居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现

1、工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现摘要本文是以城市快速发展，现代化居民小区建设为前提，针对其中高层楼宇供水问题展开讨论研究的。文中讨论的变频恒压供水自动控制系统，具有控制稳定可靠，自动化程度高，管理系统科学等特点；能达到降低成本、节约能源、减小设备损耗、提高城市供水质量的目的。该论文所讨论的系统方案采用了控制及远程监控的设计思路，论文讨论了变频恒压供水系统的总体设计，分析了系统的硬件设计与实现、系统控制软件及系统监控软件设计与实现，并对控制及其远程监控系统的组成、功能、工艺进行了讨论。论文还对互联网的泵房远程访问和诊断及系统设计调试中的工程问题进行了讨论研究，工作成果对同类

2、系统设计与研发具有直接的参考和借鉴作用。该论文讨论研究的居民小区变频恒压供水自动控制系统在实际应用中运行良好，得到了用户好评，取得了较好的社会经济效益。关键词：，变频器，组态王，恒压供水，远程诊断嘣工学硕士论文印培）吕弱印），锄锄邵既骼仃嬲右嘲锄仃舀，伊锄，锄硫锄即临印唱），铋锄），砌鲥觚口，锄向盟，锄销印锄和，硒硒缸胁硒印岛“，锄行锄仃嬲撕丘蜘锄撕：，鼬，锄印声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡

3、献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名：学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。啾躲奄一嗍如工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现绪论课题研究的意义随着我国城市建设的发展，高层建筑不断增多，许多用户由于供水压力不能保证而影响正常的生产和生活，传统的供水方式已远远不能满足人民现代化生活的需要。传统供水方式主要有：恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水等。恒速泵加压供水方式无法对供

4、水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆损现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用；水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑；气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵

5、起动次数，停泵压力往往比较高，致使水泵工作在低效段，同时出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。综上所述，传统的供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，难以适应当前经济生活的需要。目前的供水方式朝高效节能、自动可靠的方向发展。因此开发全自动的变频调速恒压供水系统，越来越受到人们的重视和青睐。随着人们生活质量的提高，同时为了满足节约能源、提高设备寿命的需要，采用变频方式维持管网压力恒定的成套供水控制装置已逐步取代传统的供水方式，在生产、生活、消防等各个领域得到了广泛应用。变频调速恒压供水系统以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平

6、从世纪年代经历了一次质的飞跃，变频恒压供水系统实现水泵电机无级变速，根据用水量的变化自动调节系统的运行参数，达到维持恒定供水压力的目的，使其成为先进合理的节能型供水装置，并在实际应用中得到了很大的发展和推广。它具有投资少自动化程度高，保护功能齐全，运行可靠，操作简便，节水节电效果显著，尤其对水质不构成二次污染，其优异的性能价格比，是其他任何供水设备无法比拟的。随着自动控制和电力电子技术的飞速发展，智能型控制器件和变频装置的功能也越来越强，充分利用各种先进技术，合理设计变频恒压供水设备，对降低成本、节约能源、提高供用水质量有着非常重要的意义。绪论工程硕士学位论文恒压供水是指用户端在任何时候，不管

7、用水量的大小，总能保持管网中水压的基本恒定。在恒压供水系统中，为保持管网水压的基本恒定，需要根据给定的管网压力与管网水压的反馈信号进行比较以调节水泵的转速，达到调节管网中水压的目的。根据公式：，在极对数不变的情况下，同步转速和电源频率成正比。连续地改变供电电源频率，就可以平滑地调节电机的转速，被称之为变频调速乜。在分析水泵的负载特性时，常采用下列的一组公式：疗（）（）叱，式中：嚣电机转速输出转矩输出功率水泵为平方转矩负载，即水泵的负载转矩与转速的平方成正比，而水泵的轴功率与转速的立方成正比。由此可知，当要求出水量减少时，可使电机转速降低，而电机转速的微量减小，将使输出功率大幅下降。”。变频变压

8、供水在闭式系统中的应用性能曲线如图所示。当系统流量从降为时，水泵转数从变为，工况点为点，节约了这段扬程所耗功率。并且水泵的运行工况点落在抛物线上，抛物线的顶点为原点，其运行工况为相似工况。，锄（，“）图变频恒压供水系统流量和扬程关系曲线在现代工业和经济生活中，随着电力电子、微电子以及现代控制理论的发展，交流变频调速技术作为高新技术、节能技术已经应用于各个领域，具有高效、节能和智能化的特工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现点。把交流变频应用于鼠笼式电机的调速，易于构成功率因数高、输出谐波小、启动平稳、调速范围宽等一系列优点的智能化调速系统嵋。而对风机和水泵类负载而言，采用变频技

9、术，无论在电能消耗还是在设备使用寿命方面都有其它调速方法无可比拟的优越性。图是通用型交流变频器的结构简图，主要包括：整流电路、滤波及限流电路、直流中间电路、逆变电路及控制回路。图变频器基本结构变频器将恒定电压、恒定频率的三相交流电经过整流转换为直流，再将直流逆变为电压和频率可调的交流电，从而实现变频的功能。各种型号的变频器内部电路存在较大差异，但工作原理和控制方法相似。在外部给定信号的选择上，常采用电压信号（一、）或电流信号（一，），将其应用于变频恒压供水自动控制系统，变频器输出电压的频率和幅值随着给定值的变化而变化，从而改变水泵的旋转速度嗍。与传统供水方式相比，变频恒压供水系统的优点突出体现

10、在以下几个方面口：（）高效节能变频恒压供水系统的最显著优点就是节约电能，节能量通常在。从单台水泵的节能来看，流量越小，节能量越大。（）恒压供水变频恒压供水系统实现了系统供水压力稳定而流量可在大范围内连续变化，从而可以保证用户任何时候的用水压力，不会出现在用水高峰期热水器不能正常使用的情况胂。（）安全卫生系统实行闭环供水后，用户的水全部由管道直接供给，取消了水塔、天面水池、气压罐等设施，避免了用水的“二次污染”，取消了水池定期清理的工作。（）自动运行、管理简便绪论工程硕士学位论文小区变频恒压供水系统具备了过流、过压、欠压、欠相、短路保护、瞬时停电保护、过载、失速保护、低液位保护、主泵定时轮换控制

11、、密码设定等功能，功能完善，全自动控制，自动运行嘲。（）延长设备寿命、保护电网稳定使用变频器后，机泵的转速不再是长期维持额定转速运行，减少了机械磨损，降低了机泵故障率，而且主泵定时轮换控制功能自动定时轮换主泵运行，保证各泵磨损，延长了机泵的使用寿命。变频器的无级调速运行，实现了机泵软启动，避免了电机开停时的大电流对电机线圈和电网的冲击，消除了水泵的水锤效应。（）占地少、投资回收期短小区变频恒压供水系统采用水池上直接安装立式泵，控制间只要安放一到两个控制柜，体积小，整个系统占地就非常小，可以节省投资刳。另外不用水塔或天面水池、设备故障率极低等方面都实现了迸一步减少投资，运行管理费低的特点，再加上

12、变频供水的节能优点，都决定了小区变频恒压供水系统的投资回收期短“引。变频调速稳定供水压力的基本思路说明如下：假定水泵出水口的压力要求为，即为变频供水工作的目标值，实际压力用表示。在正常用水范围内，变频供水系统始终维持水泵出水口的实际压力。若用户的用水量不变，则变频泵恒速运行，系统便处于稳定的运行状念，若用水量发生变化：（）当用水量加大时，实际压力值下降，此时应控制变频器带动水泵加速运转，值上升达到新的平衡状态。（）当用水量减小时，有大于趋势，应控制变频器带动水泵减速运行直到。如图所示，当用户将系统压力恒定为时，水泵对应的运行工况点为，流量为，压力为，当系统流量由降为时，水泵扬程升为时，这时变频

13、控制器收到信号，将水泵转速由降为，使水泵扬程控制在，点为变转速后的运行工况点。同理，如流量从降为时，转速变为，点为变转速后的运行工况点，且点处水泵扬程维持为。这样水泵在运行过程中。节省了、这段不必要的扬程，这就是恒压供水的节能原理。从上述的节能原理分析可以看出，水泵的运行工况点始终维持在扬程为的水平线上。这样使整个系统在运行过程中。始终维持了最不利点所需压力，保证了系统的安全运行，节约了部分能耗，但根据水泵相似定律的特例比例律的相似条件，变频恒压供水系统中，水泵的运行工况点不是相似点，因为所有工况点为一条水平直线，而非一条以原点的相似工况抛物线¨引。工程硕士学位论文居民小区变频恒压供

14、水控制系统设计与实现芷茎。）圈变频恒压供水系统流量和转速关系曲线而以供水压力为主要控制对象的变频供水控制系统则具有以下特性：（）滞后性：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。，（）非线性：用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化不成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个非线性系统。（）多变性：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

15、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。（）时变性：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（包括定量泵的停止和运行）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变的。可编程序控制器（）是将自动化、计算机、仪表和通信技术融为一体的新型自动控制装置，面向工业控制是其最鲜明的特点，得以迅速推广并不断完善和发展，源子绪论工程硕士学位论文其下列的突出优点：（）可靠性高、抗干扰能力强；（）适应性好、具有柔性；（）功能完善、接口多样；（）操作简单、维护方便；（）体积小

16、、质量轻、功耗低：（）为远程监控提供方便。的应用范围很宽，被广泛应用于汽车、机床、电力、石化、冶金、交通运输、轻工纺织等行业，其功能可以概括为：（）开关量逻辑控制；（）模拟量过程控制：（）位置控制；（）现场数据采集和处理；（）通信联网、多级控制。技术人员对变频恒压供水自动控制系统进行了长期的研究，开发成功单片机恒压供水控制装置，但由于功能单一、抗干扰能力差等方面的固有缺陷，而限制了其推广和普及。目前，市场化的变频恒压供水自动控制装置，基本控制类型主要包括：智能仪表型、供水基板型和控制型。而由于在逻辑控制、模拟量处理以及网络通讯能力上具有其它系统无法比拟的优势，得到市场的广泛推崇，成为最具影响力

17、和发展前景的产品。系列由于功能丰富、运行稳定、性价比高、售后服务网络完善等优点，而成为最受技术人员欢迎的产品之一。项目背景本项目的研究结合一个实际系统来进行，研制成功的成套装置将作为产品提供给用户。某楼盘按户设计，保证最高层业主的正常用水。相关设计资料表明：该泵房共设台水泵，按“二用一备一辅”的方式运行，并设置水箱一只，以完成辅助射流供水的功能。泵房结构如图所示。水泵选择国际品牌：格兰富系列水泵“们，其主要技术参数如下：荐、荐、主泵：，程砸±学位论文居民小变额恒压供水控制系统设计实现睁，。辅助泵：一，。相关技术文件规定：该泵房的控制系统包括自动控制和视频监控系统两个部分，本文不对视频

18、监控部分进行描述。在泵房自动控制系统的建设要求上，除满足一般变频恒压供水的指标外，建设单位希望研制成功的成套装置具有远程监控功能，即小区监控中心能实现对泵房成套装置运行状况的监控，并具有生产数据的追忆功能，方便浏览供水泵站的相关技术资料。本项目的研制任务实质上是在建设泵房自动控制系统的同时，构造一个楼宇智能化系统的供水子系统，并作为现场控制层，与楼宇自动化系统（）相接驳。成套项目于年月启动，经过下列几个阶段：资料准备一工程设计一设备制作运行最终验收一程序编制安装调试一试于年月通过专家组鉴定，同年月正式交付业主使用。图和图分别是泵房和监控中心的图片。图泵房实景工程硕±学位论女图监控中心

19、论文研究的主要内容根据实际需求，课题研究的主要内容是构建一个基于、变频器、组念王软件的现代化变频恒压供水自动控制系统“”。完成成套系统硬件和软件的设计和制作，使系统控制实现微机自动化管理，设备运行达到最优工况和最佳节能效果。论文主要对以下内容进行描述：（）对水泵电机的调控技术进行分析和比较，并对变频恒压供水系统中的关键问题进行了论述，在此基础上提出了本文的主要研究内容和研究方法。（）介绍了基于的变频调速恒压自动控制供水系统：压力变送器采样管网压力信号并经处理传送给变频器，变频器根据输入模拟量的大小来调整水泵电机转速，保证管网压力恒定”。对变频调速恒压供水系统的构成和工作过程、控制系统的硬件设计

20、和程序设计进行研究。根据现场需要，对上位机监控软件进行总体方案设计和验证。（）用组态王完成系统上位机监控软件的开发，将上位机和下位机有效的联系在一起，构成完整的监控与实时操作系统。（）对基于互联网的泵房远程诊断技术进行了简单描述，说明了设计方法和工作过程。工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现变频恒压供水控制系统总体设计变频恒压供水系统功能设计要求对变频恒压供水自动控制系统的基本技术要求，项目建设部门和供用水管理机构都有严格的标准和考核指标，可以归纳为：（）保证供水压力恒定、并达到规定的稳压精度；（）具有工作泵和备用泵定时切换功能，防止水泵长期闲置造成的锈蚀；（）基本操作模式应

21、包括：式；（）在线修改工作参数，包括：压力和保护阀值设定、变频器工作频率限制、水泵投入运行的次序、定时切换的时间以及参数等；（）完善的保护措施，包括：超水压、电机过载、水箱缺水、欠电压、变频器故障等常见系统故障；（）故障自诊断及处理；（）良好的元器件品质，采用包括、等国际知名品牌的变频器、人机界面（）、低压电器等关键部件；（）在硬件和软件的设计上保证系统的可移植性和扩展，以降低产品二次开发和改进的成本。随着技术（计算机、通信、控制）的快速发展，楼宇智能化技术也在不断发展，人们对自动供水系统也提出了新的要求，为进一步提高恒压供水自动控制系统的性能，并以信息化和远程监控自动化为主要目标的计算机监控

22、系统成为智能化大楼（小区）的必然选择。借助于计算机和网络技术在智能楼宇的广泛应用，建立由工业控制计算机（）和可编程序控制器（）组成的可进行远程控制的变频恒压供水自动控制系统引，同时扩展其在下列几个方面的功能：（）通过控制中心，实时掌握泵房的运行状态；“手动工频”、“手动变频以及“全自动工作方（）在线干预系统的运行，包括设置参数，改变水泵的工作次序等；（）便于对用水状况进行分析，为进一步节约能源或提高设备运行寿命提供科学依据；（）便于设备的故障检修和日常维护；（）实现真正意义的无人值守。变频恒压供水控制系统总体设计程颂±位论文系统总体设计以项目建设目标为基本原则，图构建了一个基于和的变

23、频恒压供水自动控制系统：变频嚣幽系统结壮框幽成套系统主要包括硬件和软件两个部分。按上述结构的成套控制装置主要包括：（）可编程序控制器（）；（）变频器（）：（）工业控制训算机（）；（）人机界面（）；（）水压传感器及变送器；（）液位开关和压力继电器；（）远程诊断的工程师站（）；（）操作环节；（）报警系统：（）系统软件。系统以为核心，其输入信号主要包括：工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现（）模拟量输入：管网的当前压力（一）：（）数字量输入：进水压力继电器；水箱水位；出水压力继电器；电机的过载保护；变频器故障；工作方式选择；手动操作的按钮（旋钮信号）等。的输出主要控制下列对象：（）

24、用于各水泵电机工、变频工作的中间继电器、交流接触器；（）变频器启动、停车、故障复位的开关量信号；（）操作状态切换的中间继电器；（）声光报警系统；（）变频器频率给定的模拟量信号。（一）与的数据交换，最常用的包括文本显示和触摸屏的方式，通过全中文的人机界面，设定参数、显示工作状态和组态报警等。本系统选择的文本显示器完成此功能。系统软件主要包括：（）上位机管理程序；（）程序。基于的变频恒压供水自动控制系统原理简单描述为：实时跟踪管网当前压力的变化，并与压力设定值相比较，通过运算，输出一个变化的直流信号，作为变频器频率给定的输入，调整电机的旋转速度，而达到保持供水压力恒定的目的汹。例如：当用水量增加引

25、起管网压力下降时，输出的直流电流值升高，变频器的输出频率和电压增加，水泵旋转速度加快，达到一个新的平衡状态；反之，用水量减少时，压力有升高的趋势，此时减小的输出，变频器的频率和电压下降，水泵的旋转速度减慢，从而维持压力恒定雎¨。以水泵电机和变频器为主要控制对象，自动实现工作泵和备用泵的切换以及工作泵变频和工频工作状态的改变。在变频器的操作上，主要包括运行指令和调节信号两个部分，其中运行信号以二线制开关量的形式提供，而频率给定则需要的模拟量信号。控制柜设置嵌入式面板操作的人机界面，用以指示系统的工作状态和参数，同时可对运行工艺进行设定。变频恒压供水控制系统总体设计工程硕士学位论文用于远

26、程监控的工业控制计算机（）作为上位机，安装于小区物业中心的中央监控室内，根据实际距离要求，采用电缆连接的通讯口和通讯卡。通过，操作人员可对泵房的运行状况进行监控，并对泵房的正常生产进行管理，从而赋予成套设备远程监控的功能蚴。运行工业组态软件，与通过变量进行数据交换，借助于丰富的系统资源，使成套设备的控制和管理功能得到加强：变频供水系统的信息化和自动化水平得到大幅度提高。区别于小区中央控制的，工程师站（）则以远程诊断和维护为目标，由制造商负责管理和维护，可同时对多个泵房进行在线管理和故障监视，并提供快捷而完善的故障诊断和设备调试。工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现系统硬件系统

27、设计与实现硬件系统设计的主要任务包括：电气原理图设计、主要电气元器件选择、控制柜结构、元器件布置和外部电气连接。系统主回路设计遵循上述设计思路的主回路以图来说明。系统包括对三台主泵和一台辅助泵的控制，水泵电机的工频和变频切换通过交流接触器来完成，程序控制三台主泵的投入和切出。三台主泵的运行机会均等，本系统按定时切换和故障切换的原则进行设计。在夜间或其它小流量运行的场合，主泵自动退出运行，启动辅助泵。控制水泵电机运行的工频和变频接触器，除在程序中判断其工作状态，并实现软件“互锁”外，还在控制回路中通过串联对应的常闭触点以保证接触器不会同时吸合。图中的热继电器（卜）用以实现电机工频运行的过载保护，

28、在故障状态时，接受过载保护信号，发出报警信息，同时响应“过载故障”处理的相应对策。控制系统的硬件组态控制系统的设备组成系统构成成套设备的控制中枢。变频恒压供水的性能指标及自动化水平主要取决于控制系统的设计和设备选择。图说明了控制系统的设备组成及其硬件连接。图中，控制系统主要包括、数字量扩展模块（）以及模拟量扩展模块（）：本系统选择系列产品口引。系统硬件设计与实现工程硕士学位论文。一乙至、善萝茎苦董一一芷卜麦，厂呈、￥萋一一仨萋一几宝、笋毛一一芷墨一至、；一一鹳一一一。王妻捌趔图主回路电气原理图图控制回路系统硬件设计与实现程碗±学位论文及数字量扩展模块选择（）：采用，继电器输出型，该产

29、品集成个数字量输入和个数字量输出，可扩展个模块，最大扩展至路数字量幽或路模拟量字节程序和数据存储空间，具有个独立的高速计数器和个的高速脉冲输出：个通讯口，具有通讯协议、通讯协议和自由口通讯方式；该产品还内置自整定功能，线性斜坡脉冲指令，诊断，数据已录及配方功能，是家族小型领域的新产品；（）：，点继电器输出模块。矗埔蒜聃瓣翮用用用鬻刚倥模块工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现本系统的数字地址分配及其意义如下：表分配表永箱水位；正常；，水位低进水压力，正常；，水压低出水压力，正常；，超压泵过载，正常；，过载泵过载，正常；，过载泵过载，正常；，过载泵过载，正常；，过载。变频器故障，

30、故障：，正常手动，选择手动自动，选择自动表分配表泵变频（：并泵：频抖泵变频泵：频泵变频泵上频泵变频泵下频变频器运行报警故障复位时自动系统硬件设计与实现工程硕士学位论文施工单位在泵房（包括水泵、水箱、阀门以及管道、仪表等）安装时，分别在自来水进水和出水管道上安装有电接点压力表，电气施工时，取其作为进水压力和出水压力的保护信号。水箱水位检测采用液位开关，水箱低于最低水位时，其常开触点闭合，处理水箱水位低的报警信息。水泵过载信号来自与各电机对应的热继电器，热保护动作时，启动对应的报警处理程序。模拟量模块的选择：模拟量输入输出型模块，包括和。图结构示意图实际使用时，将的开关设置为：程碗学位论文居小变频

31、恒供水控制系统设计与实现阡即输入信号定义为：（）单极性（）满量程输入：到：（）分辩率：此时，对应的输入格式为：至匦至二二皿至西至二二砌输出格式为：根据的地址定义方法，本系统的模拟量分配为：当前管网压力：变频器频率给定管网压力当前值（常用或）取自安装于出水总管上的远传压力表。”，并将其转换为。一的直流电压信号，提供给的模拟量输入口；则输出的直流电流信号，与变频器的相连用作变频器的频率调节信号输入。型文本显示器的选择经过综合性能比较，本系统采用新型文本显示器作为泵房“就地控制”的人机界面。圈文本显示器系统硬件设计实现程硕±学位论酬具有以下功能：（）显示报警允许调整指定的程序变量允许强制取

32、消输入输出允许为设置时钟菜单式多层查询，与程序变换提供方便查看状态（）查看、监视和更该应用程序的过程变量。其结构具有以下特点可以显示行或行信息，字体可选择；背光液品显示（），分辨率为：通过专用电缆，可咀从获得电源：使用组态。图显示了实际使用时的、和文本显示器的电气连接。幽、电气连接本系统采用完成下列任务：（）参数设定，包括：给定压力传感器量程水泵投入运行的次序循环切换时间参数变频器上、下限频率，保压频率时钟操作员密码等程硕±学位论文居十变额恒压供水控制系统设计与实现（）运行参数指示，包括：当前管网压力变频频率各台水泵累计运行时间（）操作：紧急停止系统运行手动变频操作报警消音累计运行时

33、间清零（）报警报警发生时，显示报警信号，提示操作人员查询报警信息，已组态的报警信息主要有：变频器故障故障电机过载出水压力高进水压力低水箱水位低等监控计算机组态供水泵房小时连续运行，现场干扰源多，环境恶劣。上位机选用了可靠性高、抗干扰能力强的研华型工业控制计算机。内置型通讯卡，通过电缆与相连接，以（多点接口协议）方式实现和之自的通讯。设备）仁弹嫠翮板卡辔服务器毡网铬站点女§：目幽监控计算机组态系统硬件设计与实现工程硕上学位论文变频器的电气连接和参数设定变频器的选择和特性本系统选用删风机水泵型变频器。该系列变频器具有如下特点啪：（）由微处理器控制，并采用作为功率组件：运行可靠、功能多样；

34、（）脉冲调制频率可调，电动机运行噪声低；（）牢固的设计；（）具有多个继电器输出；（）具有多个模拟量输出；（）个带隔离的数字输入，可切换为；（）个模拟量输入：、一：、认（）（二进制互联）技术；图变频器方框图变频器的电气连接本系统采用模拟输入（）作为频率给定的输入信号，通过的模拟量输出口提供的直流电流信号，变频频率对应为：控制方式选择为端子控制，即变频器的启动、停止、复位、反转等操作均由的数字量输出来控制；例如：当端子与脚接通（）时，启动变频器运行，而当端子与脚断开（）时，变频器自由停车（脉冲封锁）：变频器的故障反馈信号经继电器提供给的数字量输入口。，作为其故障检测的信号来源。当时，变频器下常，反

35、之则表明故障状态，启动处理对应的变频器故障报警程序。系统硬件设计与实现工程硕士学位论文变频器的参数设定经验表明：正确的变频器设置对系统性能的影响至关重要，下表列出了关键参数的典型设置值：表变频器参数设置序号参数号参数值说明命令源选择端子排输入接通正转。停车故障复位继电器输出变频器故障频率设定选择模拟量设定最低频率最高频率斜坡上升时间斜坡下降时问上电自动复位调试过程中，使用了变频器面板进行参数设置和运行状态、故障报警的查询。程硕士位论文居民小变额恒供水控制系统啦计与实现圈控制柜内部结构图图为按上述硬件配置制作的变频控制柜内部结构图系统控制软件设计与实现工程硕士学位论文系统控制软件设计与实现控制程

36、序结构系统以为核心，运行程序完成成套装置的全部控制任务。本系统的程序结构如下：图程序结构在环境下具有程序编制，通讯口配置，运行监控，强制输入输出以及模拟量的输入滤波设置等功能。功能完善、操作方便。控制程序设计（）初始化子程序程序启动之初，调用一次初始化子程序（）：工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现初始化刚图初始化子程序调用的程序功能如下：循环切换时间、启动次序、压力传感器量程、频率高低限、设定压力、高低限压力等系统参数的初始设置；本次工作的计时器、计数器清零；置定时中断的时间常数，开中断：初始化通讯参数；予置参数。图是其程序清单。初始化同络工工三，：，王同络图程序清单（）手

37、动子程序为便于设备调试和紧急事故处理，在工作方式选择为“手动”时，调用“手动系统控制软件设计与实现工程硕士学位论文子程序”。“手动操作又可选择为：手动工频一一按钮操作，水泵工频运行，变频器不参与工作手动变频一文本显示器操作，按下对应的按钮时，启动单台水泵的变频运行：“软手动一完成的“手动操作，通过画面上的“按钮、“开关”控制系统的“手动运行。手动变频运行时，又可通过程序选择为“固定压力和“固定频率的操作方式，常用于设备保养和故障处置。（）自动子程序系统的正常工作方式，设备正常运行时，执行“自动子程序，在自动子程序中，调用：“定时操作、“顺序控制”、“远程操作”和“全自动逻辑控制”；定时操作一一

38、自动工作的系统按设定的定时时间在各泵间切换，循环工作的水泵能防止长期闲置造成的锈蚀和损坏；定时的时间间隔可通过人机界面进行在线修改：顺序控制一系统自动工作时，不仅能定时切换，还能人为改变水泵参与工作的次序。该功能在水泵（电机）检修时，能提供很大方便。图对“定时和顺序控制逻辑进行了描述。远程操作一系统的全自动运行由中控室来操纵，包括启动、停止、紧急事故处理、在线参数修改；全自动逻辑控制一一一完成系统赋予的全自动控制任务，设备正常运转的过程就是循环调用“全自动逻辑控制子程序的过程，图以、号泵参与运行的程序为例，说明其编程思路。工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现图中：燎启动群泵启

39、动硝泵启动开始开始开始上上山上上山延时延时延时上上山山山山延时延时延时山山山山上、延时延时延时、上、返回返回返回图定时和顺序控制逻辑一、主泵辅泵运行一、主泵辅泵运行一、主泵辅泵运行系统控制软件设计与实现工程硕士学位论文图“全自动逻辑控制”原理框图工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现（）故障与报警系统发生故障或报警，启动声光报警系统，同时在控制柜人机界面上显示报警信息，以提示操作人员进行相应处理；启动报警系统的同时，将相关信息输送至中央控制中心，自动切换至报警画面，并将故障的种类、发生时间、恢复时间等故障信息储存，供查询和故障分析。“故障与报警子程序的另外一个重要功能就是事故处

40、理。在充分调研常见故障发生概率的基础上，将故障类型分类处理，典型处理方法如下：表常见故障及处理序号故障现象或特征进水压力低水箱水位低出水压力高电机过载变频器故障软件处理方法停止运行，恢复正常后自动启动停止运行，达剑正常水位自动启动停止运行，低于正常压力后重新启动自动切换至止常水泵运行自动复伸，如复位次数达到变频器规定的范围，则停止运行，请求维修人员处理（）中断服务程序将中断事件（定时中断）与中断服务程序相连接，程序启动时运行下列程序：写入毫秒连接中断事件和程序全局允许中断图初始设置系统定时启动中断服务程序，在中断服务程序中，完成数据采集、滤波和系统控制软件设计与实现运算功能。中断服务程序图中断

41、服务程序工程硕士学位论文工程硕上学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现算法技术不断增强，运行速度不断提高：不但可以完成顺序控制的功能，还可以完成复杂的闭环控制。图是常见闭环控制系统的构成。图闭环控制系统作为闭环控制的重要特征，采用了“误差的概念，即：在闭环控制系统中，利用给定输入（）与实际输出（）经过测量装置装置转换后的反馈量（）之间的差值（）作为控制量，来实现对系统的控制。在实际闭环控制系统中，误差（）是一个很小的变化量。因此，为了对系统进行更精确的控制，消除系统在稳态的输出误差，改善系统的动态响应性能，需要对误差进行放大（比例调节）、积分（积分调节）、微分（微分调节），才能有效地控

42、制系统中的执行机构，保证系统具有良好的动、静态性能。在自动控制系统中，用来对误差进行放大、积分、微分等处理的装置称为“调节器”，当调节器具有“放大、“积分、“微分”功能时，即成为调节器。在变频恒压供水自动控制系统的产品开发和应用实践中，经常采用控制器、软件以及变频器内置来实现系统的调节功能，三种方法各具优缺点，本设计选用算法的实现方法。（）是工业控制常用的控制算法，无论在温度、流量等慢变化过程，还是速度、位置等快速变化的过程，都可以得到很好的控制效果。控制算法一般由比例项积分项微分项组成。积分项的作用是消除系统静差，而微分项则改善系统的动态响应速度。调节器的输入输出函数关系为：枷）矗脚矾乃针眠

43、式中，（）调节器输出）系统控制软件设计与实现工程硕士学位论文（）误差输入比例增益积分时间常数微分时间常数初始值闭环系统采用调节器后，具有如下优点：（）通过的比例控制，可以将误差立即放大，对系统实施无延时控制，加快系统的响应速度；（）通过的积分控制，可以保证系统的稳态输出与给定之间的“无静差；（）通过的微分控制，可以使输出立即响应误差的瞬间变化，改善系统的动态响应性能；在控制系统中，经常采用模拟量输入输出模块实现模拟量的数字化处理，本系统选择系列模拟量模块，对管网压力信号进行采样，并通过变频器调整水泵电机的旋转速度。当系统的采样周期为时，将式的运算进行数字化处理后，得到第次采样的调节器输出为：脚

44、如，鲁砉褂乃警妇（刀）彪彰勋【（甩）一（刀一）】式中：（）（）（）一第次采样的微分增益：一第次采样的误差输入：一一一一时间增量，缸兀施：堡积分增益：乃一一翮：救型微分增益：乃在中，实际使用的算法为：工程硕士学位论文居民小区变频恒压供水控制系统设计与实现肘（厅）（刀），（以）式中：（）（）第次采样的调节器输出比例项（以）（挖）疗（）肋）（玎）勺（）（）积分项微分项，（，）髟（刀）一（咒一）】本系统以管网压力为控制对象，为保证控制系统的输出很好地跟随给定值的变化，满足压力跟踪良好的动、静态特性，采用了下图所示的闭环控制系统：咖酬。叫臣一图闭环控制系统模型，泵“州）厂：，翮，五乙其工作过程简单描述为：来自压力传感器的压力反馈信号经转换成为内部的（），即当前值：并与设定压力（）相比较，得到调节器输入的误差量（），（）通过的运算，得到调节器数字化输出（），（）再经过转化为模拟量信号，作为变频器频率调节的输入。变频器的频率和电压变