【文章內(nèi)容簡介】 有兩種配置方案，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當(dāng)然方便，電機與變頻器間不須切換，但購變頻器的費用較高。所以本系統(tǒng)采用另一種方案是三臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行。其余水泵工頻運行，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 共 37 頁(1)生活供水時，系統(tǒng)低恒壓值運行，消防供水時高恒壓值運行。(2)三臺泵根據(jù)恒壓的需要．采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。(3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ，避免某一臺泵工作時間過長。(4)三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。(5)要有完善的報警功。(6)對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 37 頁 變頻器的設(shè)計交流變頻器是微計算機及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。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。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，在我國是每秒50Hz。而交流電動機的同步轉(zhuǎn)速 （）PfN1160?式中 同步轉(zhuǎn)速，r/min； 1N 定子頻率，Hz；f 電機的磁極對數(shù)。P而異步電動機轉(zhuǎn)速 （） )1(60)1(sPfsN??式中 異步電機轉(zhuǎn)差率，s，一般小于3%。11/)(??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 MMM3 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。 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 37 頁通過變頻器面板設(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。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(biāo)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(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(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(biāo)值(設(shè)定值)r(t)與反饋值(測量++ +驅(qū)動部 控制對象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 共 37 頁值)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：（）])(0)(1)([)( tdetTeTteKptu????或 （）])()()([10tttd??式中 ： 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)CK： 調(diào)節(jié)器的積分時間iT ： 調(diào)節(jié)器的微分時間d： 調(diào)節(jié)器的偏差信號eδ： 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： （）)](1[)(sTnsGcd???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。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 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 37 頁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。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(biāo)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 南華學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 37 頁號。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