【正文】 繼電器控制系統(tǒng)，與集散控制系統(tǒng)，與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 5 控 制電路整流電路 逆變電路直流中間電路交流電商用電源交流電頻率和電壓可調(diào)的交流電 圖 2— 1 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 變頻調(diào)速的控制方式經(jīng)歷了 V/F 控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制的發(fā)展，前者屬于開環(huán)控制，后兩者屬于閉環(huán)控制，正在發(fā)展的是直接轉(zhuǎn)矩控制。 工作點(diǎn) A 是水泵運(yùn)行的理想工作點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵的工作點(diǎn)并非總是固定在 A 點(diǎn)。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率 f 來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n。當(dāng)管網(wǎng)負(fù)載減小時(shí)，管網(wǎng)壓力升高，壓力傳感器將檢測到升高壓力轉(zhuǎn)換成 420?A 電流 信號送往模糊調(diào)節(jié)器，經(jīng)比較處理后，輸出一個令變頻器頻率降低的信號，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速至 n2,水泵轉(zhuǎn)速的下降是沿著水泵的相似工況拋物線下降的，也就是從點(diǎn) A 移至 B 點(diǎn)，在此過程中水泵輸出的流量和壓力都會相應(yīng)減小 .。 PLC 上接工控計(jì)算機(jī)，上位機(jī)裝有監(jiān)控軟件，對恒水位供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。 1電機(jī)工頻運(yùn)行后 ,開啟 1泵閥門， 1泵工作在工頻狀態(tài)。 在 PLC 程序設(shè)計(jì)中，必須認(rèn)真考慮這三個切換過程，才能保證系統(tǒng)在一個工作周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)正常切換與運(yùn)行。 同時(shí)熱繼電器可以實(shí)現(xiàn)對電動 機(jī)的過熱保護(hù)。如有必要，在系統(tǒng)中這樣還可以安裝多臺真空泵，實(shí)現(xiàn)同時(shí)抽取多臺水泵真空，確保系統(tǒng) 的正常工作。所以在大容量電動機(jī)變頻工作的時(shí)候，要自動切斷小容量電動機(jī)的變頻控制電路。 2． PLC 的開關(guān)量輸入、輸出點(diǎn) PLC 的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。機(jī)組Ⅱ內(nèi)控制 3電機(jī)變頻 /工頻運(yùn)行的兩個交流接觸器 ,3水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)， 4電機(jī)變頻運(yùn)行的交流接觸器動作， 4水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)。該模塊有 4 個模擬輸入（ AIW）， 1 個模擬輸出（ AQW）信號通道。梯形圖 (LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣 控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看 作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容 易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。每個邏輯行開始于左母線，一般來說，觸點(diǎn)要放在左側(cè)，線圈和指令盒放在右側(cè)，線圈和指令盒右側(cè)不能有觸點(diǎn)，整個梯形圖形成階梯形結(jié)構(gòu)。 變頻器主電路電源輸入端子（Ｒ、Ｓ、Ｔ）經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子（Ｕ、Ｖ、Ｗ）經(jīng)接觸器接至三相電動機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子（Ｕ、Ｖ、Ｗ）的任意兩相。水泵電機(jī)起動前先要保證變頻器三相電源輸入端得電， PLC 發(fā)出指令，使連接變頻器三相電源輸出端與電機(jī)的接觸器閉合，延時(shí)幾秒后自動接通變頻器的外控端子 FWDCM 之間的常開觸點(diǎn)，同時(shí)要保證 BXCM 之間斷開。一般情況下，水泵電機(jī)都處于這三種工作狀態(tài)之中，當(dāng)管網(wǎng)壓力突變時(shí)，三種工作狀態(tài)之間就要發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)換，因此這三種工作狀態(tài)也對應(yīng)著三個切換過程。停機(jī)程序設(shè)計(jì)時(shí)要考慮停機(jī)動作與閥門關(guān)閉之間的互鎖。如用 SM30 來設(shè)置端口號，用 SM86～ SM95 來設(shè)置通信傳輸數(shù)據(jù)格式、傳輸信息字節(jié)長度、信號傳輸空閑時(shí)間、起止標(biāo)志符等等。 YSJ133 延時(shí) 秒后開始工作， YSJ133 常閉觸點(diǎn)斷開， YVF 斷電，實(shí)現(xiàn) 2電機(jī)變頻停止。 4．從上三點(diǎn)可以得出： FWD 端子主要是電機(jī)正轉(zhuǎn)、停止指令的輸入端，當(dāng) FWD—CM 之間接通，正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，斷開后減速停止； BX 端子是自由運(yùn)轉(zhuǎn)指令輸入端， BX— CM之間接通，立即切斷變頻器輸出，電動機(jī)自動運(yùn)轉(zhuǎn)后停止，不輸出報(bào)警信號； CM 端子是接地輸入信號公用端。 定時(shí)器的名稱和編號（最大 255）來表示。為了解決這一問題，科學(xué)家通過模擬人的思維方法，建立了一種新穎的智能控制方法 —— 模糊邏輯控制。從 70 年代末開始，我國學(xué)者也在模糊控制理論及應(yīng)用方面積極展開研究工作。模糊控制是一種非線性控制，主要采用比例因子進(jìn)行參數(shù)整定的控制，有利于實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自適應(yīng)，具有較強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性。模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本類似，主要區(qū)別在于它的控制器采用了模糊控制器。 1).數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫提供所有必要的定義。在模糊推理過程中有三種模糊邏輯運(yùn)算： AND 運(yùn)算、合成運(yùn)算 (o)和蘊(yùn)含運(yùn)算 (→ )，這些運(yùn)算由模糊隸屬度函數(shù)進(jìn)行操作。這些系統(tǒng)用傳統(tǒng)的控制理論很難取得滿意的控制效果，而使用迷惑控制則往往可以取得滿意的控制效果。把語言變量的語言值化為適當(dāng)?shù)恼撚螯c(diǎn)的模糊子集。實(shí)驗(yàn)證明，模糊控制系統(tǒng)不僅能成功地實(shí)現(xiàn)控制，且能模仿人的思維方法，對一些無法構(gòu)造模型的被控過程實(shí)施有效控制。比例因子 K取得過大則會造成阻尼程度下降，反應(yīng)靈敏，易造成輸出震蕩，過小則被控過程反應(yīng)遲鈍。在論域中任取一點(diǎn)，這一點(diǎn)應(yīng)屬于某一隸書函數(shù)且對應(yīng)。 將電流或電壓信號作為模糊控制器的輸出。 (4)模糊規(guī)則的確立 三個參數(shù)的 作用是各自獨(dú)立的，互不影響的。若 偏差 |e|較小，可實(shí)施一般控制，以改變誤差的變化趨勢，可取中等的 KP 值 ，同時(shí)取較大的 KI 值 和較小的 KD值 ，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，避免產(chǎn)生振蕩。為了防止積分飽和，應(yīng)取較小的 KI，同時(shí)為了防止微分飽和，避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)去掉微分作用，即 KD＝ 0。 相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，輸入變量 e 和 ec的 隸屬函數(shù)曲線如圖 53 所示 (3) 輸出變量的模糊化 模糊控制是通過實(shí)時(shí)調(diào)整模糊控制器的控制參數(shù)，然后由 PLC 中的模糊控制指令來實(shí)現(xiàn)最終的調(diào)整控制的。常見控制規(guī)則有如下幾中形式。 語言變量論域上的模糊子集，通過總結(jié)操作者的經(jīng)驗(yàn)或由其它方法得到上面離散化 e的情況為 {6， 5， 4， 3， 2， 1， 0， +0， +1， +2， +3， +4， +5， +6}，取八位語言變量值 PB， PM， PS， P0， N0， NS， NM， NB，取模糊隸屬函數(shù)如圖 52所示。 一個精確量模糊化的前提是將精確量大小分檔。由輸入量和控制規(guī)則決定輸出量并轉(zhuǎn)化為精確量。 將精確量模糊化以后，根據(jù)模糊控制規(guī)則的出模糊控制量，將其解模糊可得精確控制量，施加到被控制對象上可達(dá)到控制目的。 由于模糊控制器是采用數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的，因此模糊控制器的設(shè)計(jì)問題就是模糊化過程、知識庫（含數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫）、推理決策和精確化計(jì)算四部分的設(shè)計(jì)問題。 2).模糊規(guī)則庫 模糊規(guī)則庫存放模糊控制規(guī)則。模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖 51 的虛線框部分，主要有四個部分組成 [26,27]：模糊化接口，知識庫、推理機(jī)以及解模糊接口。模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般的數(shù)字控制系統(tǒng)大致相同，模糊控制算法通過軟件實(shí)現(xiàn)。通常，模糊控制規(guī)則是通過將有關(guān)控制人員和專家的控制經(jīng)驗(yàn)及指示轉(zhuǎn)化為模糊語言形式獲取的，因此模糊控制屬于智能控制的范疇。這就為計(jì)算機(jī)模仿人的思維方式來處理普遍存在的語言信息提供了可能。 T10 T10 T10 T10 T109 所定時(shí)下的時(shí)間里沒有變頻化工頻的情況，所以所設(shè)定的時(shí)間都差不多，只注意 先后順序就行了。相位比較值為 300。若選擇 3和 4機(jī)，工作過程也是按照上述的循環(huán)規(guī)律運(yùn)行。當(dāng) 1電機(jī)頻率達(dá)到 50HZ 時(shí)， MAR11已經(jīng)合上了，只要 AIW0 達(dá)到 32020 設(shè)定值時(shí)，中間繼電器 置 1，當(dāng) AIW6 達(dá)到設(shè)定值，使電源電壓和變頻電壓保持一致，這樣就可以切換繼電器組，使切換繼電器 MSR11通電，進(jìn)行第一次切換，通過 MSR11 使 YBX 通電，即合上變頻器的 BX— CM端子。 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) PLC 子程序設(shè)計(jì)共包括四個子程序，分別是模擬量初始化子程序、模擬量數(shù)據(jù)處理子程序、自由通信初始化子程序、自由數(shù)據(jù)通信子程序。當(dāng)一組中的大功率電機(jī)連續(xù)運(yùn) 行超過 48 小時(shí)后，必須使該機(jī)組停下來，自動啟動另一組水泵機(jī)組運(yùn)行。若相位不一致 , 控制器在 4 端子輸出 +5V的電壓信號，送入 PLC 的 EM235 端口，經(jīng) PLC 比較計(jì)算，并不完成切換動作，從而保證變頻器和水泵電機(jī)的安全運(yùn)行。 PLC 主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動程序、小功率水泵電機(jī)變頻 /工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、閥門開啟關(guān)閉程序、模擬量（壓力、水位、頻率）比較計(jì)算程序、停機(jī)程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用一臺變頻器連接 4 臺電動機(jī)，其中 3水泵電機(jī)是小機(jī)，具有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機(jī)都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)； 4水泵電機(jī)是大機(jī)，只有變頻工作狀態(tài)，每臺電機(jī)只通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。語句表 (STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適合于來自計(jì) 算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建 用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言。如此 PLC 總共有 24 個數(shù)字信號輸入， 32 個數(shù)字信號輸出 ,以及 4 個模擬輸入信號， 1 個模擬輸出信號。 表 3－ 1 可編程控制器輸入、輸出端口（ I/0）地址分配表 名稱 端口地址 I/O 中間繼電器 備 注 XSM1234 SB1 關(guān)機(jī) XCV1234 SB2 關(guān)閥 X12 SB3 選擇（ 1和 2）水泵電機(jī)運(yùn)行 X34 SB4 選擇（ 3和 4）水泵電機(jī)運(yùn)行 XBJ1 BJ1 1電機(jī)報(bào)警開關(guān) XBJ2 BJ2 2電機(jī)報(bào)警開關(guān) XBJ3 BJ3 3電機(jī)報(bào)警開關(guān) XBJ4 BJ4 4電機(jī)報(bào)警開關(guān) YFWD FWD 變頻器的 FWD— CM 端子 YBX BX 變頻器的 BX— CM 端子 YVF11 YVF1 1變頻運(yùn)行 YWF11 YWF1 1工頻運(yùn)行 YWF12 YWF2 2工頻運(yùn)行 YKF11 YKF1 1開閥 YGF11 YGF1 1關(guān)閥 YKF12 YKF2 2開閥 YGF12 YGF2 2關(guān)閥 YBJ1 YBJ1 1報(bào)警 YBJ2 YBJ2 2報(bào)警 YBJ3 YBJ3 3報(bào)警 YBJ4 YBJ4 4報(bào)警 14 YFM YFM 峰鳴報(bào)警器 YVF21 YVF3 3變頻運(yùn)行 YWF21 YWF3 3工頻運(yùn)行 YWF22 YWF4 4工頻運(yùn)行 YKF21 YKF3 3開閥 YGF21 YGF3 3關(guān)閥 YKF22 YKF4 4開閥 YGF22 YGF4 4關(guān)閥 3． PLC 的模擬量輸入、輸出點(diǎn) 自動控制系統(tǒng) PLC 的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測的水位信號，水位信號是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號 4～ 20mA 進(jìn)行傳輸?shù)?；變頻器反饋的電機(jī)頻率信號，電機(jī)頻率信號是 0～10V的 電壓信號。 PLC 輸入輸出端口地址的分配如下表 31 所示。 S7200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性能 /價(jià)格比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng) [4]。在 PLC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 另外為了改善變頻器的功率因素，還需配置相應(yīng)的 DC 電抗器，變頻器的 [P1,P+]端子是連接 DC 電抗器之用。對于有變頻 /工 頻兩種狀態(tài)的 1和 3電動機(jī)，還需要在工頻電源下面接入兩個同樣的自動空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)小機(jī)的額定電流來確定。 水位傳感器 10 當(dāng)晚上用水量大量減少時(shí)，水壓增加， 2水泵電機(jī)在變頻器作用 下，變頻器輸出頻率下降，電機(jī) 轉(zhuǎn)速下降，水泵輸出流量減少，當(dāng)變頻器輸出頻率下降到指定值 minf ，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到指定值，水管水壓高于設(shè)定水壓上限 hP 時(shí)（ 2 電機(jī) hPPff ?? ,min ） ,在 PLC 可編程控制器控制下， 1水泵電機(jī)從工頻斷開， 2水泵繼續(xù)在變頻器拖動下變頻運(yùn)行。 分析自動控制系統(tǒng)的機(jī)組Ⅰ（ 2水泵電機(jī)）工作過程 ,可分為以下三個工作狀態(tài)：1) 1電機(jī)變頻起動； 2)1電機(jī)工頻運(yùn)行， 2電機(jī)變頻運(yùn)行； 3) 2電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行。水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需揚(yáng)程規(guī)定，當(dāng)選定某型號的水泵時(shí)即可確定此水泵的最大調(diào)速范圍，在根據(jù)用戶的揚(yáng)程確定具體最低調(diào)速范圍，在實(shí)際配泵時(shí)揚(yáng)程設(shè)定在高效區(qū)，水泵的調(diào)速范圍將進(jìn)一步變小，其頻率變化范圍在 40Hz 以上，也就是說轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi) ，在此范圍內(nèi)，電動機(jī)的負(fù)載率在 50%100%范圍內(nèi)變化，電動機(jī)的效率基本上都在高效區(qū)。 Q1/Q2=n1/n2 （ 2— 3） H1/H2=(n1/n2)2 （ 2— 4） P1/P2 =(n1/n2)3 （ 2— 5） 或 H =KQ2 （ 2— 6） 式 2— 6 是頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點(diǎn)具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。另外確定工作點(diǎn)一定要保證水 6 η水泵性能曲線管路性能曲線 圖 22 水泵工作點(diǎn)的確定 工作點(diǎn)的參數(shù)