基于PLC恒压供水系统毕业设计.doc

基于plc恒压供水系统 学 号：* 姓 名：* 专 业：自动化 指导教师：* 2012年 3月26日目 录第一章 前言 .1 1.1国内用水现状.11.2变频器恒压供水产生背景及意义.11.3 国内外研究概况3第二章 plc 的恒压供水系统设计方案2.1 系统设计方案.42.1.1 系统控制要求.42.1.2 系统介绍 .52.2 变频构成恒压供水系统的及工作原理62.2.1 pid控制原理72.2.2运行方式 102.2.3故障报警 102.2.4水泵检修 10第三章 器件的选择及介绍123.1器件的选择及介绍123.1.1 plc介绍与使用123.1.2变频器介绍与使用16第四章 控制系统设计及编程184.1总设计电路图184.2程序设计模拟图204.3程序中使用的元器件及功能304.4结束语.31参考文献致谢附录摘 要随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高;再加上目前能源紧缺，新技术和先进设备的应用 ，使给供水设计得到了发展的机遇 。 于是选择一种符合各方面规范 、 卫生安全而又经济合理的供水方式 ， 对我们给供水设计带来了新的挑战 。利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。本论文结合我国中小城市多层住宅小区的用水现状，设计了一套基于plc的变频调速恒压自动控制供水系统。变频调速恒压供水自动控制系统由可编程控制器、内置pid变频器、水泵电机组、压力传感器、及控制柜等构成。逻辑控制，采用带 pid 功能的变频器进行压力调节，系统存在工作可靠 ， 使用方便，压力稳定，无冲击等优越性。通过 plc 、 变频器 、 继电器 、 接触器控制水泵机组运行状态 , 实现 管网的恒压变流量供水要求。在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率 来改变电机的转速 ，从而改变水泵性能曲线得以实现的。分析水泵工况的能耗比较图，可以看出利用变频调速实现恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式中用阀门节流方式相比，在一定程度上可以减少能量损耗，能够明显节能。设备运行时 , 压 力传感器不断将管网水压信号变换成电信号送入 plc , 经 plc 运算处理后 , 获 得最佳控制参数 , 通过变频器和继电器控制元件自动调整水泵机组高效率地运行 。 供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制 、 供水压力的测量与调节 、 系统主管道水压的 ； 系统水处理设备运转的监视 、 控制 ； 故障异常状况的报警等 。 现场监控站内的控制器按预先编制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据供水管的高 /低水压位信号来控制水泵的启 / 停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和枯水的预警等。关键词：plc；恒压供水；变频调速abstractwith the rapid development of social economy, people on the quality of water supply and water supply system reliability requirements continue to increase; plus the current shortage of energy, new technology and advanced equipment application, make water supply design gets the opportunity of development. then choose a meet the various specifications, safety and economy of reasonable water supply mode, water supply of our design brings new challenges. the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, the design of high performance, high energy saving, and can adapt to different areas of the constant pressure water supply system becomes an inevitable trend. in this paper, combined with our country medium and small city residential area water present situation, has designed a set of plc based on variable frequency speed regulation constant pressure automatic water supply control system.variable frequency speed regulation constant pressure water supply automatic control system by programmable controller, the built-in pid frequency converter, water pump, a pressure sensor, and a control cabinet. logic control, by using the pid function of the inverter for pressure regulation, system has reliable work, convenient use, stable pressure, no impact of superiority. through the plc, frequency converter, relay, contactor control pumping unit running status, realize the network of constant pressure variable flow water supply requirements. in the variable frequency speed regulation constant pressure water supply system, a single pump operation is adjusted by the frequency converter to change the power to change the motor speed, thereby changing the pump performance curve can be realized. analysis of pump operation energy consumption comparison of figure, can be seen using variable frequency speed regulation constant voltage water supply, when the rotational speed is reduced, the flow is proportional to the rotating speed, the power to speed to the power of three drops, and traditional method of water supply by the throttle valve means photograph is compared, to a certain extent, can reduce energy loss, can significantly energy saving. when the equipment is running, the pressure force sensor for continuous pipe network hydraulic pressure signal to electrical signal is transmitted to the plc, the plc arithmetic processing, obtains the best control parameters through the frequency converter, and a relay control element is automatically adjusted pump high efficiency operation. monitoring of water supply systems include automatic start and stop control pumps, water pressure measurement and regulation, system main pipe pressure; system water treatment equipment operation monitoring, control; fault abnormal conditions of the alarm. field monitoring station controller according to the programmed software to meet the requirement of automatic control, according to the water supply pipe of high / low pressure position signal to control the pump start / stop and a water inlet control valve switch, and a water overflow and low water alarm.分享到 翻译结果重试抱歉，系统响应超时，请稍后再试 支持中英、中日在线互译 支持网页翻译，在输入框输入网页地址即可 提供一键清空、复制功能、支持双语对照查看，使您体验更加流畅keywords: plc; constant pressure water supply; frequency control第一章 前言1.1国内用水现状 众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能己成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。一般规定城市管网的水压只保证 6 层以下楼房的用水 ， 其余上部各层均须 “ 提升 ” 水压才能满足用水要求 。 以前大多采用传统的水塔 、 高位水箱 ， 或气压罐式增压设备 ， 但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来 “ 提升 ” 水量，其结果增大了水泵的轴功率和能量损耗。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能导致水管爆破和用水设备的损坏。1.2变频器恒压供水产生背景及意义 在我国，节电节水的潜力非常大。据有关国际组织发表的资料显示：中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的4倍左右，消耗的水是他们的2倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类电机的耗电量占全国发电量的50%左右,若推广新型电机调速技术,可节电40%左右,即可以节约全国发电量的 1/5.由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多,因此,在我国一方面水电供给紧张,而另一方面,水电的浪费又十分惊人。节电节水,不仅潜力巨大, 而且意义深远 . 近十年来，变频技术的应用在我国有很大的发展，并取得了良好的效果。可以说，变频技术已为大多数用户所接受。但是，不能不指出，我国在变频技术的应用方面，与发达国家的水平尚有很大差距。目前，我国在用的交流电动机使用变频调速运行的仅6%左右，而工业发达国家已达60% 70%；日本在风机、水泵上变频调速的采用率已达10%，而我国还不足0.01%；在日本，空调器的70%采用了变频调速，而我国才刚刚起步。从这个现实出发，变频技术尚有很大的发展空间。 变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。变频控制技术的进步不仅仅是异步电动机结构简单、坚固、易于维护等优点，更主要的是采用变频调速技术的异步电动机的机械特性达到了直流电动机调压调速的特性。由于计算机技术的介入，使得变频器具有丰富的功能和方便好用的特点，因此人们才有可能按照实际要求，自行构成一个适用和可靠的调速系统。 变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。变频调速恒压供水技术其节能、安全、供水高品质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化（实际上为供水管网的压力变化）自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频器调速恒压供水设备，降低成本、保证产品质量等有着重要意义。 建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。根据高校用水时间集中，用水量变化较大的特点，分析了校园原供水系统存在成本高，可靠性低，水资源浪费，管网系统待完善的问题。提出以利用自来水水压供水与水泵提水相结合的方式，并配以变频器、软启动器、plc、微泄露补偿器、压力传感器、液位传感器等不同功能等传感器，根据管网的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。从而可以解决因楼层太高导致压力不足及小流量时能耗大的问题。 另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。结合使用可编程控制器，可实现主泵变频，副泵软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了电机的使用寿命.用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用 水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。1.3 国内外研究概况变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。即1968年，丹麦的丹佛斯公司发明并首家生产变频器(丹佛斯是传动产品全球五大核心供应商之一)后，随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像瑞典、瑞士的abb集团推出了hvac变频技术，法国的施耐德公司就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循坏方式”两种模式。它将pid调节器和plc可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现plc和pid等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机(泵)的供水系统。这类设备虽然说是微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如ba系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外品牌的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(plc)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为(现己更名为艾默生)电气公司和成都希望集团森兰牌变频器)也推出了恒压供水专用变频器(2.2kw-30kw)，无需外接plc和pid调节器，可完成最多四台水泵的循坏切换、定时起动、停止和定时循环(月麦丹佛斯公司的vlt系列变频器可实现七台水泵机组的切换)。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(emc)的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践中。采用变频调节以后，系统实现了软起动，电机起动电流从零逐渐增至额定电流，起动时间相应延长，对电网没有较大的冲击，减轻了起动机械转矩对于电机的机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。这种调控方式以稳定水压为目的，各种优化方案都是以母管(市政来水管)进口压力保持恒定为条件。实际上，给水泵站的出口压力允许在一定范围内变化。因此这种调控方式缩小了优化范围，所得到的解为局部最优解，不能完全保证泵站始终工作在最优状态.变频调速是优于以往任何一种调速方式(如调压调速、变极调速、串级调速等)，是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术.它采用微机控制技术;电力电子技术和电机传动技术实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。以变频器为核心结合plc组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等诸多特点。第二章 plc 的恒压供水系统设计方案2.1 系统设计方案2.1.1 系统控制要求恒压供水控制系统的基本控制要求是 ： 采用电动机调速装置与可编程控制器 (plc) 构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数 ， 完成供水压力的闭环控制 ， 在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力 ， 系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较 ， 其差值输入 cpu运算处理后 ， 发出控制指令 ， 控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。2.1.2 系统介绍 介绍了一种替代水塔供水的基于 plc 的恒压供水系统的构成和工作原理。系统采用变频调速方式自动调节水泵电机转速或加、减泵。改变以往“先启后停”方式，自动完成泵组软启动及无冲击切换，使水压平稳过渡。变频器故障时系统仍可运行，保证不间断供水。系统断电恢复后可自启动。采用硬件/软件备用及钟控功能，使各泵进行轮休，延长了设备的机械使用寿命。变频恒压供水系统能适用生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有以下特点:(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、流量、浓度等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。(2)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和运行)是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。(5)当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。(6)水泵的电气控制柜，其有远程和就地控制的功能和数据通讯接口，能与控制信号或控制软件相连，能对供水的相关数据进行实时传送，以便显示和监控以及报表打印等功能。(7)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。 2.2 变频构成恒压供水系统的及工作原理 变频恒压供水系统主要是由 plc、变频器、pid 调节器、tc 时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及 4 台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。 通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成 4-20ma 的标准信号送入pid 调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过 plc 控制器加泵。根据用水量的大小由 plc 控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。 同时系统配备的时间控制器和 pid 控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（pid 控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。 正常情况（无泵检修）时，各泵的运行顺序为 1#，2#，3#。变频恒压供水系统工作原理：合上空气开关，供水系统投入运行。将手动、自动开关打到自动上，系统进入全自动运行状态，plc中程序首先接通km6，并起动变频器。根据压力设定值(根据管网压力要求设定)与压力实际值(来自于压力传感器)的偏差进行pid调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在运行频率到达上限，会将频率到达信号送给plc，plc则根据管网压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由程序判断是否要起动第2台泵(或第3台泵)。当变频器运行频率达到频率上限值，并保持一段时间，则plc会将当前变频运行泵切换为工频运行，并迅速起动下1台泵变频运行。此时pid会继续通过由远传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频器的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。增泵工作过程：假定增泵顺序为l、2、3泵。开始时，1泵电机在plc控制下先投入调速运行，其运行速度由变频器调节。当供水压力小于压力预置值时变频器输出频率升高，水泵转速上升，反之下降。当变频器的输出频率达到上限，并稳定运行后，如果供水压力仍没达到预置值，则需进入增泵过程。在plc的逻辑控制下将1泵电机与变频器连接的电磁开关断开，1泵电机切换到工频运行，同时变频器与2泵电机连接， 控制2泵投入调速运行。如果还没到达设定值，则继续按照以上步骤将2泵切换到工频运行，控制3泵投入变频运行。减泵工作过程：假定减泵顺序依次为3、2、1泵。当供水压力大于预置值时，变频器输出频率降低，水泵速度下降，当变频器的输出频率达到下限，并稳定运行一段时间后，把变频器控制的水泵停机，如果供水压力仍大于预置值，则将下一台水泵由工频运行切换到变频器调速运行，并继续减泵工作过程。如果在晚间用水不多时，当最后一台正在运行的主泵处于低速运行时，如果供水压力仍大于设定值，则停机并启动辅泵投入调速运行，从而达到节能效果。 供水系统方案图2.2.1pid控制原理将偏差的比例(proportional)、积分(integral)和微分(derivative)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制的控制器，简称pid控制器或pid调节器，是生产过程中应用最普遍的控制方法。它的结构简单，操作方便，可靠性高，特别是在控制对象的数学模型难以建立的工业控制过程中，应用更为广泛。事实上， pid是一种负反馈控制，它以设定的控制目标值与反馈值的差值作比例、微分、积分后用来控制受控对象。 常规pid控制系统原理框图 其系统原理框图如图所示连续系统的pid控制算式表示为： (2-1)其中e(t)为偏差，e(t)=r(t)-y(t) r(t)设定值，y(t)实际值 kp，ti，td分别为控制式的比例、积分、微分系数 简单说来，pid控制器各校正环节的作用如下： (1)比例环节，即时成比例地反映控制系统的偏差信号e(0)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。 (2)积分环节，主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数ti、ti越大，积分作用越弱；反之则越强。 (3)微分环节，能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间.对于计算机采样控制系统，使用的是数字pid。数字pid又分为位置式算法和增量式算法。 将式中的积分用求和代替，微分用增量代替，则得到位置式pid算式为： （2-2）式中：kp为比例系数； ki=kpt/ti为积分系数，t为采样周期； kd=kptd/t为微分系数 次输出均与过去的状态有关，计算时要对e(kt)进行累加，计算机运算工作量大。而且，因为计算机输出的u(t)对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障， u(t)的大幅度变化，会引起执行机构位置的大幅度变化这种情况往往是生产实践中不允许的，在某些场合，还可能造成重大的生产事故，因而产生了增量式pd控制的控制算法。所谓增量式pd是指数字控制器的输出只是控制量的增量au(kt)。 采用增量式pid算法，式(2-2)改写为： (2-3)曝气池污水处理是一个复杂的大滞后的生化反应过程，如果通过机理的方法，建立精确的数学模型是很困难复杂的。采用一般的控制方法，大滞后问题又很难被解决，为了解决系统滞后问题，本系统采用 pid 控制的方法。由 pid 控制原理可知，比例增益（kp）可以加快响应速度，提高调节精度，但是如果过大，可能会导致系统激烈振荡甚至不稳定。积分增益可以消除静差，提高系统控制的精度，但是如果过大，可能会引起积分饱和，导致系统振荡频率较低，调节缓慢，且超调量过大。 pid 参数整定原则 根据 a/a/o活性污泥法污水处理的特点，结合 pid 的三个系数（kp 、ki 、kd），对系统控制的作用，可以确定如下三条整定原则：(1) e 很大时,说明实际值与参考值相差很大，此时应采取最强的控制，使误差绝对值以最大速度减小，这样在 pid 控制参数方面，要求 kp 取较大值，同时为避免积分和微分饱和，kd 可取较小值，ki 取 0。 (2) 若 eec0,说明误差在向绝对值增大的方向变化，即实际值与参考值的差距在变大。此时，当误差绝对值较大时，应采取较强的控制以改变误差的变化趋势，迅速减小误差绝对值，在 pid 控制参数方面，kp 可取较大值，同时可取较小的 ki和中等的 kd，以提高动态性能和稳态性能；当误差绝对值较小时，可采取普通控制，取中等的 kp，同时取较大的 ki 和较小的 kd，以提高系统的稳态性能，避免产生振荡。 (3) 若 eec0，说明误差在向绝对值减小的方向变化，即实际值与参考值的差距在变小。此时，当误差绝对值较大时，应采取普通的控制，迅速减小误差绝对值，在 pid 控制参数方面，可取中等的 kp，同时可取较小的 ki 和中等的 kd，以提高动态性能和稳态性能；当误差绝对值较小时，误差变化率绝对值也较小时，可采取强度较低的控制，取较小的 kp，同时取较大的 ki 和较小的 kd，以提高系统的稳态性能，避免产生振荡。同时，因为系统存在较大的滞后，当误差绝对值较小，误差变化率绝对值较大时，可以认为系统实际值与参考值的差距在变大，因为在接下来的时间里，实际值将越过参考值，背向参考值快速变化，所以此时应采取普通的控制，迅速降低误差变化率的绝对值，在 控制参数方面，可取中等的，同时可取较小的误差变化率的绝对值，在 pid 控制参数方面，可取中等的 kp，同时可取较小的 ki和中等的 kd，以提高动态性能和稳态性能。 2.2.2运行方式 该系统有手动和自动两种运行方式： . 手动运行 按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制 1#-4#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。 . 自动运行 合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从 0hz 上升，同时 pid 调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到 50hz，1#泵由变频切换为工频，启 2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据 pid 调节器给的调节参数使系统平稳运行。 若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动 1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。 变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。故障处理 2.2.3故障报警 当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统皆能发出声响报警信号；特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时，系统还会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。此外，变频器故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。 2.2.4水泵检修 为维护和检修水泵，要求在系统正常供水状态下，在一段时间间隔内使某一台水泵停运，系统设有水泵强制备用功能（硬件备用），可随意备用某一台水泵，同时不影响系统正常运行；为了使水泵进行轮休，系统还设有软件备用功能（钟控功能，由时间控制器实现），工作泵与备用 n 泵具有周期定时切换功能，周期间隔由时间控制器设定：1小时每次96小时每次连续可调。 plc控制系统 它是plc 的 32位视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。为了提高整个系统的性价比，该系统采用开关量的输入/输出来控制电机的启停、定时切换、软起动、循环变频及故障的报警等，而电机转速、水压量等模拟量则由 pid 调节器和变频器来控制。 泵组的切换。开始时，若硬件、软件皆无备用（两者同时有效时硬件优先），1#泵变频启动，转速从 0 开始随频率上升，如变频器频率到达 50hz 而此时水压还在下限值，延时一段时间（避免由于干扰而引起误动作）后， 1#泵切换至工频运行，同时变频器频率由 50hz滑停至 0hz，2#泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动 3#泵，泵的切换过程同上；若开始时 1#泵备用，则直接启 2#变频，转速从 0 开始随频率上升，如变频器频率到达 50hz 而此时水压还在下限值，延时一段时间后，2#泵切换至工频运行，同时变频器频率由 50hz 滑停至 0hz，3#泵变频启动，泵的切换过程同上；若 1#、2#泵都备用，则直接启 3#变频，具体泵的切换过程与上述类同。 同样，若 3 台泵（假设为 1#、2#和 3#）运行时，3#泵变频运行降到 0hz，此时水压仍处于上限值，则延时一段时间后使 1#泵停止，变频器频率从 0hz 迅速上升，若此后水压仍处于上限值，则延时一段时间后使 2#泵停止。这样的切换过程，有效地减少泵的频繁启停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。 以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常是采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁启停，从而减少设备的使用寿命。而在该系统中，直接停工频泵，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时缺水现象，提高了供水品质。 注意事项 要使系统稳定的运行，有几个参数需特别注意： . 变频转工频开关切换时间 tmc 设置 tmc 是为了确保在加泵时，泵由变频转为工频的过程中，同一台泵的变频运行和工频运行各自对应的交流接触器不会同时吸合而损坏变频器，同时为了避免工频启动时启动电流过大而对电网产生的冲击，所以在允许范围内 tmc 必须尽可能的小。 . 上下限频率持续时间 th 和tl 变频器运行的频率随管网用水量增大而升高，本系统以变频器运行的频率是否达到上限（下限）、并保持一定的时间为依据来判断是否加泵（减泵），这个判断的时间就是 th （tl）。如果设定值过大，系统就不能迅速的对管网用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水量的变化时就很可能引起频繁的加减泵动作；两种情况下都会影响恒压供水的质量。 第三章 器件的选择及介绍3.1器件的选择及介绍3.1.1 plc介绍与使用plc是在继电器控制逻辑基础上，与3c(computer ,control ,communication)技术相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。功能特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。 一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的pid回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如ddc和dcs等，实现生产过程的综合自动化。 二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。 一、输入输出（i/o）点数的估算 i/o点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 二、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量i/o点数的1015倍，加上模拟i/o点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 1、运算功能 简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的pid运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和pid运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 2、控制功能 控制功能包括pid控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。例如采用pid控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、asc码转换单元等。 3、通信功能 大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如tcp/ip），需要时应能与工厂管理网（tcp/ip）相连接。通信协议应符合iso/ieee通信标准，应是开放的通信网络。 可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、rio通信口、常用dcs