【正文】 要復(fù)雜的坐標(biāo)變換而是直接在電動機定子坐標(biāo)上計算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤，實現(xiàn)脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動態(tài)性能H3。變頻器的發(fā)展水平是由電力電子技術(shù)、電機控制方式以及自動化控制水平三個方面決定的。當(dāng)時，在機械工業(yè)部屬下建立了我國第一個電氣傳動成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動設(shè)計研究所的前身。國內(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)并開發(fā)新產(chǎn)品，但由于分散，所以并沒有形成一定的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模。 可編程控制器(PLC)的特點及應(yīng)用可編程序控制器(program logical controller)，簡稱PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算電子系統(tǒng)，它是以微處理機為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(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)與新興的計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強、應(yīng)用靈活、編程簡單、使用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標(biāo)實現(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言，除了保持原有的邏輯運算等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。據(jù)“美國市場信息力的世界PLC以及軟件市場報告稱，1995年全球PLC及其軟件的市場經(jīng)濟規(guī)模約50億美元，隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能得到大大的增強，具有以下特點： 1)可靠性高。另外為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊；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)編程簡單易學(xué)。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。其主要功能是進行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測以及水質(zhì)監(jiān)測等可編程控制器PC或PLC是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè)控制機，其本質(zhì)是一臺工業(yè)控制專用計算機。常用的cPU有通用微處理器，如MOTOROLA 6800，單片機有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，啟閉有關(guān)控制門電路，并根據(jù)運算結(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)和編程過程中的語法錯誤。所謂系統(tǒng)程序是指控制和完成Pc機各種功能的程序，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。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。數(shù)據(jù)存貯器用來存放PLC的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量(壓力、流量、溫度、電壓、電流)等，都要通過輸入模塊送到PLC。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級主要有數(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，為了濾除信號的噪聲和便于PLC內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入／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大和完善。目前編程器主要有以下三種類型：便攜式編程器(也叫簡易編程器)；圖形編程器；用于IBM—PC及其兼容機的編程器。圖形編程器還可與打印機、錄音機、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強的監(jiān)控功能。監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進行操作。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。擴展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴展總線或通過總線連接器與CPU相連。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進一步提高控制質(zhì)量與可靠性。通常，一個PLC機架只能容納一定數(shù)量的模塊插件，這種包含主機模塊和部分I／O模塊的機架稱為基本控制單元。 2)用戶程序：這是用戶應(yīng)用PLC進行控制所需要編制的程序。 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點及其安全性討論 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： 1)滯后性：供水系統(tǒng)的控制對象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個過程控制量，同其他一些過程控制量(如：溫度、流量、濃度等)一樣，對控制作用的響應(yīng)具有滯后性，同時用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。 5)容錯性：當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動器故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動進行投切，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)就是在極短時間內(nèi)，因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強過高或過低的沖擊，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：水泵在起動和制動過程中的動態(tài)轉(zhuǎn)矩太大，短時間內(nèi)流量的巨大變化而引起的。 4)減少了起動電流，也就減少了系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊，提高了自身系統(tǒng)的可靠性。從用戶的需求入手確定合適的設(shè)備選型；詳細(xì)分析全自動變頻恒壓運行方式水泵運行的各種工況及其轉(zhuǎn)換過程，討論PLc的程序設(shè)計方法及程序執(zhí)行特點，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)原理實現(xiàn)恒壓供水的調(diào)節(jié)過程，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，揚程H越小。由圖可知，在同一閥門開度下，揚程H越大，流量Q也越大。在這一點，用戶的用水流量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)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。異步電動機的變頻調(diào)速是通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的。因此，變頻調(diào)速是交流異步電機中一種比較合理和理想的調(diào)速方法，它被廣泛地應(yīng)用于對水泵電機的調(diào)速。由于實際用水中，需水量是變化的，若閥門開度在一段時間內(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)用戶用水量的變化自動地調(diào)整水泵電機的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定，當(dāng)用水量增大時電機加速，用水量減小時電機減速。根據(jù)水泵變速運行的相似定律，變速前后流量Q、揚程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。該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復(fù)，直到實際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始壓力開始啟動水泵運行，至管網(wǎng)壓力達(dá)到穩(wěn)定要求時經(jīng)歷兩個過程：首先是水泵將水送到管網(wǎng)中，這個階段管網(wǎng)壓力基本保持初始壓力，這是一個純滯后的過程；其次是水泵將水充滿整個管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個大時間常數(shù)的慣性過程；然而系統(tǒng)中其他控制和檢測環(huán)節(jié)，例如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉(zhuǎn)換、壓力檢測等的時間常數(shù)和滯后時間與供水系統(tǒng)的時間常數(shù)和滯后時間相比，可忽略不計，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，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時，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。同時由于PLC的抗干擾能力強、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)計方案的基本依據(jù)是設(shè)計供水能力能滿足系統(tǒng)最不利點的用水需求，同時還需要結(jié)合用戶用水量變化類型，考慮方案適用性、節(jié)能性及其它技術(shù)要求。這類型用水需求在較長時間段表現(xiàn)為低流量，相對于設(shè)計流量有較大的余量，采用變頻調(diào)速方式來實現(xiàn)低流量時的恒壓供水節(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、二臺大泵單獨供水不會增加投資，而其好處是多方面的。供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、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)行機構(gòu)、信號檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)三大部分，具體為： 1)執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(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、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；附屬小泵只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下(例如：夜間)對管網(wǎng)用水量進行少量的補充。此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進行A／D轉(zhuǎn)換。 3)控制機構(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)備三個部分。 作為一個控制系統(tǒng)，報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，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達(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，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電機M1切換至工頻電網(wǎng)供電后，M1恒速運行，同時使第二臺水泵M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(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，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下一臺變頻泵運行為止。待實際壓力再次低于設(shè)定壓力后，重復(fù)上述過程。在50Hz頻率下運行60S管網(wǎng)水壓未達(dá)到給定值，此時，該臺水泵需切換到工頻運行。切換完成后，在打開電動閥；已停車的變頻器切換到另外的水泵上啟動并運行，在開電動閥。其控制流程圖如下所示： 開 始水壓低？輔 助 泵 運 行設(shè)定時間到？達(dá)到設(shè)定壓力值？變頻啟動主泵A停止輔助泵YNYNNY （1）主 泵 A變 頻 運 行主泵B變頻運行達(dá)到設(shè)定壓力值？達(dá)到設(shè)定時間？主泵A工頻運行運行在最低出水頻率以下？主泵A停止變頻啟動主泵BYNYNNY（2）主泵B變頻運行到達(dá)設(shè)定壓力值？運行在出水頻率以下？（3）主泵B變頻運行主泵A停止YN NY報 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)一臺調(diào)速水泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時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)速水泵和工頻運行水泵都在運行且調(diào)速水泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少工頻運行水泵來減少供水流量，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，即使實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。因為當(dāng)水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。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，而實際的供水壓力仍然低于設(shè)定壓力時，存在的實際供水壓力差己經(jīng)不能夠使輸出頻率增大，實際供水壓力也不會提高。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行機組切換，很可能由于新增加了一臺機組運行，供水壓力一下就超過了設(shè)定壓力?？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投切的機組將一直這樣投入專切出專再投入專再切出地循環(huán)下去，這增加了機組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中。所以，在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實需要機組進行切換的時候才進行機組的切換。設(shè)定壓力實際壓力設(shè)定壓 力實際壓力增泵△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)實際的供水壓力比設(shè)定壓力小△Pd／2的時候才允許進行機組增加；如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當(dāng)實際的供水壓力比設(shè)定壓力大△P／2的時候才允許進行機組的增加。根據(jù)這個特點，在判別條件中加入延時的判斷就顯得尤為必要了。要使泵組常處于高效區(qū)運行，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 要對系統(tǒng)所用的變頻器進行選型，首先得確定變頻器的容量，方法是依據(jù)所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。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，可簡單地實現(xiàn)遠(yuǎn)方操作。具