【正文】 P、 I、 D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的 。 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一船是模擬信號(hào)， 4～ 20mA變化的電流信號(hào)或 0～ 10V間變化的電 壓信號(hào)。 在變頻恒壓供水 系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器 的主電路。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 而異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速 )1(60)1( 11 sP fsNN ???? 式中 s 異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率， 11 /)( NNNs ?? ， 一般小于 3%。因而，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說(shuō)變頻對(duì)于交流電機(jī)的調(diào)運(yùn)來(lái)說(shuō)是十分合適的。交 交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器。 然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電．又稱間接式變頻器。電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相 (也可以是單相 )交流整流 成直流。直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。無(wú)論是電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)其功率因數(shù)總不會(huì)為 1。這種無(wú)功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件 (電容器或電抗器 )來(lái)緩沖。 (3)逆變器。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率及電壓都可 以任意調(diào)節(jié)的交流電源。 (4)控制電路。 其主要10 任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制及完成各種保護(hù)功能。 一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成．直流中間電路的儲(chǔ)能元件在整電路是電壓源時(shí)是大容量的電解電容，在整流電路是電流源時(shí)是大容量的電感。逆變電路最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用 6個(gè)半導(dǎo)體主開(kāi)關(guān)器件組成的三橋式逆變電路?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計(jì)算機(jī)，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障 。 圖 32 電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu) (a)電壓型變頻器主電路； (b)電流型變頻器主電路 電源 M~ 電動(dòng)機(jī) 平 滑 電 容 + M~ 電動(dòng)機(jī) 平滑電感 電源 （ a） （ b） 11 Fig23 Voltage frequency changer and current mode frequency changer main circuit basic structure (a) voltage frequency changer main circuit； (b) current mode frequency changer main circuit 變頻器的分類及工作原理 變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類如下： （ 1） fU 控制。 由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動(dòng)機(jī)，出于電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)恒定的考慮，在變頻的同時(shí)都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)。因而實(shí)際變頻器中采用 fE控制。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制。從電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別控制啟發(fā)而設(shè)計(jì)的一種控制方式。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。在變頻器接入電路工作前，要根據(jù)通用變頻器的實(shí)際應(yīng)用修定變頻器的功能碼。功能碼 在出廠時(shí)已按默認(rèn)值存儲(chǔ)。 變頻器與外界交換信息的接口很多，除了主電路的輸入與輸出接線端外，控制電路還設(shè)有許多輸入輸出端子，另有通信接口及一個(gè)操作面板，功能碼的修訂一般就通過(guò)操作面板完成。這是通過(guò)操作面板上的按鈕手動(dòng)設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。 （ 2）外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式。各段頻率值通過(guò)功能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過(guò)外部端子選擇。這些端子的接通組合可通過(guò)機(jī)外設(shè)備，如 PLC控制實(shí)現(xiàn)。為了方便與輸出量為模擬電流或電壓的調(diào)節(jié)器、控制器的連接，變頻器還設(shè)有模擬量輸入中的端，如圖 34中的 C1端為電流輸入端，端為電壓輸入端，當(dāng)接在13 這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內(nèi)平滑變化時(shí)，變頻器的輸出頻率在一定范圍內(nèi)平滑變化。為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都可以通過(guò)通信方式接 收頻率控制指令，不少變頻器生產(chǎn)廠家還為自己的變頻器與 PLC 通信設(shè)計(jì)了專用的協(xié)議 。 該產(chǎn)品可以和三菱 PLC 工作協(xié)調(diào)。通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來(lái)的壓力信號(hào) (0～ 10 V)接至變頻器的輔助輸入 端 FI、FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。 MA、 MC 為變頻器發(fā)生故障的輸出信號(hào)，該兩端連接信號(hào)燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可重新啟動(dòng)變頻器。 通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值 (14端 )，壓力傳感器反饋來(lái)的壓力信號(hào) (0～ 10V)接至變頻器端子的 7端、 8端，作14 為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。 變頻控制系統(tǒng)主回路如圖 62所示。 下圖 33為日本安川變頻器 CIMRP5A45P5在電路中的接線圖。s converter CIMRP5A45P5 Yasukawa in the circuit in the wiring diagram 壓力傳感器 在 智能 系統(tǒng)中 檢測(cè)是 非常重要的一 部分 ，它將檢測(cè)到控制量反饋給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，給系統(tǒng)所用的檢測(cè)的是水壓， 這個(gè)系統(tǒng)中 選用壓力傳感器，它的作用是通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成 4～ 20mA 變化的電流信號(hào)或 0～ 10VR S T S1 U S2 V S3 W VVVF FI FC M1 M2 M3 M4 接 PLC 接 PLC 接指示燈 接 電 機(jī) ~380V 7 8 15 間變化的電 壓信號(hào) 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入 PLC 的端口進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一 個(gè) 調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò) PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 供水系統(tǒng)的壓強(qiáng)是 gh??P ，下面單位都是估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單位310?? ， g=，一般情況下， h60 米，所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)輸出壓力一般小于或等于 ， 系統(tǒng)選用 YTZ150 型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感 器， 其水壓檢測(cè)范圍為 0～ 1MPa，檢測(cè)精度為土 ，該傳感器將 0～ 1MPa 范圍的壓力對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成 0～ 10V 的電信號(hào) 。 16 4 PLC選擇及應(yīng)用 PLC 在恒壓供水泵站中的主要任務(wù) (1)代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式 PID調(diào)節(jié)一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實(shí)現(xiàn)一路 PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路 PID設(shè)置在多功能供水泵站的各類情況 中 PID參數(shù)可能不一樣，使用 PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器就十分方便。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻地磨損，水泵及電機(jī)是輪換工作的。主泵在運(yùn)行時(shí)達(dá)到最高頻率時(shí) 。 (3)變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。 輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng) PID處理后得出的模擬量控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。除了泵組的運(yùn)行管理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作 ， 如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等 ， 這些都可以在 PLC的控制程序中安排。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)換為 PLC可處理的數(shù)字量及將 PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量。 以下介紹 三菱 FX N2 系列 PLC的模擬量模塊 以及 ，它們分別具有 FX N2 4AD及 FX N2 2DA， 它們分別具有 4路模擬量輸入及 2路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。輸入信號(hào)可以是 10～ +10V的電壓信號(hào) （ 分辨率為 5Mv） ，也可以 4～ 20mV（ 分辨率為 16μ A）或 20～ +20mA（ 分辨 20μ A） 的電流信號(hào)。 圖 41 FX N2 4AD模塊的連接方法 Fig41 FX N2 4AD method of connecting module FX N2 4AD的寬及高與 FX N2 相同，在安裝時(shí)裝在 FX N2 基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的總線插孔中。占編號(hào)），如圖 42所示 FX N2 4AD將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的 +5VDC電源 （ 內(nèi)部電源） 30mA電流 ，24+ 地 24 FG VI I+ V+ FG VI I+ V+ 24VDC 電流輸入 4～ 20mA 電壓輸入 10～ +10V 18 FU2 SA 1 0 2 KM1 KM3 KM6 KM5 KM5 FR3 HL5 KM3 FR2 HL3 KM4 HL4 14 KM5 KM6 HL6 YV2 HL10 KA 基本單元 0 1 2 +24VDC電源 （ 外部 電源） 55mA電流。 模擬量輸入模塊緩沖存儲(chǔ)器 （ BFM）的分配 為了能適用于多種規(guī)格的輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設(shè)成可編程的。 FX N2 4AD擬量 量 輸入 模塊共有 32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器， 但目前只使用了以下 21個(gè) BFM： L1 FX N2 32MR A/D FX N2 8EX A/D D/A FX N2 8EYR 42 特殊功能模塊 Fig32 Special function modules （ 1） BFM0。 4個(gè)通道的模擬輸入信號(hào)范圍用 4位 16進(jìn)制數(shù)表示。 16進(jìn)制數(shù)字“ 0～ 3”分別表示“ 10～ +10V、 4～ 20mA、 20～ +20 mA 、通道關(guān)閉”。 1～ 4通道的采樣次數(shù) (設(shè)定范圍為 1～ 4096)，默認(rèn)值為 8。 1～ 4通道的采樣平均值。 1～ 4通道的采樣當(dāng)前值。選擇 A/D轉(zhuǎn)換的速度。 （ 6） BFM20。用它可以快速消除不希望的增益和偏置值。 （ 7） BFM21。增益為輸出曲線的斜率，為數(shù)字輸出 +1000時(shí)的模擬量輸入值。 BFM22為增益與偏置調(diào)整的指定單元。通道的偏置及增益可分別調(diào)整。 BFM23為偏置值與增益值存儲(chǔ)單元，單位為 mV， 或 μA。 當(dāng) BFM22指定單元中的某些位置 1時(shí)，偏置值及增益值會(huì)送入相應(yīng)通道的增益和偏置寄存器中。其中， b0 為，表示有錯(cuò) 誤；當(dāng) b1 為 ON 時(shí)，表示 存在偏置及增益錯(cuò)誤；b2 為 ON 時(shí)表示存在電源故障； b3 為 ON 時(shí)，表示存在硬件錯(cuò)誤等。用戶可以方便地利用這一識(shí)別碼在傳送數(shù)據(jù)前先確認(rèn)該特殊功能的模塊。它具有 2 個(gè)模擬量輸出通道。 5mV)、 0~5DVC（ 分辨率 1。模擬量輸出可通過(guò)雙絞屏蔽電纜與驅(qū)動(dòng)負(fù)載相連，連接方法如所圖 34 所示，當(dāng)使用電壓輸出時(shí)，需要 IOUT 和 COM 端短接。 FX N2 2DA 將消耗基本單元或電源擴(kuò)展 單元的 +5VDC 電源單元的 （ 內(nèi)部電源） 20mA 電流， +24VDC 電源 5mA 電流。 COM IOUT VOUT COM IOUT VOUT 基本單元 FX N2 2DA 記錄儀器 電 流輸出 變頻器等 電壓輸出 21 圖 45 模擬量輸入模塊 FX N2 4AD 的編程 Fig 45 Simulation quantity load module FX N2 4AD programming 模擬量輸出模塊的偏置、增益及分配 FX N2 2DA 模塊在出廠時(shí)，其偏置和增益是經(jīng)過(guò)調(diào)整的，數(shù)字值為 0~4000， 電壓輸 出為 0~10V。 模塊共有 32 個(gè)緩沖存儲(chǔ)器，但只用了以下兩個(gè)： (1)BFM16。 (2)BFM17。 FROM(78) K0 K30 D14 K1 CMP(10) K2021 D10 M10 M8002 TOP(79) K0 K0 H3311 K1 TOP(79) K0 K1 K6 K2 FROM(79) K0 K29 K4M20 K2 FROM(78) K0 K5 D0 K2 22 5 PID控制器的設(shè)計(jì) PID控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制