【正文】 的時(shí)候，kc應(yīng)該大一些。越大，系統(tǒng)越不易穩(wěn)定，因此kc。經(jīng)驗(yàn)上常取TI，左右，因此，如有的估計(jì)值，TI和Td值就不難定出了。以上兩條途徑表面上看來截然相反，但它們都是以承認(rèn)P作用為主體作為前提的。（Tp是振蕩周期）在以上情況下，由I作用引起的相位滯后不超過40度，帽值比增加不超過20％。如果只有一個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)可以調(diào)整，則只能滿足一個(gè)品質(zhì)指示，通常就取衰減比作為指標(biāo)。（3）存在一定的動(dòng)態(tài)超調(diào)。由于離心泵的作用液體從葉輪進(jìn)口流向出口的過程中，其速度能和壓力能都得到增加，被葉輪排除的液體經(jīng)過壓出室，大部分速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后沿排出管路輸送出去，這是，葉輪進(jìn)口處液體的排除而形成真空或低壓，吸水池中的液體在液面壓力的作用下，被壓入葉輪的進(jìn)口，于是，旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷地西如何排除液體。交流接觸器利用主接點(diǎn)來開閉電路，用輔助接點(diǎn)來執(zhí)行控制指令。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。電機(jī)硬啟動(dòng)對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對擋板和閥門的損害極大，對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。本設(shè)計(jì)以某小區(qū)的實(shí)際生活用水的數(shù)據(jù)進(jìn)行選型，該小區(qū)生活用水具體要求為：（1）由多臺水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水，流量范圍，揚(yáng)程60米左右，；（2）設(shè)置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時(shí)的供水；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動(dòng)要??；（3）系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動(dòng)功能，各主泵均能可靠地實(shí)觀軟啟動(dòng)；（4）具有完善的保護(hù)和報(bào)警功能，系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。在一臺變頻器驅(qū)動(dòng)一臺電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器容量（KVA）應(yīng)同時(shí)滿足下列三式： （51） （52） （53）式中：—負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的輸出功率； —電動(dòng)機(jī)的效率（）； —電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（）； —電動(dòng)機(jī)電壓（V）； —電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流（A）； k—電流波形的修正系數(shù)，對PWM方式，； —變頻器的額定容量（kWA）； —變頻器的額定電流（A）。綜合以上因素，我們選擇西門子公司的MM430型變頻器。因此我們在選擇PLC時(shí)，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素，以SIEMENS公司的S7200PLC為例，該P(yáng)LC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動(dòng)檢測、監(jiān)測及控制。S7200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號與8種CPU。模擬量擴(kuò)展模塊：EM231具有3個(gè)輸入點(diǎn)沒有輸出點(diǎn)，EM232具有2個(gè)輸出點(diǎn)無輸入點(diǎn)，EM235具有3個(gè)輸入點(diǎn)2個(gè)輸出點(diǎn)考慮到本設(shè)計(jì)需要，PLC選擇CPU224 CN，擴(kuò)展模塊選擇EM222和EM235。壓力表測量范圍01MP，；數(shù)顯儀輸出一路420mA電流信號，送給變頻器作為PID調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設(shè)定壓力上、下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。系統(tǒng)的控制電路接線圖如圖56所示，其總體結(jié)構(gòu)如圖57所示。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中要及時(shí)進(jìn)行故障檢測，防止設(shè)備的損壞和意外發(fā)生；當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，要在觸摸屏上及時(shí)進(jìn)行報(bào)警輸出，方便工作人員確認(rèn)和維修，有利于系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。該子程序與模糊控制子程序的功能一樣的，只是控制算法不一樣。以下五種情況，將調(diào)用泵切換程序：（1）增加水泵條件成立；（2）減少水泵條件成立；（3）切換輔助小泵條件成立；（4）輔助小泵切換主泵條件成立；（5）系統(tǒng)只有一臺主泵在運(yùn)行且該泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間已到達(dá)8小時(shí)，進(jìn)行主泵間交換。當(dāng)該系統(tǒng)作為另一個(gè)控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)時(shí)，它需要和上一級系統(tǒng)建立通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以便上一級系統(tǒng)對它進(jìn)行監(jiān)控和管理，這是需要編寫對外通訊子程序。本系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：（1）采用了可靠性高、使用簡單、編程靈活的工控設(shè)備PLC和內(nèi)置PID調(diào)節(jié)模塊的變頻器作為主要控制設(shè)備，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，確保恒壓供水；（2）系統(tǒng)具有完備的故障處理能力，可通過自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場手動(dòng)控制等方式確保供水，具有故障實(shí)時(shí)的現(xiàn)場報(bào)警和遠(yuǎn)程電話自動(dòng)報(bào)警功能，具有故障電機(jī)鎖定功能；（3）系統(tǒng)采取變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果明顯；（4）用了PID調(diào)節(jié)方式，水壓波動(dòng)小，響應(yīng)快。該子程序采用定時(shí)中斷的方式來調(diào)用。為了提供更好的供水效果，將每日24小時(shí)按用水曲線分成幾個(gè)時(shí)段，不同的時(shí)段采用不同的壓力設(shè)定值，程序根據(jù)PLC提供的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，自動(dòng)修改設(shè)定值。利用第四章第一節(jié)的（49），（410），（411），（412）式，在主程序仞始化時(shí)計(jì)算Q0、2，在子程序中直接讀取A／D模塊的輸出，得到當(dāng)前的實(shí)際水壓，將此壓力值與壓力設(shè)定值相減，得到當(dāng)前誤差量e（k），計(jì)算控制增量，將該增量通過PLC與變頻器的通訊去控制變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。流程框圖（見圖61）。下面對逐一他們進(jìn)行闡述。圖55 PLC的接線圖。在運(yùn)行過程中，當(dāng)壓力傳感器和壓力變送器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)有可能開啟所有的水泵，而此時(shí)的用水量又達(dá)不到，這就使水管中的水壓上升，為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設(shè)備，本文中的供水系統(tǒng)使用電極點(diǎn)壓力表的壓力上限輸出，作為PLC的一個(gè)數(shù)字量輸入，當(dāng)壓力超出上限時(shí)，關(guān)閉所有水泵并進(jìn)行報(bào)警輸出口。S7200系列PLC主要有六種擴(kuò)展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。PLC和上位機(jī)的通信PC/PPI電纜，支持點(diǎn)對點(diǎn)接口（PPI）協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實(shí)現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS323的轉(zhuǎn)換。表52 MM430變頻器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)電源電壓和功率范圍380V至480V177。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三種類型：普通功能型U/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。SKL型低噪音生活給水泵的型號意義及工作范圍如圖53。型號及參數(shù)見表51所示。水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。從而起到遠(yuǎn)程控制或弱電控制強(qiáng)電的功能。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高且適應(yīng)性強(qiáng)。5變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)根據(jù)第2章中所闡述的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖51所示：由以上系統(tǒng)電氣總框圖（圖51）可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括：水泵機(jī)組、異步電動(dòng)機(jī)、變頻器、PLC及擴(kuò)展模塊、壓力傳感器、軟啟動(dòng)器等。 PID調(diào)節(jié)現(xiàn)場使用結(jié)果及分析（1）因?yàn)樽冾l調(diào)速怕壓供水系統(tǒng)的控制制對致是一個(gè)時(shí)變的、線性的、滯后的、模型穩(wěn)定的對象，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，因而PID參數(shù)整定困難，并且最終整定的參數(shù)并不一定最優(yōu)。l 對于含有噪音的過程，不宜引入微分作用，否則高頻分量放大得很厲害。必須盡量發(fā)揮它能消除靜差的利，盡量縮小它不利于穩(wěn)定的弊。由這一點(diǎn)出發(fā)，可從兩條途徑進(jìn)行現(xiàn)場湊試：l 先用單純的P作用，選出合適的k值，作為基礎(chǔ)，然后適當(dāng)引入TI和Td，TI和Td值進(jìn)行挑選。同時(shí)TI，和Td。kc應(yīng)降為原來的3/5。 PID參數(shù)整定的相關(guān)原則針對一個(gè)具體的系統(tǒng)，設(shè)置和調(diào)整PID參數(shù)，使調(diào)節(jié)過程達(dá)到滿意的品質(zhì)，稱為參數(shù)整定，不管是用常規(guī)調(diào)節(jié)器還是數(shù)字PID調(diào)節(jié)器，統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。目前離散PID控制算法主要有兩類，第一類叫做位置式算法，即對42式進(jìn)行差分后直接給出u(k)，第二類叫做增量算法，給出： （45）位置算法如下： （46）上式可寫成： （47）增量算法如下： （48）上面的各式中：e(k)：第k次采樣時(shí)的誤差值； e(k1)：第k1次采樣時(shí)的誤差值；：積分系數(shù)； ：微分系數(shù)；T：采樣周期； ：比例系數(shù) 為方便編程，將(48)整理為： （49） （410） （411） （412）（3）離散PID控制特點(diǎn) 把離散的PID算法與模擬的PID算法相比較，它具有如下特點(diǎn)： 1）P，I，D三個(gè)作用是獨(dú)立的，可以分別整定，沒有調(diào)節(jié)器參數(shù)間的關(guān)聯(lián)問題，不需要考慮干擾系數(shù)。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負(fù)載場合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。但是，I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對快速變化偏差響應(yīng)遲緩。PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： （44）當(dāng)上述控制算法公式只包含第一項(xiàng)時(shí)，稱為比例（P）作用，只包含第二項(xiàng)時(shí)，稱為積分（I）作用：但只包含第三項(xiàng)的單純微分（D）作用是不采用的，因?yàn)樗荒芷鸬绞贡豢刈兞拷咏O(shè)定值的效果，只包含第一、二項(xiàng)的是PI作用：只包含第一、三項(xiàng)的是PD作用：列時(shí)包含這三項(xiàng)的是PID作用。 PID控制算法及特點(diǎn) （1）PID控制算法的一般形式 PID控制器根據(jù)目標(biāo)值（設(shè)定值）r（t）與反饋值（測量值）c（t）構(gòu)成的控制偏差： （41）將偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進(jìn)行控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種：l 硬件型。它的原理如圖41所示：通過對被控制時(shí)象的傳感器等檢測控制量（反饋量），將其與目標(biāo)值（溫度、流量、壓力等設(shè)定值）進(jìn)行比較。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，在判別條件中加入延時(shí)的判斷就顯得尤為必要了。如果變頻器的輸出為上限頻率，只有當(dāng)實(shí)際的供水壓力比設(shè)定壓力小必的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組增加；如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當(dāng)實(shí)際的供水壓力比設(shè)定壓力大的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組的增加。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換?？梢灶A(yù)見，如果用水狀況不變，供水泵站中的所有能夠自動(dòng)投切的機(jī)組將一直這樣投入→切出→再投入→再切出地循環(huán)下去，這增加了機(jī)組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中。在這種情況下，如果按照上面的判別條件，只要條件一滿足就進(jìn)行機(jī)組切換，很可能由于新增加了一臺機(jī)組運(yùn)行，供水壓力一下就超過了設(shè)定壓力。從上面的分析可以看出，當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)到達(dá)上限頻率，而實(shí)際的供水壓力仍然低于設(shè)定壓力時(shí)，存在的實(shí)際供水壓力差己經(jīng)不能夠使輸出頻率增大，實(shí)際供水壓力也不會提高。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會隨著電機(jī)頻率的下降而下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)到達(dá)50Hz時(shí)，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)一臺調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加水泵來滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的；當(dāng)調(diào)速水泵和工頻運(yùn)行水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少工頻運(yùn)行水泵來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。系統(tǒng)進(jìn)入靠附屬小泵進(jìn)行少量補(bǔ)水的狀態(tài)。3）當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件（在下文有詳細(xì)的闡述）時(shí)，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電機(jī)M1切換至工頻電網(wǎng)