【正文】 繼續(xù)降低，實際的供水壓力也不會降低。判別條件可簡寫如下： （312） （313）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(shè)定壓力上下波動。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。假設(shè)這一段時間內(nèi)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。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(nèi)震蕩。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(jié)論。相應(yīng)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(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時成立?？紤]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34表示。回滯環(huán)的應(yīng)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(shè)定的要求。這兩種情況有一個共同的特點，即它們維持的時間短，只能夠使機組切換的判別條件在一個瞬間滿足。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，則進行實際的機組切換操作；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。 PID控制器的設(shè)計圖41 PID控制原理圖PID控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣泛的反饋控制方式之一。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和PID參數(shù)及目標值的設(shè)定。使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器（或單片機）上做PID控制器。其控制規(guī)律為： （42） （43）式中，Kp：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； Td：調(diào)節(jié)器的積分時間； Kd：調(diào)節(jié)器的微分時間； e(t)：調(diào)節(jié)器的偏差信號； ：比例帶，它是慣用增益的倒數(shù) U(t)：輸出簡單束說，Pm控制器各校正環(huán)節(jié)的作用是這樣的：1）環(huán)節(jié)：即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏羞信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小誤差。3）環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號值變得太大之前，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，減小調(diào)節(jié)時間。僅用P動作控制，不能完全消除偏差。用PI控制時，能消除由改變目標值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。對有積分元件的負載系統(tǒng)可以單獨使用P動作控制。偏差小時，P動作的作用減小。在該場合為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。利用I動作消除偏差作用和用D動作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負載系統(tǒng)（實時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié)）效果比較好。DDC控制方式的特點是采樣控制，每個被控制變量的測量值隔一定時間與設(shè)定值比較一次，按照預(yù)定的控制算法得到輸出值，通常把它保留到下一采樣時刻。 2）在用計算機、單片機或PLC實施時，等效的TI和Td可以在更大的范圍內(nèi)自由選擇，但存模擬式調(diào)節(jié)器中，出于線路和元件性能上的限制，可調(diào)范圍要小得多。 考慮到離散的PID只有以上的優(yōu)點，同時結(jié)合本文研究的恒壓供水系統(tǒng)具有外放數(shù)據(jù)通訊功能、良好的人機界面以及高的性價比等特點，采用離散的PID對水壓進行恒定控制。下面簡單列舉一些的準則：（1） 如果廣義對象的傳遞函數(shù)是，調(diào)節(jié)器的比例增益是整個統(tǒng)的總的開環(huán)增益是K0kc。例如，變更了變送器的量程以后，調(diào)節(jié)器的kc應(yīng)該成比例調(diào)整。（2）在動態(tài)參數(shù)方面，可取作為特征值。應(yīng)該小一些。也應(yīng)取適當?shù)臄?shù)值。（3）在P，I，D三個作用中，P作用往往是最基本的控制作用。l 依據(jù)經(jīng)驗知識（如對r的了解），把TI和Td置于合適的數(shù)值，然后主要對kc，值進行湊試，得出最合宜的數(shù)值。l 積分（I）作用的引入既有利又有弊。一般取或。即使如此，在引入I作用后，kc應(yīng)比單純P作用時減小10％左右。l 在控制品質(zhì)方萌，穩(wěn)定性的要求是前提。如果有兩個參數(shù)可以調(diào)整，在可在衰減比之外，再添加一個指標。（2）調(diào)節(jié)時間較長，超訓(xùn)量比較大。在一些高要求的用水場所，為了使系統(tǒng)具有更好的控制性能，可以采用另一種現(xiàn)在比較流行的控制算法模糊控制（本設(shè)計不涉及）對水壓進行分析和控制。圖51 變頻恒供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖各部分作用如下：離心泵是依靠旋轉(zhuǎn)葉輪對液體的作用吧原動機的機械能傳遞給液體。異步電動機主要用作電動機，拖動各種生產(chǎn)設(shè)備。交流接觸器廣泛用作電力的開斷和控制電路。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風機、水泵的應(yīng)用上。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。當使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命?？删幊绦蚩刂破?，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。PLC是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。要使泵組常處于高效區(qū)運行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。表51 水泵型號及參數(shù)型號數(shù)量主要性能參數(shù)流量揚程m效率%轉(zhuǎn)速r/min電機功率KW氣蝕余量m進出口徑mm電壓V主泵機組150SFL16020x421121601928880666673681450553.[8150380輔助泵50SFL1215x5112807560485651145050380 根據(jù)以上系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚程大小，確定供水系統(tǒng)設(shè)計秒流量和設(shè)計供水壓力（水泵揚程），考慮到用水量類型為連續(xù)型低流量變化型，確定采用2臺上海熊貓機械（集團）有限公司生產(chǎn)的SFL系列主水泵機組和1臺SFL輔助泵機組。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高5％以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低（室外噪音60分貝）、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進，性能更可靠。國外生活泵均采用此種形式，而不采用DL型泵，DL泵是60年代產(chǎn)品。圖53 SKL型低噪音生活給水泵的型號意義及工作范圍要對系統(tǒng)所用的變頻器進行選型，首先得確定變頻器的容量，方法是依據(jù)所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。這三個公式是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時，應(yīng)同時滿足三個算式的關(guān)系，尤其變頻器電流是一個較關(guān)鍵的量。供水系統(tǒng)屬泵類負載，低速運行時的轉(zhuǎn)矩小，可選用價格相對便宜的U/f控制變頻器。其控制示意圖如圖54所示，主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表52所示。10%三相， (變轉(zhuǎn)矩)過載能力(即允許過載 140%)，持續(xù)時間3s，重復(fù)周期時間300s；(即允許過載110%)，持續(xù)時間60s，重復(fù)周期時間300s變頻器效率變頻器效率96%至97%繼電器輸出3個，可編程，30V DC/5A(電阻性負載)，250V AC/2A (電感性負載)模擬輸出2個，可編程，(0/4mA至20mA)數(shù)字輸入6個可自由編程的數(shù)字輸入，帶電位隔離，可以切換為PNP/NPN型接線模擬輸入2個，可編程；0至10V，0mA至20mA，10V至 +10V(AIN1)；0至10V，和0mA至20mA(AIN2)；兩個模擬輸入可以作為第7和第8個數(shù)字輸入 PLC配置PLC是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。S7200PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點；PLC可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。用戶程序有三級口令保護，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo。CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點，CPU 222 CN具有8個輸入點和6個輸出點，CPU 224CN具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 224 CN具有14個輸入點和10個輸出點，CPU226 CN具有24個輸入點和16個輸出點。數(shù)字量擴展模塊：EM221具有8個輸入點沒有輸出點，EM222具有8個輸出點沒有輸入點，EM223輸入輸出都具有4/8/16三種。圖54 MM430變頻器控制示意圖壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的壓力信號變成15V或42mA“的模擬量信號，作為模擬輸入模塊（A／D模塊）的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，我們采用420mA輸出壓力變送器。根據(jù)以上的分析，本文選用普通壓力表Y100和XMT1270數(shù)顯儀實現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。經(jīng)過第2章對系統(tǒng)方案的分析和確定，再結(jié)合上述的系統(tǒng)硬件的選型，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和PLC作為主控制設(shè)備來設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。圖56 控制電路接線圖。圖57 恒壓供水系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖6變頻恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法，分為故障檢測、數(shù)字PID控制、泵的切換控制、系統(tǒng)對外通訊控制、定時修改壓力設(shè)定值等幾部分。系統(tǒng)運行主程序首先要進行一系列的初始化工作，并使擴展模塊、觸摸屏、變頻器等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸正常。無故障情況下，在觸摸屏上顯示設(shè)定壓力和實際壓力，系統(tǒng)自動啟動后進行恒壓控制。故障檢測是保證系統(tǒng)安全、可靠運行的一個重要環(huán)節(jié)，在本文的自控系統(tǒng)中，檢測的量主要有：變頻器故障、壓力傳感器故障故障，其流程框圖（見圖62）。在系統(tǒng)中，只需選擇一個，它同樣通過定時中斷來調(diào)用，通過對水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)系統(tǒng)輸出壓力的恒定。其流程框圖（見圖63）。電機增減主程序流程圖（見圖64）。對外通訊子程序不是每個變頻恒壓供水系統(tǒng)所必須的。通訊時，可以采用有線方式，也可以采用無線方式。圖62 故障檢測子程序圖61 主程序流程圖圖63 PID程序流程框圖圖64電機增減主程序流程圖總 結(jié)本次設(shè)計設(shè)計了一套由PLC、變頻器、多臺水泵機組、計算機等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)及其遠程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，可實現(xiàn)高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的恒壓供水。參考文獻[1]陳伯時，陳敏遜．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998[2]吳鐘智，吳加林．：機械工業(yè)出版社，2000[3]李華．變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用．電氣傳動自動化，1996，5：3841[4]吳白凱，余承烈，陳學(xué)功．水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的注意事項．工業(yè)用水與廢水，2002，33（5）：4547[5]電氣工程手冊編輯委員會．《電機工程師手冊》．北京：機械工業(yè)出版社，1987[6]馬桂梅，譚光儀，陳次昌．泵變頻調(diào)速時的節(jié)能方案討論[N]．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2003(3)：57[7]韓安榮．通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000[8]王蕾，宋文忠．[J]，2004，25(4)：16[9]李曼珍．，2004，11(5)：4850[10]陳浩．案例解說PLC、觸摸屏及變頻器綜合應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社,2007[11]彭巨光，謝勇．異步電機變頻起動、切換的分析與研究[M]．電機電器技術(shù)，2003附錄 主程序梯形圖[ edit ] See al 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖如圖所