【正文】 PID 控制器 的設計 .................................................................................. 22 PID 控制算法及特點 ....................................................................... 23 PID 參數(shù)整定的相關原則 ............................................................... 25 5 PID 指令的使用注意事項 ............................................................... 26 PID 回路類型的選擇 ....................................................................... 26 正作用或反作用回路 ...................................................................... 27 6 系統(tǒng)的設計 ................................................................................................ 28 系統(tǒng)要求 .......................................................................................... 28 控制系統(tǒng)的 I/O 及地址分配 ........................................................... 28 PLC 系統(tǒng)選型 .................................................................................. 30 電氣控制系統(tǒng)原理圖 ...................................................................... 30 主電路圖 ........................................................................................ 30 控制電路圖 ................................................................................... 32 系統(tǒng)程序設計 .................................................................................. 33 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 ................................ 34 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 ......................................................... 34 系統(tǒng)流程圖設計 ............................................................................ 34 程序的結構及程序功能的實現(xiàn) .................................................... 36 系統(tǒng)的運行分析 ............................................................................ 38 致謝 ................................................................................................................ 39 1 1 緒論 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人民對供水的質量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。以下就逐一分析。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚程的條件下，水泵處于高效區(qū)。高層建筑還可分層設立水箱。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額定轉速、額定流量的條件下工作。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起制 動控制、壓頻比控制及各種保護功能。有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。 研究的主要內容 本系統(tǒng)是 三泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)， 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器組成。這也有兩種配置方案，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當然方便，電機與變頻器間不須切換，但購變 頻器的費用較高。恒壓供水水壓的高低依需要設定。調節(jié)器接收了水壓的實測反饋信號后，將它與結定值比較，得到給定值與 實測 值之差。 在變頻恒壓供水 系統(tǒng)中，執(zhí)行設備就是變頻器。因而，改變頻率可以方便地改變電機的運行速度，也就是說變頻對于交流電機的調運來說是十分合適的。直流中間電路的作用是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質量較高的直流電源。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉換為頻率及電壓都可以任意調節(jié)的交流電源。逆變電路最常見的結構形式是利用 6個半導體主開關器件組成的三橋式逆變電路。因而實際變頻器中采用 fE控制。矢量控制是受調速性能優(yōu)良的直流電動機磁場電流及轉矩電流可分別控制啟發(fā)而設計的一種控制方式。功能碼 在出廠時已按默認值存儲。各段頻率值通過功能碼設定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。 該產(chǎn)品可以和三菱 PLC 工作協(xié)調。變頻控制系統(tǒng)主回路如圖 62所示。 供水系統(tǒng)的壓強是 gh??P ，下面單位都是估計標準單位310?? ， g=，一般情況下， h60 米，所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)輸出壓力一般小于或等于 ， 系統(tǒng)選用 YTZ150 型帶電接點式的壓力傳感器， 其水壓檢測范圍為 0～ 1MPa，檢測精度為土 ，該傳感器將 0～ 1MPa 范圍的壓力對應轉換成 0～ 10V 的電信號 。 (3)變頻器的驅動控制。 以下介紹 三菱 FX N2 系列 PLC的模擬量模塊 以及 ，它們分別具有 FX N2 4AD及 FX N2 2DA， 它們分別具有 4路模擬量輸入及 2路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。 模擬量輸入模塊緩沖存儲器 （ BFM）的分配 為了能適用于多種規(guī)格的 輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設成可編程的。 1～ 4通道的采樣次數(shù) (設定范圍為 1～ 4096)，默認值為 8。 （ 6） BFM20。 BFM22為增益與偏置調整的指定單元。其中， b0 為，表示有錯 誤；當 b1 為 ON 時，表示存在偏置及增益錯誤；b2 為 ON 時表示存在電源故障； b3 為 ON 時，表示存在硬件錯誤等。模擬量輸出可通過雙絞屏蔽電纜與驅動負載相連，連接方法如所圖 34 所示，當使用電壓輸出時，需要 IOUT 和 COM 端短接。 (2)BFM17。 軟件型，使用離散形式的 PID控制算法在可編程序控制器上做 PID控制器。同時包含這三項的是 PID作用?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負載場合，僅 P動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在 其他因素相同的情況下，當大的時候， CK 應該小一些， 0K 小的時候， CK 應該大一些。 (2)依據(jù)驗前知識 (如對 T的了解 )，把 Ti和 Td置于合適的數(shù)值，然后主要對 CK 值進行湊試，得出最合宜的數(shù)值。 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。 過程分析時應注意：控制過程的靜態(tài)性能 （ 比例）和動態(tài)性能（ 時間延遲、死區(qū)和重設時間等）對被控過程控制器的構造和設 計以及靜態(tài) （ 比例）和動態(tài)參量 （ 積分和微分）的維數(shù)選取有著很大的影響。 如果不想要積分回路，可以把積分時間設為無窮大。 (3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長。整個 PLC 系統(tǒng)的配置如圖 51 所示。手動運行時，可用按鈕 SBl～ SB8 控制三臺泵的啟 /停和電磁閥 YV2的通斷；自動運 行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。 33 圖 63 電控系統(tǒng)控制電路圖 Figure 63 electronic control system control circuit SA 1 0 2 FU2 SB1 SB2 KM1 Y000 Y001 PLC SB3 SB4 KM3 SB5 SB6 KM5 SB7 SB8 YV2 KM1 FR1 HL1 KM2 HL2 Y002 Y003 Y004 Y005 Y010 16 Y011 18 Y012 20 Y013 22 Y014 Y015 24 26 HL7 HL8 HL9 HA KA HL10 KM6 HL6 YV2 14 KM5 KM3 FR2 HL3 KM4 HL4 KM5 FR3 HL5 KM2 KM1 KM3 KM6 KM5 N L1 34 系統(tǒng)程序設計 硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實 現(xiàn)結合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設計分折如下： 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 前邊已經(jīng)說過，為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺泵或第三臺泵。 系統(tǒng)流程圖設計 35 開始 自動工作？ 手動工頻工作 消防供水？ 消防供水 程序初始化 生活供水 程序初始化 供電故障 蓄水池 水位過低？ 緊急停車 已有一 臺泵工作？ 壓力不到設定 值 ,頻率達到上限？ 壓力到設定值， 頻率達到下限？ N Y N N N N N N Y Y Y Y Y Y Y 將變頻運行的泵從變頻器上切除，并變頻啟動下一臺泵 將變頻運行的泵從變頻器上切除，并將上一臺工頻運行的泵接到變頻器上 變頻啟動 M1 泵 加壓泵是否過載？ 結束 停止否？ N N N 36 程序的結構及程序 功能的實現(xiàn) 根據(jù)可知， PLC 上在恒壓供水系統(tǒng)中的功能較多，由于模擬量單元及 PID 調節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序分可為三部分：主程序、子程序和中斷程序。初步確定的增益和時間常數(shù) ) 增益： ?CK 采樣時間 sTS ? 積分時間 min30?iT 程序中使用的 PLC 元件及其功能如表 62 所示； 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序及程序在附錄中所示。生活供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的 70％，消防供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的 90％。具體的操作時，將現(xiàn)行運行 的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運 行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。若有電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機；待電源恢復正常后，系統(tǒng)自動恢復運行，然后按自動運行方式啟動 1泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。 主機單元 FX N2 32MR 模擬量 輸入模塊FX N2 4N 模擬量輸入 FX N2 2N 31 圖 62 電控系統(tǒng)主電 路 Figure 62 main circuit electronic control system R S T U V W ~ M ~ M ~ M N L1 L2 L3 KM1 KM3 KM5 KM2 KM4 KM6 FR1 FR2 FR3 QS1 QS2 QS3 QS4 CIMR P5A45P5 32 控制電路圖 如圖 63 為電控系統(tǒng)控制電路圖。選用FX N2 32MR 主機一臺，加上一個模擬量輸入擴展模塊 FX N2 4N，再擴展一個模擬量輸出擴展模塊 FX N2 2N。 28 6 系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)要求