【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有兩種配置方案，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但購(gòu)變頻器的費(fèi)用較高。所以本系統(tǒng)采用另一種方案是三臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。 圖21 PLC控制的恒壓供水泵站三臺(tái)泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本功能為： 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁(yè) 共 37 頁(yè)(1)生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)高恒壓值運(yùn)行。(2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要．采取“先開先停”的原則接入和退出。(3)在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。(4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。(5)要有完善的報(bào)警功。(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。 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁(yè) 共 37 頁(yè) 變頻器的設(shè)計(jì)交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。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。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。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 （）PfN1160?式中 同步轉(zhuǎn)速，r/min； 1N 定子頻率，Hz；f 電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。P而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 （） )1(60)1(sPfsN??式中 異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率，s，一般小于3%。11/)(??均與送入電機(jī)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(jī)的運(yùn)行速度，也就是說(shuō)變頻對(duì)于交流電機(jī)的調(diào)運(yùn)來(lái)說(shuō)是十分合適的。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用通用變頻器。其帶有 PID 功能。通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)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(gè)接觸器分別接 MMM3 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(guò)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。 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 共 37 頁(yè)通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器有2個(gè)作用，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 PID 控制器的設(shè)計(jì) 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(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。若有偏差，則通過(guò)此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與目標(biāo)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(guò)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(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和P，I，D 參數(shù)及目標(biāo)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(jì)這樣可以減少編程。 PID 控制算法及特點(diǎn)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(biāo)值(設(shè)定值)r(t)與反饋值(測(cè)量++ +驅(qū)動(dòng)部 控制對(duì)象P I D目標(biāo)值 + (給定值)反饋值 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 37 頁(yè)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(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為：（）])(0)(1)([)( tdetTeTteKptu????或 （）])()()([10tttd??式中 ： 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)CK： 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間iT ： 調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間d： 調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)eδ： 比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)u： 輸出簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō) ，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(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)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(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)。(3)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。PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： （）)](1[)(sTnsGcd???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。但只包含第三項(xiàng)的單純微分(D)作用是不采用的，因?yàn)樗荒?南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁(yè) 共 37 頁(yè)起到使被控變量接近設(shè)定值的效果，只包含第一、二項(xiàng)的是PI作用。只包含第一、三項(xiàng)的是PD作用。同時(shí)包含這三項(xiàng)的是PID作用。僅用P動(dòng)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(dòng)作的PI控制。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。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。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。對(duì)于PID控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來(lái)抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)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(guò)程本身沒有制動(dòng)作用的負(fù)載。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。因?yàn)镻ID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。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)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(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)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(shí)現(xiàn)一路PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)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(yùn)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(jī)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(yùn)行時(shí)達(dá)到最高頻率時(shí)，增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。(3)變頻器的驅(qū)動(dòng)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(lái)的模擬信 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 37 頁(yè)號(hào)。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