【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 440 系列變頻器。在本課題中 的作用 是對(duì)流量進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。 在本課題中，變頻器參數(shù)的調(diào)試方法如下： 由于本課題中變頻器有模擬量的輸入輸出，因此需要調(diào)試的參數(shù)有：參數(shù)復(fù)位 P0010= P0970=1 進(jìn)行重置； P0003=2； P0010=1；使用的是歐洲地區(qū)的變頻器所以 P0100=0；水泵額定電壓是 220V，額定電流是 ，額定功率是 260W，P0304=220， P0305=， P0307=；額定頻率 50Hz， P0310=50；額定轉(zhuǎn)速2800r/min， P0311=2800； P0335=0 自冷卻； P0640=150，這是過(guò)載因子；端子排輸入 P0700=2；模擬設(shè)定值 P1000=2；最小頻率 P1080=0；最大頻率 P1082=50；P1120=10； 1121=10； P1135=5；由于水泵是拋物線 v/f 控制， P1300=2 ；P3900=0；死區(qū)電壓設(shè)置： P3900= P0761=。 下圖是 變頻器與外圍 裝置和負(fù)載 的標(biāo)準(zhǔn)接線： 圖 22 變頻器與 外圍裝置 的連接 （ 3）、渦輪流量計(jì) 基于 PLC 的管道流量、壓力解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 渦輪流量計(jì)的工作原理是通過(guò)多葉片的轉(zhuǎn)子（渦輪）感受水平均流速來(lái)完成的。 由 顯示儀和傳感器組成并且廣泛應(yīng)用于天然氣、液化氣、石油、煤氣等。其特點(diǎn)是重復(fù)性好、精確度高、可輸出脈沖頻率信號(hào)、信號(hào)分辨能力強(qiáng)、范圍度較寬、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧并且適用于高壓測(cè)量。 （ 4）、壓力變送器 壓力變送器的原理是敏感芯體在 受到壓力 的作用下產(chǎn)生電阻的變化，然后電阻的變化再通過(guò)放大電路轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。其特點(diǎn)是體積小巧、精度較高、有較好的穩(wěn)定性，溫度的漂移可以通過(guò)補(bǔ)償電路減小到很小的程度。 組態(tài)王 軟 件 跟 著工業(yè)自動(dòng)化水平 逐步急速 提高， 針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，人們 要實(shí)現(xiàn)的控制 要求也隨之提高，各種各樣的過(guò)程監(jiān)控裝置和控制設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用，組態(tài)王工控軟件逐漸成為近幾年以來(lái)最受人們喜歡的上層組態(tài)軟件之一，由于其在使用是簡(jiǎn)單方便、出售價(jià)格較低等優(yōu)勢(shì)，從而在多個(gè)工業(yè)控制項(xiàng)目中獲得使用。比起以前利用的專(zhuān)用機(jī)開(kāi)發(fā)出來(lái)的工業(yè)控制系統(tǒng)，組態(tài)王利用 PC 機(jī)開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)更具有普遍性，多方面的減少工業(yè)控制軟件開(kāi)發(fā)者的工作量。 組態(tài)王 的特點(diǎn)大概有以下幾個(gè)方面 ： （ 1）、工程管理功能： “ 工程管理器” 的 主要功能是為使用者 集合處理 本機(jī)上的一切項(xiàng)目工程。管理器功能包括新建工程、刪除工程、對(duì)工程重命名、修改工程屬性、備份和恢復(fù)工程等等。 （ 2）、畫(huà)面制作及換面顯示系統(tǒng)： 在 Windows 境況 下，盡可能的運(yùn)用其圖形功能使的界面華麗和完整，繪制出這種工業(yè)畫(huà)面，經(jīng)過(guò)“可視化動(dòng)畫(huà)連接向?qū)А边M(jìn)行可視化圖形操作，完成模擬的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。 （ 3）、 報(bào)警和事件系統(tǒng)：有報(bào)警分組管理、基于 事故 的報(bào)警、報(bào)警過(guò)濾、報(bào)警優(yōu)先級(jí)、延時(shí) 觀點(diǎn) 以及新增死區(qū) 和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)警 等功能。 （ 4）、控件：支持 Windows 規(guī)范 的 Active X 控件， 囊括了 微軟給與的基準(zhǔn)的 Active X 控件和使用著自己改裝的 Active X 控件， Active X 控件 沒(méi)有必要在組態(tài)王中做大量的工作，它 能夠 調(diào)用一個(gè)已經(jīng)存在的規(guī)范控件來(lái)完成繁瑣任務(wù)。因此，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是非常方便的。 （ 5）、 報(bào)表系統(tǒng)： 組態(tài)王 供給 的集成內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，其里面有大量的各種報(bào)表函數(shù)，所以用戶創(chuàng)建的報(bào)表也是比較多樣化的。報(bào)表系統(tǒng)能夠在打印時(shí)進(jìn)行基于 PLC 的管道流量、壓力解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 預(yù)覽和頁(yè)面設(shè)置并能夠進(jìn)行組態(tài)。 （ 6）、 OPC:組態(tài)王 一方面能夠作為 OPC 客戶端，另一方面還能作為 OPC服務(wù)器，用戶可以使用 OPC 接口進(jìn)行組態(tài)王變量的訪問(wèn)。 （ 7）、通訊系統(tǒng)： 遠(yuǎn)程設(shè)備之間的通信是通過(guò)遠(yuǎn)程撥號(hào)實(shí)現(xiàn)的 。可以 不間斷的 判斷 通信 質(zhì)量和 數(shù)據(jù)采集 時(shí)間； 可以完成 網(wǎng)絡(luò) DDE， 實(shí)行 組態(tài)王與各類(lèi)軟件之間 經(jīng) 過(guò)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。 解耦控制系統(tǒng)分析 管道中壓力、流量控制系統(tǒng)是一個(gè) 典型的互相 耦合的系統(tǒng)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器都會(huì)對(duì) 管道 的壓力和流量 釀 成不同程度的 干擾 ，所以，在壓力比較偏大的情況下， 我們將調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增大 時(shí)， 流量會(huì)隨之加大，如果這個(gè)時(shí)候經(jīng)過(guò)流量控制器作用而減小變頻器，又會(huì)導(dǎo)致管道中的壓力下降，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器互相干涉、影響，所以是一個(gè)典型的相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。 因?yàn)橄到y(tǒng)變頻器調(diào)節(jié)Ⅰ支 路流量，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)Ⅱ支路流量，兩個(gè)支路并聯(lián)才能 夠 實(shí)現(xiàn)解耦控制實(shí)驗(yàn)，并聯(lián)之后可以選擇使用Ⅱ支路的流量計(jì)來(lái)測(cè)量流量。 管道的流量、壓力解耦控制流程圖如下所示： 圖 24 管道 的流量、壓力 解耦控制流程圖 下表是 管道 流量、壓力 解耦控制 的各個(gè)測(cè)點(diǎn)的清單 ： 基于 PLC 的管道流量、壓力解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 序號(hào) 代號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 功能 信號(hào)類(lèi)型 工程量 1 FT102 渦輪流量計(jì) 給水流量Ⅱ 420mADC 03m3/h 2 PT101 壓力變送器 給水壓力 420mADC 150kpa 3 FV101 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 閥位控制 210VDC 0100% 4 U101 變頻器 頻率控制 210VDC 0100% 表 24 管道 流量、壓力 解耦控制 的各個(gè) 測(cè)點(diǎn)清單說(shuō)明 水經(jīng)過(guò)由變頻器 U101 驅(qū)動(dòng)的水泵 P101 從而由水箱 V104 中加壓獲得壓頭，經(jīng)過(guò)用于兩個(gè)支路連接的閥門(mén) QV10流量計(jì) FT10壓力傳感器 PT10電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 FV10水箱 V103 以及閥門(mén) QV116 回流到水箱 V104 中從而形成水循環(huán)，水箱只作為一個(gè)連通器；其中，壓力變送器主要是用于測(cè)得給水壓力， 渦輪流量計(jì)主要測(cè)的是給水流量 。在本課題研究的解耦控制系統(tǒng)中， 被控變量 壓力的操縱變量的是調(diào)節(jié)閥 FV101，被控變量流量的操縱變量是變頻器 U101， 我們可以經(jīng)過(guò)解耦器函數(shù)的解耦計(jì)算 兩條支路各自的調(diào)節(jié)器輸出，然后進(jìn)行分別去控制各自調(diào)節(jié)回路的操縱變量。 基于 PLC 的管道流量、壓力解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 3 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 解耦控制 解耦控制系統(tǒng)就是為 了肅清系統(tǒng)中各個(gè)控制回路之間相互耦合作用，我們需要尋找一些適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律并且采用某一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ， 使得每一個(gè)輸入只控制自己相 對(duì) 應(yīng)的一個(gè)輸出，每一個(gè)輸出只受到一個(gè)控制的作用， 即完成一對(duì)一。解耦控制系統(tǒng)框圖如下： 圖 31 解耦控制系統(tǒng)框圖 如上圖所示， G12和 G21 不為零時(shí)有耦合； G12=G21=0 時(shí)無(wú)耦合； G12或 G21為零時(shí)為半耦合。 管道流量、壓力的解耦控制器設(shè)計(jì) 解耦器設(shè)計(jì) (1)、控制結(jié)構(gòu) 管道中壓力、流量控制系統(tǒng)是一個(gè) 彼此 耦合的系統(tǒng)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的壓力和流量造成不同程度的 干擾 ，所以，在壓力比較偏大的情況下，我們 將調(diào)節(jié)閥開(kāi)度放大的時(shí)候 ，流量會(huì)隨之 增大 ， 如果這個(gè)時(shí)候變頻器因?yàn)樵诹髁靠刂破鞯淖饔孟露冃?，又?huì)導(dǎo)致管道中的壓力減小。 因此， 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器相互干擾 是一個(gè)典型的 相 關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。 系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)值與流量和壓力有關(guān)，與其他任何參數(shù)都沒(méi)有關(guān)系。 如下圖所示： Gc1 G11 G21 G12 G22 Gc2 R1 R2 U1 U2 Y1 Y2 基于 PLC 的管道流量、壓力解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 321（ 1）管道 流量、壓力 解耦控制 （ 2）、變頻器調(diào)節(jié) 變頻器工作頻率調(diào)節(jié)特性如下圖所示： 圖 321（ 2） A變頻器工作頻率調(diào)節(jié)特性 如果把變頻器換成電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥前端是水泵的情況下，其特性如下圖所示： 流量 壓力 變頻器工作頻率 30Hz 變頻器工作頻率 40Hz 變頻器工作頻率 50Hz 0 基于 PLC 的管道流量、壓力解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 前端調(diào)節(jié)閥工作開(kāi)度 100% 前端調(diào)節(jié)閥工作開(kāi)度 75% 前端調(diào)節(jié)閥工作開(kāi)度 60% 圖 321（ 2） B 調(diào)節(jié)閥工作開(kāi)度調(diào)節(jié)特性 這是水泵的硬特性導(dǎo)致的結(jié)果，不符合典型的管道壓力耦合特性。 因?yàn)榍岸苏{(diào)節(jié)閥不是線性的，整個(gè)系統(tǒng) 很難 得到 切確 的數(shù)學(xué) 原型 。只能針對(duì)小范圍變化，靜態(tài)條件下解耦，其解耦效果并不好，但是采用變頻器后系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型很容易得到。 （ 3）、 、 、 的測(cè)量 的測(cè)量。把變頻器調(diào)節(jié)輸出 50Hz，關(guān)閉閥門(mén) JV201，關(guān)閉各出水口閥門(mén)，測(cè)量壓力值 ， =80%。 系統(tǒng)壓力測(cè)量值。 是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的出口壓力，理論上應(yīng)該為 0，但是對(duì)象在調(diào)節(jié)閥還有向上的管路，因此必須測(cè)量 的值。測(cè)量時(shí)，打開(kāi)調(diào)節(jié)閥到某一開(kāi)度，變頻器輸出為某一值，管路有水流到下水箱，同時(shí)關(guān)閉變頻器和閥門(mén) JV104，使垂直管道里的水不回流，此時(shí)測(cè)量出來(lái)的值便是 。 （ 4）、方案 被調(diào)量是變頻器和調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，管道壓力和流量作為控制目標(biāo)。 若采用兩個(gè)互不想干的調(diào)解器進(jìn)行控制，很難讓系統(tǒng)維持平衡狀態(tài)，但是可以與解耦后的效果進(jìn)行比較。 其中， 是與變頻器輸出度和介質(zhì)密度有關(guān)的參數(shù)， 是與調(diào)節(jié)閥輸出和介質(zhì)密度有關(guān)的參數(shù)， h 代表流量的被控量。 針對(duì)調(diào)節(jié)閥來(lái)說(shuō)，流量和壓力有這樣的關(guān)系： h= ( )= ( ) （ 31） 有 h=( / + )( ) (32) 基于 PLC 的管道流量、壓力解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 在兩個(gè)回路都處在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，被調(diào)量 h 對(duì) 的增益為： | = (33) 在兩個(gè)回路都處在閉環(huán)的狀態(tài)下， h 對(duì) 的偏導(dǎo)數(shù)，就是第二放大系數(shù)為： | = = （ ） （ 34） 根據(jù)相對(duì)增益的定義有： = (35) 從公式 和 ，帶入以上幾個(gè)式子，增依舊能夠用壓力來(lái)表示，即： = (36) 相同的方法可以解出 對(duì)于壓差 h通道的相對(duì)增益為： = （ 37） 如果改用 來(lái)描述壓力流量系統(tǒng)，則： = = + = （ 38） 就可以判斷出另一增益，對(duì)上面公式進(jìn)行偏導(dǎo)數(shù)的求解，就可以分別推出和 對(duì) 的兩個(gè)通道的相對(duì)增益。最后流量 壓力系統(tǒng)的相對(duì)增益矩陣就為： A= （ 39） 相對(duì)增益矩陣為： = （ 310） 將 穩(wěn)定在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，因?yàn)檫@個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)只與流量和壓力有關(guān)，與其它參數(shù)無(wú)關(guān)，因此這個(gè)過(guò)程只是與壓力和開(kāi)度有關(guān)系，是時(shí)不變。 有 =80%水柱， =5%水柱。 假設(shè) 是未知數(shù)，就能夠列出一個(gè)方程。解耦算法就可以采用對(duì)角矩陣法。 =