【正文】 要復(fù)雜的坐標(biāo)變換而是直接在電動(dòng)機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過(guò)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能H3。變頻器的發(fā)展水平是由電力電子技術(shù)、電機(jī)控制方式以及自動(dòng)化控制水平三個(gè)方面決定的。當(dāng)時(shí)，在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國(guó)第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身。國(guó)內(nèi)交流變頻調(diào)速技術(shù)產(chǎn)業(yè)狀況表現(xiàn)如下： 1)變頻器的整體技術(shù)落后，國(guó)內(nèi)雖有很多單位投入了一定的人力、物力研究變頻技術(shù)并開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，但由于分散，所以并沒(méi)有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。 可編程控制器(PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用可編程序控制器(program logical controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是一種專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。在軟件方面，PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語(yǔ)言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息力的世界PLC以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱(chēng)，1995年全球PLC及其軟件的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模約50億美元，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)： 1)可靠性高。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 4)編程簡(jiǎn)單易學(xué)。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過(guò)程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等可編程控制器PC或PLC是一種以微處理器為核心的用于工程自動(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。常用的cPU有通用微處理器，如MOTOROLA 6800，單片機(jī)有803l，8051和雙極型位式微處理器，如AMD2903。 中央處理器的功能是：CPU按系統(tǒng)程序所賦予的功能，、接收并存貯從編程器輸入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；CPU按掃描方式工作，從存貯器中逐條讀取指令，并存入CPU內(nèi)的指令寄存器中；指令寄存器的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，啟閉有關(guān)控制門(mén)電路，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志和輸出映像寄存器的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通訊；行系統(tǒng)診斷程序，診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。所謂系統(tǒng)程序是指控制和完成Pc機(jī)各種功能的程序，如控制器的監(jiān)控程序、基本指令和功能指令翻譯程序、系統(tǒng)診斷程序、通信管理程序等。所謂用戶(hù)程序是指使用戶(hù)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)的控制程序。數(shù)據(jù)存貯器用來(lái)存放PLC的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量(壓力、流量、溫度、電壓、電流)等，都要通過(guò)輸入模塊送到PLC。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類(lèi)型，每種類(lèi)型又有不同的參數(shù)等級(jí)主要有數(shù)字量輸入／輸出模塊和模擬量輸入／輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過(guò)模擬量輸入／輸出模塊與PLC的中央處理器連接。另外還有O．50mV，O．1V、．5+5V、一10lOV，010mA等。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列的智能接口模塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。目前編程器主要有以下三種類(lèi)型：便攜式編程器(也叫簡(jiǎn)易編程器)；圖形編程器；用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫(huà)儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。鍵盤(pán)有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤(pán)中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過(guò)總線連接器與CPU相連。特殊模板及智能模板的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專(zhuān)用模板的開(kāi)發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。通常，一個(gè)PLC機(jī)架只能容納一定數(shù)量的模塊插件，這種包含主機(jī)模塊和部分I／O模塊的機(jī)架稱(chēng)為基本控制單元。 2)用戶(hù)程序：這是用戶(hù)應(yīng)用PLC進(jìn)行控制所需要編制的程序。 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)及其安全性討論 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場(chǎng)合，在本文中主要應(yīng)用于生活小區(qū)生活用水，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1)滯后性：供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶(hù)管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他一些過(guò)程控制量(如：溫度、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性，同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。 5)容錯(cuò)性：當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動(dòng)進(jìn)行投切，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。影響供水系統(tǒng)安全性的一大因素便是水錘效應(yīng)，所謂的水錘效應(yīng)就是在極短時(shí)間內(nèi)，因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強(qiáng)過(guò)高或過(guò)低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象，使管道受壓產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣的現(xiàn)象。而采用變頻調(diào)速，對(duì)系統(tǒng)的安全性有一系列的好處： 1)產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因是：水泵在起動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩太大，短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化而引起的。 4)減少了起動(dòng)電流，也就減少了系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了自身系統(tǒng)的可靠性。從用戶(hù)的需求入手確定合適的設(shè)備選型；詳細(xì)分析全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式水泵運(yùn)行的各種工況及其轉(zhuǎn)換過(guò)程，討論P(yáng)Lc的程序設(shè)計(jì)方法及程序執(zhí)行特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上提出供水系統(tǒng)控制程序的功能模塊和設(shè)計(jì)方案；在介紹PID調(diào)節(jié)原理的基礎(chǔ)上，分析利用PID調(diào)節(jié)原理實(shí)現(xiàn)恒壓供水的調(diào)節(jié)過(guò)程，給出PID參數(shù)設(shè)置方法；最后還提出了保障系統(tǒng)可靠性的一些措施。由圖2．1可以看出，流量Q越大，揚(yáng)程H越小。由圖可知，在同一閥門(mén)開(kāi)度下，揚(yáng)程H越大，流量Q也越大。在這一點(diǎn)，用戶(hù)的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚(yáng)程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過(guò)改變定子供電頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機(jī)中一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用于對(duì)水泵電機(jī)的調(diào)速。由于實(shí)際用水中，需水量是變化的，若閥門(mén)開(kāi)度在一段時(shí)間內(nèi)保持不變，必然要造成超壓或欠壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。其工作原理是根據(jù)用戶(hù)用水量的變化自動(dòng)地調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時(shí)電機(jī)加速，用水量減小時(shí)電機(jī)減速。根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后流量Q、揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速N之間關(guān)系為： Q2 Q1=N2N1。由公式(2．7)可以看出，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗功率與流量成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門(mén)控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著，所以本文供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速恒壓供水方式。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過(guò)程中該過(guò)程將被重復(fù)，直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始?jí)毫﹂_(kāi)始啟動(dòng)水泵運(yùn)行，至管網(wǎng)壓力達(dá)到穩(wěn)定要求時(shí)經(jīng)歷兩個(gè)過(guò)程：首先是水泵將水送到管網(wǎng)中，這個(gè)階段管網(wǎng)壓力基本保持初始?jí)毫?，這是一個(gè)純滯后的過(guò)程；其次是水泵將水充滿整個(gè)管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的慣性過(guò)程；然而系統(tǒng)中其他控制和檢測(cè)環(huán)節(jié)，例如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉(zhuǎn)換、壓力檢測(cè)等的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間與供水系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間相比，可忽略不計(jì)，均可等效為比例環(huán)節(jié)。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。確定供水系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的基本依據(jù)是設(shè)計(jì)供水能力能滿足系統(tǒng)最不利點(diǎn)的用水需求，同時(shí)還需要結(jié)合用戶(hù)用水量變化類(lèi)型，考慮方案適用性、節(jié)能性及其它技術(shù)要求。這類(lèi)型用水需求在較長(zhǎng)時(shí)間段表現(xiàn)為低流量，相對(duì)于設(shè)計(jì)流量有較大的余量，采用變頻調(diào)速方式來(lái)實(shí)現(xiàn)低流量時(shí)的恒壓供水節(jié)能效果比較明顯，與通常的工頻氣壓給水設(shè)備相比平均節(jié)能可達(dá)30％。多泵并聯(lián)代替一、二臺(tái)大泵單獨(dú)供水不會(huì)增加投資，而其好處是多方面的。供水系統(tǒng)的恒壓通過(guò)壓力變送器、PID調(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。 綜上所述，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為： 1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶(hù)管網(wǎng)，其中由變頻泵和附屬小泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；附屬小泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下(例如：夜間)對(duì)管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。 3)控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。 作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。 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(hù)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)供電后，M1恒速運(yùn)行，同時(shí)使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。待實(shí)際壓力再次低于設(shè)定壓力后，重復(fù)上述過(guò)程。在50Hz頻率下運(yùn)行60S管網(wǎng)水壓未達(dá)到給定值，此時(shí)，該臺(tái)水泵需切換到工頻運(yùn)行。切換完成后，在打開(kāi)電動(dòng)閥；已停車(chē)的變頻器切換到另外的水泵上啟動(dòng)并運(yùn)行，在開(kāi)電動(dòng)閥。其控制流程圖如下所示： 開(kāi) 始水壓低？輔 助 泵 運(yùn) 行設(shè)定時(shí)間到？達(dá)到設(shè)定壓力值？變頻啟動(dòng)主泵A停止輔助泵YNYNNY （1）主 泵 A變 頻 運(yùn) 行主泵B變頻運(yùn)行達(dá)到設(shè)定壓力值？達(dá)到設(shè)定時(shí)間？主泵A工頻運(yùn)行運(yùn)行在最低出水頻率以下？主泵A停止變頻啟動(dòng)主泵BYNYNNY（2）主泵B變頻運(yùn)行到達(dá)設(shè)定壓力值？運(yùn)行在出水頻率以下？（3）主泵B變頻運(yùn)行主泵A停止YN NY報(bào) 警 供水系統(tǒng)中水泵切換條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)一臺(tái)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(lái)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(lái)減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。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。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(huì)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(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。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(huì)提高。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(tái)機(jī)組運(yùn)行，供水壓力一下就超過(guò)了設(shè)定壓力。可以預(yù)見(jiàn)，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)組將一直這樣投入專(zhuān)切出專(zhuān)再投入專(zhuān)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。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。設(shè)定壓力實(shí)際壓力設(shè)定壓 力實(shí)際壓力增泵△Pd/2△Pd/2減泵 （上限頻率） （下限頻率） 用于壓力判斷的回滯環(huán) 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△Pd／2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△P／2的時(shí)候才允許進(jìn)行機(jī)組的增加。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。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。 變頻器的選型 要對(duì)系統(tǒng)所用的變頻器進(jìn)行選型，首先得確定變頻器的容量，方法是依據(jù)所配電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定電流來(lái)確定變頻器容量。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三種類(lèi)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?？梢允褂醚由祀娎|選件，可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作。具