【正文】 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。 （ 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 (見圖 1)。 (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。只有選用了最適合被控對(duì)象的控制器并使其適應(yīng)過程的響應(yīng)時(shí)間，才能得到較高的控制質(zhì)量。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。 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。 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)。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 4ms/通道。 （ 9） BFM23 BFM24。 （ 4） BFM9～ 12。模擬量信號(hào)可通過雙絞屏蔽電纜接入，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。 (2)控制水泵的運(yùn)行與切換。 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面板可以設(shè)定 。 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。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。變頻器的控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路及保護(hù)電路等幾個(gè)部分 。而交 直 交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電。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 PID調(diào)節(jié)器。 圖 21為恒壓供水 系統(tǒng) 構(gòu)成示意圖。 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)。頻繁啟動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大 。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 。 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)。 恒速泵加水塔的供水方式 這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。 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，通過監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來(lái)控制泵的開、停。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。 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。 也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。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。 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如下： （ 1） fU 控制。普通功能型變 頻器適用于泵類負(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。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。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)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過 PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。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。 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。 （ 7） BFM21。它具有 2 個(gè)模擬量輸出通道。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。但是， I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。 5左右。 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)。如果增益為負(fù)，那么是反作用回路。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。 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。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。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。 主電路圖 如圖 62 所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。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。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)。同時(shí)， iT 和 dT 也應(yīng)取適當(dāng)?shù)臄?shù)值。為了消除殘留偏差，一般采用增加 I動(dòng)作的 PI控制。 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(jì) 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。用戶可以方便地利用這一識(shí)別碼 在傳送數(shù)據(jù)前先確認(rèn)該特殊功能的模塊。用它可以快速消除不希望的增益和偏置值。 FX N2 4AD擬量 量 輸入 模塊共有 32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器， 但目前只使用了以下 21個(gè) 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。 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(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。 下圖 33為日本安川變頻 器 CIMRP5A45P5在電路中的接線圖。這些端子的接通組合可通過機(jī)外設(shè)備，如 PLC控制實(shí)現(xiàn)。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計(jì)算機(jī)，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障 。無(wú)論是電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)其功率因數(shù)總不會(huì)為 1。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值。該系統(tǒng)可以 生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。 從查閱的資料的情況來(lái)看，國(guó)外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。一些動(dòng)物甚至人都可能進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。這種供水方式，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。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(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)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(dòng)化程度低。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。使系統(tǒng)水壓無(wú)論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。 可以看出 ，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)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。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低： 用水量小 時(shí)，水壓升高。 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(jì)算機(jī)為核心的 調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)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(yùn)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?？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。更重要的是，在 fE =常數(shù)的條件下，通過對(duì)轉(zhuǎn)差率的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。具體操作又有兩種方法，一個(gè)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(gè)方法是通過直接設(shè)定頻率數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。 S1 和 S2 短接，并與 S3 連接到 PLC 的輸出點(diǎn)上，由 PLC 控制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷 ； U、 V、W 輸出端并聯(lián)三個(gè)接觸器分別接 M M M3 泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)泵，另外這三臺(tái)泵電機(jī)還通過另外三個(gè)接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這 6 個(gè)接觸器線包連接到 PLC 的四個(gè)輸出點(diǎn)上，由 PLC控制其工 頻、變頻切換工作。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。 FX系列可編程控制器中 ， 與 PLC連接的特殊功能擴(kuò)展模塊位置從左至右依次編號(hào) （ 擴(kuò)展單元不所示。 （ 5） BFM15。 BFM23(偏置 )的，默認(rèn)值為 0， BFM24（ 增益）的默認(rèn)值 5000。若用于電流輸出機(jī)時(shí)可利用模塊上自帶的調(diào)節(jié)裝置重調(diào)偏置與增益值。 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(xiàng)時(shí)，稱為比例 (P)作用，只包含第二項(xiàng)時(shí)，稱為積分 (I)作用 。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(shí)間的負(fù)載系統(tǒng) (即實(shí) 時(shí)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。 5～ 1) 0T ， ( 0T是振蕩周期 )。 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。水位上下限信號(hào)分別為 X X2 它們?cè)谒蜎]時(shí)為 0，時(shí)為 1 29 61 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) Table 61 point code input and output numbers and addresses 名 稱 代碼 地址編號(hào) 輸入信號(hào) 手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 X0 水池水 位下限信號(hào) SLL X1 水池水位上限信號(hào) SLH X2 變頻器報(bào)警信號(hào) 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(hào) 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM1,HL1 Y0 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2,HL2 Y1 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3,HL3 Y2