè)計(jì)這樣可以減少編程。</p><p>　　3.2.2 PID控制算法及特點(diǎn)</p><p>　　圖3-1 PID控制原理圖</p><p>　　圖3-1為PID控制原理圖。PID控制器根

38、據(jù)日標(biāo)值(設(shè)定值)r(t)與反饋值(測(cè)量值)c(t)構(gòu)成的控制偏差： e(t)=r(t)-c(t) 。將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為：</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p>　　或 （3.4）</p><p><

39、;b>　　式中</b></p><p>　?。?調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　?。?調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間</p><p>　　： 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間</p><p>　?。?調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)</p><p>　　δ： 比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)</p><p><b>

40、;　　u： 輸出</b></p><p>　　簡(jiǎn)單來說 ，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用是這樣的：</p><p>　　(1)比例環(huán)節(jié)： 即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小誤差。</p><p>　　(2)積分環(huán)節(jié) ：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)Ti， Ti越大，積

41、分作用越弱，反之則越強(qiáng)。</p><p>　　(3)微分環(huán)節(jié) ：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是：</p><p><b>　　（3.5）</b></p><p>　

42、　當(dāng)上述控制算法公式只包含第一項(xiàng)時(shí)，稱為比例(P)作用，只包含第二項(xiàng)時(shí)，稱為積分(I)作用;但只包含第三項(xiàng)的單純微分(D)作用是不采用的，因?yàn)樗荒芷鸬绞贡豢刈兞拷咏O(shè)定值的效果，只包含第一、二項(xiàng)的是PI作用;只包含第一、三項(xiàng)的是PD作用;同時(shí)包含這三項(xiàng)的是PID作用。</p><p>　　僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的PI控制。用PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外

43、來擾動(dòng)等引起的偏差。但是，I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。</p><p>　　對(duì)于PID控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小。控制對(duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過

44、程本身沒有制動(dòng)作用的負(fù)載。</p><p>　　利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。因?yàn)镻ID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)效果比較好。</p><p>　　3.3 PLC的選擇及應(yīng)用</p><p&

45、gt;　　3.3.1 PLC在恒壓供水泵站中的主要任務(wù)</p><p>　　(1)代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式PID調(diào)節(jié)。一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實(shí)現(xiàn)一路PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路PID設(shè)置。在多功能供水泵站的各類情況中PID參數(shù)可能不一樣，使用PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器就十分方便。</p><p>　　(2)控制水泵的運(yùn)行與切換。在多泵組恒壓供水泵

46、站中，為了使設(shè)備均勻地磨損，水泵及電機(jī)是輪換工作的。在設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵，主泵也是輪流擔(dān)任的。主泵在運(yùn)行時(shí)達(dá)到最高頻率時(shí)，增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。</p><p>　　(3)變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來的模擬信號(hào)。輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)

47、PID處理后得出的模擬量控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。</p><p>　　(4)泵站的其他邏輯控制。除了泵組的運(yùn)行管理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作，如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等，這些都可以在PLC的控制程序中安排。</p><p>　　3.3.2 控制系統(tǒng)的I/O分配</p><p>　　該系統(tǒng)有

48、7個(gè)輸入信號(hào)和13個(gè)輸出信號(hào)，表3-1是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)。水位上下限信號(hào)分別I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎]時(shí)為0，時(shí)為1。</p><p>　　表3-1 I/O分配</p><p>　　3.3.3 PLC系統(tǒng)選型</p><p>　　從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)

49、。如果選用CPU224，則需要擴(kuò)展單元；如果選用CPU226，則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)世紀(jì)價(jià)格，選用主機(jī)為CPU222（8人/6繼電器輸出）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最競(jìng)技的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 恒壓供水PLC系統(tǒng)的配置</p>&l

50、t;p>　　3.4電氣控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　電氣控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線圖。</p><p>　　3.4.1 主電路圖</p><p>　　如圖3-3所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM2、KM4、

51、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行；FRl、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器：QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三合泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；VVVF是通用變頻器。</p><p>　　3.4.2控制電路圖</p><p>　　如圖3-4為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)

52、為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SBl～SB8控制三臺(tái)泵的啟/停和電磁閥YV2的通斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。圖中的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對(duì)變頻器R進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)觸點(diǎn)信號(hào)。由于PLC為4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，所以通過一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器實(shí)行復(fù)頻控制。Q0.0~Q0.5以及Q1.0~Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等

53、數(shù)字為接線編號(hào)。</p><p><b>　?。?）手動(dòng)運(yùn)行</b></p><p>　　按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#～3#泵的啟停(見圖1)。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。</p><p><b>　?。?）自動(dòng)運(yùn)行</b></p><p>　　合上自動(dòng)開關(guān)后，1#泵電機(jī)通電

54、，變頻器輸出頻率從0 Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50 Hz，1#泵由變頻切換為工頻，對(duì)2#泵進(jìn)行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1#泵變頻，

55、直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。</p><p>　　3.4.3 PLC外圍接線圖</p><p>　　圖3-5為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖?；馂?zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)SA1被觸動(dòng)，I0.0為1。</p><p>　　圖3-3 電控系統(tǒng)主電路</p><p>　　圖

56、3-4 電控系統(tǒng)控制電路</p><p>　　圖3-5 恒壓供水系統(tǒng)PLC及擴(kuò)展模塊的外圍接線</p><p><b>　　4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理</p><p>　　為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要增大器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)第二

57、臺(tái)泵或第三臺(tái)泵。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中采取時(shí)間濾波。</p><p>　　4.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范</p><p>　　由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。

58、在該系統(tǒng)中，任一臺(tái)泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過3h，因此每次需啟動(dòng)新泵或切換變額泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是。具體的操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號(hào)加1的方法實(shí)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(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。</p><p>　　4.3程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)

59、現(xiàn)</p><p>　　PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能較多，由于模擬量單元及PID調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序分可為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。這樣可節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序。</p><p>　　生活

60、及消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70％，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90％。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(shí)間常數(shù)可通過工程計(jì)算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益和時(shí)間常數(shù)) </p><p><b>　　增益：</b></p><p><b>　　

61、采樣時(shí)間</b></p><p><b>　　積分時(shí)間</b></p><p>　　表4-1 程序中使用的PLC元件及功能</p><p>　　4.4系統(tǒng)的梯形圖程序</p><p>　　圖4－1 系統(tǒng)的梯形圖</p><p>　　圖4-2 程序子程序</p><p

62、><b>　　圖4-3中斷程序</b></p><p>　　4.5系統(tǒng)的運(yùn)行分析 </p><p>　　低峰供水時(shí)，工作一臺(tái)水泵電機(jī)變頻調(diào)速,用水量加大時(shí)，首臺(tái)工作水泵由低速向高速調(diào)頻，當(dāng)工作頻率達(dá)到50 Hz即水泵滿負(fù)荷工作時(shí)仍不能滿足用水要求時(shí)，將首臺(tái)工作水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速器控制第二臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)工作2臺(tái)水泵。如用水量進(jìn)一步增加，第二臺(tái)水泵切

63、換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn),變頻調(diào)速器控制第三臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)工作3臺(tái)水泵。供水量減少時(shí)，調(diào)速工作水泵首先由高頻段向低頻段調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，水泵工作頻率達(dá)到柜內(nèi)微機(jī)控制器預(yù)先設(shè)定的下限工作頻率而實(shí)測(cè)水壓仍高于水壓設(shè)定值時(shí)，直接停止首臺(tái)工作水泵，第二臺(tái)泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，第三臺(tái)泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定，如2臺(tái)水泵同時(shí)工作實(shí)際水壓仍高于設(shè)定值，直接停止工頻運(yùn)轉(zhuǎn)水泵，第三臺(tái)調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)保持系統(tǒng)水壓恒定。</p><p><b>　　結(jié)束

64、語</b></p><p>　　完成情況：本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)邏輯控制采用PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速恒壓供水，使用方便、系統(tǒng)壓力恒定，具有較好的控制效果。該系統(tǒng)采用變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能，同時(shí)由于采用變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)行軟啟動(dòng)，減少了設(shè)備損耗，延長(zhǎng)了水泵、電機(jī)設(shè)備使用壽命。系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制精度高，而且由于變頻器調(diào)速具有十分靈敏的故障檢測(cè)、診斷、數(shù)字

65、顯示功能，提高了水泵運(yùn)行的可靠性。 </p><p>　　所得收獲：使我對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)有了深刻的了解。系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。我也知道了變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。</

66、p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　在即將畢業(yè)之際，畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，我想借此機(jī)會(huì)對(duì)關(guān)心和支持我的所有人表示感謝！</p><p>　　三年來，我認(rèn)真地學(xué)習(xí)了專業(yè)課程基礎(chǔ)知識(shí)，具有一定的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)和獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是一種整體性的，系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，我真的是很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設(shè)計(jì)在深度和

67、廣度上都有一定的局限性，不過，我認(rèn)為還是提高了認(rèn)識(shí)，學(xué)到了東西。我的指導(dǎo)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。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]: 張萬鐘.可編程控制器入門與應(yīng)用[M].第一版.中國(guó)電力出版社：李關(guān)飛，2005年.01頁(yè)--305頁(yè)</p><p>　　[

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