【文章內(nèi)容簡介】 0Hz 時，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是 0Hz。其實(shí)，在實(shí) 際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到 0Hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運(yùn)行的電機(jī)一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個頻率遠(yuǎn)大于 0Hz,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在 20Hz 左右。由于在變頻運(yùn)行狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電機(jī)的運(yùn)行頻率由變頻器的輸出頻率決定， 這個下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間（比如 12分鐘），如果在這一段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行實(shí)際的機(jī)組切換操作 。如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。 12 主電路接線圖 圖 2. 2 主電路圖 電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。 KM KM KM5 分別為電動機(jī) M1 、 M2 、 M3 變 頻運(yùn)行時接通電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為電動機(jī) M M M3工 頻運(yùn)行時接通電源的控制接觸器。 熱繼電器 (FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電 路，它在電路中的用作電動機(jī)的過載保護(hù)。 熔斷器 （ FU） 是電路中的一種簡單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。 13 3 相關(guān)器件的選型及接線 PLC 的選型 水泵 M M2， M3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需 PLC 的 6個輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由 PLC 的 1個輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需 1個輸出信號控制，報(bào)警器的控制需要 1 個輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共 9 個?？刂破饎雍屯Ｖ剐枰?2 個輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測信號占用 PLC2 個輸入點(diǎn)，系 統(tǒng)自動 /手動起動需 1輸入點(diǎn)，手動控制電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行需 6個輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需 1 個輸入點(diǎn)，檢測電機(jī)是否過載需 3個輸入點(diǎn)，共需 15 個輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為 24 個點(diǎn)。本系統(tǒng)選用 FXos30MRD 型 PLC。 PLC 的接線 圖 3. 1 PLC的接線圖 Y0 接 KM0 控制 M1 的 工 頻運(yùn)行， Y1 接 KM1 控制 M1 的 變 頻運(yùn)行； Y2接 KM2控制 M2 的 工 頻運(yùn)行， Y3 接 KM3控制 M2 的 變 頻運(yùn)行； Y4 接 KM4 控制 M3 的 工 頻運(yùn)行， Y5接 KM5 控制 M3的 變 頻運(yùn)行。 X0 接起動按 鈕， X1 接停止按鈕， X2 接變頻器的 FU 接口， X3 接變頻器的 OL接口， X4 接 M1 的熱繼電器， X5接 M2 的熱繼電器， X6接 M3 的熱繼電器。 為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同時控制 M1 電動機(jī)的兩個接觸器 KM KM0 線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上 /下限信號分別通過 OL 和 FU輸出至 PLC 的 X2 與 X3 輸入端作 14 為 PLC 增泵減泵控制信號。 變頻器的選型 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用 FRA540系列 變頻器 ，如下圖所示： 圖 3. 2 FRA540的管腳說明 15 變頻器的接線 管腳 STF接 PLC的 Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。 X2接變頻器的 FU接口， X3接變頻器的 OL接口。 頻率檢測的上 /下限信號分別通過 OL和 FU輸出至 PLC的 X2與 X3輸入端作為 PLC增泵減泵控制信號 。 圖 3. 3變頻器接線圖 PID 調(diào)節(jié)器 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(qiáng)時，對快速 變化偏差響應(yīng)遲緩。對有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用 P動作控制。 對于 PD控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨(dú) 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(fù)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(fù)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。采用 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(fù)載系統(tǒng) (即實(shí)時性要求不高，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 16 圖 3. 4 PID 控制框圖 通過對被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(jìn)行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(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 : ⑴ 硬件型：即通用 PID 控制器，在使用時只需要進(jìn)行線路的連接和 P、 I、 D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。 ⑵ 軟件型：使用離散形式的 PID 控制算法在可編程序控制器 (或單片機(jī) )上做PID控制器 此次使用硬件型控制形式。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)的 PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中 。 圖 3. 5 PID 控制接線圖 17 壓力傳感器的接線圖 壓力傳感器使用 CYYZ1001 型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測量的力－電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào) 理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。 該傳感器的量程為 0～ ，工作溫度為 5℃ ～ 60 ℃ ，供電電源為 28177。3V（ DC） 。 圖 3. 6 壓力傳感器的接線圖 原件表 水泵： M M M3 選用 40160(I)A 型 1 2200 5 .8380PIAU? ? ? 熱繼電器的選 擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過載保護(hù)熱繼電器 FR， FR1 FR2 可選用規(guī)格其型號為 TKE02TC，額定電流 5－ 8A， FR3 可選用規(guī)格其型號為TKE02UC，額定電流為 6－ 9 A 熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器 FU選用 RT18系列。 接觸器的選擇：對于接觸器 KM選擇的是規(guī)格 SCE03C,功率 3Kw 按鈕 SB 的選擇： PLC 各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流 24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于 40mA，按鈕均只需具有 1 對常開觸點(diǎn)，按鈕均選用 LAY3— 11型，其主要技術(shù)參數(shù)為： UN=24VDC， IN=， 含 1 對常開和 1對常閉觸點(diǎn)。 18 表 . 1 元件表總圖 表 . 2 水泵的參數(shù) 表 3. 變頻器的參數(shù) 元件 符號 型號 個數(shù) 可編程控制器 PLC FXos30MRD 1 變頻器 FRA540 系列 型 1 接觸器 KM SCE03C 7 水泵 M1,M2, M3 40160(I)A 3 閘刀開關(guān) QS HD11100/18 1 熔斷器 FU1， FU2 RT18 6A 2 FU3 RT18 8A 1 熱繼電器 FR1 FR2 TKE02TC 2 FR3 KE02UC 1 按 鈕 SB LAY3— 11 10 水泵 符號 型號 流量(m3/h) 揚(yáng)程 (m) 轉(zhuǎn)速 (r/min) 電機(jī)功率 (kw) M1,M2, M3 40160(I)A 11 28 2900 變頻器 適用電機(jī)容量（ KW) 輸出額定容量(KVA) 輸出額定電流（ A） 過載能力 電源額定輸入交流電壓