【正文】 水泵由低速向高速調(diào)頻 ， 當(dāng)工作頻率達(dá)到 50 Hz 即水泵滿負(fù)荷工作時仍不能滿足用水要求時 ， 將首臺工作水泵切換至工頻運轉(zhuǎn) ，變頻調(diào)速器控制第二臺水泵調(diào)頻運轉(zhuǎn) ， 同時工作 2 臺水泵。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。在該系統(tǒng)中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過 3h，因此每次需啟動新泵或切 換變額泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。 自動運行 合上自動開關(guān)后， 1泵電機通電，變頻器輸出頻率從 0 Hz 上升，同時 PID 調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到 50 Hz， 1泵由變頻切換為工頻，對 2泵進(jìn)行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量 減小，從先啟的泵開始減，同時根據(jù) PID 調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運行； FRl、 FR FR3 分別為三臺水泵電機過載保護(hù)用的熱繼電器： QS QS QS QS4 別為變頻器和三合泵電機主電路的隔離開關(guān)； FU1 為主電路的熔斷器；CIMRP5A45P5 是 日本安川變頻器 。水位上下限信號分別為 X X2 它們在水淹沒時為 0，時為 1 29 61 輸入輸出點代碼及地址編號 Table 61 point code input and output numbers and addresses 名 稱 代碼 地址編號 輸入信號 手動和自動消防信號 SA1 X0 水池水 位下限信號 SLL X1 水池水位上限信號 SLH X2 變頻器報警信號 SU X3 消鈴按鈕 SB9 X4 試燈按鈕 SB10 X5 遠(yuǎn)程壓力表模擬量電壓值 Up 模擬量輸入模塊電流通道 輸出信號 1泵工頻運行接觸器及指示燈 KM1,HL1 Y0 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KM2,HL2 Y1 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KM3,HL3 Y2 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM4,HL4 Y3 3泵工頻運行接觸器及指示燈 KM5,HL5 Y4 3泵變頻 運行接觸器及指示燈 KM6,HL6 Y5 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報警指示燈 HL8 Y12 火警報警指示燈 HL9 Y13 報警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Y15 控制變頻器頻率用電壓信號 Uf 模擬量輸入模塊電流通道 30 PLC 系統(tǒng)選型 從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點 6 個、開關(guān)量輸出點 12 個；模擬量輸入點 1 個、模擬量輸出點 1 個。對于增益為 正 的積分或微分控制來說，如果指定積分時間、微分時間為正，就是正作用回路；指定為 負(fù)，則為反作用回路。 PID 回路類型的選擇 在許多控制系統(tǒng)中，只需要一種或兩種回路控制類型。對于任意給定的 CPU，控制器的數(shù)量和每個控制器被調(diào)用的頻率是相互矛盾的。 5～ 1) 0T ， ( 0T是振蕩周期 )。因此，如有 T的估計值，iT 和 dT 值就不難定出了。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負(fù)載系統(tǒng) (即實 時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合 PID調(diào)節(jié) )效果比較好。對有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨使用 P動作控制。 24 PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是 ： )](11[1)( sTnsGc d??? ? 當(dāng)上述控制算法公式只包含第一項時，稱為比例 (P)作用，只包含第二項時，稱為積分 (I)作用 。也就是使反饋量與目標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。若用于電流輸出機時可利用模塊上自帶的調(diào)節(jié)裝置重調(diào)偏置與增益值。這兩個通道都可以輸出0~10VVDC(分辨率 2。 BFM23(偏置 )的，默認(rèn)值為 0， BFM24（ 增益）的默認(rèn)值 5000。若 BFM21的 b b0分別置為 （ 1， 0），則禁止調(diào)整19 增益和偏置；若 BFM21的 b b0分別置為 （ 0， 1） （ 此為默認(rèn)值），則可以改變增益和偏置的意義課可由圖 33說明，圖中偏置為橫軸上的截距，表示數(shù)字量輸出為 0是的模擬量輸入值。 （ 5） BFM15。具體地講。 FX系列可編程控制器中 ， 與 PLC連接的特殊功能擴展模塊位置從左至右依次編號 （ 擴展單元不所示。 PLC 模擬量擴展單元的配置及應(yīng)用 PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使 PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式 PLC加配模擬量擴展17 單元。在設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵，主泵也是輪流擔(dān)任的。根據(jù)用水量的大小由 PLC 控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。 S1 和 S2 短接，并與 S3 連接到 PLC 的輸出點上，由 PLC 控制變頻器的運行與關(guān)斷 ； U、 V、W 輸出端并聯(lián)三個接觸器分別接 M M M3 泵電機，變頻器可分別驅(qū)動三臺泵，另外這三臺泵電機還通過另外三個接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這 6 個接觸器線包連接到 PLC 的四個輸出點上，由 PLC控制其工 頻、變頻切換工作。 (4)通信數(shù)字量操作方式。具體操作又有兩種方法，一個按面板上頻率上升或頻率下降的按鈕調(diào)節(jié)輸出頻率，另一個方法是通過直接設(shè)定頻率數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。 變頻器的操作方式及使用 和 PLC一樣，變頻器是一種可編程的電氣設(shè)備。更重要的是，在 fE =常數(shù)的條件下，通過對轉(zhuǎn)差率的控制，可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的控制。 fU 控制即電壓與頻率成比例變化控制?？刂齐娐肥亲冾l器的核心部分．性能的優(yōu)劣決定了變頻搏的性能。所以又常稱直流中間環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。市售通用變頻器多是交 直 交變頻器，其9 控制指令 中間直流環(huán)節(jié) AC 控制指令 控制指令 網(wǎng)側(cè)變流器 整流器 逆變器 AC M 運行指令 基本結(jié)構(gòu)圖如圖 31所示， 圖 31 交 直 交變頻器的基本結(jié)構(gòu) Fig31 The basic structure of TACstraightCycloconverter 由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下： (1)整流器。 PfN 11 60? 式中 1N 同步轉(zhuǎn)速， r/min； 1f 定子頻率， Hz； P 電機的磁極對數(shù)。 PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成有數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微計算機為核心的 調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。 (2)接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。當(dāng)用水量大時，水壓降低： 用水量小 時，水壓升高。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時開一臺大電機肯定是浪費的．電機 選小了用水量大時供水會不足。 可以看出 ，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)， 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。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，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多 7臺電機 (泵 )的供水系統(tǒng)。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比3 較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。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。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。 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 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)能已成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、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，自動化程度低。在經(jīng)過 PID運算，通過 PLC控制變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水。由變頻器、 PLC、 PID調(diào)節(jié)器和組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。 變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。供水壓力比較穩(wěn)定。一些動物甚至人都可能進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一定的能耗。 從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。 艾默生電氣公司和成都希望集團 (森蘭變頻器 )也推出恒 壓供水專用變頻器 (5。該系統(tǒng)可以 生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。 其余水泵工頻運行，以滿足不同用水量的需求。給定值即是系統(tǒng)正常工作時的恒壓值。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。微計算機是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。交 交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器。無論是電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)其功率因數(shù)總不會為 1。 (4)控制電路。現(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計算機，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障 。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。 變頻器與外界交換信息的接口很多，除了主電路的輸入與輸出接線端外，控制電路還設(shè)有許多輸入輸出端子，另有通 信接口及一個操作面板，功能碼的修訂一般就通過操作面板完成。這些端子的接通組合可通過機外設(shè)備，如 PLC控制實現(xiàn)。通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來的壓力信號 (0～ 10 V)接至變頻器的輔助輸入端 FI、FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。 下圖 33為日本安川變頻 器 CIMRP5A45P5在電路中的接線圖。 16 4 PLC選擇及應(yīng)用 PLC 在恒壓供水泵站中的主要任務(wù) (1)代替調(diào)節(jié)器實現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實現(xiàn)數(shù)字式 PID調(diào)節(jié)一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實現(xiàn)一路 PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時實現(xiàn)多路 PID設(shè)置在多功能供水泵站的各類情況 中 PID參數(shù)可能不一樣，使用 PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器就十分方便。 輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng) PID處理后得出的模擬量控制信號，并依此信號的變化改變變頻器的輸出頻率。輸入信號可以是 10～ +10V的電壓信號 （ 分辨率為 5Mv） ，也可以 4～ 20mV（ 分辨率為 16μ A）或 20～ +20mA（ 分辨 20μ A） 的電流信號。 FX N2 4AD擬量 量 輸入 模塊共有 32個緩沖存儲器， 但目前只使用了以下 21個 BFM： L1 FX N2 32MR A/D FX N2 8EX A/D D/A FX N2 8EYR 42 特殊功能模塊 Fig32 Special function modules （ 1） BFM0。 1～ 4通道的采樣平均值。用它可以快速消除不希望的增益和偏置值。通道的偏置及增益可分別調(diào)整。用戶可以方便地利用這一識別碼 在傳送數(shù)據(jù)前先確認(rèn)該特殊功能的模塊。 FX N2 2DA 將消耗基本單元或電源擴展 單元的 +5VDC 電源單元 的 （ 內(nèi)部電源） 20mA 電流， +24VDC 電源 5mA 電流。 FROM(78) K0 K30 D14 K1 CMP(10) K2020 D10 M10 M8002 TOP(79) K0 K0 H3311 K1 TOP(79) K0 K1 K6 K2 FROM(79) K0 K29 K4M20 K2 FROM(78) K0 K5 D0 K2 22 5 PID控制器的設(shè)計 PID控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣泛的反饋控制力式之一。其控制規(guī)律為 ： ])( )(0 )(11)([)( td tdet dTteTteKptu ? ??? 或 ])( )()(1)([1 0 td tdeTtete t d? ?? ?? 式中 CK ： 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) iT ： 調(diào)節(jié)器的積分時間 dT ： 調(diào)節(jié)器的微分時間 e ： 調(diào)節(jié)器的偏差信號 δ ： 比例帶，它是慣用增益的倒數(shù) u： 輸出 簡單來說 ， PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用是這樣的 ： 比例環(huán)節(jié) ： 即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號 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。為了消除殘留偏差，一般采用增加 I動作的 PI控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負(fù)載