【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0Hz 時(shí)，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(guò)水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來(lái)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(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)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(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個(gè)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(gè)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(chǎng)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(gè)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(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時(shí)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(shí)間（比如 12分鐘），如果在這一段延時(shí)的時(shí)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(shí)時(shí)間的要求，說(shuō)明判別條件的滿足只是暫時(shí)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(dòng)機(jī) M1 、 M2 、 M3 變 頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為電動(dòng)機(jī) M M M3工 頻運(yùn)行時(shí)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(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。 熔斷器 （ FU） 是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過(guò)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(guò)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(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由 PLC 的 1個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需 1個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共 9 個(gè)?？刂破饎?dòng)和停止需要 2 個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測(cè)信號(hào)占用 PLC2 個(gè)輸入點(diǎn)，系 統(tǒng)自動(dòng) /手動(dòng)起動(dòng)需 1輸入點(diǎn)，手動(dòng)控制電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行需 6個(gè)輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需 1 個(gè)輸入點(diǎn)，檢測(cè)電機(jī)是否過(guò)載需 3個(gè)輸入點(diǎn)，共需 15 個(gè)輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為 24 個(gè)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(dòng)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(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同時(shí)控制 M1 電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器 KM KM0 線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測(cè)的上 /下限信號(hào)分別通過(guò) 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(hào)。 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(shuō)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(cè)的上 /下限信號(hào)分別通過(guò) 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(hào) 。 圖 3. 3變頻器接線圖 PID 調(diào)節(jié)器 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 PD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(méi)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。采用 PID 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) (即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)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(guò)對(duì)被控制對(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(guò)程量的控制。在恒壓供水 中常見(jiàn)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(shí)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(duì)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(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào) 理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，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(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)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(guò)載保護(hù)熱繼電器 FR， FR1 FR2 可選用規(guī)格其型號(hào)為 TKE02TC，額定電流 5－ 8A， FR3 可選用規(guī)格其型號(hào)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(duì)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(duì)常開(kāi)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(duì)常開(kāi)和 1對(duì)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(hào) 型號(hào) 個(gè)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(kāi)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(hào) 型號(hào) 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(guò)載能力 電源額定輸入交流電壓