【正文】 增大其值；用示波器監(jiān)視壓力表輸出電壓波形，根據波形情況做參數調整。（3）抑制比 H23（積分時間）長的周期性振蕩增大 H23（積分時間） ，如圖 44 c。（2）變頻器的升、降速時間完全取決于由 P、I、 D 值所決定的動態(tài)響應時水 壓 P0 d調 整 前調 整 后 t調 整 后 調 整 前水 壓 P t水 壓 P tac b水 壓 P調 整 前調 整 后調 整 前調 整 后 t000間。第五章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計 恒壓供水系統(tǒng)電控系統(tǒng)組成恒壓供水電氣控制系統(tǒng)可由以下幾部分組成：（1）主電路：通過接觸器、斷路器等電氣設備為主水泵及輔泵拖動電動機提供工頻及變頻電源。恒壓供水系統(tǒng)構成及控制方案如圖 51 所示。變頻器和電動機之間的配線長度應控制在 100m 以內。在電動機三相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機工作電流大小，設計三相電源信號指示。控制電路之中還要考慮電路之間互鎖的關系，這對于變頻器安全運行十分重要?？刂齐娐分羞€考慮了電機和閥門的當前工作狀態(tài)指示的設計，為了節(jié)省PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應常開觸點的斷開和閉合來控制相應電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。通過轉換開關及相應的電路來實現 [23]。通過轉換開關及相應的電路來實現。因此，在控制電路中多處對各主泵電機的工頻/變頻運行接觸器作了互鎖設計；另外，變頻器是按單臺電機容量配置，不允許同時帶多臺電機運行，為此對各電機的變頻運行也作了互鎖設計。為了保護 PLC 設備， PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在 PLC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過中間繼電器控制接觸器線圈的得電/失電，進而控制電機或者閥門的動作。為了改善變頻器的功率因素，還應在變頻器的（Pl、P+）端子之間接入需相應的 DC 電抗器。連線時一定要注意，保證水泵旋向正確，接觸器的選擇依據電動機制容量來確定。（3）變頻控制電路：根據壓力設定及壓力傳感器的壓力檢測信號，由變頻器輸出變頻電源；提供最高頻率、上下限頻率及啟動頻率等信號；并能實現PID 調節(jié)。 本章小結PID 調節(jié)可以使供水系統(tǒng)快速，平穩(wěn)、準確的運行，從而獲得滿意的控制效果。設定 0 時，若仍有振蕩時，減小 H22（增益） ，如圖 d。圖 44 PID 參數調整（1）抑制超調增大 H23（積分時間） ，減小 H24（微分時間） ，如圖 44 a。其中 H22 用以設定 P 增益，設定范圍：～10 倍；H23 用以設定積分時間，設定范圍 ～3600s；H24 用以設定微分時間，設定范圍 ～ 。其關系為: 壓力目標值= （管道允許壓力／壓力表量程）100%。其關系如圖 43。這一動態(tài)變化過程，如圖 42 中的 t3～t4 段，其中 t4 段以后為減少用水量后新的平衡狀態(tài)。其具體調節(jié)過程如下 [22]：(1) 穩(wěn)態(tài)運行當供水能力 QG=用水需求 QU，目標壓力信號和壓力反饋信號相等，偏差e=yr，PID 輸出的控制增量 ΔU=0，變頻器輸出頻率不變，水泵轉速不變，處于穩(wěn)態(tài)運行。當供水能力 QG 和用水需求 QU 之間不能平衡時，必然引起壓力的變化。PID 位置控制算法采用全量輸出，一方面需要計算本次與上次的偏差信號e(k)，e(k1)，而且還要把歷次的偏差信號 e(j)相加，計算繁鎖，占用內存大；另一方面計算機輸出的控制量 u(k)對應的是執(zhí)行機構的實際位置偏差，如果位置傳感器出現故障，u(k)可能出現大幅度變化，引起執(zhí)行機構的大幅度變化，這是不允許的。如果能將它們的作用作適當的配合，可以使調節(jié)器快速，平穩(wěn)、準確的運行，從而獲得滿意的控制效果。但過大的 TD 對于干擾信號的抑制能力卻將減弱。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。比例系數過大將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。相應地傳遞函數形式：比 例 P微 分 D積 分 I 驅 動 被 控 對 象 r(t)e(t) u(t) d(t) y(t) （43 ）1())pDUsGKTSE??PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用及調節(jié)規(guī)律如下。 模擬 PID 控制及算法PID 控制器是一種線性控制器，它是對給定值 r(t)和實際輸出值 y(t)之間的偏差 e(t)[18][19]： （41）????etryt??經比例（P） 、積分（ I）和微分（D）運算后通過線性組合構成控制量 u(t)，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。第四章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的 PID 調節(jié) 變頻調速恒壓供水的 PID 調節(jié)在供水系統(tǒng)的設計中，選用了具有 PID 調節(jié)模塊的變頻器來實現閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定，較好地滿足系統(tǒng)的恒壓要求。如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作 [17]。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當前確實需要進行機組切換，因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題:實際供水壓力超調的影響以及現場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內滿足，造成判斷上的失誤，引起機組切換的誤操作。考慮到只有當變頻器的輸出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時不可能減泵，下限頻率時不可能增泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進行判別如圖 35 表示。對于第二個判別條件，通過相同的討論方法也能夠得到類似的結論。假設這一段時間內用戶的用水狀況保持不變(其實在一個穩(wěn)定的供水時段可以看作這種情況)，那么按照要求停掉了一個工頻狀態(tài)下運行的機組之后，機組的整體運行情況與增加運行機組之前完全相同。首先把上面的判別條件簡寫如下 [15]：f= （31 ）UPffS?f= （32 ）LOW?式中： ：上限頻率 ：下限頻率UPf f：設定壓力 ：反饋壓力S f對于第一個判別條件，可能出現這種情況:輸出頻率達到上限頻率時，實際供水壓力在設定壓力上下波動。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機組中電機的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調節(jié)的下限頻率 [14]。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降傳到 0HZ。由于電網的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50HZ 成為頻率調節(jié)的上限頻率。 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當一臺調速水泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，并有新的水泵投入并聯運行。開始啟動運行滿足小水泵運行條件實際壓力 = 設定壓力 ？實際壓力 設定壓力 ？執(zhí)行降壓控制停泵和報警輸出執(zhí)行輔助控制執(zhí)行升壓控制N oY e sY e sN oY e s N oN o Y e s壓力設定報警信號有效Y e sN o圖 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)流程圖現將流程圖說明如下:系統(tǒng)上電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動水泵一號泵(可以是二號泵，也可以是三號泵 ，這里以一號泵為例) ，通過恒壓控制器，根據用戶管網實際壓力和設定壓力的誤差調節(jié)變頻器的輸出頻率，控制一號泵的轉速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩(wěn)定到某一定值，這期間一號泵工作在調速運行狀態(tài)。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)。變頻器拖動某一臺水泵作為調速泵，當這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機。(1)供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號是模擬信號，讀入 PLC 時，需進行戶以 D 轉換。(3)以小功率的變頻器代替大功率的變頻調速器，以降低系統(tǒng)成本，增加系統(tǒng)運行可靠性。當水泵采用循環(huán)的控制方式時，一、二、三號泵既可以做調速泵，也可以做恒速泵，如果水泵采用固定的控制方式時，一、二、三號泵中有且只有一臺可以調速泵，其余兩臺為恒速泵或停止狀態(tài)。因此本系統(tǒng)采用“變頻器+PLC+ 上位監(jiān)控計算機”的模式 [13]。采用 PLC，由于其本身抗干擾能力強，系統(tǒng)可靠性高，且由于 PLC 產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種要求和規(guī)格不同的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現管網水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數據進行傳輸。在運行中，當用水量增大的時候，水管道內壓力值變低，反饋值 Uf 變小，即 U*大于 Uf 時，變頻器通過內置 PID 進行調速，使電機的轉速加快，增加水流量，提高管道壓力，直到管道壓力 P 與設定壓力 U*對應的期望壓力值相等。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質量。通過對電機的幾種調速方式的分析比較，采用變頻調速實現恒壓供水，能夠提高系統(tǒng)的可靠性，降低能耗。綜上所述，通過改變電源頻率的方法，可以從高速到低速保持高效率、寬范圍和高精度的調速性能。逆變電路接受來自控制板的控制信號，將直流電進行逆變成交流電，而逆變得到的交流電的頻率、電壓是可變的。實現這種調速的設備稱作變頻器，變頻器的硬件組成框圖見圖 26 所示。這些方法的共同特點是:在調速過程中均產生大量的轉差功率，消耗在轉子電路，使轉子發(fā)熱，調速的經濟性較差，會使效率降低，而且調速范圍也受到限制。根據公式 ()和公式 ()，得三相異步電動機的轉速為 : （24）160fn=Sp（ ） 調速方法由公式 ()可知，異步電動機可以通過改變電源頻率、磁極對數和轉差率實現調速。這種調速方式，可以大大簡化系統(tǒng)中的變速機構，提高系統(tǒng)的性能價格比。圖 PHH ’H*0QAQBQCA’A BCn2n1nNQ 變頻恒壓控制工況點調節(jié)因此采用閉環(huán)恒壓控制，對于變頻調速恒壓控制，工況點如圖 所示，理想運行特性曲線為直線 H*ABC。如圖 24，當用戶所需用水流量由 QA 減小至 QB，當轉速下降時，揚程特性變?yōu)榍€ 3，管阻特性仍為特性曲線 2，故工作點從 A 點移動到 C 點，在 C 點流量減小為 QB，而揚程減小為 HC，供水功率與面積 0ECHC 成正比。此時，管阻特性由曲線 2 變?yōu)榍€ 4，水泵的工況點則沿著水泵特性曲線由 A 點移至 B 點，此時流量減小了，但揚程卻由 HA 增大到 HB。這時管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚程特性不變。 水泵的工作點調節(jié)對供水系統(tǒng)進行的控制，歸根結底是為了滿足用戶對流量的需求。一旦當水泵和管阻特性中的一個參數或所有參數同時發(fā)生變化時，平衡就會被打破，并且在新的條件下出現新的平衡。如果把某一水泵揚程特性曲線和管阻特性曲線畫在同一坐標系中(圖 23)，則這兩條曲線的交點A 就是水泵的工作點。管阻特性的起始揚程等于靜揚程 HA，如果全揚程小于靜揚程的話，將不足以克服管路的管阻，從而不能供水，因此，靜揚程也是能夠供水的“基本揚程” 。通常用揚程與流量間的關系曲線來描述。當流量越大時，管道中的摩擦損失以及保持一定流速所需的能量也越大，故供水系統(tǒng)的全揚程就越小。(6) 壓力 pP 表示供水系統(tǒng)中某個位置或某個點水壓的物理量，其大小在靜態(tài)時取決于管路的結構和所處的位置，而在動態(tài)情況下，則還與供水流量與用水流量之間的平衡情況有關。軸功率不可能全部傳給液體，而要消耗一部分功率后，才成為有效功率。水泵總揚程包括把水上揚到最高水位所需的能量，以及克服管阻所需的能量和保持流速所需的能量，等于排水垂直水柱和管路阻力損失水柱之和。 使水流具有一定流速所需的能量。供水系統(tǒng)的基本任務是滿足用戶的流量要求。7）以組態(tài)軟件組態(tài)王設計工控機監(jiān)控程序。2）分析變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及特點，探討變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制策略，并歸納實用性的控制方案。通過前面對傳統(tǒng)供水現狀和變頻恒壓供水系統(tǒng)的應用前景分析可知，變頻調速恒壓供水系統(tǒng)在我國已成為供水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。(3)變頻供水系統(tǒng)正在融入更全面的供水管理系統(tǒng)面對日益復雜的供水系統(tǒng)，如何在滿足供水需求的前提下，最大限度的提高供水系統(tǒng)的效益，是所有供水部門共同面臨的重要課題，目前，在美國，日本，法國等地的有些城市己基本上實現了供水系統(tǒng)的計算機優(yōu)化。(4) 農田灌溉，污水處理，人造噴泉。在故障發(fā)生時，系統(tǒng)會轉而執(zhí)行專門的故障子程序，保證在緊急情況下仍能進行供水。 （4） 聯網功能采用全中文工控組態(tài)軟件，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。在運行當中，還采用了自動化智能措施，運用實時指示器不斷評定每一階段程序