【文章內(nèi)容簡介】 ） 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)。 而異步電動機轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 11 sP fsNN ???? （ ） 式中 s 異步電機轉(zhuǎn)差率， 11 /)( NNNs ?? ， 一般小于 3%。 均與送 入 電機的電流頻率 /成正比例或接近于正比例。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(diào)運來說是十分合適的。 根據(jù)設(shè)計要求， 選用通用變頻器。其 帶有 PID 功能。通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值，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 ； 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。 通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值，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。 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 37 頁 變頻器有 2個作用，一是作為電機的軟起動裝置，限制電動機的啟動電流；二是改變異步電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水 。 PID 控制器的設(shè)計 PID 控制器的選擇 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。它的原理通過控制對象的傳感器等檢測控制量 (反饋量 )，將其與目標值 (溫度、流量、壓力等設(shè)定值 )進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與目標值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的 PID控制器的控制形式主要有兩種 ： (1)硬件型，即通用 PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和 P， I， D 參數(shù)及目標值的設(shè)定。 (2)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。 在該系統(tǒng)中我們用硬件型設(shè)計這樣可以減少編程。 PID控制算法及特點 圖 31 PID控制原理圖 圖 31為 PID控制原理圖 。 PID控制器根據(jù)日標值 (設(shè)定值 )r(t)與反饋值 (測量值 )c(t)構(gòu)成的控制偏差 ： e(t)=r(t)c(t) 。 將偏差的比例 (P)、積分 (I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進行控制。其控制規(guī)律為 ： + + + 驅(qū)動部 控制對象 P I D 目標值 + (給定值 ) 反饋值 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 37 頁 ])( )(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 ： (1)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。 (2)積分環(huán)節(jié) ： 主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。 (3)微分環(huán)節(jié) ： 能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢 (變化速率 )，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。 PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是 ： )](11[1)( sTnsGc d??? ? （ ） 當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 。但只包含第三項的單純微分 (D)作用是不采用的，因為它不能起到使被控變量接近設(shè)定值的效果，只包含第一、二項的是 PI作用 。只包含第一、三項的是 PD作用 。同時包含這三項的是 PID作用。 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 37 頁 僅用 P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加 I動作的 PI控制。用 PI控制時，能消除由改變目標值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。但是， I動作過強時，對快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對有積分元件的負 載系統(tǒng)可以單獨使用 P動作控制。 對于 PID控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨 D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時， P動作的作用減小?？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。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用 PD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載。 利用 I動作消除偏差作用和用 D動作抑制振蕩作用，在結(jié)合 P動作就構(gòu)成了 PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。 因為 PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高 和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負載系統(tǒng)效果比較好。 PLC 的選擇及應(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。 (2)控制水泵的運行與切換。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻地磨損，水泵及電機是輪換 工作的。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。主泵在運行時達到最高頻率時 ， 增加一臺工頻泵投入運行 。 PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。 (3)變頻器的驅(qū)動控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采 PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來的模擬信號。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。 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 37 頁 (4)泵站的其他邏輯控制。除了泵組的運行管理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作，如手動、 自動操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報警，系統(tǒng)的自檢等，這些都可以在 PLC的控制程序中安排。 控制系統(tǒng)的 I/O 分配 該系統(tǒng)有 7 個輸入信號和 13個輸出信號，表 31是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。水位上下限信號分別 、 ，它們在水淹沒時為 0，時為 1。 表 31 I/O分配 名稱 代碼 地址編號 輸入信號 手動和自動消防信號 SA1 水池水位下限信號 SLL 水池水位上限信號 SLH 變頻器報警信號 SU 消鈴按鈕 SB9 試燈按鈕 SB10 遠程壓力表模擬量電壓值 UP AIW0 續(xù)表 31 I/O分配 名稱 代碼 地址編號 輸出信號 1泵工頻運行接觸器及指示燈 KM1,HL1 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KM2,HL2 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KM3,HL3 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM4,HL4 3泵工頻運行接觸器及指示燈 KM5,HL5 3泵變頻運行接觸器及指示燈 KM6,HL6 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 水池水位下限報警指示燈 HL7 變頻器故障報警指示燈 HL8 火警報警指示燈 HL9 南華 學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 37 頁 報警電鈴 HA 變頻器頻率復(fù)位