【正文】 （3）變頻器的輸出頻率始終處于調(diào)整狀態(tài)，因此，其顯示的數(shù)值常不穩(wěn)定。（4）抑制大約和 H24（微分時間）同樣長周期的振蕩減小 H24（微分時間） 。常見有下面幾種情況。P、I 、D 參數(shù)預置P、I、D 參數(shù)通過 H2H23 、H24 來設定。壓力目標值的預置壓力目標值是一個比值，它和允許的管道壓力大小及選用的傳感器有關。設定值 0：不動作；1：正動作；2：反運行。廣東石油化工學院本科畢業(yè)( 設計) 論文：基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計26（3）用水量減少時當用水量減少，用水需求 QU供水能力 QG，水壓上升，壓力反饋信號 y 增大，偏差 e=yr0，PID 輸出的控制增量 Δu0，變頻器輸出頻率下降，水泵轉速降低，降低供水能力，最后達到一個新的平衡狀態(tài)，使壓力回復，維持供需平衡。其實現(xiàn)方法是，首先據(jù)用戶對水壓的要求，給 PID 調(diào)節(jié)器預置一個目標壓力值，管道中的實際水壓，經(jīng)壓力變送器轉換成 4～20mA 的模擬電流信號反饋給變頻器內(nèi)置的 PID 調(diào)節(jié)器，PID 調(diào)節(jié)器根據(jù)目標壓力值和實際壓力值的偏差，給出調(diào)節(jié)量，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)電機轉速，使供水量適應用水量的變化，取得動態(tài)平衡，維持水壓不變。 變頻調(diào)速恒壓供水的 PID 調(diào)節(jié)過程 變頻調(diào)速恒壓供水的 PID 調(diào)節(jié)過程分析變頻調(diào)速恒壓供水的目的就是要保證供水能力 QG 適應用水 QU 需求變化。用一系列的采樣時刻點 kT 代表連續(xù)時間，用矩形法數(shù)值積分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的積分，以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到 PID 位置控制算法表達式： （44 ）0(){()()[()1)]}kDDpjukKeeke?????式(44) 中，T 表示采用周期，k 表示采用序號，e(k)表示第 k 時刻的偏差信號，e(k1)表示第 k1 時刻的偏差信號，u(k)表示第 k 時刻的控制量。然而，對于大多數(shù)系統(tǒng)來說，單獨使用一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。直到系統(tǒng)偏差為零。比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù) K 的增大而減少。 PID 控制規(guī)律為： （42 ）p1()u(t)=K[()]DdetettT??式（42）中，K p 表示比例系數(shù)；T 1 表示積分時間常數(shù)；T D 表示微分時間常數(shù)。具有以下優(yōu)點：理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握。最后分析了在變頻恒壓供水中，水泵切換的條件。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，如果真的要進行機組切換，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，比如一、兩分鐘，如果在這段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，設 定 壓 力 實 際 壓 力Δ Pd/2減 泵 下 限 頻 率增 泵 設 定 壓 力 實 際 壓 力上 限 頻 率廣東石油化工學院本科畢業(yè)( 設計) 論文：基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計22則進行實際的機組切換操作。回滯環(huán)的應用提供了這樣一個保障，即如果切換的判別條件滿足，那就說明此時實際供水壓力在當前機組的運行狀況下滿足不了設定的要求。在恒壓供水中，機組的切換為機組增加與機組減少兩種情況，這兩種情況由于變頻器輸出頻率與供水壓力的不同邏輯關系相對應。這樣的工作狀態(tài)既無法提供穩(wěn)定可靠的供 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 21水壓力，也使得機組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運行壽命 [16]。在極端的情況下，運行機組增加后，實際供水壓力超過設定供水壓力，而新增加的機組在變頻器的下限頻率運行，此時又滿足了機組切換的停機條件，需要將一個在工頻狀態(tài)下運行的機組停掉。所以，選擇這兩個時刻作為水泵機組切換的時機是合理的，但要做以下考慮。這個頻率遠大于 0HZ，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關，一般在20HZ 左右。另外，變頻廣東石油化工學院本科畢業(yè)( 設計) 論文：基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計20器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是 0HZ。當正在變頻狀態(tài)下運行的水泵電機要切換到工頻狀態(tài)下運行時，只能在 50HZ 時進行。當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，直到剩下一臺變頻泵運行為止。在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電機一號泵切換至工頻電網(wǎng)供電后，一號泵恒速運行，同時使第二臺水泵二號泵投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定值為止。其需要完成的控制流程如圖 所示。人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所。變頻器跟蹤供水控制器送的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉速控制?？刂葡到y(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC 系統(tǒng))、變頻器和電控設備三個部分。(2)液位信號:它反映水泵的進水水源是否充足。信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括水壓信號、液位信號和報警信號:(1)水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。(2)供水系統(tǒng)的增容和減容容易，無需更換水泵，只要再增加恒速泵即可。(1)調(diào)速泵:是由變頻調(diào)速器控制、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。由于有良好的人機界面，使得操作更加簡單，系統(tǒng)運行狀態(tài)更直觀。為了提高系統(tǒng)的控制靈活性和方便性，本系統(tǒng)在變頻器+PLC 控制的基礎上增加上位監(jiān)控計算機。 變頻恒壓控制系統(tǒng)方案 變頻恒壓控制系統(tǒng)方案設計從恒壓供水的原理分析可知，系統(tǒng)主要有變頻器、壓力傳感器、壓力變送PID電 機 水 泵反 饋 電 壓+Uf P變 頻 器U* 第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計 15器、恒壓控制單元及低壓電器等。供水壓力 P 作為輸出量，構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 用水少而供水多，則壓力大。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速是由于水泵的功率與轉速的立方成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式節(jié)能效果顯著。操作面板是變頻器人機對話的界面，通過操作面板可以觀察變頻器的運行狀態(tài)，或者修改變頻器的運行參數(shù)。逆變電路是變頻器的功率輸出部分，一般由多刀 T 等大功率開關器件及其驅動、保護電路構成。異步電動機變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點。(2)變轉差率調(diào)速變轉差率調(diào)速即轉子電路串接電阻調(diào)速、改變定子電壓調(diào)速、滑差電機等。異步電動機的轉差率為： （23）0nS=?其中 n 為異步電動機的轉子轉速。三相異步電動機的調(diào)速是指在電動機負載不變的條件下，通過控制改變電機轉速，達到用戶要求。但由于開環(huán)轉速控制中，揚程隨著流量的減小而減小，往往不能滿足實際工程需要。(2) 轉速控制法轉速控制法屬于變速調(diào)節(jié)，是通過改變水泵的轉速來調(diào)節(jié)流量，而閥門開度則保持不變(通常為最大開度) ，轉速控制法的實質是通過改變水泵的供水能力來適應用戶對流量的要求，當水泵的轉速改變時，揚程特性將隨之改變而管阻特性不變。當用戶所需流量減少時，設從 Qa 降至 Qb，必須把水泵出水口閘閥關小來減少水泵出口水流量，使之與管網(wǎng)所需流量相等，否則會因管網(wǎng)過載而造成爆管的危險。閥門控制法的實質是水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水HBF HA c H0 B4123 閥 門 關 小 閥 門 開 大 額 定 轉 速 轉 速 下 降C 0 QBQAQ廣東石油化工學院本科畢業(yè)( 設計) 論文：基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計10路中的阻力大小來強行改變流量，以適應用戶對流量的要求。供水功率是供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率 P(KW)稱為供水功率，供水功率與流量 Q 和揚程 H 的乘積(如圖 23 中 0QAAHA 的面積)成正比。實際運行時水泵并非總是固定在 A 點。這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化。反之，在供水流量較大(Q=Q 2)時，所需揚程也較大(H=H 2)，如點 B2。圖 21 水泵的揚程特性(2) 管阻特性管阻是管道系統(tǒng)(包括水管、閥門等) 對水流阻力的物理量。圖中 A1 點是流量較小(等于 Q1)時的情形，這時全揚程較大，為 H1；A2 點是流量較大(等于 Q2)時的情形，這時全揚程較小，為 H2。當轉速改變后，水泵工作性能也隨著改變。有效功率 PM(KW)為泵內(nèi)液體實際所獲得的凈功率；軸功率 PM(KW)是水泵在一定流量、揚程下運行時所需的外來功率，即由電動機傳給水泵軸上的功率。即水泵揚程最終反映的是水泵供水高度?？朔诠芫W(wǎng)中流動時所需的能量。以耐/s( 米 3/秒)、m3/h(米 3/小時 )、七/:(千克/秒)、t/:(噸/ 秒)等表示。5）對變頻調(diào)速技術及可編程序控制器(PLC)進行簡單介紹。本設計的主要內(nèi)容如下:1）通過揚程特性曲線和管阻特性曲線分析供水系統(tǒng)的工作點，根據(jù)管網(wǎng)和 第一章 緒論 5水泵的運行曲線，說明供水系統(tǒng)的節(jié)能原理。 課題來源及本設計的主要內(nèi)容本課題來源于茂名市河東水廠的實習。(2)高壓變頻系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應用在過去變頻供水較少涉及高壓變頻系統(tǒng)，這也是系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，高一低一高型的高壓變頻系統(tǒng)，串聯(lián)多電平高壓變頻系統(tǒng)目前已在實際應用中不斷完善，高壓變頻中的諧波問題己逐步得到解決。(3) 自來水廠增壓系統(tǒng)。 （6）容錯性當出現(xiàn)意外情況時，系統(tǒng)能根據(jù)水泵及變頻器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況自動切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。 （3） 運行安全可靠水泵電機采用軟啟動方式，可以避免電動機啟動時的電流沖擊，減少對電網(wǎng)電，避免管網(wǎng)壓力超限，管道破裂而造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成水泵系統(tǒng)的喘振。在國外,一個 10x10，m3/d 的水廠只需 3~5 人管理。這些供水方式都需要將水提升到一個滿足最高層用戶用水的固定高度上，這樣，就有相當一部分電能被浪費。 變頻調(diào)速恒壓供水技術簡介 國內(nèi)外變頻恒壓供水的現(xiàn)狀目前，國內(nèi)大中城市的水廠基本上都采用變頻恒壓供水方式，生產(chǎn)過程的重要參數(shù)可以實行自動監(jiān)測。單片機變頻調(diào)速供水方式優(yōu)點是能做到變頻調(diào)速、自動化程度優(yōu)于以上幾種供水方式，可以定時供水等，缺點是系統(tǒng)開發(fā)周期較長、參數(shù)設置煩瑣、可靠性比較低、維修不方便，不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。(2)壓力供水氣壓罐供水方式屬于壓力供水，具有體積小、技術簡單、不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機為硬起動且起動頻繁，聯(lián)軸器沖擊大，起動電流大，觸點易燒，系統(tǒng)維護工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。變頻恒壓供水系統(tǒng)自 80 年代世界各國將其投入工業(yè)應用以來，它顯示出了強勁的競爭力，采用該系統(tǒng)供水可以取得非常顯著的節(jié)能效果，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。我國家是一個在水資源和電能方面都很短缺的國家，在大力提倡節(jié)約能源的今天，人們也更加重視有關降低供水系統(tǒng)能耗的問題。關鍵字：PLC、變頻調(diào)速、恒壓供水、組態(tài)王系統(tǒng)、PIDAbstractWith the rapid development of social economy, and water quality and water supply people to improve the reliability of the system design is designed for residents of water. On the basis of research on pumping station in MaomiHedong Waterworks and analysis and research on the basic capability of industry control puter PLC and state view software, This paper put forward Siemens s7200 for lower level puter inverter, PLC and PID adjustor position control system, adjust the water pump output flow. Motor pump group of three pumps and a auxiliary pump parallel and bee, by inverter or industrial frequency power supply, according to the water supply system to control the pressure and flow export of frequency switching between motor pump group, so the system and speed in the most reasonable position,