基于變頻調速技術的恒壓供水系統(tǒng)設計.doc

江蘇農林職業(yè)技術學院 畢 業(yè) 設 計（論 文）SNL/QR7.5.4-3 變頻恒壓供水研究與設計專 業(yè) 生產過程自動化 學生姓名 王騰讓 班 級 08生產過程自動化 學 號 0805080135 指導教師 李娜 完成日期 2011-6-05 附1：成績評議學號0805080135姓名 王騰讓 題目 變頻恒壓供水研究與設計 指導教師建議成績： 評閱教師建議成績： 答辯小組建議成績： 院答辯委員會評閱意見及評定成績：答辯委員會主任簽字（蓋章）： 年 月 日王騰讓：變頻恒壓供水系統(tǒng)設計畢業(yè)設計（論文）任務書姓名王騰讓學號0805080135班級08生產過程自動化題目變頻恒壓供水研究與設計設計(論文)主要內容1 論文在對課題對進行分析和研究的基礎上，提出了系統(tǒng)的設計方案和思路，確定論文主要的研究內容和研究方法；2分析供水系統(tǒng)基本模型及主要參數(shù)，對恒壓供水系統(tǒng)中采用轉速調節(jié)法和閥門控制法作了比較，詳細分析和論證變頻調速方式在恒壓供水系統(tǒng)中的節(jié)能原理和效果。3 通過計算機和PLC的通信，實現(xiàn)供水系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時遠程監(jiān)控是本論文的一個特色之處。論文介紹了計算機和PLC通信系統(tǒng)的組成和通信協(xié)議，給出了通信程序，并提出供水系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計方法。重點研究問題如何利用變頻技術實現(xiàn)對現(xiàn)在小區(qū)的恒壓供水。主要技術指標該系統(tǒng)由PLC，變頻器，水泵機組，壓力傳感器，液位傳感器，上位機，通信模塊等。其它要說明的問題系統(tǒng)針對傳統(tǒng)供水方式的缺點有了大大的改善，不僅提高了供水質量，同時也節(jié)約了水資源，投入資金較少，維護方便?？梢栽诂F(xiàn)在的新型小區(qū)進行全面推廣使用。是今后小區(qū)供水方式的一個發(fā)展方向。指導老師意見 指導教師簽字： 年 月 日王騰讓：變頻恒壓供水系統(tǒng)設計指導教師意見 對論文的簡短評價：1.指出論文存在的問題及錯誤2.對創(chuàng)造性工作評價3.建議成績 優(yōu) 良 中 及格 不及格 指導教師簽字 年 月 日評閱教師意見 對論文的簡短評價：1.指出論文存在的問題及錯誤2.對創(chuàng)造性工作評價3.建議成績 優(yōu) 良 中 及格 不及格 評閱教師簽字 年 月 日江蘇農林職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）答辯小組評議意見學號 0805080135 姓名 王騰讓 題目 變頻恒壓供水研究與設計 答辯小組意見：1、對論文的評價2.建議成績等級 優(yōu) 良 中 及格 不及格3.需要說明的問題 答辯小組長簽字 年 月 日王騰讓：變頻恒壓供水研究與設計摘要：隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化步伐加快?，F(xiàn)在很多人已經(jīng)住進小區(qū)，所以小區(qū)必須提供給人們很好的供水質量，但也不能浪費有限的水資源。每個小區(qū)都建有自己的供水系統(tǒng)。小區(qū)供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性，經(jīng)濟性直接影響到供水質量，傳統(tǒng)的供水方式普遍存在占地面積大、可靠性差、難以維護等缺點，所以現(xiàn)在基本已經(jīng)被淘汰了。本文主要設計一套小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PLC，變頻器，水泵機組，壓力傳感器，液位傳感器，上位機，通信模塊等設備組成。該系統(tǒng)具有生活管網(wǎng)和消防管網(wǎng)。該系統(tǒng)可以手動運行，也可以自動運行，同時還設計了人機界面，通過遠程通信可以遠程控制系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)針對傳統(tǒng)供水方式的缺點有了大大的改善，不僅提高了供水質量，同時也節(jié)約了水資源，投入資金較少，維護方便。變頻恒壓供水系統(tǒng)與傳統(tǒng)供水系統(tǒng)相比，節(jié)能效果非常顯著。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓，本設計通過壓力傳感器檢測壓力，然后反饋給變頻器的PID模塊，這樣就構成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。再通過變頻器控制電機的轉速，這就是變頻調速。論文同時也討論了消防供水的問題，在消防管網(wǎng)中配備了兩臺高功率的電機。最后，還通過組態(tài)軟件編譯了人機界面，使系統(tǒng)更加完善。同時通過通信模塊與上位機相連接，構成一個遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過上位機就可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況，還可以改變系統(tǒng)的運行參數(shù)。對于保護環(huán)節(jié)，系統(tǒng)設計了水位報警，變頻器故障報警，軟啟動器保護等。關鍵詞：變頻器；PLC；恒壓供水；變頻調速；監(jiān)控系統(tǒng)ABSTRACTAlong with the rapid development of Chinese economy, the urbanization step is quickly. Now many people have moved to communities, so the Community has to provide good water supply quality to people, but can not waste water resources. Community built their own water systems. Community water supply system must supplies water the stability, credibility of system, the economy directly influences to supply water quality .The traditional means of water supply cover big area, and low efficiency，hard maintenance etc. So its already been eliminated now.This text mainly designs a cell constant pressure water supply system, which by the PLC, transducer, water pump, pressure sensors, liquid level sensors, host computer, communication modules and other equipment composition. The system has to live tube net and fire net. The system can control by hand, it also can control automatically. It still designed a man-machine interface at the same timePassing the long range correspondence can with the movement that the long range control the system. The system has solved the problem existing in the traditional way of water supply, such as economize water resources, it are little to throw in funds, maintenance convenience.The system compare with the traditional way of water supply, it has energy conservation effect extraordinary prominence. For carrying out system of constant pressure, this design spreads the feeling machine examination pressure through a pressure, Then the feedback give the PID mold piece of inverter. Therefore this made one cyclic control system. And then variable-frequency controls the electric machine, so this is a variable velocity variable frequency. The problem that the thesis also discussed that the fire fight supplies water at the same time took care of to provide with the electrical engineering of two set high powers in the net in the fire fight.Finally, it also edited and translated a man-machine interface through a set of software. The system is more perfect. At the same time we Build up a conjunction between the PLC and the computer. For the protection link, the system designed water level to report to the police, the inverter breakdown reports to the police, the soft starter protects etc.Key words：Variable-frequency; PLC; Constant pressure water-supply; Variable Velocity variable frequency; monitor and control-system目錄1 緒論11.1 恒壓供水產生的背景和意義11.2 現(xiàn)有的幾種供水系統(tǒng)的比較11.3 變頻恒壓供水的主要研究方向12 變頻恒壓供水現(xiàn)有的理論支持22.1 變頻控制恒壓供水控制方式22.2 供水系統(tǒng)的安全性討論33 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計33.1 供水專用變頻器的功能33.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)總體控制方案的確定33.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要器件43.4 變頻器的選型43.4.1 PLC及其擴展模塊的選型43.4.2 水泵機組的選型53.4.3 壓力傳感器的選型53.5 變頻器和控制電路設計53.6 系統(tǒng)控制電路的設計74 變頻恒壓供水系統(tǒng)的軟件設計74.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理74.1.1生活供水系統(tǒng)工作原理74.1.2消防供水系統(tǒng)的工作原理84.2系統(tǒng)的主程序流程圖84.3 PID調節(jié)器控制以及參數(shù)整定104.3.1 PID調節(jié)器控制104.3.2變頻器PID參數(shù)調整流程圖104.3.3變頻器PID參數(shù)設置及參數(shù)調整125 系統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計135.1 PLC通信程序設計135.2上位機監(jiān)控軟件設計136 總結14參考文獻16王騰讓：變頻恒壓供水研究與設計1 緒論1.1 恒壓供水產生的背景和意義自從通用變頻器問世以來，變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水調速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調速，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。新型供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前該產品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制，多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化，系列標準化是未來供水設備適應城鎮(zhèn)建設成片開發(fā)智能樓宇、網(wǎng)絡供水調度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。1.2 現(xiàn)有的幾種供水系統(tǒng)的比較水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點是目前國內外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關”的順序關泵，工作泵與備用泵不固定死。這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設備的綜合利用率，降低了維護費用。水池水泵高位水箱用水點這種供水方式通過水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染，影響居民的身體健康。所以這種方案并不可取，終將淘汰。單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點的確也達到了樓房高層的用戶不因城市供水管網(wǎng)水壓減小而用不到水的目標，但是它的投資較大，總費用比上兩種方式增加一、二十萬元。這些費用要在用戶的水電費上來扣除，這對于居民和學校來說是巨大的壓力，所以也不可取。結合小區(qū)用水的特點和經(jīng)濟效益的考慮,決定采用恒壓變頻供水系統(tǒng)。1.3 變頻恒壓供水的主要研究方向通過對現(xiàn)有供水系統(tǒng)的調研和分析，依據(jù)用戶對供水系統(tǒng)的要求，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設備變頻器和PLC作為主要控制設備來設計變頻調速恒壓供水系統(tǒng)，并引入計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控與管理，保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的技術經(jīng)濟性能。論文包括以下內容：1 論文在對課題對進行分析和研究的基礎上，提出了系統(tǒng)的設計方案和思路，確定論文主要的研究內容和研究方法；2分析供水系統(tǒng)基本模型及主要參數(shù)，對恒壓供水系統(tǒng)中采用轉速調節(jié)法和閥門控制法作了比較，詳細分析和論證變頻調速方式在恒壓供水系統(tǒng)中的節(jié)能原理和效果。并分析了變頻調速方式對減少供水系統(tǒng)的水錘效應，提高系統(tǒng)安全性的作用。3論文就變頻調速恒壓供水控制系統(tǒng)的設計做了詳細的分析和研究。從用戶的需求入手確定設備的選型；詳細分析全自動變頻恒壓運行方式水泵運行的各種有效狀態(tài)及其轉換過程，討論PLC的程序設計方法及程序執(zhí)行特點，并在此基礎上提出供水系統(tǒng)控制程序的功能模塊和設計方案；最后還提出了保障系統(tǒng)可靠性的一些措施。4 通過計算機和PLC的通信，實現(xiàn)供水系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時遠程監(jiān)控是本論文的一個特色之處。論文介紹了計算機和PLC通信系統(tǒng)的組成和通信協(xié)議，給出了通信程序，并提出供水系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計方法。2 變頻恒壓供水現(xiàn)有的理論支持2.1 變頻控制恒壓供水控制方式水泵設計是按工頻運行時設計的，但供水時除高峰外，大部分時間流量較小，由于命名用了變頻技術及微機技術有微機控制，因此可以使水泵運行的轉速隨流量的變化而變化，最終達到節(jié)能的目的。新型變頻調速供水設備將PID調節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用宏的新型變頻器。為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數(shù)，還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調試非常簡單、方便。這類變頻器的價格僅比通用變頻器略微高一點，但功能卻強很多，所以采用帶有內置PID功能的變頻器生產出的恒壓供水設備，降低了設備成本，提高了生產效率，節(jié)省了安裝調試時間。2.2 供水系統(tǒng)的安全性討論1 水錘效應在極短時間內，因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強過高或過低的沖擊，并產生空化現(xiàn)象，使管道受壓產生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，稱為水錘效應。2 產生水錘效應的原因及消除辦法產生水錘效應的根本原因，是水泵在起動和制動過程中的動態(tài)轉矩太大，短時間內流量的巨大變化而引起的。采用變頻調速，通過減少動態(tài)轉矩，可以實現(xiàn)徹底消除水錘效應。3. 變頻調速對供水系統(tǒng)安全性的作用(1) 消除了水錘效應，減少了對水泵及管道系統(tǒng)的沖擊，可大大延長水泵及管道系統(tǒng)的壽命；(2) 降低水泵平均轉速，減小工作過程中的平均轉矩，從而減小葉片承受的應力，減小軸承的磨損，使水泵的工作壽命將大大延長；(3) 避免了電機和水泵的硬起動，可大大延長聯(lián)軸器壽命；(4) 減少了起動電流，也就減少了系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊，提高了自身系統(tǒng)的可靠性：3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計3.1 供水專用變頻器的功能供水專用變頻器（普通變頻器+PLC），是集供水控制和供水管理一體化的系統(tǒng)。內置供水專用PID調節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)供水有兩種基本運行方式：變頻泵固定方式和變泵循環(huán)方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺泵，可選擇“先開先關”和“先開后關”（適用泵容量不用場合）2種水泵關閉順序。變頻泵循環(huán)方式最多可以控制4臺泵，系統(tǒng)以“先開先關”的順序關泵。靈活配置常規(guī)泵、消防泵、排污泵、休眼泵，便于實現(xiàn)供水泵房全面自動化。3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)總體控制方案的確定從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。 (1)執(zhí)行機構執(zhí)行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由變頻泵構成，變頻泵是由變頻調速器控制、可以進行變頻調整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。(2)信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常。該信號為開關量信號。(3)控制系統(tǒng)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))、變頻器和電控設備三個部分。供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法.變頻器:它是對水泵進行轉速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。電控設備:它是由一組接觸器、保護繼電器、轉換開關等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。(4)人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所。通過人機界面，使用者可以更改設定壓力，修改一些系統(tǒng)設定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設備的工作狀態(tài)。(5)通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進的網(wǎng)絡技術應用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進行遠程的診斷和維護等(6)報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要器件系統(tǒng)所需的主要硬件有：變頻器PLC及擴展模塊水泵機組壓力傳感器軟啟動器或自耦變壓器3.4 變頻器的選型三菱FR-A500變頻器性能概況。FR-A500系列在三菱變頻器家族中屬于多功能、通用性、重負載適用的變頻器。其功率范圍為0.4800kW 3相380V，F(xiàn)R-A540（L）系列，采用先進磁通矢量控制方式，可實現(xiàn)在線自動調整功能，調速比可達1：120（0.560HZ）。隨機待用一個簡易操作面板（FR-DU04），也可使用選件FR-PU04（LCD顯示，帶菜單功能），巨有可拆卸式的風扇和接線端子，使用維護方便。超低噪聲運行（采用柔性PWM方式），內置RS-485,可通過插卡實現(xiàn)與CC-Link、DeviceNet TM、Profibus-DP和MOdbus plus 的聯(lián)網(wǎng)。操作簡單，巨涌參數(shù)復制及參數(shù)組自選功能，用戶可自己選擇讀寫的參數(shù)組。該系列變頻器功能較強，具有內置PID控制、工頻切換順序、停電減速停車控制等功能。3.4.1 PLC及其擴展模塊的選型可編程序控制器簡稱PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。PLC的硬件結構圖如圖所示：圖3-3的硬件結構框圖電源模塊CPU模塊存儲器模塊輸入模塊輸出模塊控制對象通信模塊計算機編程器智能模塊操作模塊3.4.2 水泵機組的選型水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。ISG型管道離心泵根據(jù)IS型離心泵與管道泵之性能參數(shù)，參照ISO2858和最新的國家管道離心泵標準JB/T53058-93進行設計制造的高效節(jié)能產品。該泵采用國內先進水力模型優(yōu)化設計而成。同時根據(jù)使用溫度、介質等不同在ISG型基礎上派生出熱水泵、高溫泵、化工泵、油泵等，是目前國家標準定型推廣產品。3.4.3 壓力傳感器的選型壓力傳感器是將水管中的壓力信號變成1-5V或4-20mA的模擬量信號，作為模擬輸入模塊(AD模塊)的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，我們采用420mA輸出壓力傳感器。在運行過程中，當壓力傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)有可能開啟所有的水泵，而此時的用水量又達不到，這就使水管中的水壓上升，為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設備(熱水器、抽水馬桶等)，本文中的供水系統(tǒng)設定了壓力上限輸出，作為PLC的一個數(shù)字量輸入，當壓力超出上限時，關閉所有水泵并進行報警輸出口。3.5 變頻器和控制電路設計生活用水壓力用安裝于生活用水管網(wǎng)上的壓力變送器進行檢測，檢測值送入變頻器的4端，壓力設定值由變頻器的2 端輸入。管網(wǎng)壓力的上限和下限信號分別由變頻器的FU和OL端送入PLC，由PLC根據(jù)管網(wǎng)壓力進行水泵電機組的邏輯控制。當變頻器故障時，由A端和C端輸出一報警信號給PLC，由PLC控制切斷水泵電機組運行，同時PLC輸出聲光報警信號，此時可由人工通過手動按鈕控制使水泵電機組于工頻狀態(tài)運行，以保持供水系統(tǒng)的正常運行。圖3-4 PLC控制電路 本系統(tǒng)采用變頻器內置的PID功能進行PID調節(jié)，比以往采用帶有入模出模的可編程控制器或PID調節(jié)器的變頻調速恒壓供水設備，降低了PID算法編程難度和設備成本，提高了生產效率，節(jié)省了安裝調試時間。消防用水用安裝于消防管網(wǎng)上的水流檢測器將檢測值送入PLC進行消防水泵自動啟動和停止控制，其壓力用安裝于管網(wǎng)上的壓力表將壓力檢測值送入PLC，由PLC控制消防水泵邏輯切換，以保持消防用水壓力恒定。當水流檢測器出現(xiàn)故障時，可由PLC外接消防水泵啟動和停止按鈕進行手動啟?？刂啤Ｃ颗_水泵電機均設有軟啟動器和電機保護器，以保護水泵電機和防止水泵電機在運行切換時對電網(wǎng)的沖擊。3.6 系統(tǒng)控制電路的設計圖3-5 系統(tǒng)控制電路在圖中，SA為手動自動選擇開關，SA打在“1”的位置為手動狀態(tài)，打在“2”的位置為自動狀態(tài)。手動時，按下按鈕SB1SB10可以控制五臺水泵的啟停，控制生活和消防用水。當自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。圖中的，分別為的個中間繼電器的觸點。圖中的為自動運行時的電源狀態(tài)指示燈。它們都是通過控制接觸器的通斷來控制水泵的啟動和停止。4 變頻恒壓供水系統(tǒng)的軟件設計4.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理4.1.1生活供水系統(tǒng)工作原理生活供水系統(tǒng)水泵的基本控制策略是遵循先入先出的原則，即先接通先斷開，用水量增加時先將原變頻工作的水泵切換為工頻運行，同時增加一臺水泵為變頻運行；用水量減少時，將先啟動的水泵停機。每臺水泵變頻工頻運行概率相同，以避免某臺水泵長期不運行而生銹的情況發(fā)生。當用水量不大時，一臺水泵( 1#水泵)在變頻器的控制下穩(wěn)定運行。當用水量增大時，管網(wǎng)壓力下降，當管網(wǎng)壓力下降到下限值時由變頻器輸出一下限信號給PLC，PLC 自動將第二臺水泵（2# 水泵）投入變頻運行，將原工作在變頻狀態(tài)下的第一臺水泵（1# 水泵）切換為工頻運行，兩臺水泵運行以加大管網(wǎng)的供水量保持壓力穩(wěn)定。若兩臺水泵運行仍不能滿足用水量的需要時，則PLC自動將第三臺水泵（3# 水泵）投入變頻運行，將原工作在變頻狀態(tài)下的第二臺水泵（2# 水泵）切換為工頻運行，三臺水泵運行以進一步加大管網(wǎng)的供水量保持壓力穩(wěn)定。4.1.2消防供水系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)設置消防水泵工頻運行，由PLC 進行消防水泵電機組自動控制，在備用時消防水泵自動定期交替試運行。一旦發(fā)生火警，由煙感或溫感傳感器打開消防噴淋頭，或者人工打開消防水槍，則水流檢測器的常開觸點閉合，消防水泵自動啟動運行。消防供水的恒壓控制是通過壓力檢測器的低壓觸點和高壓觸點與PLC聯(lián)合控制的，其控制過程與生活用水恒壓控制類似。當消防用水完畢后，水流檢測器常開觸點斷開或者手動按下消防水泵停止按鈕，則重新進入試機循環(huán)。4.2系統(tǒng)的主程序流程圖主程序實現(xiàn)的功能比較多，如泵的切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合以及報警處理程序等都在主程序中。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中生活和消防雙恒壓的兩個恒壓值都是采用數(shù)字方式直接在程序中設計的。NYNNY1號3號泵工頻運行控制故障報警處理及消鈴主程序結束1號3號泵變頻運行控制主程序開始調用初始化子程序，每99m調用定時中斷程序（含PID調節(jié)）傳送壓力給定值激活變頻泵泵號存儲器工頻泵號數(shù)加1變頻泵運行時間達5h變頻器頻率達上限經(jīng)濾波延時后，仍達上限Y增泵或是倒泵時經(jīng)軟啟動后關當前泵，置下一泵變頻運行變頻器頻率達下限經(jīng)濾波延時后，仍達下限工頻泵號數(shù)減1圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖（1）由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量的管理。為了實現(xiàn)恒定水壓，那么在水壓減低時，需要升高變頻器的輸出頻率，并且在一臺水泵工作不能滿足恒壓要求時，需要啟動第二臺或第三臺水泵。（2）多臺組泵的管理規(guī)范。由于變頻器希望每一臺啟動電機均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用。（3）故障診斷和報警輸出程序。變頻器具有短路、過載等保護功能。當發(fā)生上述情況時，變頻器將自動切斷一次供電電路，進入保護狀態(tài)并輸出報警信號。4.3 PID調節(jié)器控制以及參數(shù)整定4.3.1 PID調節(jié)器控制在變頻供水系統(tǒng)的設計中，要保證供水系統(tǒng)的壓力恒定，就要用到調節(jié)器。在恒壓供水系統(tǒng)中，如果僅用P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動作的PI控制，如圖4-2所示。設定點變頻器電動機 Y偏差 X+ Y 反饋值執(zhí)行量FiPID運算Kp(1+1TIs+Tds)M驅動電路Kp：比例常數(shù) TI：積分時間 Td：微分時間 圖4-2 PID調節(jié)控制系統(tǒng)通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標值(溫度、流量、壓力等設定值)進行比較。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標值的設定。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機)上做PID控制器.4.3.2變頻器PID參數(shù)調整流程圖主程序實現(xiàn)的功能比較多，如泵的切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合以及報警處理程序等都在住程序中。泵組程序主要實現(xiàn)如下的功能：（1） 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量的管理。為了實現(xiàn)恒定水壓，那么在水壓減低時，需要升高變頻器的輸出頻率，并且在一臺水泵工作不能滿足恒壓要求時，需要啟動第二臺或第三臺水泵。 （2）多臺組泵的管理規(guī)范。由于變頻器希望每一臺啟動電機均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用。因此每次需要啟動新泵或切換變頻泵的時候，以新運行泵為變頻是合理的。復位并且用于新運行泵的啟動。（3）故障診斷和報警輸出程序。變頻器具有短路、過載等保護功能。當發(fā)生上述情況時，變頻器將自動切斷一次供電電路，進入保護狀態(tài)并輸出報警信號。否是開始確定設定值確定被設對象的設定值將設定值轉換為百分數(shù)%計算設定值與傳感器輸出的比例關系進行校準設定設定值按照設定值的百分數(shù)%從端子25輸入相應的電壓運行將比例范圍和積分時間設定稍微大一點，微分時間設定稍微小一點，接通啟動信號目標值是否平穩(wěn)？調節(jié)參數(shù)將比例范圍和積分時間設定在增大一些，微分時間設定在減小一些，使目標值趨于平衡。完善參數(shù)當目標值穩(wěn)定時，可以將比例范圍和積分時間減低一些，微分時間加大一些。結束圖4-3 PID參數(shù)流程圖4.3.3變頻器PID參數(shù)設置及參數(shù)調整變頻器能夠進行流量、風量或者壓力等的過程控制，是由端子2輸入信號或參數(shù)設定值作為目標和端子4輸入信號作為反饋量組成PID控制的反饋系統(tǒng)。在本設計中變頻器PID用到的基本參數(shù)如下圖表1與表2所示。表1 變頻器端子接線1信號使用端子功能說明輸入X14RTPID控制選擇X14 閉合時選擇PID控制22設定輸入輸入PID的設定值44反饋輸入從傳感器來的420mA 反饋量輸出FUPFU上限輸出輸出指示反饋量信號已超過上限值FDNOL下限輸出輸出指示反饋量信號已超過下限值SESE輸出公共端子FUP、FDN 的公共端子表2 變頻器PID 運算參數(shù)設置參數(shù)號設定值名稱12810選擇PID控制1120211290.1到100%PID比例范圍常數(shù)1300.1到3600sPID積分時間常數(shù)1310.1到100%上限1320.1到100%下限1330.1到100%用FU設定的PID 控制設定值1340.01到10.00sPID 微分時間常數(shù)在本變頻恒壓供水系統(tǒng)設計中，生活供水時系統(tǒng)設定為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設定為滿量程的90%（滿量程數(shù)字值為4000）。本系統(tǒng)中的比例增益和時間常數(shù)為：比例增益Kp=0.25，采樣時間Ts=0.5s，積分時間TI=60s。5 系統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計5.1 PLC通信程序設計PLC通信程序設計只須對D8120、D812l和D8129三個特殊功能寄存器的內容進行設置，確定通信格式和通信協(xié)議即可皿引。在設計中，選擇的通信參數(shù)為波特率9600，偶校驗，7位數(shù)據(jù)，1位停止位，站號為1，校驗時間10ms，其梯形圖如圖5-1所示。M8002MOV H6086 D8120MOV H0000 D8121MOV K0 D8129圖5-1 PLC通信參數(shù)設置梯形圖5.2上位機監(jiān)控軟件設計工控組態(tài)軟件集成了圖形技術、人機界面技術、數(shù)據(jù)庫技術、控制技術、網(wǎng)絡與通信技術，使控制系統(tǒng)開發(fā)人員不必依靠某種具體計算機語言，只需可視化組態(tài)方式，就可完成監(jiān)控程序設計，降低了監(jiān)控程序開發(fā)難度。組態(tài)軟件均具有良好擴展性、兼容性，軟件結構開放，可接受各種形式數(shù)據(jù)格式。同時，支持硬件類型也十分廣泛。工控組態(tài)軟件出現(xiàn)，使大型工業(yè)控制系統(tǒng)組態(tài)編程變十分簡單、容易，工程設計