【正文】 量的PID運算和其他高級運算功能。 PLC選型 PLC簡介可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。為了控制電源，一般在變頻器電源進線上串接一個超過變頻器額定電流兩倍以上的交流接觸器。由于定子電流中含有高次諧波成分，電機轉矩中含有脈動分量，有可能造成電機的振動與機械振動產(chǎn)生共振，使設備出現(xiàn)故障。 使用變頻器設計系統(tǒng)時需注意的問題1. 變頻器柜內(nèi)除本機專用的空氣開關外，不宜安置其它操作性開關電器，以免開關噪聲入侵變頻器，造成誤動作；2. 變頻器電源輸入側可采用容量適宜的空氣開關作為短路保護，但切記不可頻繁操作。禁止把變頻器安裝在濕度過大和有可能出現(xiàn)凝露的地方。例如，安裝在存在灰塵、腐蝕性氣體等的環(huán)境中?！?5%，無凝露。 保護功能過壓/欠壓保護；變頻器過溫保護；使用PTC通過數(shù)字輸入實現(xiàn)電動機過熱保護；接地故障保護；短路保護；閉鎖電動機保護；防止電動機失速；參數(shù)聯(lián)鎖。 主要特征易于安裝；易于調(diào)試；牢固的EMC設計；可由IT電源供電；對控制信號的響應是快速和可重復的；參數(shù)設置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應用對象進行配置；電纜連接簡便；具有多個繼電器輸出；具有多個模擬量輸出(0~20mA)；6 個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換可NPN/PNP 接線；2 個模擬輸入：1)ADC1：0~10V，0~20mA 和10 至+10V 2)ADC2：0~10V，0~20mA；2 個模擬輸入可以作為第7 和第8 個數(shù)字輸入；BICO 技術；模塊化設計，配置非常靈活；開關頻率高(傳動變頻器可到16kHz)，因而電動機運行的噪音低；內(nèi)部RS485 接口(端口)；詳細的變頻器狀態(tài)信息和完整的信息功能。由于它具有高度的靈活性因而可以在廣泛的領域得到應用。既可用于單獨傳動系統(tǒng)，也可集成到自動化系統(tǒng)中。其具有缺省的工廠設置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的可變速控制系統(tǒng)供電的理想變頻傳動裝置。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術，可使電動機低噪聲運行。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。 它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 變頻器的原理主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。人機界面：系統(tǒng)和用戶之間進行交互和信息交換的媒介，它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉換。溫度變送器：將溫度變量轉化為可傳送的標準化輸出信號。實現(xiàn)功能如下：變頻器：為了調(diào)速，并降低啟動電流。PID設置向導過程如圖29：圖26(a) PID向導設置過程圖26(b) PID向導設置過程 本章小結本章介紹了中央空調(diào)的結構和原理，對變流量控制進行了研究闡述了變頻調(diào)速原理，分別對比了軟啟動器和變頻器的優(yōu)缺點，最后對傳統(tǒng)PID控制進行了細致的研究和探討可行性及PID控制環(huán)節(jié)的實現(xiàn)。STEP7Micro/WIN32提供了PID指令向導，指導使用者定義一個閉環(huán)控制過程的PID算法，該算法程序由編程軟件自動插入到主程序中。溫度設置如下表：表21 溫度值查詢表室溫19℃以下19℃~23℃23℃~26℃26℃以上設定值8765 PID控制器設計及實現(xiàn)西門子公司從S7200系列PLC中的CPU215，CPU216開始增加了用于閉環(huán)控制的PID指令。即使空調(diào)系統(tǒng)的水泵、風機等以同樣轉速等情況運行，其實際出回水溫差也變化很大。其比例積分系數(shù)憑經(jīng)驗設定。對冷凍水控制通過檢測制冷主機蒸發(fā)器的進水口處的回水溫度和出水口處的出水溫度，將其溫差與設定值比對，通過PLC的PID控制功能或PID控制器，調(diào)節(jié)冷凍泵變頻器的頻率值，最終使溫差值保持在設定值[14]。被控物理量在發(fā)生變化后難以恢復，首先加大比例增益P，如果恢復仍較緩慢，可適當減小積分時間I，還可加大微分時間D。這就是引入反饋邏輯的原由。冬天制熱時，如果回水溫度偏低，反饋信號減小，說明房間溫度低，要求提高變頻器輸出頻率和電機轉速，加大熱水的流量；而夏天制冷時，如果回水溫度偏低，反饋信號減小，說明房間溫度過低，可以降低變頻器的輸出頻率和電機轉速，減少冷水的流量。 PID的反饋邏輯所謂反饋邏輯，是指被控物理量經(jīng)傳感器檢測到的反饋信號對變頻器輸出頻率的控制極性。現(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。兩種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)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。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。由于微分環(huán)節(jié)在系統(tǒng)傳遞函數(shù)中引入了一個零點，如果使用不當會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。微分時間D微分時間D是根據(jù)差值信號變化的速率，提前給出一個相應的調(diào)節(jié)動作，從而縮短了調(diào)節(jié)時間，克服因積分時間過長而使恢復滯后的缺陷。但積分時間I太長，又會當反饋信號急劇變化時，被控物理量難以迅速恢復。積分時間I如上所述．比例增益P越大，調(diào)節(jié)靈敏度越高，但由于傳動系統(tǒng)和控制電路都有慣性，調(diào)節(jié)結果達到最佳值時不能立即停止，導致超調(diào)，然后反過來調(diào)整，再次超調(diào)，形成振蕩。比例增益部分用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關系的分量，能夠快速反應系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。圖25 PID控制系統(tǒng)原理圖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：比例增益P比例增益 P就是用來設置差值信號的放大系數(shù)的。PID調(diào)節(jié)器又稱為比例積分微分調(diào)節(jié)器，它具有比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)，可見，溫度PID調(diào)節(jié)器有三個可設定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)。在工業(yè)過程控制中，40%以上的控制系統(tǒng)回路具有PID結構。溫度是一個普通而又重要的物理量，在許多領域里，人們需對溫度進行測量和控制，長期以來，國內(nèi)外科技工作者對溫度控制器進行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如：性能成熟、應用廣泛的PID調(diào)節(jié)器、智能控制PID調(diào)節(jié)器、自適應控制等?？梢詮V泛的應用于各種行業(yè)；，使用方便，容易通過簡單的硬件和軟件方式實現(xiàn)。在本世紀40年代以前，除在最簡單的情況下可采用開關控制外，它是唯一的控制方式。兩者可以配合使用，大中型供水設備中，常由變頻器帶動一臺泵變速運行，由一臺軟啟動器完成其余各泵開、停操作，變頻泵可定時輪換使各泵運行時間均衡，運行中變頻與工頻可實現(xiàn)平穩(wěn)切換。通過變頻控制電機運行，是真正的高效調(diào)速方式，效率很高。軟啟動器只能通過晶閘管調(diào)壓實現(xiàn)電機軟啟動、軟停車，但不具備調(diào)速功能。軟啟動器是通過星三角轉換來降低啟動電流；而變頻器是通過改變頻率來調(diào)節(jié)電機的轉速的，能降低能耗。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率；軟起動器實際上是個調(diào)壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。同樣對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行，只有短時或瞬間處于重載場合，應用軟起動器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節(jié)能的效果。目前的應用范圍是交流380V(也可660V)，電機功率從幾千瓦到800kW。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。變頻器主要由整流(交流變直流)、濾波、逆變(直流變交流)、制動單元、驅動單元、檢測單元微處理單元等組成。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。Starter。電機的軟啟動可以通過軟啟動器或者變頻器來實現(xiàn)。 電機的軟啟動原理及應用 軟啟動設備介紹電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。隨著變頻器技術的成熟及其價格的大幅下降，越來越多的設計師開始認識到在空調(diào)水系統(tǒng)中應用變頻器改變水泵轉速所帶來的巨大效益。(3) 空調(diào)主機始終保持高的熱轉換效率眾所周知，隨著中央空調(diào)系統(tǒng)負荷的變化，必將導致整個空調(diào)系統(tǒng)運行參數(shù)偏離空調(diào)主機的最佳設計參數(shù)，導致主機熱轉換效率降低，這一直是傳統(tǒng)中央空調(diào)運行方式無法解決的一大難題。變流量控制系統(tǒng)對中央空調(diào)的運行進行優(yōu)化控制，實現(xiàn)最佳節(jié)能效果。它為提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)量、節(jié)約能源、降低消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟效益提供了重要的新手段。變頻技術的應用交流變頻調(diào)速技術是將電力電子、自動控制、微電子、電機學等技術集成的一項高新科技。因此，控制水泵的轉速可以有效地控制水泵的消耗功率，這就是中央空調(diào)系統(tǒng)高效節(jié)能的基礎。幽水泵學比例律可知，對于同一臺水泵，當以不同轉速運行時，水泵的流量Q，揚程H，軸功率P與轉速n有如下關系[9][12][13]： (24) 由公式(24)知，流量與轉速成正比，揚程與轉速的平方成正比，軸功率與轉速的立方成正比。圖24 異步電動機變頻調(diào)速控制特性在中央空調(diào)水系統(tǒng)中，最主要的運行設備是水泵。如果電動機在不同的轉速下都具有額定電流，則電動機都能長期運行，這時轉矩基本上隨磁通變化。圖23 恒壓頻比控制特性2)基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從往上增高，但電壓磁通與頻率成反比的降低，相當于直流電機弱磁升速的情況。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性為b線，無補償?shù)臑閍線。低頻時，和都較小，定子阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。需要考慮基頻以下和基頻以上兩種情況：1)基頻下調(diào)速即采用恒定的電動勢?！ㄗ用肯嗬@組串聯(lián)匝數(shù)；——基波繞組系數(shù)；——每極氣隙磁通量。三相異步電機定子每相電動勢的有效值是： (23)式中：——氣隙磁通在定子每相中感應電動勢有效值，單位為V。對于直流電機來說，勵磁系統(tǒng)是獨立的，所以只要對電樞反應的補償合適，保持磁通量不變是很容易做到的。在電動機調(diào)速時，一個重要的因素是希望保持每極磁通量為額定值不變。因此，可以通過改變該電源的頻率來實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速控制。異步電動機的轉速總是小于其同步轉速，異步電機的實際轉速可由下式給出： (22)式中：n——電動機實際轉速；s——異步電動機的轉差率。如圖22所示：圖21 中央空調(diào)系統(tǒng)結構圖22 冷凍水變流量控制系統(tǒng) 中央空調(diào)變流量控制的實現(xiàn)方式中央空調(diào)循環(huán)水變流量控制系統(tǒng)，是將整個中央空調(diào)系統(tǒng)從節(jié)能、高效、環(huán)保、健康、安全、管理等方面進行全面綜合考慮，把科學的節(jié)能理念和方法與成熟的控制理論技術、網(wǎng)絡通訊技術、檢測技術、變頻技術及其產(chǎn)品進行融合，形成了一個完整的節(jié)能與管理體系。綜上來看，定流量控制凸顯出來的問題很多。若不進行系統(tǒng)優(yōu)化，定會造成能源浪費。而由于受多種因素不斷變化的影響，如：季節(jié)交替、氣候晝夜變化、使用頻率、人流量增減等。但這種控制方式存在以下問題：(1)中央空調(diào)系統(tǒng)是一個多參量、非線性、時變性的復雜系統(tǒng)，由于末端負荷的頻繁波動，必然造成系統(tǒng)的運行參量偏離空調(diào)主機的最佳工作狀態(tài)，導致主機熱轉換效率大大降低，系統(tǒng)長期在低效率狀態(tài)下運行，也會增加系統(tǒng)的能源消耗。定流量控制方式的特征是系統(tǒng)的循環(huán)水量保持恒定，當負荷發(fā)生變化時，通過改變供水或回水溫度來滿足要求。 中央空調(diào)變流量控制的原理及特點 變流量空調(diào)系統(tǒng)概述早前，國內(nèi)的中央空調(diào)系統(tǒng)，基本上都采用傳統(tǒng)的定流量控制方式。典型的中央空調(diào)系統(tǒng)的結構如圖21所示,冷凍水和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)是能量的主要傳遞者。 中央空調(diào)系統(tǒng)的構成中央空調(diào)系統(tǒng)包括空調(diào)主機，風機盤管系統(tǒng)、水系統(tǒng)及相應的控制系統(tǒng)。依此原理，氣化過程吸取冷凍水的熱量，使冷凍水溫度降低(一般降為7℃)。例如，1kg的水，飽和溫度為5℃，；1kg的氨，在1個標準大氣壓力()下，℃。液態(tài)工質經(jīng)干燥過濾器去除水份、雜質，進入膨脹閥節(jié)流減壓，成為低溫低壓液態(tài)工質，在蒸發(fā)器內(nèi)氣化。在工程實際中，應從建筑物的用途和性質，熱濕負荷特點、空調(diào)機房面積和位置、初投資和運行維修費用等許多方面去考慮，選擇合理的空調(diào)系統(tǒng)。中央空調(diào)系統(tǒng)是一種大型的對建筑物進行集中空氣調(diào)節(jié)并進行管理的設備，一般由空氣處理設備、送(回)風機、送(回)風通道、空氣分配裝置及冷、熱源等組成。第2章 中央空調(diào)變流量控制的原理 中央空調(diào)系