【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一個(gè)物理量不變或者基本不變，就應(yīng)該將這個(gè)物理量與恒定值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。我們要想保持水壓的恒定，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)上安裝了壓力變送器作為反饋元件，引入水壓反饋值與給定值進(jìn)行比較，從而形成PID閉環(huán)系統(tǒng)。如下圖21所示：Kp：比例常數(shù) Ti：積分時(shí)間 S：演算子 Td：微分時(shí)間圖 21 變頻內(nèi)置PID控制原理 壓力傳感器簡(jiǎn)介壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的傳感器，通常又把壓力測(cè)量?jī)x表中的電測(cè)試儀表稱為傳感器。它一般由彈性敏感元件（或應(yīng)變計(jì)）組成。彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或者應(yīng)變，：陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器等。 壓力傳感器原理壓力傳感器是由電阻應(yīng)變片按照惠斯通電橋原理組成。電阻應(yīng)變片是一種將被測(cè)件上的應(yīng)變變化為一種電信號(hào)的敏感器件，它是壓力傳感器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過(guò)特殊的粘合劑緊密地粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生變形，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過(guò)后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖22是電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應(yīng)變絲或應(yīng)變箔、絕緣保護(hù)片和引出線等部分組成。圖 22 壓阻式傳感器電阻應(yīng)變片在壓阻式傳感器中，惠斯通電橋是最重要的一步，它是采用比較法對(duì)未知電阻進(jìn)行測(cè)量的，如圖23所示。測(cè)量時(shí)選擇一定的比例臂數(shù)值（R1/R2），并將電橋量調(diào)整平衡，這樣就可以將待測(cè)電阻（Rx）與標(biāo)準(zhǔn)電阻（R0）進(jìn)行比較，從而確定待測(cè)量電阻的阻值。圖 23 壓阻傳感器的惠斯通電橋 壓力傳感器的特性參數(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中，壓力傳感器一般測(cè)量的類型包括絕對(duì)壓、表壓和差壓。參照壓力為真空時(shí)所測(cè)量的壓力值為絕對(duì)壓，通常簡(jiǎn)稱絕壓。參照壓力為當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫?，所測(cè)量的壓力值為表壓。表壓力為正時(shí)簡(jiǎn)稱壓力，表壓力為負(fù)時(shí)稱壓力或真空度。負(fù)壓力的絕對(duì)值越大，即絕對(duì)壓力越小，則真空度越大。傳感器變送器兩端都感受到被測(cè)壓力時(shí)，兩端壓力之差稱壓差。在以上三個(gè)壓力中，通常我們所測(cè)的為表壓。壓力傳感器的特性參數(shù)非常多，包括測(cè)量范圍、上限值、下限值、激勵(lì)、過(guò)載等。具體如下：（1） 測(cè)量范圍：在允許誤差限內(nèi)被測(cè)量值得范圍稱為測(cè)量范圍。（2） 上限值：測(cè)量范圍的最高值稱為測(cè)量范圍的上限值。（3） 下限值：測(cè)量范圍的最低值稱為測(cè)量范圍的下限值。（4） 量程：測(cè)量范圍的上限值和下限值的代數(shù)差就是量程。（5） 準(zhǔn)確度：被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值間的一致度。（6） 激勵(lì)：為使傳感器正常工作而施加的外部能量，一般是電流或者電壓。（7） 過(guò)載：通常是值能夠加在傳感器變送器上不致引起性能永久性變化的被測(cè)量的最大值。（8） 可靠性：指?jìng)鞲衅髯兯推髟谝?guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成所需功能的能力。 壓力傳感器的選型變頻恒壓供水的壓力傳感器的選型有以下兩個(gè)步驟：（1） 按測(cè)量介質(zhì)及使用環(huán)境要求選用；傳感器介質(zhì)接觸材料包括陶瓷、316不銹鋼、哈氏合金、蒙耐爾合金等。對(duì)于恒壓供水系統(tǒng)而言，316不銹鋼材料就能滿足要求。（2） 按性能指標(biāo)要求選用。性能指標(biāo)的選用包括：量程的選用、滿量程輸出、準(zhǔn)確度、溫度補(bǔ)償、過(guò)載等要求。在本文中選取JYBK型供水壓力傳感器，其說(shuō)明書如表21。項(xiàng)目說(shuō)明量程0～5Mpa輸出4～20mA DC準(zhǔn)確度≤177。％FS(23177。2℃)≤177。1℅FS(0～60℃)工作溫度20℃～85℃溫度補(bǔ)償范圍0～60℃負(fù)載能力≤(Vdd10V)*40最大工作壓力3*FS介質(zhì)與316不銹鋼兼容介質(zhì)外部零件材料普通不銹鋼防護(hù)等級(jí)IP67(M12*1航空插頭)IP65（赫斯曼接頭）表21 JYBK型供水壓力傳感器的技術(shù)參數(shù)在壓力傳感器的安裝過(guò)程中需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1） 確認(rèn)壓力接口形式，該產(chǎn)品以螺紋連接（M20*15）為標(biāo)準(zhǔn)接口形式如圖24所示。圖 24 壓力傳感器的壓力接口形式（2）變送器屬于精密儀器，安裝時(shí)忌強(qiáng)力沖擊、摔打。壓力傳感器的安裝如圖25所示。（3）注意接線圖，如圖26所示。圖 26 接線圖2．5 供水壓力信號(hào)的采集由于壓力管道的原因，在實(shí)際采集壓力信號(hào)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些無(wú)效的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致壓力PID控制失效，這在遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)中尤為明顯。因此，必須對(duì)供水壓力信號(hào)進(jìn)行濾波處理。在壓力模擬信號(hào)中，一般采取平均值濾波法。這里以PLC中常用的平移式平均值法。三 變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制流程 變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，：圖31 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為：(l) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻泵達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)都無(wú)法滿足用水要求時(shí)）的情況下投入工作。(2) 信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括管網(wǎng)水壓信號(hào)、水池水位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號(hào)反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來(lái)自安裝于水池中的液位傳感器；報(bào)警信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。(3) 控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水控制器是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵機(jī)組)進(jìn)行控制；變頻器是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖32所示：圖 32變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖恒壓供水系統(tǒng)通過(guò)安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為4—20mA