《楼宇自动化技术实训》结业论文-智能建筑给排水控制系统的设计.doc

楼宇自楼宇自动动化技化技术实训术实训 结业论结业论文文 专专 业：业： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级：级： 电气电气 08-4 姓姓 名：名： 学学 号：号： 信息技信息技术术学院学院电电气工程系气工程系 2011 年年 11 月月 12 日日 智能建筑给排水控制系统的设计 摘要摘要：随着计算机技术、信息通信技术等电子信息技术的不断发展、进步， 建筑物中设备的自动化程度越来越高。同时，随着城市建设步伐的加快越来 越多的高层建筑为城市增添了现代化气息。智能建筑技术正是在这样的背景下 得到蓬勃发展的，本文在讨论智能建筑的基础上，对一幢二十六层综合楼，楼 高 81m 的建筑的给排水控制系统进行了研究。针对该高层商住楼用水，结合智 能建筑的特点，对该建筑的给水系统、排水系统，进行了初步探讨。给排水系 统主要由水泵、水池、电机及阀门等组成。采用变频器进行压力调节，采用可 编程逻辑控制器进行逻辑控制。变频器、可编程逻辑控制器作为系统控制的核 心部件，时刻跟随管网压力与给定压力的偏差变化，经变频器内部 pid 运算， 通过可编程控制器控制，变频和工频，自动控制水泵投入的台数和电机转速， 实现闭环自动调节恒压变量供水，在保持恒压下达到控制流量的目的。给排水 系统的监控是通过计算机对系统中的各种水位、水泵工作状态和管网压力进行 实时监测，按照一定要求控制水泵的运行方式、台数和相应阀门的动作，以达 到需水量和供水量之间的平衡、污水的及时排放，实现水泵高效、低耗的最优 化控制，达到经济运行的目的； 关键词关键词：智能建筑；给水系统；排水系统；变频调器；plc。 目录目录 1 绪论.- 1 - 1.1 智能建筑- 1 - 1.1.1 智能建筑的概念及特点.- 1 - 1.2 变频器- 2 - 1.2.1 变频器的原理.- 2 - 1.2.2 变频器的应用.- 2 - 1.3 plc.- 3 - 1.3.1 plc 的产生与发展.- 3 - 1.3.2 plc 的特点.- 3 - 2 给水系统.- 4 - 2.1 组成- 4 - 2.1.1 给水系统的组成.- 4 - 2.1.2 控制系统的组成.- 5 - 2.1.3 水泵的选用.- 6 - 2.2 给水系统监控原理- 9 - 2.2.1 给水系统中监控的物理量.- 9 - 2.2.2 恒压供水系统的结构及功能.- 9 - 2.2.3 自动监测及报警.- 12 - 3 排水系统.- 13 - 3.1 组成- 13 - 3.2 排水系统的控制- 13 - 4 硬件与软件.- 14 - 4.1 硬件- 14 - 4.1.1 p lc 控制系统硬件设计- 14 - 4.1.2 可编程控制器选择.- 15 - 4.1.3 变频器选择.- 16 - 4.1.4 控制电路设计.- 16 - 4.1.5 系统流程.- 16 - 4.1.6 系统操作- 17 - 4.2 软件.- 18 - 4.2.1 软件配置- 18 - 4.2.2 控制系统软件设计- 20 - 5 结束语.- 23 - 参考文献.- 24 - - 1 - 1 绪论绪论 1.1 智能建筑智能建筑 1.1.1 智能建筑的概念及特点智能建筑的概念及特点 1、智能建筑的概念 “智能建筑”一词，诞生于 20 世纪 80 年代初，它是信息时代 的必然产物。美国智能建筑学会定义“智能建筑”是将结构、系统、 服务及运营相互联系全面综合，并达到最佳组合，所获得的高效率、 高功能与高舒适性的大楼。从发展的角度来看，应强调智能大厦是 多学科、多技术系统集成的特点，即智能建筑是指利用系统集成的 方法，将智能计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结 合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理和对使用者的信息 服务及其与建筑物的优化组合，获得投资合理、适合信息社会需要 并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。 2、智能建筑的特点 (1)智能建筑创造了安全、健康、舒适宜人和能提高工作效率的 办公和居住环境； (2)节能：利用最新技术节约能源； (3)能满足多种用户对不同环境功能的要求； (4)现代技术化的通信手段与办公条件。 - 2 - 1.2 变频器变频器 1.2.1 变频器的原理变频器的原理 变频调速的基本原理 异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为： n0=60f1p 改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速， 实现调速运行。 式中 n0同步转速(r/min)； f1定子频率(hz)； p磁极对数。 而异步电动机的轴上输出的转速为 n=n0(1-s)= 60f1/p(1-s) 式中 s异步电动机的转差率，s= (n0-n)/n0 1.2.2 变频器的应用变频器的应用 这里主要介绍变频器在恒压供水系统中的应用。恒压供水是指 不管用户端用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样既可满 足用户对水的需求，又不使电动机空转而造成电能浪费。为实现上 述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号来调节水泵 转速，从而控制管网中水压恒定。 变频调速恒压供水系统均为闭环系统，用 plc 方式控制。有的 系统供水管网比较大，所控制的水泵台数也比较多，则可采取总线 - 3 - 控制方式，在系统内形成局域网，以提高自动化程度和生产效率。 1.3 plc 1.3.1 plc 的产生与发展的产生与发展 1969 年美国成功研制了第一台可编程序控制器 pdp14，20 世 纪 80 年代中期到 20 世纪 90 年代中期，超大规模集成电路使 plc 完全计算机化。cpu 开始采用 32 位微处理器，数学运算和数据处 理能力大大提高，增加了运算控制，pid 控制。联网能力加强 plc 向标准化，系列化发展。20 世纪 90 年代中期至今。主要特点： cpu 使用 16 位和 32 位微处理器，运算速度更快，具有大批量数据 处理能力，出现了智能化模块，可以对各种复杂系统进行控制。编 程语言除了梯形图和语句表语言之外，还增加了高级语言。同计算 机的发展类似，目前 plc 正朝着小型、简易、价格低廉的方向发展。 1.3.2 plc 的特点的特点 1 、可靠性高 plc 平均无故障时间可以达到 30 万小时（约 34 年） 。可以毫不 夸张地说，到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到 plc 这 样高的可靠性。 随着器件水平的提高，plc 的可靠性还在继续提 高尤其是近来开发出的多机冗余系统和表决系统则更进一步增加 了 plc 的可靠性。 - 4 - 2、环境适应性强 plc 具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。 电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作，具有很强的抗空间电磁干 扰的能力，可以抗峰值高达 1000v、脉宽 10 微秒的矩形波空间电磁 干扰，具有良好的抗振能力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不 高，在环境温度-2065、相对湿度为 3585情况下都可正 常工作。 3、 plc 具有监控功能。 利用编程器或监视器可以对 plc 的运行状态、内部数据进行监 视或修改。plc 控制系统的维护非常简单。利用 plc 的诊断功能和 监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以 排除。 2 给水系统给水系统 2.1 组成组成 2.1.1 给水系统的组成给水系统的组成 给水模拟系统组成示意如下图 2.1 所示： - 5 - 市网自来水 水流开关 液位计 电磁阀 生活用水 压力变送器 三通阀水 泵 止回阀 蓄水池 变频调速器 压差开关 2.1 给水系统示意图 由蓄水池、液位计、电磁阀、水泵、电机、止回阀、三通阀、 压力变送器、变频调速器、压差开关等组成。 2.1.2 控制系统的组成控制系统的组成 变频恒压供水系统原理如图 2.2 所示，它主要是由 plc、变频 器、pid 调节器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及水 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。 - 6 - 蓄水池 用户 液位计 压力传送 器 变频控制单元 城市管网水源 调节阀给水泵止回阀 图 2.2 变频恒压供水系统原理图 给水泵设置 3 台，采用变频控制，可实现不间断恒压供水。采 用手动自动混合控制及监控方式，满足智能建筑对建筑给排水的 基本控制要求的实现。 2.1.3 水泵的选用水泵的选用 通过对该楼用水量的计算来选择合适的水泵。查阅新编建筑 给水排水工程师手册住宅中二类建筑的用水定额在 130l/pd300l/pd 之间，在本设计中取用最高标准 300l/pd， 时变化系数 kh=2.5，用水时间 t=24h。每户为 3 人，用水人数为： 3*11*23=759 人。 本建筑 12 层不供水，住房区每层有 11 套住房，3 层：其 - 7 - 中 5 户配有一个卫生间（有浴盆一只 n=1.0，洗脸盆一只 n=0.75 和 坐便器一具 n=0.5）和一个厨房（洗涤盆一只 n=1.0,单阀水嘴） ；其 中 6 户有 2 个卫生间和一个厨房。426 层：其中 4 户为一个卫生间 和一个厨房；其中 7 户为 2 个卫生间和一个厨房。 最高日用水量 qd=m* qd=759*3001000=222.70m3/d 最高日最高时用水量 qh=kh* qdt=2.5*222.7024=23.20m3/h 考虑管网漏失水量和未预见水量之和按最高日用水量的 10%计； kh=1.0。 所以：最高日用水量 qd=222.70*(1+10%)=245.0 m3/d 最高日最高时用水量 qh=23.20*(1+10%)=25.52 m3/h 1、水泵的选择 水池和泵房设于地下室内，水泵直接将水抽到给水系统中。水 泵出水量按最大时用水量的 1.1 倍来确定。即 qb=1.1*25.52=27.8m3/h 查给水钢管水利计算表得： 当水泵出水量为 27.8 m3/h（8.6l/s）时，水泵的几个水力参数 如下表： 表 2. 1 水泵参数表 管径(mm)流速(m/s)i (kpa/m)管长(m)水头损失(kpa) 吸水管dn=50mm0.630.223.000.66 压水管dn=40mm1.070.8182.566.83 计算水泵扬程： - 8 - hb = h1+h2+hh h1贮水池最高水位至水箱进水口所需的静压力 kpa。 h1=65.20(2.05)=67.25m=672.5kpa h2水泵吸水管和出水管至水箱进水口的总水头损失，其中给 水管网局部水头损失为沿程水头损失的 30%，故 h2=1.3*(0.66+66.83)=1.3*67.49=87.74kpa h h水箱进水口的流出水头，取为 20kpa 水泵的扬程为：hb=h1+h2+hh=672.5+87.74+20=780.24 kpa=78m h2o 水泵的出水量为 27.8 m3/h 。 据此选得： 型号为 40ms8-4.0 的多级离心泵 3 台，2 用 1 备。ms 泵型是 引进日本先进技术制造的双蜗壳单吸多级分段式离心泵，供输送清 水及物理、化学性质类似于水的液体，液体最高温度不得超过 80； ms 型泵适用于农田灌溉、工厂及城镇给水；特别适用于高层建筑 及高级宾馆给水。该泵的性能和安装尺寸见下表所示： 表 2.2 ms 型多级离心泵性能 型号流量 q（m3/h） 扬程 h(m)转速 n（r/min） 电机功率 （kw） 必须气蚀余量 40ms8-4.015.078.414504.03.0 ms 型多级离心泵外形及安装尺寸 该泵底座直径为 320mm，进水口成水平方向，出水口垂直向上。 吸水管距底座高 h1=225 mm, 压水管出口距底座高 h2=400mm。 水泵基础定为边长 350mm 的正方形，基础深度 - 9 - h=30d=540mm。 2、引入管及水表选择 水表的选择 高区管网管段设计流量为 8.4l/s=27.2m3/h 中区管网管段设计流量为 10.1l/s=36.4m3/h 据建筑给水排水工程附录 1-1，选用水表为 lxl-80n 水平 螺翼式水表，其技术参数如下表： 表2.3 lxl-80n水平螺翼式水表技术参数 型号公称口 径（） 计量等 级 最大流量 （m3/h） 公称流量 （m3/h） 分界流量 （m3/h） 最小流量 （m3/h） 最小读数 （m3/h） 最大读数 （m3/h） lxl-80n80a8040123.20.01999999 2.2 给水系统监控原理给水系统监控原理 2.2.1 给水系统中监控的物理量给水系统中监控的物理量 （1）液位信号 1）控制液位 2）报警液位 3）指示液位 4）信号 液位； （2）流量信号：流量信号一般是用来对系统给、用水量的大小 进行观察和计量； （3）运行状态信号：在给排水系统中都设有水泵等运转设备， 了解这些设备的运行状态是十分必要的。 2.2.2 恒压供水系统的结构及功能恒压供水系统的结构及功能 - 10 - 本系统采用两套电机 水泵对水网进行恒压供水 ,每台电机 均可工作在变频方式或工频方式 ,但变频调速器每次仅驱动一台电 机。变频调速器根据实际水压的变化 ,不断地调整水泵转速 ,通过调 节流量达到恒定水压的目的。另外 ,可编程序控制器根据当前水泵 的供水情况对其进行合理切换 ,实现最佳匹配。本 plc 变频调速恒 压供水系统主要可以完成的功能有:手动和自动切换功能 ,水泵投入 运行方式任选功能。 给水系统监原理图如下图 2.3 所示 压力 设定 压力传感 器 变频器调 速器 pid供水泵 供水管 网 偏差 2.3 给水系统监控原理 图 利用 p lc 控制技术和变频调速技术开发的全自动恒压供水系 统 ,管道内水压恒定 ,既可以满足供水要求 ,避免出现供水事故 ,还 可节约电能。系统采用压力闭环控制 ,自动修正被控变量出现偏离 的能力，可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，控制精 度高。 闭环恒压供水的 pid 调节：在供水过程中 ,水泵转速的变化可 以调节水量 ,但是转速降低 ,流量减小 ,压力也相应降低 ,为了保证 流量并维持一定的供水压力 ,最大限度地节约电能 ,我们必须建立闭 - 11 - 环自动调节系统。在水泵的出口侧 ,检测压力变化 ,一旦偏离设定压 力 ,系统就自动响应 ,调节转速 ,维持相应压力下的供水量。该闭环 恒压供水系统 ,主要由变频器、 可编程序控制器及传感器组成。调 节原理图如下图 2.4 所示: 设定值 水压变频器 压力传感器 电机水泵 图 2.4 pid 调节原理 为了保持供水管道的压力恒定， 就必须实时检测管道压力并回 馈给供水控制器，使其构成压力闭环控制系统。用的控制器是 p i d 调节为主要手段。 一般情况下，pid 方式的调节器就能够满足供 水管压力的稳定调节。然而，这种类型的闭环系统 也存在着一些难 以解决的问题，比如在系统的动态运行过程中， 水泵 电机的速 度会经常出现过调量，甚至不稳定，这些都对整个的供水设备具有 很大的破坏性 ， 还会减小整个系统的效率。目前，针对于供水系 统的调节器设计都对 p i d 调节算法进行了一定程度的改进，并且 在 pid 算法的参数设定时做了大量工作。 在供水系统中使用水泵的目的,是向各末端水龙头连续稳定地供 给适当水压的水。因此 ,不论供水量多少 ,必须控制水泵的压力恒定。 使用变频调速的水泵 ,其压力控制常采用出口水压一定控制。压力 - 12 - 传感器装在水泵附近的主出水管内 ,将感受到的压力转化为电信号 作为反馈信号。变频器内置 pid 调节器作为压力调节器。pid 调节 器将来自压力传感器的压力反馈信号与出口压力给定值比较运算 , 其结果作为频率指令输送给变频器 ,调节水泵的转速使出口压力保 持一定。根据供水管网压力的变化 ,通过变频器实现自动跟踪来控 制水泵电机的转速 ,使供水管网中保持恒定的压力 ,以达到高效供水 及高效节能目的。 2.2.3 自动监测及报警自动监测及报警 在低位蓄水池处可设一液位传感器或压力传感器来检测水池液 面位置。当水池水位上升至上限（停泵水位）时，传感器向现场控 制器送出信号，现场控制器给水泵机组输送信号，使水泵自动停机。 当水位低于所设的低位报警水位时，系统报警。这种压力传感器可 以通过压力连续检测水池液位，并把信号送入现场控制器中，而停 泵和报警液位的设定是可改变的。示意图如下图 2.5 所示 - 13 - 至用户 供水 网 低位报警 下限 超高限报警 p 1 1 水池 水泵 图 2.5 自动检测及报警示意 3 排水系统排水系统 3.1 组成组成 排水系统由液位计，现场控制器及水泵电机设备。示意图如下 图 3.1 所示 - 14 - 生活污水 图 3.1 排水系统示意图 下限液位 上限液位 高限液位 液位计 管网废水回收池 水泵电机 止回阀 3.2 排水系统的控制排水系统的控制 原理：根据污废水集井的水位控制排水泵的启停。当集水井的 水位达到上限时，启动相应的水泵；当水位达到高限时，连锁启动 相应的备用泵。 工作原理 集水井设三个液位计检测液面位置，分别是下限液位 la、上限 液位 lb、和高限液位 lc，监控系统根据集水井水位变化控制工作 泵的启停，液位信号送入现场控制，当集水井中水位达到上限时， 控制器启动排水泵运行，直到水位下降至下限时停止排水泵运行。 当污水流量较大，水位达到高限时，监控系统发出报警信号，提醒 值班人员注意，同时备用水泵投入运行。 - 15 - 5m m 3 排水泵 l 1 l 2 l3 图 3.2 排水控制图 电 机 10m 其中液位计采用浮球液位计，当水位上升到上限液位高度如图 3.2 所示 10m 时,开关闭合接通电机，排水泵运行开始排水;当水排到一 定水位比如 5m 水位下降到下限液位时开关自动断开，电机停转停 止排水。 4 硬件与软件硬件与软件 4.1 硬件硬件 4.1.1 p lc 控制系统硬件设计控制系统硬件设计 恒压供水控制系统由可编程序控制器、 变频器、 执行机构和 传感器等构成。p lc 作为控制单元 ,根据现场信号和系统工作状态 控制两台水泵的起动和停止,控制变频器的起动和停止 ,变频器根据 压力给定和实测压力调节输出频率 ,改变水泵转速 ,控制管网压力 , - 16 - 并将变频器工作状态输出到 p lc。 4.1.2 可编程控制器选择可编程控制器选择 s7-200 的模拟量 i/o 模块 1 、模拟量输入模块 em231 em231 具有路模拟量输入，输入信号可以是电压也可以是电 流，其输入与 plc 具有隔离。输入信号的范围可以由 sw1、sw2 和 sw3 设定。 2 、模拟量输出模块 em232 em232 具有 2 路模拟量输出，输出信号可以是电压也可以是电 流，其输入与 plc 具有隔离。 3、 模拟量混合模块 em235 em235 具有路模拟量输入和路模拟量输出。它的输入信号 可以是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程是由开关 sw1、sw2 到 sw6 设定。em235 有路模拟量输出，其输出可以 是电压也可以是电流。 s7-200 的通讯模块 s7-200 系列 plc 除了 cpu226 本机集成了二个通信口以外， 其它均在其内部集成了一个通信口，通信口采用了 rs-485 总线。除 此以外各 plc 还可以接入通信模块，以扩大其接口的数量和联网能 力。 s7-200 的扩展配置 - 17 - s7-200 的扩展配置是由 s7-200 的基本单元 （cpu222、cpu224 和 cpu226）和 7-200 的扩展模块组成，最多 可以扩展 7 个模块。其扩展模块的数量受两个条件约束。一个条件 是基本单元能带扩展模块的数量，另一个条件是基本单元的电源承 受扩展模块消耗 5v dc 总线电流的能力。 4.1.3 变频器选择变频器选择 变频器选用 siemens 的 mm 系列或 abb 的 acs-400 系列风 机/泵类专用变频器，它们具有 rs-485 通讯接口，性价比较高。 plc 通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取 变频器自身的电压、电流、功率、频率、累计运行时间和过压、过 流、过负荷等全部报警信息等参数，并通过触摸屏显示出来，这比 通过外部端口控制变频器的运行具有较高的可靠性，节省了 plc 宝 贵的 i/o 端口，又获的了大量变频器的信息。 4.1.4 控制电路设计控制电路设计 在控制电路设计中，系统自动/手动转换。控制系统中每台水泵 的变频接触器和工频接触器、各水泵的变频接触器在电气上的连锁， 防止系统中出现一台水泵工频和变频电源同时接通或多台水泵同时 接通变频电源的现象。 4.1.5 系统流程系统流程 为方便调试和编程，系统控制器采用模块化编程，主要由手动 - 18 - 运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块组成。当系统处于 手动运行时，按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制水泵 的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。自动运行模块包括 系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子 程序、置初值子程序、电机控制子程序等。模块流程图如下图 4.1 所示 信号 数据采集子程序 pid 运算子程序 置初值 置初值子程序 控制子程序 n 4.1 模块流程图 4.1.6 系统操作系统操作 合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频图 5.1 模块流 程图频率从 0hz 上升，同时 pid 调节器接收到自压力传感器的标准 - 19 - 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。同时在自动供水的过程中，plc 实时 检测水池水位，若水位低于设定的报警水位时，蜂鸣器发出缺水报 警信号；若水位低于设定的停机水位时，停止全部水泵工作，防止 水泵干抽，并发出停机报警信号；若水池水位高于设定的水池上限 水位时，自动关断水池给水管电动阀门。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。 4.2 软件软件 4.2.1 软件配置软件配置 s7-200 的数据区 数字量输入映像区(i 区) 位：i0.0、i15.7 字节：ib0、ib1、ib15 字：iw0、iw2、iw14 双字：id0、id4、id12 - 20 - 数字量输出映像区(q 区) 位： q0.0、q15.7 字节： qb0、 qb1、 qb15 字： qw0、 qw2、 qw14 双字： qd0、 qd4、 qd12 模拟量输入映像区(ai 区) 字： aiw0、aiw2、aiw30 模拟量输出映像区(aq 区) 字： aqw0、aqw2、aqw30 变量存储器区(v 区) 位： v0.0、v0.1、v5119 字节： vb0、vb1、vb5119 字： vw0、vw2、vw5118 双字： vd0、vd4、vd5116 位存储器区(m 区) 位： m0.0、m0.1、m31.7 字节： mb0、mb1、mb31 字：mw0、mw2、mw30 双字： md0、md4、md28 顺序控制继电器区(s 区) 位： s0.0、s0.1、s31.7 字节： sb0、sb1、sb31 - 21 - 字： sw0、sw2、sw30 双字： sd0、sd4、sd28 局部存储器区(l 区) 位： l0.0、l0.1、l63.7 字节： lb0、lb1、lb63 字： lw0、lw2、lw62 双字： ld0、ld4、ld60 定时器存储器区(t 区) t0、t1、t255 计数器存储器区(c 区) c0、c1、c255 高速计数器区(hsc 区) hsc0、hsc1、hsc2、hsc3、hsc4、hsc5 累加器区(ac 区) ac0，ac1，ac2， ac3 特殊存储器区(sm 区) sm0.0、sm0.1、sm19,也可以用字节、字、双字表示。 4.2.2 控制系统软件设计控制系统软件设计 供水系统工作过程：该控制系统根据要求可以选择手动状态和 自动状态两种工作方式。选择手动工作状态时 ,可以分别通过按钮 控制水泵单独在工频下运行与停止 ,主要用于水泵定期检修临时供 - 22 - 水。选择自动工作状态时 ,完全由 p lc 软件控制运行。根据供水管 网中用水量和压力变化适时调整工频运行的水泵和变频运行的水泵 频率。自动工作时 ,1) p lc 首先利用变频器软启动一台加压泵 ,实 现单泵变频供水 ,此时 ,安装在管网上的传感器将实测的管网压力反 馈进变频器 ,与预先通过变频器面板设定的给定压力进行比较 ,通过 变频器内部 pid 运算 ,调节变频器输出频率。2)在用水高峰期 ,水 流量较大 ,变频器输出频率接近工频 ,而管网压力仍达不到压力设定 ,则 p lc 将当前工作的变频泵由变频切换到工频 ,并关断变频器;经过 短时间的延时(程序设计为 5 s) ,变频器重新启动 ,p lc 将变频器切换 到另一台泵 ,由变频器软启动该泵 ,实现一台工频、 一台变频双泵 供水。当用水量再增多变频器输出频率又接近工频时 ,则会切断变 频器 ,并把变频的那台泵转为工频运转 ,实现双泵都以工频运转供水。 3)为防止用水量较小时 ,一台水泵长期不工作而可能导致其生锈 ,设 计了单泵变频定时切换(即定时倒泵) ,在一台水泵连续工作长时间(程 序设计为 10 h)时 ,而另一台水泵不工作时 ,p lc 将变频器切换到另 一台水泵 ,使两台水泵能够交替工作按要求进行供水。无论控制单 泵变频工作还是双泵一台工频一台变频工作或双泵都工频工作 ,始 终控制管网压力与给定压力值保持一致 ,实现恒压变量供水。 pid 指令 s7-200 cpu 提供 pid 回路指令(成比例、积分、微分循环)，进 行 pid 计算。pid 回路的操作取决于存储在回路表内的 9 个参数。 当 pid 指令被允许时，pid 指令根据回路表中的数据进行 pid（比 - 23 - 例、积分和微分）运算，并得到输出控制量。水箱需要维持一定的 水位，该水箱里的水以变化的速度从水箱的出水管中流出。因而需 要有一个水泵以不同的速度通过水箱的进水管向水箱供水，以维持 水位不变。本供水系统的设定值是水箱满水位的 75 % 时的水位， 过程变量是由漂浮在水面的水位测量仪给出。输出值是进水泵的速 度，可以从允许最大值的 0 % 变到 l00 % 。设定值可以预先设定后 直接输入回路表中，过程变量是来自水位表的单极性模拟量，回路 输出值也是一个单极性模拟量，用来控制水泵速度。这个模拟量的 范围是 0.0l.0 ，分辨率为 1/32000（标准化） 。本工程的特点是在 系统中，水泵的机械惯性比较大，故系统仅采用比例和积分控制。 其增益和时间常数可以通过工程计算初步确定。实际上还需要进一 步调整以达到最优控制效果