【正文】 數(shù)在長期連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)下工作，屬于連續(xù)恒定負(fù)載。②大多數(shù)該類產(chǎn)品都和電動機(jī)連成一體，成為整體產(chǎn)品。③因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩是和轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以一旦轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速，就會造成電動機(jī)嚴(yán)重過載。因此在變頻調(diào)速時，應(yīng)該禁止在額定頻率以上運(yùn)行。注：變頻調(diào)速(即 f 改變) 瞬間時，負(fù)載特性曲線不變，轉(zhuǎn)速 n 不變，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩 TL 不變；但是電動機(jī)機(jī)械特性曲線改變，從而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩 TM 改變。電動機(jī)要能夠穩(wěn)定運(yùn)行的條件是：升速時，T LTM；降速時，T LTM。 V/F 控制的概念①基本思想針對 kf = km 時，當(dāng)頻率下降，ΔU x 在 Ux 中所占的比例增大，造成了 φ m 和Tkx 下降的情況，采取適當(dāng)提高調(diào)壓比而使 kf km 的方法，來抵償比值 ΔU x / Ux()()24 / 62的增大，從而保持 φ m = Kφ Ex/fx = const，最終使電動機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，因?yàn)槭峭ㄟ^提高 U/F 比而得到，故又稱為 V/F 控制或電壓補(bǔ)償。②完全補(bǔ)償 U/f 線完全補(bǔ)償?shù)暮x是，不論 fx 多大(在 fx≤f N 的范圍內(nèi))，通過補(bǔ)償都能使臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx 與額定頻率時的臨界轉(zhuǎn)矩 Tkn 相等，簡稱全補(bǔ)償。此時 kf 和 km 的關(guān)系如下： 2211[()]ffmxkr??由上式作出的 km=f(kf)的曲線通常稱為 U/f 線。滿足上式的機(jī)械特性曲線在所有頻率下的臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx 都與 Tkn 相等。新系列的變頻器一般都提供了設(shè)置自動轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動地決定補(bǔ)償?shù)某潭取?矢量控制的概述矢量控制的成功實(shí)施，使得異步電動機(jī)變頻調(diào)速后的機(jī)械特性以及動態(tài)特性能達(dá)到足以和直流電動機(jī)調(diào)壓時的調(diào)速性能相媲美，從而使異步電動機(jī)變頻調(diào)速在電動機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域全方位地處于優(yōu)勢地位?，F(xiàn)在許多新型的變頻器都提供了相應(yīng)的矢量控制的功能。①矢量控制基本設(shè)想根據(jù)一個三相交流的磁場系統(tǒng)和一個旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場系統(tǒng)，以兩相系統(tǒng)作過渡，可以相互進(jìn)行等效變換的原理，所以將變頻器的給定信號變換成類似直流電動機(jī)磁場系統(tǒng)的控制信號，也就是說，假設(shè)有兩個互相垂直的直流繞組同處于一個旋轉(zhuǎn)體上，兩個繞組中分別獨(dú)立地通入由給定信號分解而得的勵磁電流信號 iM 和轉(zhuǎn)矩電流信號 iT，并且 iM 和 iT 作為基本控制信號，則通過等效變換，可以得到與基本控制信號 iM 等效的三相交流控制信號 iA、 iB、 iC，去控制逆變電路。對于電動機(jī)在運(yùn)行過程中的三相交流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，又可以等效變換成兩個互相垂直的直流信號，反饋到給定控制部分，用以修正基本控制信號 iM 和 iT。進(jìn)行矢量控制時，可以和直流電動機(jī)一樣，使其中一個磁場電流信號 iM 不變，而控制另一個磁場電流信號 iT，從而獲得和直流電動機(jī)類似的控制功能 [11]。②基本框圖如下圖所示，給定控制器將信號分解成兩個相互垂直且獨(dú)立的直流信號 iM和 iT，然后通過直/交變換將 iM 和 iT 變換成兩相直流電流信號 i1 和 i2，又經(jīng)過 2/3()25 / 62變換，得到三相交流控制信號 iA、 iB、 iC，去控制逆變橋。圖 矢量控制基本設(shè)想電流反饋用于反映負(fù)載的狀況，使直流信號的轉(zhuǎn)矩分量 iT 能隨負(fù)載而變，從而模擬出類似于直流電動機(jī)的工作狀況。速度反饋用于反映拖動系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異，并使之以最快的速度進(jìn)行校正，從而提高系統(tǒng)的動態(tài)特性。現(xiàn)在許多新系列的變頻器設(shè)置了“無反饋矢量控制”功能，這里“無反饋”是指不需要由用戶在變頻器外部另行設(shè)置反饋環(huán)節(jié)。無反饋矢量控制在改善異步電動機(jī)在低頻時的機(jī)械特性方面，己經(jīng)取得了令人滿意的結(jié)果，故對于一些在動態(tài)特性方面無嚴(yán)格要求的場合，速度反饋可以不用。 ATV38 的特性采用的變頻器是施耐德（Schneider）公司的 Altivar 38 異步電動機(jī)變頻器，簡稱 ATV38。 Altivar 38 是一種用于三相異步電動機(jī)的變頻器，由 360 V 至 460 V 三相電源供電，功率范圍 kW 至 315 kW。Altivar 38 設(shè)計(jì)用于工業(yè)或商用建筑中的加熱、通風(fēng)以及空氣調(diào)節(jié)(HVAC)方面的現(xiàn)代化應(yīng)用場合。 Altivar 38 通過對能耗進(jìn)行優(yōu)化可以降低運(yùn)行成本，同時提高了用戶的舒適程度。大量的集成化選件可讓它與電氣設(shè)備和復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行適配和集成。變頻器在最初設(shè)計(jì)中就已經(jīng)考慮了電磁兼容性的要求。Altivar 38 的成品可直接用于泵類和通風(fēng)應(yīng)用中。它有一個操作盤可用于修改編程、調(diào)整、控制或檢測功能，以便適應(yīng)和優(yōu)化應(yīng)用以滿足不同客戶的要求。Altivar 38 用于泵 / 通風(fēng)應(yīng)用的專用功能有：□ 節(jié)能□ 使用速度檢測自動捕捉旋轉(zhuǎn)負(fù)載 (飛車起動) □ 根據(jù)速度調(diào)整電流限制□ 快 / 慢、預(yù)置速度26 / 62□ 內(nèi)置PID控制，帶有預(yù)置PID給定□ 電氣和運(yùn)行時間儀表□ 電機(jī)降噪Altivar 38 的保護(hù)功能有： □ 使用 PTC 熱傳感器的電機(jī)和風(fēng)扇熱保護(hù)□ 連續(xù)運(yùn)行中防過載和過電流的保護(hù)□ 通過頻率跳躍功能進(jìn)行的對設(shè)備的機(jī)械保護(hù)□ 通過多重故障狀態(tài)管理和可配置警報(bào)進(jìn)行的保護(hù)同時，Altivar 38 還容易集成到控制系統(tǒng)中，它配備了：4 個邏輯輸入，2 個繼電器輸出， 2 個模擬輸入和 1 個模擬輸出 ；插入式 I/O 接頭 ；電氣參數(shù)顯示及運(yùn)行指示 ；內(nèi)置EMC濾波器，內(nèi)置制動單元；變頻器中標(biāo)準(zhǔn)配置一個符合 Modbus 協(xié)議的 RS485 多點(diǎn)串口連接。同時，Altivar 38 有多種可選件（遠(yuǎn)程控制盤，制動電阻，進(jìn)線電抗，RFI濾波器等） 。~UVW1AL12313564OCMI12+034RABFXN4D壓 力 傳 感 器 變頻器輸入輸出接線圖Altivar 38按照歐洲低壓 (73/23/CEE 和 93/68/CEE) 標(biāo)準(zhǔn)和 EMC (89/336/CEE) 規(guī)范設(shè)計(jì)。因此，Altivar 38 變頻器具有歐盟認(rèn)可的 標(biāo)志。它也嚴(yán)格執(zhí)行了國際及國內(nèi)有關(guān)電子工業(yè)控制裝置的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 (IEC， EN， NFC， VDE)。變頻器在接線時，必須接地。動力電纜和設(shè)備中的弱電信號（如PLC信號等）電路要保持分隔，以免干擾。輸入方面，主電路的電源端子LLL3通過線路帶漏電保護(hù)的斷路器連接27 / 62至380V的三相交流電源。對于壓力信號，則通過AI1或AI2口輸入。對所有位于變頻器附近的或連接在同一電路上的專門電路如繼電器、接觸器、電磁閥、熒光燈等均應(yīng)安裝干擾抑制器。輸出方面，變頻器的輸出端子（U，V，W）按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對，則說明連接相序有錯，則改變U、V、W中的任意兩相的接線。AO1可接電動機(jī)頻率輸出 [12]。變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極，不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地。 壓力傳感器簡介本系統(tǒng)采用錢江儀器儀表廠生產(chǎn)的 YYBES 型壓力變送器，它是四線制帶現(xiàn)場 LED 數(shù)字顯示的壓力變送器，其供電電源和輸出信號分別傳送。如圖 ：接 線 端 調(diào) 整 端圖 外形尺寸圖①主要性能有：1）抗干擾能力強(qiáng)（電源地與信號地隔離） ，特別適合變頻器應(yīng)用場合；2）LED 數(shù)字顯示；3）供電電源可選（交流 220V / 直流 24V） ；4）輸出信號可選（0～10 mA / 4～20Ma） ；5）負(fù)載阻抗： 0～600Ω ( 4～20 mA)；0～ ( 0～10 mA)。②校驗(yàn)與調(diào)整：通電預(yù)熱 15 分鐘后，分別在零壓力和滿量程壓力下，檢驗(yàn)輸出電流值。下顯示面端蓋，在零壓力下調(diào)整輸出零位電位器，使輸出電流為 0(Ⅱ型)或 4mA(Ⅲ型)或規(guī)定值；調(diào)整顯示零位電位器，使數(shù)字顯示值為000 或規(guī)定值。在滿量程28 / 62壓力下，調(diào)整輸出量程電位器，使輸出電流為 10mA(Ⅱ型)或 20mA(Ⅲ型)或規(guī)定值；調(diào)整顯示量程電位器，使數(shù)字顯示值為滿量程壓力值。變送器經(jīng)校驗(yàn)標(biāo)定后，現(xiàn)場不需要重新標(biāo)定，一般運(yùn)行半年至一年，做一次基本性能檢查 [13]。 ③接線方式旋下接線端蓋，連接電纜上套入密封螺套后，由左（或右）引入孔穿入，接至接線端子，旋緊密封螺套；另一端旋緊密封螺蓋，并蓋緊接線端蓋。如圖 所示： U－+I－ 電源負(fù)載圖 接線圖29 / 625 系統(tǒng)開發(fā)本系統(tǒng)的程序開發(fā)主要是 PLC 的程序開發(fā)，采用的是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程和控制目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)上先編輯好 PLC 軟件，然后傳給 PLC 的方法，所用軟件是三菱 GX Developer7 版本。這是整個供水系統(tǒng)軟件開發(fā)的重點(diǎn)，系統(tǒng)的重要功能實(shí)現(xiàn)和順序控制都依靠它，它的開發(fā)好壞直接影響對了整個控制系統(tǒng)的質(zhì)量好壞和功能實(shí)現(xiàn)，下面就詳細(xì)敘述。 PLC 應(yīng)用的開發(fā)步驟PLC 的應(yīng)用設(shè)計(jì)，一般應(yīng)按下述幾個步驟進(jìn)行。①熟悉被控制對象首先要全面詳細(xì)地了解被控對象的機(jī)械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過程，了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動內(nèi)容、運(yùn)動方式和步驟，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)（功能）流程圖。②明確控制任務(wù)與設(shè)計(jì)要求要了解工藝過程和機(jī)械運(yùn)動與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對電控系統(tǒng)的控制要求。例如機(jī)械部件的傳動與驅(qū)動，液壓、氣動的控制，儀表、傳感器的連接與驅(qū)動等。歸納出電氣執(zhí)行元件的動作節(jié)拍圖。電控系統(tǒng)的根本任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)這個節(jié)拍圖。以上兩個步驟得到的圖、表，綜合而完整地反映了被控對象的全部功能和對被控系統(tǒng)的全部要求，是整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)所在，必須仔細(xì)分析和掌握。③制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，例如全自動、半自動、手動、單機(jī)運(yùn)行和多機(jī)聯(lián)線運(yùn)行等。還要確定電控系統(tǒng)應(yīng)有的其他功能，例如故障診斷與顯示報(bào)警、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等。④確定電控系統(tǒng)的輸入輸出信號通過研究工藝過程和機(jī)械運(yùn)動的各個步驟、各種狀態(tài)、各種功能的發(fā)生、維持、結(jié)束、轉(zhuǎn)換和聯(lián)系信號來確定哪些信號需要輸入 PLC，哪些信號需要PLC 輸出或者哪些負(fù)載要由 PLC 驅(qū)動，分類統(tǒng)計(jì)出各種輸入輸出量的性質(zhì)與參數(shù)，做好 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)。30 / 62 PID 調(diào)節(jié) PID 調(diào)節(jié)原理僅用 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 P+I 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。PID 調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律是： 01[]tcdieUKeTt???或 0[]tdieet??式中 Kc：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)T i：調(diào)節(jié)器的積分時間Td：調(diào)節(jié)器的微分時間?：比例帶，它是慣用增益的倒數(shù) e：調(diào)節(jié)器的偏差信號 U：輸出PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： 1()[]cdiGsTs???不難看出，由上式表示的調(diào)節(jié)器動作規(guī)律在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)上實(shí)際采用的 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)一般為()()()31 / 6239。39。39。1()diccidTsGsK??其中 K’c = FKc ；T ’i = FT i ；T ’d = Δd / F 式中帶’的量是調(diào)節(jié)器參數(shù)的實(shí)際值，不帶的為參數(shù)的刻度值。F 成為相互干擾系數(shù)：K i 為積分增益； Kd 為微分增益。 PID 參數(shù)設(shè)置①P 增益：設(shè)定范圍：～ 倍這是操作量和偏差之間有比例關(guān)系的動作。增益取大時，響應(yīng)快，但過大將產(chǎn)生振蕩。增益取小時，響應(yīng)遲后。實(shí)際中取 10。②積分時間：設(shè)定范圍：～3600s， ：不動作。操作量（輸出頻率）的變化速度和偏差成比例關(guān)系的動作，即輸出按偏差積分的動作。積分時間大時，響應(yīng)遲后，另外，對外部擾動的控制能力變差。積分時間小時，響應(yīng)速度快，但過小將產(chǎn)生振蕩。實(shí)際中取 150s。③微分時間：設(shè)定范圍：001～ ：不動作。操作量（輸出頻率）和偏差的微分值成比例動作（D 動作） 。微分時間大時，能使發(fā)生偏差時 P 動作引起的振蕩很快衰減。微分時間小時，發(fā)生偏差時的衰減作用小。實(shí)際中取取 。 PID 設(shè)定值的調(diào)整 及控制算法響 應(yīng) 調(diào) 整 前調(diào) 整 后 時 間圖 PID 設(shè)定值的調(diào)整①PID 值可在用示波器監(jiān)視響應(yīng)波形的同時進(jìn)行調(diào)整?？勺魅缦驴傮w調(diào)整：()32 / 621）P 增益，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；2）I 積分時間，在不發(fā)生振蕩條件下減小其值；3）D 微分時間，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；4）對于抑制超調(diào)，可以增大積分時間，減小微分時間；5）對于加快響應(yīng)速度，如果允許有小量超調(diào)的話，可以減小積分時間，增大微分時間；6）抑制比積分時間長的周期振蕩，增大積分時間；7）抑制大約和微分時間同樣長周期的振蕩，減小微分時間。②PID 控制算法：如圖 ，PID 控制原理圖，將壓力傳感器傳來的電流信號（0～10mA）通過一個 1KΩ的電阻轉(zhuǎn)化為 0～10V 的電壓信號。這個電壓信號經(jīng) RTD 模塊放大后送給三菱 PLC 的模擬輸入量模塊 FX2N4AD 轉(zhuǎn)化為 12 位的數(shù)字信號，該模塊有四個模擬量輸入通道，12 位的分辨率，總體精度在+1%，轉(zhuǎn)換速度 15ms/通道。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入 PLC 內(nèi)部特殊數(shù)據(jù)寄存器 D0。PLC 根據(jù)采集的信