【正文】 。同時(shí)， iT 和 dT 也應(yīng)取適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 積分 (I)作用的引入既有利又有弊。如果只有一個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)可以調(diào)整，則只能滿足一個(gè)品質(zhì)指示，通常就取衰減比作為指標(biāo)。 控制器選取時(shí)應(yīng)注意：控制環(huán)的特性由被控過(guò)程或被控機(jī)械的物理特性決定，并且設(shè)計(jì)中可以改變的程度不是很大。如果不想要微分回路，可以把微分時(shí)間設(shè)為 0，如果不想要比例回路，但需要積分或微分回路，分項(xiàng)和微分項(xiàng)時(shí)，把增益當(dāng)作 1 看待。 (5)要有完善的報(bào)警功。 主電路圖 如圖 62 所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。對(duì)變頻器 R 進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于 PM 為 4 個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè) COM 端，而本系統(tǒng)又沒(méi)有剩下單 獨(dú)的 COM 端輸出組，所以通過(guò)一個(gè)中間繼電器 KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器實(shí)行復(fù)頻控制。這一功能可通過(guò)比較指令實(shí)現(xiàn)。 這樣可節(jié)省掃描時(shí)間。如用水量進(jìn)一步增加 ， 第二臺(tái)水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn) ,變頻調(diào)速器控制第三臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn) ,同時(shí)工作 3 臺(tái)水泵。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序。 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定 各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。接觸器 KM KM KM5 分別控制 M M M3 的工頻運(yùn)行；電機(jī)分別為 M M M3。 控制系統(tǒng)的 I/O 及地址分配 將系統(tǒng)所有的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)統(tǒng)一進(jìn)行編址，該系統(tǒng)有 7個(gè)輸入信號(hào)和 13 個(gè)輸出信號(hào)，表 61 是將 控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱(chēng)、代碼及地址編號(hào)。如果增益為負(fù)，那么是反作用回路。不用通過(guò)編程就可以生成控制器的大部分功能 （ 構(gòu)造、參數(shù)設(shè)置和在程序中的調(diào)用等），前提是必須已經(jīng)掌握 STEP 7的編程基礎(chǔ)知識(shí)。 PID 指令的使用注意事項(xiàng) 1． PID 控制器的選取 PID 控制器的性能和處理速度只與所采用的 CPU 的性能有關(guān)。一般取 iT =(0。 5左右。采用 PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)程。但是， I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。 微分環(huán)節(jié) ： 能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) (變化速率 )，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。若有偏差，則通過(guò)此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。 COM IOUT VOUT COM IOUT VOUT 基本單元 FX N2 2DA 記錄儀器 電流輸出 變頻器等 電壓輸出 21 圖 45 模擬量輸入模塊 FX N2 4AD 的編程 Fig 45 Simulation quantity load module FX N2 4AD programming 模擬量輸出模塊的偏置、增益及分配 FX N2 2DA 模塊在出廠時(shí)，其偏置和增益是經(jīng)過(guò)調(diào)整的，數(shù) 字值為 0~4000， 電壓輸 出為 0~10V。它具有 2 個(gè)模擬量輸出通道。 BFM23為偏置值與增益值存儲(chǔ)單元，單位為 mV， 或 μA。 （ 7） BFM21。 1～ 4通道的采樣當(dāng)前值。 4個(gè)通道的模擬輸入信號(hào)范圍用 4位 16進(jìn)制數(shù)表示。 圖 41 FX N2 4AD模塊的連接方法 Fig41 FX N2 4AD method of connecting module FX N2 4AD的寬及高與 FX N2 相同，在安裝時(shí)裝在 FX N2 基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的總線插孔中。除了泵組的運(yùn)行管理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作 ， 如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等 ， 這些都可以 在 PLC的控制程序中安排。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻地磨損，水泵及電機(jī)是輪換工作的。s converter CIMRP5A45P5 Yasukawa in the circuit in the wiring diagram 壓力傳感器 在 智能 系統(tǒng)中 檢測(cè)是非常重要的一 部分 ，它將檢測(cè)到控制量反饋給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，給系統(tǒng)所用的檢測(cè)的是水壓， 這個(gè)系統(tǒng)中 選用壓力傳感器，它的作用是通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口 壓力信號(hào)變成 4～ 20mA 變化的電流信號(hào)或 0～ 10V間變化的電 壓信號(hào) 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入 PLC 的端口進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)R S T S1 U S2 V S3 W VVVF FI FC M1 M2 M3 M4 接 PLC 接 PLC 接指示燈 接 電 機(jī) ~380V 7 8 15 算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一 個(gè) 調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò) PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。 MA、 MC 為變頻器發(fā)生故障的輸出信號(hào)，該兩端連接信號(hào)燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可重新啟動(dòng)變頻器。為了方便與輸出量為模擬電流或電壓的調(diào)節(jié)器、控制器的連接，變頻器還設(shè)有模擬量輸入中的端，如圖 34中的 C1端為電流輸入端，端為電壓輸入端，當(dāng)接在這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內(nèi)平滑變化時(shí)，變頻器的輸13 出頻率在一定范圍內(nèi)平滑變化。這是通過(guò)操作面板上的按鈕手動(dòng)設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。普通功能型變 頻器適用于泵類(lèi)負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。從電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。 圖 32 電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu) (a)電壓型變頻器主電路； (b)電流型變頻器主電路 電源 M~ 電動(dòng)機(jī) 平 滑 電 容 + M~ 電動(dòng)機(jī) 平滑電感 電源 （ a） （ b） 11 Fig23 Voltage frequency changer and current mode frequency changer main circuit basic structure (a) voltage frequency changer main circuit； (b) current mode frequency changer main circuit 變頻器的分類(lèi)及工作原理 變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類(lèi)如下： （ 1） fU 控制。 其主要10 任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制及完成各種保護(hù)功能。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件 (電容器或電抗器 )來(lái)緩沖。 然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電．又稱(chēng)間接式變頻器。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如 P、 I、 D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的 。 也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓， 常裝設(shè)在泵站的出水口。 6 2 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需沒(méi)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè) 單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。公司，就推出了恒壓供水基板，備有 “ 變頻泵固定方式 ” ，“ 變頻泵循環(huán)方式 ” 兩種模式。 變頻調(diào)速供水方式 這種系統(tǒng)的原理是通過(guò)安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過(guò)控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。 恒速泵加氣壓罐供水方式 這種方式是 利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開(kāi)、停。水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要 。 恒速泵加水塔的供水方式 這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶(hù)供水。同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系 統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文介紹了采用 PLC控制的變頻調(diào)速供水系 統(tǒng)，由 PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器進(jìn)行壓力凋節(jié)。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺(tái)水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來(lái)控制變頻器電動(dòng)機(jī)泵組的速度和切換，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理狀態(tài)，保證按需供水。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控 。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大 。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開(kāi)、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。頻繁啟動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。隨著變頻技術(shù)的發(fā)4 展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國(guó)外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開(kāi)始重視并推出具有恒壓 供水功能的變頻器，像日本Samc。 5kW22kW)，無(wú)需外接 PLC和 PID調(diào)節(jié)器，可完成最多 4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、 定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。 本論文中所做的工作 根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出滿足要求的恒壓供水系統(tǒng)，對(duì) PLC、變頻器、壓力傳感器進(jìn)行選型，根據(jù) 系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)出能滿足控制要求的控 制 電路和控制 程序。 圖 21為恒壓供水 系統(tǒng) 構(gòu)成示意圖。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一 個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律問(wèn)題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例 積分 微分調(diào)節(jié)，俗稱(chēng) PID調(diào)節(jié)器。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國(guó)是每秒 50Hz。而交 直 交變頻器則是先把工頻交流電通過(guò)整流變成直流電。 因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。變頻器的控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路及保護(hù)電路等幾個(gè)部分 。圖 32為電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)示意圖。轉(zhuǎn)差頻率控制是在 fE 控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。 通用變頻器按工作方式分類(lèi)的主要工程意義在于各類(lèi)變頻器對(duì)12 負(fù)載的適應(yīng)性。 變頻器的輸出頻率控制有以下幾種方式： （ 1）操作面板控制方式。 (3)外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式。 M M2為變頻器的極限輸出頻率的檢測(cè)輸出信號(hào)端 ，該信號(hào)進(jìn) PLC，作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一，變頻器的極限輸出頻率通過(guò)面板可以設(shè)定 。 圖 33 日本安川變頻器 CIMRP5A45P5在電路中的接線圖 Fig 33 Japan39。 (2)控制水泵的運(yùn)行與切換。 (4)泵站的其他邏輯控制。模擬量信號(hào)可通過(guò)雙絞屏蔽電纜接入，連接及方法如圖 31所示，當(dāng)使用電流輸入時(shí)，需將V+及 I+端短接。 0號(hào) BFM用于通道的選 擇。 （ 4） BFM9～ 12。 BFM20的默認(rèn)值為 0。 （ 9） BFM23 BFM24。 模擬量輸出模塊的功能及 PLC系統(tǒng)連接 FX N2 2DA 模塊用來(lái)將 12 位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流輸出。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 4ms/通道。它的原理通過(guò) 控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量 (反饋量 )，將其與目標(biāo)值 (溫度、流量、壓力等設(shè)定值 )進(jìn)行比較。 積分環(huán)節(jié) ： 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。用 PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。 利用 I動(dòng)作消除偏差作用和用 D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合 P動(dòng)作就構(gòu)成了 PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。經(jīng)驗(yàn)上常取 iT 為 2左右， dT 為 0。必須盡量發(fā)揮它能消除余差的利，盡量縮小它不利于穩(wěn)定的弊。如果有兩個(gè)參數(shù)可以調(diào)整，在可在衰減比之外 ，再添加一個(gè)指標(biāo)。只有選用了最適合被控對(duì)象的控制器并使其適應(yīng)過(guò)程的響應(yīng)時(shí)間，才能得到較高的控制質(zhì)量。 正作用或反作用回路 如果增益為正，那么該回路為正作用回路。 (6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。三臺(tái)電機(jī)分別為 MM M3。 （ 1）手動(dòng)運(yùn)行 按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制 1～ 3泵的啟停 (見(jiàn)圖 1)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。供水量減少時(shí) ， 調(diào)速工 作水泵首先由高頻段向低頻段