双恒压无塔供水系统毕业设计

1、目 录 摘 要.1关键词.1前 言.2第一章 系统设计要求及设计方案.3第一节 毕业设计概要 .3第二节 总体方案.4第三节 恒压供水技术实现. .5第四节 系统的构成及工作特性. .6第二章 系统设计可行性分析实现. .7第一节 总体设计分析 .9第二节 系统设计方案及实施.12第三章 硬件单元电路设计 . .13第一节 主电路方面器件. .13第二节 压力传感器检测部分. .16第三节 PLC可编程控制器.1820第五节 主电路设计.22第四章 变频器模块.23第一节 变频理论 .23第二节 变频器的PID组成部分.27第三节 变频器PID控制系统的概述.28第四节 变频器的PID功能预置

2、. . .31第五节 低频模拟输出量A/D转换. .32第五章 系统调试. .33系统PLC控制流程图第二节 可编程控制PLC 、I/O分配图、PLC接线 梯形图及指令.36第三节 变频器内部结构端子及参数设置. .44第六章 结束语.47第七章 附录. .48第八章 毕业心得.55参考文献.56基于PLC与变频器模拟量方式闭环调速系统 双恒压无塔供水系统栾晓龙摘 要双恒压无塔供水系统的概述 双恒压供水是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网网（系出口）压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水池、气压罐等设施来实现。随着变频调速技术的日益成熟

3、和广泛应用，利用变频器、PID调节器、传感器、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。该技术已在供水行业普及。我们的设计采用一台变频器和PLC来控制两台水泵的“单双、双单”切换运行，实现双恒压供水的稳定 。FX2N-PLC可编程序控制器、压力传感器、变频器PID运算、PLC控制、恒压供水。前 言 变频调速技术(variable velocity valiable frequency technology)是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优

4、点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势。交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行。 长期以来区域的供水系统都是由市政管网经过二次加压和水塔或天面水池来满足用

5、户对供水压力的要求。在小区供水系统中加压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区高楼用水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量因消耗在出口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。变频调速技术在给水泵站上应用，成功地解决了能耗和污染的两大难题。第一章 系统设计要求及设计方案这种变频器只要配套恒压供水系统单元，便可直接控制多个电泵工作，不需外配价格昂贵的PID调节器、PLC控制器，功能强大且成本较低。这种专用的变频调速恒压供水控制电路，是通过设置指

6、令代码，方便灵活的实现PLC、PID等控制系统的功能。简化了电路结构，提高了系统的可靠性，设备的成本大幅度下降。该系统控制方便、安全可靠，系统无需改线，便可实现选择的水泵切入退出，保养检修十分方便，变频器的功能十分完善，设有电流、电压等各种保护及报警措施，一旦变频出现故障，系统可以切换到工频运行，避免断水，安全可靠。 目前，住宅小区高楼变频恒压供水系统设计方案主要采用“一台变频器控制一台水泵”(即“一拖一”)的单泵控制系统和“一台变频器控制多台水泵”(即“一拖N”)的多泵控制系统。随着经济的发展，现在也有采用“二拖三”、“二拖四”、“三拖五”的发展趋势。“一拖N”方案虽然节能效果略差

7、，但独有投资节省，运行效率高的优势;具有变频供水系统启动平稳，对电网冲击小，降低水泵平均转速，消除“水锤效应”，延长水泵阀门、管道寿命，节约能源等优点，因此目前仍被普遍采用。“一拖N”多泵系统的一般控制要求 1、多泵循环运行程序控制 以“一拖二”为例:先由变频器启动1#水泵运行，若工作频率已达到变频器的上限值50Hz而压力仍低于规定值时，将1#水泵切换成工频运行，此时变频器的输出频率迅速下降为0，然后启动2#水泵，供水系统处于“1工1变”的动行状态;反之，若变频器工作频率已下降至下限值(一般设定为2535Hz)而压力仍高于规定值时，令1#水泵停机，供水系统又回复到1台水泵变频运行状态。如此循环

8、不已。其他的“一拖N”程序控制，依此类推。循环顺序为：其中1#B为1号泵变频运行；2#B为2号泵变频运行；1#G为1号泵工频运行；2#G为2号泵工频运行。当系统开始工作时，水压传感器把实测水压值变成控制标准电流(4mA20mA)输入模拟块，经A/D模数转换后，进入PLC与设定的压力值比较。对比较得出的电压差进行PID(比例、积分、微分)运算，并以此结果控制变频器的输出频率，以调整变频泵机的转速，使1#B变频运行，确保在不同供水流量变化下，水厂出水口的压力保持恒定。当流量继续增加，变频器输出频率继续增大，输出频率增加至工频50Hz时，延时确认，PLC发出指令，1#B转为工频运行而变为1#G，同时

9、2#B泵接入变频器启动运行。此时运行状态为1#G+2#B，系统处于现阶段供水高峰期运行状态。如果系统用水量下降，水压则升高，通过自动调节，变频器输出频率减少，水压即可回落。当变频器输出频率减少到启动频率时，延时确认后，PLC发出指令，切断1#G泵，系统只由2#B运行。此后流量再增加，则于前所述，系统运行状态为2#G+1#B。如此反复循环，使两台泵自动交替切换，先开先停，互为备用，既有助于延长泵机使用寿命，又保持供水系统压力恒定，满足用户要求。图1所示为PLC程序流程图。2、 设置换机间隙时间 当水泵电机由变频切换至工频电网运行时，必须延时几秒进行定速运行后接触器才能自动合闸，以防止操作过电压;

10、而当水泵电机由工频切换至变频器供电运行时，也必须延时几秒后接触器再闭合，以防止电动机高速运转产生的感应电动势损坏变频器。延时时间根据水泵电机的功率而定:功率越大，时间越长，一般取值5s。3、 确保触点相互联连锁 在电路设计和PLC(可编程控制器)程序设计中，控制每台水泵“工频-变频”切换的两台接触器的辅助触点或者PLC内部“软触点”必须相互联锁，以保证可靠切换，防止变频器UVW输出端与工频电源发生短路而损坏。为杜绝切换时接触器主触点意外熔焊、辅助触点误动作而损坏变频器的事故，最好采用两台连体、机械和电气双重联锁的接触器，如三菱公司的FX2N型联锁接触器等。 4、 水泵轮换启动控制 可以自由设置

11、水泵启动顺序:可设置成1#水泵先启动，也可设置2#水泵先启动。所有水泵平均使用，能有效防止个别水泵可能长期不用时发生的锈死现象。遵循“先启先停”原则。 5、 设置定时换机时间 在水泵群中，定时5S切换运行时间最长的水泵，以保证所有水泵的均衡使用。 6、 变频器或PLC带有PID调节器 PID(比例-积分-微分)调节器的积分环节 I (即积分时间)调整应合理:时间太短，则系统动态响应快，反应灵敏，但易产生振荡，水泵来回切换;时间太长，则当压力发生急剧变化时，系统反应过慢，容易产生压力过高，导致管道爆裂。 第二节 系统设计方案及实施系统控制工艺流程设计 智能小区恒压供水网由恒压居民供水系统和消防用

12、水系统组成。恒压供水缓冲罐连接在总水管网上，它下面带有2个供水泵，实现一拖二供水工作，通过供水压力的变化完成小区供水。，实现小区消防安全功能。 恒压变量供水设备由变频器、传感器、低压电气控制柜和水泵等组成。通过变频器和继电器、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。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微机PID,经过变频器PID(比例-积分-微分)调节器运算处理后,获得最佳控制参数,通过变频器和继电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、水位流量、压力的测量与调节；使用水量、排水量的测量；设备运转的监视、控制；水质

13、检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等。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，即根据水箱和水池的高/低水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。结构如图一：（一） 主电路的结构1、断路器的主要功能有：隔离作用。当变频器需要检修时，或者因某种原因而长时间不用时，将切断，使变频器与电源隔离。保护作用。当变频器的输入侧发生短路等故障时，进行保护。2、接触器触器的主要功能有：可通过按扭开关方便地控制变频器的通电与断电。变频器发生故障时，可自动切断电源。 由于变频器有比较完善的过电流和过载保护功能，且空气开关也具有过电流保护功能，故进线侧可不必

14、接熔断器。 又因为变频器内部具有电子热保护功能，故在只接一台电动机的情况下，可不必接热继电器。（二） 主要电器的选择1、气断路器 现代的空气断路器都具有过电流保护功能，选用时应充分考虑电路中是否有正常过电流，以防止过电流保护功能的误作用。变频器单独控制的主电路中属于正常过电流的情况有：变频器在刚接通电源的瞬间，对电容器的充电电流可高达额定电流的23倍。变频器的进线电流是脉冲电流，其峰值常超过额定电流。变频器允许的过载能力为150%，1min. 所以，为了避免误动作，空气断路器的额定电流Iqn应选 Iqn>=(1.31.4)In式中In变频器的额定电流，A。2、 在切换控制的主电路中因为电

15、动机有可能在工频下运行，故应按电动机在工频下的启动电流来进行选择，即： Iqn>=2.5Imn式中 Imn 电动机的额定电流。接触器输入接触器(KM1)由于接触器自身并无保护功能，不存在误动作的问题。故选择原则是，主触点的额定电流只需不小于变频器的额定电流即可，即 Imn>=In输出接触器(KM2)因为变频器的输出电流中含有较强的谐波成分，其有效值略大于工频运行时的有效值，故主触点的额定电流Ikn应满足 Ikn>=1.1Imn3、工频接触器(KM3)工频接触器的选择应考虑到电动机在工频下的启动情况，其触点电流通常可按电动机的额定电流再加大一挡（接触器的额定电流挡）来选择。保护

16、电器熔断器(FU)可仿照空气断路器的选择方法来选。热继电器(FR)热继电器发热元件的额定电流可按下式选择： Irn>=(1.11.15)Imn主电路线径的选择电源与变频器之间的导线 一般来说，与同容量普通电动机的电线选择方法相同。考虑到其输入侧谐波电流较多，功率因数往往较低，应本着宜大不宜小的原则来决定线径。变频器与电动机之间的导线 因为频率下降时，电压也要下降，在电流相等的情况下，线路电压降在输出电压中占的比例将上升，而电动机得到电压的比例则下降，有可能导致电动机带不动负载并发热。所以，在决定变压器与电动机之间导线的线径时，最关键的因素便是线路电压降的影响，一般要求 U<=(2%

17、3%)UnU(V)的计算公式是 U=IR式中Imn电动机的额定电流，A;标称截面（）1015254060100160250350R0()178119692440292173110069049 R0单位长度导线的电阻，mL导线的长度，m.电动机引出线的单位长度电阻值   压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的

18、时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。 UltraStable600压力传感器在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。  压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。它既可以用来测量大的压力

19、，也可以用来测量微小的压力。 除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。恒压供水控制系统的基本控制原理是：采用电动机调速装置与可编程控制器构成控制系统，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，其差值输入变频器PID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

20、到给水总管压力稳定在设定的压力值上。图2压力传感器放大电路为此，用可编程控制器作为中心控制单元，通过接触器联锁控制，驱动变频调速器等控制元件及装置进行工作，以实现稳定的供水压力。压力传感器检测结果转换为标准的420mA电流信号送到压力控制器和变频调速器。送至变频调速器的压力与变频调速器内部给定压力相比较，如有差别，则通过变频调速器自动调节水泵的转速，以控制水管供水压力恒定。变频调速器的升速、降速时间和PID . 通过可编程控制器发出指令使变频调速器驱动电机工作，压力传感器从供水主管道上检测来的压力信号有一路送至变频调速器，变频调速器根据输入信号与内部设定参数进行综合比较，比较后调整变频调速器以

21、控制水泵转速来保持供水压力恒定。压力传感器由一悬臂梁和4个组成全桥电路的应变片组成。应变片的电阻随变形大小而发生线性变化，从而使电桥的两输出端点的电位发生线性变化，该变化经放大后输入给A/D转换电路变成10位数字量，其数字量范围为0173.4。由于压力传感器在04 MPa内保持线性变化(03.4 V)，所以压力计算为A/D转换后的数字量。乘以4/(173.40)FX的基本单元与扩展单元或扩展模块可以构成256点的PLC系统.利用扩展模块,以8点为单位增加输出点数,也可以只增加输入点数或只增加输出点数,因而可以改变输入输出点数的比例。特殊功能单元和模块主要是指扩展适配器、脉冲输出单元、模拟量输入

22、模块、模拟量输出模块及一些接口模块等。根据在双恒压无塔供水系统中的压力传感器，所以在此系统中所采用的变频器PID模块。它是将水压的电流信号经过PID单元转变成所需的变频器信号，从而实现所要求的控制。FX264MT的一般技术指标环境温度055度（使用时）；20+70度（储存时）环境温度35%85%RH（不结露）（使用时）抗 振JISCO911标准 1055HZ 0.5mm（最大2g）3轴方向各2小时（但用DIN导轨安装时0.5g）抗冲击JISCO912标准10g3轴方向各3次抗噪声干扰用噪声仿真器产生电压为1000V，脉冲宽度为1us，频率为30100HZ的噪声耐 压AC1500V1min绝缘电

23、阻5M欧以上（DC500V兆欧表）所有端子与接地端之间接 地第三种接地，不能接地时也可浮空使用环境无腐蚀性气体，无尘埃FX264MT的输入技术指标项 目AC输入输入信号电压AC100120V±10% 50/60HZ输入信号电流6.2mA/AC110V 60HZ输入ON电流3.8mA以上输入OFF电流1.7 mA以下输入响应时间约30ms不可高速输入输入信号形式无电压接点 或NPN集电极开路输出晶体管AC电压电路隔离电路隔离 光耦合隔离输入动作显示输入ON时 LED灯亮FX264MT（AC电源，DC输入）的基本单元型号输出形式输入点数DC24V输出点数(R .T)可扩展模块可使用点数F

24、X264MT晶体管输出32点32点48点64点变频器所使用的是韩国的IG5产品。一个是LG变频器专用协议另外是MODBUS-RTU公作方式。（参数I/O组50à 0：专用，7：MODBUS） 版本5。0C以下à 只是LG专用方式1 特征在工厂自动化中，可很容易应用于用户程序中。可以用计算机监视与变更参数2 RS485标准界面- 可以与所有电脑通讯- 应用多站联接系统（multi-drop link system）， 可以联接32台变频器- 内部噪声屏蔽 用户可以用所有类型的RS232-485转换器，但要求转换器具有内置自动RTS控制功能。因为转换器规范由生产规定，请参照使用

25、说明书中的详细介绍。3 设置与运行之前设置运行前，必须阅读本说明书。 否则，会致伤或损坏其他设备。4 详述a功能详述项目详述通讯方式RS485 传送类型Bus 方式 Multi-drop Link System变频器型号IG5 系列变频器连接台数最大32 台传送距离最大。 1200mb硬件详述项目详述设置类型连接控制端子的专用端子(S+， S-)通讯电源用与变频器电源隔离的电源图3-1 主电路的接线图在硬件系统设计中，采用一台变频器连接2台电动机，其中1#、2#水泵电机具有变频/工频两种工作状态，每台电机都通过两个接触器与工频电源和变频器输出电源相联；变频器输入电源前面接入一个自动空气开关，来

26、实现电机、变频器的过流过载保护接通，空气开关的容量依据大机的额定电流来确定。对于有变频/工频两种状态的1#和2#电动机，还需要在工频电源下面接入两个同样的自动空气开关，来实现电机的过流过载保护接通，空气开关的容量依据额定电流来确定。所有接触器的选择都要依据电动机的容量适当选择。变频器主电路电源输入端子（R、S、T）经过空气开关与三相电源连接，变频器主电路输出端子（U、V、W）经接触器接至三相电动机上，当旋转方向预设定不一致时，需要调换输出端子（U、V、W）的任意两相。特别是对于有变频/工频两种状态的电动机，一定要保证在工频电源拖动和变频输出电源拖动两种情况下电机旋向的一致性，否则在变频工频的切

27、换过程中会产生很大的转换电流，致使转换无法成功。在变频器起动、运行和停止操作中，必须用触摸面板的运行和停止键或者是外控端子来操作，不得以主电路的通断来进行。第四章（一） 变频器的控制方式变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾经出现过多种类型的变频器，但目前成为市场主流的变频器基本上有着图21所示的基本结构。图21变频器的基本结构变频调速的控制方式经历了V/F控制、转差频率控制、矢量控制的发展，前者属于开环控制，后两者属于闭环控制，正在发展的是直接转矩控制。1、V/F控制异步电动机的转速与定子电源频率f和极对数有关，改变f 就可以平滑的调节同步转速，但是频率f的上升或者下降可能会

28、引起磁路饱和转矩不足的现象，所以在改变f的同时，还需要调节定子的电压，使气隙磁通保持不变，电动机的效率不下降，这就是V/F控制。V/F控制简单，通用性优良。2、转差频率控制 由电机学的基础知识可知，异步电动机转矩M与气隙磁通、转差频率f2的关系为： (2-1)只要保持气隙中磁通一定，控制转差频率f2就可以控制电动机的转矩，这就是转差频率控制。3、矢量控制矢量控制是在交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律，将定子电流分解成相应于直流电动机的电枢电流的量和励磁电流的量，并分别进行任意控制。矢量控制能够对转矩进行控制，获得和直流电动机一样的优良的调速性能。1、水泵工况点的确定以及变化 水泵工作点（

29、工况点）是指水泵在确定的管路系统中，实际运行时所具有的扬程、流量以及相应的效率、功率等参数。如果把某一水泵的性能曲线（即H-Q曲线）和管路性能曲线画在同一坐标系中（图2-2），则这两条曲线的交点A,就是水泵的工作点。 工作点A是水泵运行的理想工作点，实际运行时水泵的工作点并非总是固定在A点。若把水泵的效率曲线-Q也画在同一坐标系中，在图2-2中可以找出A点的扬程HA、流量QA以及效率hA。从图2-2中可以看出，水泵在工作点A点提供的扬程和管路所需的水头相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，从而达到能量和流量的平衡，这个平衡点是有条件的，平衡也是相对的。一旦当水泵或管路性能中的一个或同时发生变

30、化时，平衡就被打破，并且在新的条件下出现新的平衡。另外确定工作点一定要保证水图2-2 水泵工作点的确定工作点的参数，反映水泵装置的工作能力，是泵站设计和运行管理中一个重要问题。电机选定之后s 、p则为定值，电机转速n和交流电频率f 成正比，使用变频器来改变交流电频率，即可实现对电机变频无级调速。在变频调速恒水位供水过程中，水泵工况点的变化如图23所 图23水泵工况点的变化3、 电机控制环节当管网压力的变化要求增加或减少工作水泵时，通过供水附件基板的中间继电器，控制各个电机交流接触器。基板输出端口的状态决定外部各个水泵的运行状态。4、 执行环节执行环节为各水泵。 &

31、#160;  第三节 变频器PID控制系统的概述（一） 系统的工作方式    变频器内部PID调节功能的框图如图2所示，XT和XF两者是相减的，其合成信号XD=(XT-XF)；经过PID调节处理后成为频率给定信号XG，决定变频嚣的输出频率fx。当用水流量减小，使QG>Qu时，则供水压力PXF XDfx电动机转速nxQGQG=QU直至压力大小回复到目标值(XFXT)，从而达到平衡；    反之，当用水流量增加，使QG<QU时，则PXF XDfxnxQGQG=QUXFXT，又达到新的平衡。 

32、60;  因此，供水系统总是根据用户的用水情况不断地处于自动调整状态中。（二） PID调节的原理    1、问题的提出 上述工作过程存在着一个矛盾：一方面，我们要求水管的实际压力(其大小与XF成正比)应无限接近于目标压力(其大小与XT成正比)，即要求XD=(XTXF) 0；另一方面，变频器的输出频率fx又是由XT和XF相减的结果来决定的。所以，如果把(xT-xF）直接作为给定信号xG，系统将无法工作。    2、比例增益环节（P）解决上述矛盾的方法是：进行放大后再作为频率给定信号：  XG=KP（XT-XF）

33、60;      （1）  式(1）中，KP为放大倍数，即比例增益。    上述关系如图3所示。由于XG是(XT-XF）成正比放大的结果，故称为比例放大环节。另一方面，XG又是使变频器输出某一频率fx所必须的信号。显然，KP越大，则(XT-XF）=XG/KP越小，XF越接近于XT。  这里，XF只能是无限接近于XT，却不能等于XT，即XF和XT之间总会有一个差值，称为静差，用表示。该值应该越小越好。显然，比例增益KP越大，  越小。    在专用PID调节

34、器中，比例增益的大小常常是通过“比例带”来进行调节的。比例带就是按比例放大的区域，用P表示(等于是Kp的倒数)，如图4所示。P越小，相当于KP越大。但在几乎所有变频器内置的PID调节功能中，都是直接预置KP的。    比例增益环节的引入，减小了系统稳定后的静差，如图5(a)所示。于是又出现了新的矛盾：为了减小静差，应尽量增大比例增益KP，但由于系统有惯性，KP过大容易引起被控量(压力)忽大忽小，形成振荡，如图5(b)所示。（三） 积分环节（I） 引入积分环节的目的    ·  使给定信号XG的变化与乘积KP(XTX

35、F)对时间的积分成正比。即尽管KP(XT-XF)一下子增大(或减小)了许多，但XG只能在“积分时间”内逐渐地增大(或减小)，从而减缓了XG的变化速度，防止了振荡。积分时间越长，xG的变化越慢；    ·  只要偏差不消除(xT-XF0)，积分就不停止，从而有效地消除静差，如图5(c)所示。    但积分时间太长，又会发生当被控量(压力)急剧变化时难以迅速恢复的情况。（四） 微分环节（D)其作用可根据偏差的变化趋势，提前给出较大的调节动作，从而缩短调节时间，克服了因积分时间过长而使恢复滞后的缺点，如图5(d)所示。&

36、#160;   在供水系统中，当对过渡过程时间的要求并不严格时，通常用PI调节。     PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。进行 PID控制器参数的整定步骤如下：（1）首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；（2）仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；（3）在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 PID功能的预置PLC包括许多的特殊功能模块，而模拟量模块则是其中的

37、一种。它包括数模转换模块和模数转换模块。例如数模转换模块可将一定的数字量转换成对应的模拟量(电压或电流)输出，这种转换具有较高的精度。在设计一个控制系统或对一个已有的设备进行改造时，常常会需要对电机的速度进行控制，利用PLC的模拟量控制模块的输出来对变频器实现速度控制则是一个经济而又简便的方法。同时选择FX2N-2DA模拟量模块作为对变频器进行速度控制的控制信号输出。如图1所示，控制系统采用具有两路模拟量输出的模块对两个变频器进行速度控制。（详细说明见附录三）在供水系统中，2台泵的运行状态为一台处于变频而另一泵有可能处于工频。所以，每台泵的供电接触器其上口电源均来自与变频器输出和电网的三相电源

38、。供水管网压力进入变频器PID，经处理和转换后再由变频的方式输出。同时，再将变频器输出的频率信号（数字信号）接入PLC，作为频率的检测和控制缘。变频器中还有一些开关量的设置，如变频器的启停控制（由PLC输出的数字点控制），二台泵运行的连锁控制（二台泵的手/自动转换信号控制）等。在“变频自动”运行方式下，先利用变频器启动并运行一台泵，同时系统检测供水管网的实时压力，当供水管网压力低于设定值时（外界用水量增加），系统完成变频泵频率的上调，当频率到达50Hz时，管网压力仍低则启动第一台工频泵。以此类推，顺序实现工频泵的加入。当供水管网压力高于设定值时（外界用水量减少），系统完成变频泵频率的下调，当频

39、率到达20Hz时，管网压力仍高则摘除一台工频泵（由PLC控制）。以此类推，顺序实现工频泵的摘除。系统采用定时轮换工作制，其变频的工作顺序为1#2#，当切换时，为了防止工频电源和变频输出短路，必须先将变频器关闭，待外部将其接触器连接好后再开启变频器。工频和变频接触器应有机械上的联锁。第一节 系统PLC控制流程图（一）控制示意图1、 （2）二台泵根据恒压的要求，采取“先开先停”的原则接入和运行即：起动时，M1（或M2，可选择）先变频起动，用水量一定时，变频器频率稳定在某一值。用水量增加时，M1输出频率增加，当达到50HZ后，延时5S，M1切换为工频运行，M2变频起动运行。用水量又减小时，经延时5S

40、，M1停，M2仍为变频运行。用水量继续减小，M2将运行于最低转速。如此时用水量增加，则系统转为M2工频，M1变频，如此周而复始。（每一个状态之间的转换均有5S的延时） 在设计控制流程的前面，我们将该控制系统做了如下流程的剖析，针对一拖二的情况对具体情况做了分支考虑：PLC控制逻辑具体图如下：用水低峰期1#泵变频2#泵停止用水量由低向高过渡1#泵变频f2#泵停止用水量高峰期1#泵停止2#泵f50Hz用水量低峰期1#工频2号泵变频f20Hz用水量高峰期1#泵f 502号泵停止用水量由高向低过渡1#泵工频2号泵f用水量由低向高过渡1#泵停止2#泵变频f 用水低峰期1#泵停止2#泵变频用水量高峰期1#

41、泵工频2号泵变频用水量高峰期1#泵变频2#泵工频用水量低峰期1#变频f20Hz2#泵工频用水量又高向低过渡1#泵变频f2#泵工频在PLC程序设计中，必须认真考虑这四个切换过程，才能保证系统在一个工作周期内实现正常切换与运行。1#和2#泵工作过程流程图如下：第二节 可编程控制PLC I/O分配图 PLC接线 梯形图及指令（一） I/O分配图1、输入端口自动控制系统PLC的输入端口包括自动控制启动按钮，阀门关闭按钮，电机停止按钮，以及手动控制启动按钮，阀门关闭按钮，电机停止按钮。另外PLC输入端口还包括电动机的热保护继电器输入，输入形式是热继电器的常开触点。2、 输出端口PLC的输出端口包括控制1

42、#电机两个交流接触器的动作，分别对应变频/工频两个工作状态，1#水泵相应工作指示灯，2#电机变/工频运行的交流接触器动作，2#水泵相应工作指示灯。PLC与这些交流接触器的连接是通过互锁来实现的，可以实现控制系统中的同台机泵两种状态之间的隔离，保护PLC设备等，增强系统工作的可靠性。对于变频器，不仅需要一个中间继电器来控制变频器的FX和CM的通断，来实现变频器的运行和停止。PLC的开关量输出：自动循环，一个变频器的启动和停止（一共3个点）PLC的开关量输入：4个接触器，变频器50Hz到信号，变频器开关（一共6个点）PLC的模拟量输出：变频器频率FM控制（1个点）X1开关量输入开关量输出X0（自动

43、按钮SB0）Y0（变频器启动KA2）CH1（低频20HZ状态）Y1（1#泵变频KM1输出）X2（高频50HZ状态）Y2（1#泵工频KM2输出）X3（消防紧急开关SB1）Y3（2#泵变频KM3输出）X4（总停止SB2）Y4（2#泵工频KM4输出）X5（1#泵工频SA1手动）Y5（电磁阀YV2动作）X6（2#泵工频SA2手动）Y6（变频器KM0输出）X7（FR过载保护）Y7（变频器紧急停止KA1） （二） PLC接线（三） 自动控制梯形图梯形图（一）梯形图（二）（四）指令表如下设定范围描述LCD7-段操作面板0操作面板控制运行/停止Fx/Rx-11运行/停止由控制端子FX, RX 和 5G控制 (

44、方法 1)Fx/Rx-22运行/停止由控制端子FX, RX 和 5G控制 (方法 2)设定范围描述LCD7-段V/F0V/F控制Silp compen1滑差补偿运行PID2PID反馈控制Sensor 3传感器控制设定范围FU2-19描述2位1位0000缺相保护功能不工作。0101从输出缺相保护变频器1010从输入缺相保护变频器1111从输出和输入缺相保护变频器设定范围描述LCD7-段无0可以进行正转和反转。反向阻止 2阻止反向运行六 结束语：1、生活供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能"浪费"，因此建议

45、设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、 设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。 2、消防变频供水设备自动化程度高，系统响应迅速，实战性强，同时设备分布相对集中，配置简单，便于管理和维护，建议用户应根据自身工程特点合理选用。七 附录材料清单序号名称型号数量备注1主断路器NSC250D 32501 个2断路器NSC100D30755 个3断路器C32NC6 1P3 个4接触器LC1D245M5C1 个5接触器LC1D6511M5C16 个6接触器互锁模块LA9D50978C4 个7控制接触器CA2DN22M5C4 个8延时接头

46、LADT24 个9中间继电器RXL3A10B2P710 个10辅助触头RXZE1S111M11热继电器LR2D3359C12热继电器辅件LA7D306413选择开关3 档XB2BJ33C 22 ZB2BZ103C+ZB2BJ3C4 个14点动按钮黑XB2-BA22CZB2BZ102C+ZB2BA2C1 个绿XB2BA31C22 ZB2BZ101C+ZB2BA3C4 个红XB2BA42CZB2BZ102C+ZB2BA4C4 个15信号灯绿XB2BVM3C4 个红XB2BVM4C6 个黄XB2BVM5C4 个蓝XB2BVM6C1 个16急停按钮XB2BS142CZB2BZ102C+ZB2BS14C

47、1 个直径4017电压表85L17交流0450V1 件18电流表85L17交流100/5A4 件19端子TB-80A4 件TB-20A7 件20电流互感器100/5A4 件21行程开关1 件22灯管灯架长度600mm 以下的1 件23远传压力表2 件24电接点压力表2 件25电线16mm2 多股100m1.5mm2 多股共400 米3 种颜色25mm2 多股共400米3 种颜色26双绞线1.5mm2 两股100m27三芯护导线100m28二芯护导线100m29双面绞线架1 包30导线号1.5mm21 组31锁紧带大1 包32锁紧带小1 包33胶带1 盘10 个34哥俩好大的1 包35螺母M4、

48、M5、M6、M8各150个镀锌36弹簧垫护垫长度20mm 和40mm各150个37变频器138PLC1个39电源交流220V 直流5V1 台40时间继电器JSZ3(3P)1 个41时间继电器机座1 个42滑道6 米铝合金43线鼻子25 mm2 6短的60 个镀锌25 mm2 8短的60 个镀锌16 mm2 6短的60 个镀锌16 mm2 8短的60 个镀锌44铜牌20mm×4mm5 米45蜂鸣器AC220V1 个46接插件15 点2 个4721 点1 个48温控仪1 件49轴流风扇1 件50零线端子排1 件51有机玻璃1 件附录二PID: 对于HVAC 或者泵应用，通过把反馈值和变频

49、器的设定值进行比较，PID控制可以调整实际的输出。设定点的形式可以是速度，温度，压力，流量等。所有的设定点和反馈信号都提供到变频器模拟输入端子V1, V2 或 I。驱动器以计算反应在变频器输出上的总误差的方法比较信号。具体细节请参阅 FU2-50 FU2-54 。相关功能：FU2-50 FU2-54 PID 反馈FU2-50: PID 反馈信号选择FU2-51: PID控制的P 增益FU2-52: PID 控制的I 增益FU2-53: PID 控制的 D 增益FU2-54: PID 控制的限定频率PID: 对于HVAC 或者泵应用，通过把反馈值和变频器的设定值进行比较，PID控制可以调整实际的

50、输出。设定点的形式可以是速度，温度，压力，流量等。所有的设定点和反馈信号都提供到变频器模拟输入端子V1, V2 或 I。驱动器以计算反应在变频器输出上的总误差的方法比较信号为了使用这个功能，FU2-40必须设定PID。 注释：PID控制可以通过定义多功能输入端子（P1-P3）为开路， 暂时变成手动操作。当这个缎子变成ON时，从PID控制变成手动，当这个端子变成OFF时，变成PID控制设定点 (DRV-04)+-操作面板-1操作面板-2V1IV1+IFU2-51FU2-52FU2-53MProcessTransducer4 to 20mA or 0 to 10 VFU2-50FU2-54I/O-

51、12I/O-14errDRV-01DRV-02参考反馈为PID控制选择反馈信号。根据信号（电流或者电压）和端子（V1，V2）设定为IV1V2中的一个。FU2-51 设定PID控制的比例增益。 FU2-52 设定PID控制的积分增益。FU2-53 设定PID 控制的微分增益FU2-54 PID 控制期间限制输出频率的频率.PID Control Block DiagramP 控制按比例补偿系统误差。这个功能使控制器对误差进行快速反应。当单独使用P控制时，在稳态状态下，系统易受外界干扰的影响。 I 控制按积分补偿系统误差。通过累积补偿系统的稳态误差。如果单独使用， 造成系统的不稳定。PI 控制这个控制方法在许多系统中稳定工作。如果把D控制加入到这个系统中， 则系统从二阶系统变成了三阶系统。可能造成系统的不稳定。D 控制因为 D控制使用误差的变化比例， 所以它的优点是在误差还没有变大之前，就可以控制它。在开始时，D 控制需要大的控制量。但是它有增加系统稳定性的趋势。这个