【正文】 接觸器進(jìn)行控制，同時(shí)在觸摸屏上顯示各個(gè)相關(guān)參數(shù)值 PLC外圍電路連接PLC的外圍電路連接如圖54所示 圖54 PLC的外圍電路連接輸入： 輸出： 圖54只是簡(jiǎn)單的表明PLC及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。同時(shí)，VF輸出頻率迅速降為0；然后是M2投入變頻運(yùn)行。FRFR2 、FR3分別為三臺(tái)水泵的電動(dòng)機(jī)熱繼電器。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個(gè)模擬輸入(AIW)，1個(gè)模擬輸出(AQW)信號(hào)通道。S7200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。第五章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的電氣控制總框圖根據(jù)基于PLC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：圖51 系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：(1) PLC及其擴(kuò)展模塊、(2) 變頻器、(3) 水泵機(jī)組、(4) 壓力變送器、(5) 液位變送器。其實(shí)質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實(shí)現(xiàn)的。為此，矩陣式交—交變頻應(yīng)運(yùn)而生。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。 （VC）方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流ImIt1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。 變頻器控制方式 低壓通用變頻輸出電壓為380～650V，～400kW，工作頻率為0～400Hz，它的主電路都采用交—直—交電路。第四章 變頻器的工作原理和控制方式隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及功率半導(dǎo)體器件價(jià)格的降低，變頻調(diào)速越來越被工業(yè)上所采用，尤其是自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。如果不想要微分回路，可以把微分時(shí)間設(shè)為0，如果不想要比例回路，但需要積分或微分回路，分項(xiàng)和微分項(xiàng)時(shí)，把增益當(dāng)作1看待。例如只需要比例回路或者比例積分回路。控制器選取時(shí)應(yīng)注意：控制環(huán)的特性由被控過程或被控機(jī)械的物理特性決定，并且設(shè)計(jì)中可以改變的程度不是很大?？刂骗h(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)操作值必須被更新的頻率決定了可以安裝的控制器的數(shù)量。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)。在以上情況下，由I作用引起的相位滯后不超過400，幅值比增加不超過20%。積分(I)作用的引入既有利又有弊。在 P，I，D 三個(gè)作用中，P作用往往是最基本的控制作用。同時(shí)，和也應(yīng)取適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 PID參數(shù)整定的相關(guān)原則針對(duì)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。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動(dòng)作用的負(fù)載。對(duì)于PID控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的PI控制。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。其控制規(guī)律為：或 式中Kp： 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Ti： 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間Td： 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間e： 調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)δ： 比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)u： 輸出簡(jiǎn)單來說 ，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用是這樣的：比例環(huán)節(jié)： 即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小誤差。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。 PID控制器的參數(shù)設(shè)定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 　　　　積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。比如人就是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動(dòng)作。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路?，F(xiàn)階段PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的平衡工作點(diǎn)，如圖1中a點(diǎn)。在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量q的大小主要取決于用戶的用水情況。(6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。(2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要．采取“先開先停”的原則接入和退出。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動(dòng)機(jī)欠壓、過壓、錯(cuò)相、電機(jī)故障等情況時(shí)，均能由蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。(7) 故障處理。有時(shí)電源會(huì)突然斷電，若無人值班，恢復(fù)供電后若系統(tǒng)無法啟動(dòng)會(huì)造成斷水，為此本系統(tǒng)設(shè)置了通電后自動(dòng)變頻啟動(dòng)方式。在小流量水泵的選擇上，其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6，揚(yáng)程和主泵相同。（3）啟動(dòng)小流量泵。在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，輔助泵首先啟動(dòng)，如果檢測(cè)到壓力不合要求，再將變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，水泵變頻啟動(dòng)，變頻器輸出頻率從0Hz開始上升，此時(shí)壓力變送器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時(shí)一定時(shí)間后，將變頻泵切換為工頻，另一變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類推增加水泵。該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式：。變頻恒壓控制的原理圖22如下：圖22 變頻恒壓控制原理圖從恒壓控制的原理圖中可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果實(shí)際供水壓力低于設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個(gè)差值經(jīng)過計(jì)算和轉(zhuǎn)換，計(jì)算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個(gè)增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。 恒壓控制的理論模型對(duì)變頻恒壓供水的主要特點(diǎn)進(jìn)行分析，我們可以得出如下結(jié)論:變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制對(duì)象是一個(gè)時(shí)變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對(duì)象。系統(tǒng)采用了水泵，一臺(tái)PLC，一臺(tái)變頻器和壓力傳感器組成的供水系統(tǒng)，當(dāng)用水量很少時(shí)只開動(dòng)輔助泵即可，系統(tǒng)檢測(cè)到管壓很低實(shí)會(huì)自動(dòng)增加泵的數(shù)量或加快抽水速度的同時(shí)會(huì)關(guān)閉輔助泵，以滿足用水需求；反之，會(huì)自動(dòng)減泵或降低抽水速度。占地少、投資回收期短。新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)、過載、失速保護(hù)、低液位保護(hù)、主泵定時(shí)輪換控制、密碼設(shè)定等功能，功能完善，全自動(dòng)控制，自動(dòng)運(yùn)行，泵房不設(shè)崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，從而可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力，不會(huì)出現(xiàn)在用水高峰期熱水器不能正常使用的情況。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)相對(duì)與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出的體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：高效節(jié)能。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。在早期，由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。(5)變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運(yùn)行時(shí)，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作。(4)恒速泵加氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時(shí)間比、開、停頻率等有關(guān)。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。(1)一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。據(jù)對(duì)供水區(qū)供水量的了解，發(fā)現(xiàn)全天各時(shí)段用水量變化較大，如果不對(duì)供水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，管網(wǎng)壓力的波動(dòng)也會(huì)很大，容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故。經(jīng)過PID運(yùn)算，通過PLC控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變頻供水。基于西門子plc的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 麗水學(xué)院2