【正文】 通過轉換開關及相應的電路來實現(xiàn) [23]。通過轉換開關及相應的電路來實現(xiàn)?？刂齐娐分羞€考慮了電機和閥門的當前工作狀態(tài)指示的設計，為了節(jié)省PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應常開觸點的斷開和閉合來控制相應電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。因此，在控制電路中多處對各主泵電機的工頻/變頻運行接觸器作了互鎖設計；另外，變頻器是按單臺電機容量配置，不允許同時帶多臺電機運行，為此對各電機的變頻運行也作了互鎖設計?？刂齐娐分羞€要考慮電路之間互鎖的關系，這對于變頻器安全運行十分重要。為了保護 PLC 設備， PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在 PLC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過中間繼電器控制接觸器線圈的得電/失電，進而控制電機或者閥門的動作。在電動機三相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機工作電流大小，設計三相電源信號指示。為了改善變頻器的功率因素，還應在變頻器的（Pl、P+）端子之間接入需相應的 DC 電抗器。變頻器和電動機之間的配線長度應控制在 100m 以內。連線時一定要注意，保證水泵旋向正確，接觸器的選擇依據電動機制容量來確定。恒壓供水系統(tǒng)構成及控制方案如圖 51 所示。（3）變頻控制電路：根據壓力設定及壓力傳感器的壓力檢測信號，由變頻器輸出變頻電源；提供最高頻率、上下限頻率及啟動頻率等信號；并能實現(xiàn)PID 調節(jié)。第五章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設計 恒壓供水系統(tǒng)電控系統(tǒng)組成恒壓供水電氣控制系統(tǒng)可由以下幾部分組成：（1）主電路：通過接觸器、斷路器等電氣設備為主水泵及輔泵拖動電動機提供工頻及變頻電源。 本章小結PID 調節(jié)可以使供水系統(tǒng)快速，平穩(wěn)、準確的運行，從而獲得滿意的控制效果。（2）變頻器的升、降速時間完全取決于由 P、I、 D 值所決定的動態(tài)響應時水 壓 P0 d調 整 前調 整 后 t調 整 后 調 整 前水 壓 P t水 壓 P tac b水 壓 P調 整 前調 整 后調 整 前調 整 后 t000間。設定 0 時，若仍有振蕩時，減小 H22（增益） ，如圖 d。（3）抑制比 H23（積分時間）長的周期性振蕩增大 H23（積分時間） ，如圖 44 c。圖 44 PID 參數(shù)調整（1）抑制超調增大 H23（積分時間） ，減小 H24（微分時間） ，如圖 44 a。H22（增益 P） ，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；H23（積分時間 I） ，在不發(fā)生振蕩條件下減小其值；H24（微分時間 D） ，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；用示波器監(jiān)視壓力表輸出電壓波形，根據波形情況做參數(shù)調整。其中 H22 用以設定 P 增益，設定范圍：～10 倍；H23 用以設定積分時間，設定范圍 ～3600s；H24 用以設定微分時間，設定范圍 ～ 。選擇 X1 端子功能，設定“E01 ”為 II，通過變頻器鍵盤面板操作直接輸入確定的壓力目標值。其關系為: 壓力目標值= （管道允許壓力／壓力表量程）100%。反饋方式預置系統(tǒng)采取的是電流輸入反動作，設定 H21 為 2。其關系如圖 43。圖 43 PID 模式PID 模式預置H20 用以設置 PID 模式。這一動態(tài)變化過程，如圖 42 中的 t3～t4 段，其中 t4 段以后為減少用水量后新的平衡狀態(tài)。這是一個動態(tài)變化的過程，在達到新的平衡狀態(tài)之前，壓力反饋信號 y、偏差 e，控制增量 Δu 均處于變化之中，其變化過程如圖 42 中的 tl～t3 段，其中 t2～ t3 段為增加用水量后新的平衡狀態(tài)。其具體調節(jié)過程如下 [22]：(1) 穩(wěn)態(tài)運行當供水能力 QG=用水需求 QU，目標壓力信號和壓力反饋信號相等，偏差e=yr，PID 輸出的控制增量 ΔU=0，變頻器輸出頻率不變，水泵轉速不變，處于穩(wěn)態(tài)運行。在供水系統(tǒng)中，變頻器、PID 調節(jié)器、壓力變送器、電機、水泵等構成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以對供水能力實現(xiàn)有效的自動調節(jié)，從而實現(xiàn)恒壓供水。當供水能力 QG 和用水需求 QU 之間不能平衡時，必然引起壓力的變化。u?IDIT=KpP，增量式算法中不需要累加，調節(jié)器輸出的控制增量 Δu (k)僅與最近幾次采樣有關，所以誤動作時影響較小，必要時可以通過邏輯判斷去掉過大的增量，而且較容易通過加權處理獲得比較好的控制效果。PID 位置控制算法采用全量輸出，一方面需要計算本次與上次的偏差信號e(k)，e(k1)，而且還要把歷次的偏差信號 e(j)相加，計算繁鎖，占用內存大；另一方面計算機輸出的控制量 u(k)對應的是執(zhí)行機構的實際位置偏差，如果位置傳感器出現(xiàn)故障，u(k)可能出現(xiàn)大幅度變化，引起執(zhí)行機構的大幅度變化，這是不允許的。數(shù)字 PID 控制算法是通過對式（ 42）離散化來實現(xiàn)的。如果能將它們的作用作適當?shù)呐浜?，可以使調節(jié)器快速，平穩(wěn)、準確的運行，從而獲得滿意的控制效果。改變一個調節(jié)參數(shù)，只影響一種調節(jié)作用，不會影響其他的調節(jié)作用。但過大的 TD 對于干擾信號的抑制能力卻將減弱。（3）微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢（變化速率）做出反應，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實現(xiàn)對被控對象的調節(jié)。比例系數(shù)過大將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例環(huán)節(jié)反映了系統(tǒng)對當前變化的一種反映。相應地傳遞函數(shù)形式：比 例 P微 分 D積 分 I 驅 動 被 控 對 象 r(t)e(t) u(t) d(t) y(t) （43 ）1())pDUsGKTSE??PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用及調節(jié)規(guī)律如下。圖 41 PID 控制系統(tǒng)原理框圖圖中 u(t)PID 調節(jié)器輸出的調節(jié)量。 模擬 PID 控制及算法PID 控制器是一種線性控制器，它是對給定值 r(t)和實際輸出值 y(t)之間的偏差 e(t)[18][19]： （41）????etryt??經比例（P） 、積分（ I）和微分（D）運算后通過線性組合構成控制量 u(t)，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。PID 控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術最成熟、應用最廣泛的控制方式。第四章 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的 PID 調節(jié) 變頻調速恒壓供水的 PID 調節(jié)在供水系統(tǒng)的設計中，選用了具有 PID 調節(jié)模塊的變頻器來實現(xiàn)閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定，較好地滿足系統(tǒng)的恒壓要求。確定變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案，給出了變頻恒壓供水的控制流程及工作原理。如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作 [17]。根據這個特點，在判別條件中加入延時的判斷就顯得尤為必要了。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當前確實需要進行機組切換，因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題:實際供水壓力超調的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內滿足，造成判斷上的失誤，引起機組切換的誤操作。如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當實際的供水壓力比設定壓力大△P d /2 的時候才允許進行機組的增加。考慮到只有當變頻器的輸出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時不可能減泵，下限頻率時不可能增泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進行判別如圖 35 表示。相應的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的，其實質就是增加了回滯環(huán)的應用和判別條件的延時成立。對于第二個判別條件，通過相同的討論方法也能夠得到類似的結論。同時，在切換過程和變頻器從啟動到穩(wěn)定的過程中，系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內震蕩。假設這一段時間內用戶的用水狀況保持不變(其實在一個穩(wěn)定的供水時段可以看作這種情況)，那么按照要求停掉了一個工頻狀態(tài)下運行的機組之后，機組的整體運行情況與增加運行機組之前完全相同。并且使新投入運行的機組幾乎在變頻器輸出頻率的下限運行，對供水作用很小。首先把上面的判別條件簡寫如下 [15]：f= （31 ）UPffS?f= （32 ）LOW?式中： ：上限頻率 ：下限頻率UPf f：設定壓力 ：反饋壓力S f對于第一個判別條件，可能出現(xiàn)這種情況:輸出頻率達到上限頻率時，實際供水壓力在設定壓力上下波動。當變頻器的輸出頻率己經下降到下限頻率，實際的供水壓力卻仍高于設定的供水壓力時，存在的壓力差不會使輸出頻率繼續(xù)降低，實際的供水壓力也不會降低。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機組中電機的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調節(jié)的下限頻率 [14]。這個頻率在實際應用中就是電機運行的下限頻率。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降傳到 0HZ。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機組切換，增加運行機組數(shù)量來實現(xiàn)。由于電網的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50HZ 成為頻率調節(jié)的上限頻率。那么何時進行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換呢?盡管通用變頻器的頻率都可以在 0400HZ 范圍內進行調節(jié)，但當它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當一臺調速水泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的。當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網的實際壓力水壓仍高于設定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將先運行的那臺恒速水泵關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，使壓力重新達到設定值。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，并有新的水泵投入并聯(lián)運行。當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網的實際壓力還未達到設定壓力，并且滿足增加水泵的條件時，在變頻固定式的控制方式下，系統(tǒng)將變頻器的輸出的頻率降為下限頻率的同時開啟一臺恒速水泵。開始啟動運行滿足小水泵運行條件實際壓力 = 設定壓力 ？實際壓力 設定壓力 ？執(zhí)行降壓控制停泵和報警輸出執(zhí)行輔助控制執(zhí)行升壓控制N oY e sY e sN oY e s N oN o Y e s壓力設定報警信號有效Y e sN o圖 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)流程圖現(xiàn)將流程圖說明如下:系統(tǒng)上電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動水泵一號泵(可以是二號泵，也可以是三號泵 ，這里以一號泵為例) ，通過恒壓控制器，根據用戶管網實際壓力和設定壓力的誤差調節(jié)變頻器的輸出頻率，控制一號泵的轉速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩(wěn)定到某一定值，這期間一號泵工作在調速運行狀態(tài)。 變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的控制流程整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)要根據檢測到的輸入信號的狀態(tài)、按照系統(tǒng)的控制流程、通過孿頻調速器和執(zhí)行元件對水泵組進行控制實現(xiàn)恒壓供水目的。通過人機界面，使用者可以更改設定壓力，修改一些系統(tǒng)設定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設備的工作狀態(tài)。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/ 自動切換及就地/ 集中等工作。變頻器拖動某一臺水泵作為調速泵，當這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機。(2)變頻器:它是對水泵進行轉速控制的單元。(1)供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。(3)報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。信號有效時，控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。檢測結果可以送給 PLC，作為數(shù)字量輸入。此信號是模擬信號，讀入 PLC 時，需進行戶以 D 轉換。(5)在用水量不太大時，系統(tǒng)中不是所有的水泵在運行，這樣可以提高水泵的運行壽命，同時降低系統(tǒng)的功耗，達到節(jié)能的目的。(3)以小功率的變頻器代替大功率的變頻調速器，以降低系統(tǒng)成本，增加系統(tǒng)運行可靠性。在變頻調速恒壓供水系統(tǒng)中，這樣構成水泵組有下幾個原因 :]19[(1)用幾個小功率的水泵代替一臺大功率的水泵，使水泵選型容易，同時這種結構更適合于大功率的供水系統(tǒng)。當水泵采用循環(huán)的控制方式時，一、二、三號泵既可以做調速泵，也可以做恒速泵，如果水泵采用固定的控制方式時，一、二、三號泵中有且只有一臺可以調速泵，其余兩臺為恒速泵或停止狀態(tài)。水泵組水泵組用于將水供入用戶管網，圖中的 4 個水泵分為三種類型。因此本系統(tǒng)采用“變頻器+PLC+ 上位監(jiān)控計算機”的模式 [13]。當控制要求改變時，利用編程軟件很容易進行程序的修改和下載。采用 PLC，由于其本身抗干擾能力強，系統(tǒng)可靠性高，且由于 PLC 產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種要求和規(guī)格不同的控制系統(tǒng)。同時由于 PLC 的抗干擾能力強、可靠性高，根據系統(tǒng)的設計任務要求，結合