【導讀】水網出口壓力根據用戶需求設定。傳統(tǒng)供水方式采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設施。實現，隨著變頻技術的發(fā)展，為實現恒壓供水提供了可靠的技術保障。變頻恒壓供水是一項成熟的技術，并取得了極其可觀的經濟及社會效益。后，經PID調節(jié)，向變頻器輸出運轉頻率指令。壓力傳感器監(jiān)測管網出水壓力，并將其轉換為控制器可接受的模擬信號，系統(tǒng)接受信號后自動進行調節(jié)。在以上因素為正常合理的情況下，全自動根據我們的經驗，變流量恒壓供水控制系統(tǒng)的節(jié)能效率一般在30％以上。大大減少了設備的維護工作量和費用。的長期收益和其帶來的社會效益也是非?？捎^的。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故

　　

【正文】 空斷路器動作前先將變頻器斷開。 造成變頻器故障的原因是多方面的，只有在實踐中，不斷摸索總結，才能及時消除各種各樣的故障。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 39 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第四章 PID 控制系統(tǒng)簡介 PID （ 比 例 積 分 微 分 ） 英 文 全 稱 為 Proportion Integration Differentiation，它是一個數學物理術語。 目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā)展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和智能控 制理論三個階段。智能 控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構、輸入輸出接 口?？刂破鞯妮敵鼋涍^輸出接口、執(zhí)行機構，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、 變送器、執(zhí)行機構是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前， PID 控制及其控制器或智能 PID 控制器 （儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有 各種各樣的 PID 控制器產品，各大公司均開發(fā)了具有 PID 參數自整定功能的智能調節(jié)器 (intelligent regulator)，其中 PID 控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現。有利用 PID 控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實現 PID控制功能的可編程控制器 (PLC)，還有可實現 PID 控制的 PC 系統(tǒng)等等。 可編程控制器 (PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實現 PID 控制，而可編程控制器 (PLC)可以直接與 ControlNet 相連，如Rockwell 的 PLC5等。還有可以實現 PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的Logix 產品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，利用網絡來實現其遠程控制功能。 開環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng) (openloop control system)是指被控對象的輸出 (被控制量 )對控制器 (controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng) (closedloop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸 出 (被控制量 )會反送回 來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系 統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋( Negative Feedback)，若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 39 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負反饋 的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系 統(tǒng)。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切 斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。 階躍響應 階躍響應是指將一個階躍輸入（ step function）加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應進入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實際輸出之差。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字 來描述。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性(stability)，一個系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應上看應該是收斂的；準是指控制系統(tǒng)的準確性、控 制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來(Steadystate error)描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應的 快速性，通常用上升時間來定量描述。 PID 控制的原理和特點 在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調節(jié)。 PID 控制器問世至今已有近 70年歷史，它 以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的 其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或 不能通 過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數時，最適合用 PID控制技術。 PID控制，實際中也有 PI和 PD控制。 PID 控制器就是根據系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進行控制的。 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差 的 或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。為了消除穩(wěn)態(tài) 誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積 分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 39 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可 能會出現振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差的作用， 其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 PID 控制器的參數整定 PID 控制器的參數整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據被 控過程的特性確定 PID控制器的比例系數、積分時間和微分時間的大小。 PID 控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是 依據系統(tǒng)的數學模型，經過理論計算確定控制器參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主 要依賴工程經驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握 ，在工程實際中被廣泛采用。 PID 控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應 曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經驗公式對控制器參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需 要在實際運行中進行最后調整與完善?，F在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行 PID控制器參數的整定步驟如下： (1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現臨界振蕩， 記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期； (3)在一定的控制度下 通過公式計算得到 PID 控制器的參數。 在實際調試中，只能先大致設定一個經驗值，然后根據調節(jié)效果修改。 對于溫度系統(tǒng)： P（ %） 2060， I（分） 310， D（分） 對于流量系統(tǒng)： P（ %） 40100， I（分） 對于壓力系統(tǒng)： P（ %） 3070， I（分） 對于液位系統(tǒng)： P（ %） 2080， I（分） 15 參數整定找最佳，從小到大順序查 先是比例后積分，最后再把微分加 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 39 頁 第 23 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大 曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳 曲線偏離回復慢，積分時間往下降 曲線波動周期長，積分時間再加長 曲線振蕩頻率快，先把微分降下來 動差大來波動慢。微分時間應加長 理想曲線兩個波，前高后低 4比 1 一看二調多分析，調節(jié)質量不會低 PID 與自適應 PID 的區(qū)別： 首先弄清楚什么是自適應控制 在生產過程中為了提高產品質量，增加產量，節(jié)約原材料，要求生產管理及生產過程始終處于最優(yōu)工作狀態(tài)。因此產生了一種最優(yōu)控制的方法，這就叫自適應控制。在這種控制中要求系統(tǒng)能夠根據被測參數，環(huán)境及原材料的成本的變化而自動對系統(tǒng)進行調節(jié) ，使系統(tǒng)隨時處于最佳狀態(tài)。自適應控制包括性能估計（辨別）、決策和修改三個環(huán)節(jié)。它是微機控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。但由于控制規(guī)律難以掌握，所以推廣起來尚有一些難以解決的問題。 加入自適應的 pid 控制就帶有了一些智能特點，像生物一樣能適應外界條件的變化。 還有自學習系統(tǒng)，就更加智能化了。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 共 39 頁 第 24 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第五章 系統(tǒng)設計及操作使用說明書 系統(tǒng)可行性分析 系統(tǒng)組成 變頻器是整個變頻恒壓供水系統(tǒng)的核心部分。變頻恒壓系統(tǒng)組成框圖見圖 51 圖中，水泵電機是輸出環(huán)節(jié)，轉速由變頻器控制，實現變流量恒壓控制。變頻器接受 PID 控制器的信號對水泵進行速度控制，壓力傳感器檢測管網出水壓力，把信號傳給 PID 控制器，通過 PID 控制器調節(jié)變頻器的頻率來控制水泵的轉速，實現了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于易能變頻器本身具有 PID 調節(jié)功能，可以不選用外置 PID調節(jié)器，調節(jié)更加平穩(wěn)。 系統(tǒng)節(jié)能分析 由水泵的工作原理可知：水泵的流量與水泵（電機）的轉速成正比，水泵的揚程與水泵（電機）的轉速的平方成正 比，水泵的軸功率等于流量與揚程的乘積，故水泵的軸功率與水泵的轉速的三次方成正比（既水泵的軸功率與供電頻率的三次方成正比）。根據上述原理可知改變水泵的轉速就