【正文】 ? ??????? ????? ??ni dP neneTTieTTneKnu 01)1()()()()( （ 35） 式中， T 為采樣周期 (或控制周期 )， n 為采樣序號， n =1,2,...， )1( ?ne 和 )(ne 分別為第 1?n 和第 n 次采樣所得的偏差信號， )(nu 為第 n 時刻的控制量。 數(shù)字 PID控制 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，越來越多的系統(tǒng)采用數(shù)字控制。改變一個調(diào)節(jié)參數(shù)，只影響一種調(diào)節(jié)作用，不會影響其他的調(diào)節(jié)作用。 3,微分部分 (D)可以對輸入的變化趨勢做出反應(yīng)，即它的輸入與輸出的大小無關(guān)，但與輸入量的導數(shù)成線性關(guān)系。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實現(xiàn)對被控對象的調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)偏差為零。 DT — 為微分時間常數(shù) PID 控制器各個部分的作用及其在控制中的調(diào)節(jié)規(guī)律如下 [23,25,39]。其理想的控制規(guī)律為 ])()(1)([)( 1 dt tdeTdtteTteKtu DP ??? ? （ 32） 對上式作拉氏變換可得 : 畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 ))()()(()( 1 SSETS SETSEKSU DP ??? （ 33） PID 控制器的傳遞函數(shù)形式由式 ()描述 SKSKKSTTKSE SUSG DPDSP ??????? 11 )11()( )()( （ 34） 式中 PK — 稱為比例系數(shù) 。常規(guī) PID 控制系統(tǒng)原理框圖如圖 。 ②適應(yīng)性強，可以廣泛的應(yīng)用于各種行業(yè) 。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 第 3 章 內(nèi)置 PID 變頻器 在生產(chǎn)過程自動控制的發(fā)展歷程中， PID 控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率 f來改變電機的轉(zhuǎn)速 n，從而改變水泵性能曲線 得以實現(xiàn)的。本章從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點 (工況點 )的確定方法。 圖 水泵工況點節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)能耗比較圖 由以上分析可知，利用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水，當轉(zhuǎn)速降低時，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與恒速泵供水方式中用閘閥增加阻力的節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。 水泵工況調(diào)節(jié)與傳統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)能耗之比較 若把水泵工況點的節(jié)流調(diào)節(jié)和變速調(diào)節(jié)畫在同一個坐標系中，可用圖 表示，考察比較二者的能量損耗。 圖 變頻調(diào)速恒壓供水水泵工況調(diào)節(jié)圖 由圖 可見，設(shè)定管網(wǎng)壓力值圖 (揚程 )為 0H ，管網(wǎng)初始用水量為 QA，初始工況點為 A，水泵電機的轉(zhuǎn)速為 n ,，工作點 A的軸功率即為 AOQAH0 四點所圍的面積。 當管網(wǎng)負載減小時，通過 VVVF 降低交流電的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速從 1n 降低到 2n 。由節(jié) 可得到 22121 )(HH ? （ 225） 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 即 kQHQH ?? 222211 2kQH? （ 226） 式 (226)所表示的曲線稱為相似工況曲線。節(jié)流調(diào)節(jié)雖不經(jīng)濟，也不準確，但由于簡單、易行，在水泵性能試驗中，仍被廣泛使用。 當管網(wǎng)所需流量減少時，即從 AQ 降至 BQ ，必須把水泵出水口閘閥關(guān)小來減少水泵出水流量，使之與管網(wǎng)所需流量相等，否則會造成管網(wǎng)過載而造成爆管的危險 。閘閥關(guān)得越小，附加阻力越大，流量就變得越小。離心泵葉輪車削不能超出某一范圍，否則原來的構(gòu)造被破壞，使葉片末端變粗，使葉輪和泵殼之間間隙過大，增加回流損失，以致水利效率降低。 水泵工況的調(diào)節(jié) 在選擇和使用水泵的實踐中，常常會出現(xiàn)確定的工作點 偏離水泵設(shè)計工作點較遠，以至引起水泵裝置效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴重的氣穴現(xiàn)象，這就必須采用改變管路性能曲線或改變水泵性能曲線的方法來移動工作點，使其符合要求。 圖 水泵工作點的確定 從圖 中可以看出，水泵在工作點 A點提供的揚程和管路所需的水頭相等，水泵抽送的流量等于管路所需的流量，從而達到能量和流量的平衡，這個平衡點是有條件的，平衡也是相對的。 sssx hhh ?? （ 224） 水泵工作點 (工況點 )是指水泵在確定的管路系統(tǒng)中，實際運行時所具有的揚程、流量以及相應(yīng)的效率、功率等參數(shù)。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。 理論性能曲線，只能做為定性分析和比較之用，目前還不能定量確定，在實用時還必須用實測的方法來繪制性能曲線。把式 (217)代入式 (25)得 KKthW bDctguguPP )( 222 222 ?? ?? ??? （ 219） 對于離心泵來說， ?902?? ， WP KQ 是一條向下彎的拋物線。該直線在縱坐標為 H 的軸上交于 gu222 ，直線的斜度取決于 2? 的值，如圖 41 ( a)所示。? 經(jīng)驗系數(shù) 。 從水泵的基本方程式可知，水泵流量與揚程是密切相關(guān)的 。 u 輪內(nèi)流體的牽引速度 (圓周速度 )。通常是將水泵轉(zhuǎn)速 n 在某一恒定值時，揚程 H，軸功率 PN，效率 ? 和允許吸上真空高度 yzH 或臨界氣蝕余量 1h? 隨著流量 Q 而變化的關(guān)系繪制成各種性能曲線。 二者是表征水泵吸水性能曲線或氣穴性能的參數(shù)，它們是確定水泵安裝高度和評述水泵發(fā)生氣穴與氣蝕問題的主要參數(shù)。 n。q 漏損量 。它由泵內(nèi)水力效率、機械效率及容積效率等三個局部效率組成。 Q 一一液體的流量 (m3/s): H 一一一水泵的揚程(m). 軸功率 PN 是水泵在一定流量、揚程下運行時所需的外來功率，即由動力機傳給水泵軸上的功率 (KW)。水泵揚程可用下式表示為 gVVHHZZEEH2)()(2122121212???????? （ 21） 式中， Z1 ,Z2分別為真空表測壓點、壓力表零位點至基準面的垂直距離，低于基準面時取負值 (m): H1 ,H2分別為真空表、壓力表讀數(shù) (m)； gV221 、gV222 — 分別為水泵進水口、出水口斷面的流速水頭 (m)。在六個參數(shù)中，流量、揚程和轉(zhuǎn)速是基本參數(shù)，只要其中一個發(fā)生變化，其余參數(shù)都會按照一定的規(guī)律發(fā)生相應(yīng)的變化 [14]。 水泵理論及水泵工況點確定的研究 水泵廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個行業(yè)中，但在供水行業(yè)中普遍采用的離心式葉片泵，也稱離心泵。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)不僅能夠保證城市供水的穩(wěn)定，而且可以節(jié)約能 源。 提出了本文的主要研究內(nèi)容 :設(shè)計一套基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，對系統(tǒng)中水泵的工況調(diào)節(jié)、能耗機理以及電機的變頻 工頻切換問題進行研究。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng) PID 處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。本文重點對變頻 調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機理進行深入研究，得出一些有益的結(jié)論。具體而言，論文包括以下內(nèi)容 : ，并對多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進行了論述 。 變頻器的輸出切換問題，目前尚未得到足夠的重視，因而在認識上還存在著一些誤區(qū) :一種看法是將變頻器當作一般的交流電源，或者 像 軟起動器一樣，因而可以將電動機在變頻器與供電電網(wǎng)之間任意切換 。變頻軟起動的優(yōu)點是由于采用電壓 /頻率按比例控制方法，所以不會產(chǎn)生過電流，并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動力矩，故特別適合于需重載或滿載起動的大功率水泵電機。 電動機運行時經(jīng)氣隙傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率 PM，一部分成為機械功率 P2(即 PN (1S))，另一部分則成為轉(zhuǎn)差功率 SPM，電動機正常運行時，轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子回路中以熱的形式損耗掉，因為此時的轉(zhuǎn)差率 S很小，轉(zhuǎn)差功率也很小，但在調(diào)速時，隨著轉(zhuǎn)速畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 的降低，轉(zhuǎn)差率升高，轉(zhuǎn)差功率也直線上升，可控硅串級調(diào)速就是把這部分功率取出來，然后回送到電網(wǎng)，從而大大提高電動機低速運行時的效率。交一交 變頻器由于直接交換，減少換流電路，減少損耗，效率高，波型好，但調(diào)速范圍小，控制線路復雜，功率因數(shù)低，目前較少采用。 近年來，由于電力電子器件和微機控制技術(shù)的發(fā)展，脈沖寬度調(diào)制型 (簡稱 PWM )變頻器技術(shù)獲得了飛速的發(fā)畏。因此，在實用上，要求調(diào)頻的同時，改變定子電壓，保持磁通基本不變，既不使鐵芯發(fā)熱，又保持轉(zhuǎn)矩不變。這種調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有極調(diào)速，而且級差比較大，只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器。 極 對數(shù)調(diào)速 在電源頻率一定的情況下，電動機的同步轉(zhuǎn)速與極對數(shù)成反比，改變電動機極對數(shù)，就可以改變轉(zhuǎn)速。 r/min ?？梢娮冾l 調(diào)速的經(jīng)濟效益十分可觀。調(diào)速后管網(wǎng)的壓力仍保持為 H1，出水流量為 2Q ，水泵 的輸出功率正比于 21 QH? 。當系 統(tǒng)的出水流量減小到 2Q 時，系統(tǒng)管網(wǎng)特性為曲線 1，曲線 1和曲線4 的交點 B 為運行工作點。 圖 變頻調(diào)速節(jié)能原理圖 當系統(tǒng)出水流量減小時，通過變頻調(diào)速裝置將供水轉(zhuǎn)速調(diào)小，則水泵的輸出功率將隨轉(zhuǎn)速的變化而減小。而電動機調(diào)速控制可以通過改變水泵電動機的轉(zhuǎn)速來變更水泵的工況點，使其流量與揚程適應(yīng)管用水量的變化，維持壓力恒定，從而達到節(jié)能效果。但實際運行中水泵每天只有很短的最大時流量，其流量隨外界用水情況在變化，揚程也因流量和水位的變化而變化。因此，這種調(diào)控方式雖然簡單，但從節(jié)約能耗的角度來看，很不經(jīng)濟。通過該項目的研制和應(yīng)用，不僅 能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了 成本，減少設(shè)備維護，降低維修成本 :而且提高了整個小區(qū)生活質(zhì)量。以及通過運行實測。水壓不足，需采用加壓設(shè)備進行增壓。 關(guān)鍵詞 : PLC 變頻調(diào)速 恒壓供水 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 Abstract With the rapid development of social economy, it demands the better of water supply’s quality and reliability of water supply system. Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation, control and munication. At the same time this system can adapt different water supply fields. On the basis of analyzing in quo of the waterworks in our country, this designs a suit of constant pressure water supply automatic system paper by using variable frequency speedregulating technology based on PLC. The system is made up of PLC, transducer, units of pumps and electromotors, pressure sensor, industrial control puter and console. The system is used a transducer to make four electromotors starting, running and timing. The two electromotors (30Kw) is partly circulated. To connect control puter with PLC and realize supervise, a real time supervise control software of water supply system is developed. To tune up the frequency of power supply by the transducer in the system, this adjusting