【正文】 器，它是對設(shè)定值r(t)和實際輸出值 y(t)之間的偏差 e(t)： ?? ?? ??trtyte ?? （ ） 經(jīng)比例 (P) 、積分 (I) 和微分 (D) 運算后經(jīng)線性組合構(gòu)成控制量 u(t)，對被控對象進(jìn)行控制，所以稱之為 PID 控制器。 13 r ( t )e ( t )比 例積 分++++u ( t )水 泵 管 網(wǎng)y ( t )－實 際 壓 力給 定 壓 力頻 率轉(zhuǎn) 速壓 力 變 送 器微 分 圖 PID 控制原理圖 PID 控制規(guī)律： （ ） 式中： Kc 為比例系數(shù)； Ti 為積分時間常數(shù)； Td 為微分時間常數(shù)。 (2) 積分環(huán)節(jié)：只要偏差存在，控制就會發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差變?yōu)榱恪７e分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti， Ti 越大，積分作用則越弱，引起系統(tǒng)超調(diào)量增大，反之越強，引起系統(tǒng)振蕩。微分環(huán)節(jié)主要作用是控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。經(jīng)驗整定法可先設(shè)置一個比例度，確定出系統(tǒng)振蕩周期 Tp，然后根據(jù)被控過程的特點，當(dāng)采用 PI 控制時，設(shè)置 Ti=（ ~1） Tp；對溫度、成分等被控過程，可采用 PID 控制，設(shè)置 Td=（ ~）Ti。 ? ? ? ?? ? ???????? ???? sTsTKSE SUSG diPc11? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?????? ??? ? td tdeTtdteTteKty dic1 14 表 被控過程特點和控制器參數(shù) 項目 流量、液體壓力 氣體壓力 液位 溫度、蒸汽壓力 成分 時滯 容量數(shù) 周期 噪聲 無 多容量 1~10s 有 無 單容量 0 無 無 單容量 1~10s 有 變動 3~6 Min~h 無 恒定 1~100 Min~h 往往存在 比例度 積分作用 微分作用 100%~500% 50%~200% 重要 不用 0~5% 不必要 不必要 5%~100% 少用 不用 10%~100% 用 重要 100%~1000% 重要 可用 （ 2） 擴 充臨界比例法 這是一種基于系統(tǒng)臨界振蕩參數(shù)的閉環(huán)控制法，實際上也是模擬控制器中采用的穩(wěn)定邊界法的推廣，用來整定數(shù)字 PID 算式中的 Ts、 Kc、 Ti 和 Td。 2）逐漸增大比例增益 Kc，直到控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定邊界達(dá)到等幅振蕩，此時的比例增益為臨界比例增益 Kcr，振蕩周期稱為臨界振蕩周期 Tcr?？刂贫仁且阅M控制器為基礎(chǔ)，定量衡量計算機數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬控制器對同一對象的控制效果。 5) 按求得的參數(shù)值，在計算機控制系統(tǒng)中設(shè)定運行，并觀察控制效果。 15 表 擴充臨界比例帶法 PID 參數(shù)整定 控制度 調(diào)節(jié)規(guī)律 Ts/Tcr Kc/Kcr Ti/Tcr Td/Tcr PI PID PI PID PI PID PI PID 模擬控制器 PI PID （ 3）擴充響應(yīng)曲線法 擴充響應(yīng)曲線法是模擬控制器響應(yīng)曲線補充，是一種開環(huán)整定方法。 PLC 及其擴展模塊選型 PLC 特點及性能指標(biāo) （ 1） PLC 的定義 可編程控制器，簡稱 PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 功能強。 。 、重量輕、功耗低。與其他控制方式相比，性價比較高。 ，功能更改靈活。 。 。限定了計算機發(fā)揮運算功能、完成復(fù)雜控制的能力。 。 可編程序控制器（ PLC）的選型 機型的選擇： PLC 機型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價格比。 (2) 功能強弱適當(dāng) 對于開關(guān)量控制的工程項目， 由于現(xiàn)代 PLC 具有足夠高的速度處理大量的 I/O數(shù)據(jù)和解算梯形圖邏輯，因此對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說， PLC 的響應(yīng)時間并不是主要的問題，所以對 速度要求不高，一般選用低檔的 PLC， 如西門子公司的 S7200 系列機。由于目前 I/O 點數(shù)較多的 PLC 價格也較高，若備用的 I/O 點是數(shù)量太多，將使成本增加。 表 S7200 PLC 的各種 CPU 特性比較 CPU 型號 外形尺寸 /mm 數(shù)字量輸入 數(shù)字量輸出 擴展模 塊數(shù)量 CPU221 90? 80? 62 6 4 0 CPU222 90? 80? 62 8 6 2 CPU224 ? 80? 62 14 10 7 CPU226/CPU226XM 190? 80? 62 24 16 7 18 根據(jù)系統(tǒng)要求和功能（具體 I/O 分配見下文），考慮到 I/O 分配留有一定裕量，設(shè)計選用西門子 S7200 系列的 CPU226 型。 (2) SIMENS S7200 可編程序控制器是模塊化中小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 (4) 具有 13KB 的程序和數(shù)據(jù)存儲空間、 6 個獨立的 30kHZ 的高速計數(shù)器、兩路獨立的 20kHZ 的高速脈沖輸出、 PID 控制器、 1 個 RS485 通信 /編程口、點 對點接口 PPI 通信協(xié)議、多點接口 MPI 通信協(xié)議和自由通信口，絕對滿足設(shè)計需求。 (6) 大范圍的集成功能使得它的功能非常強勁。 擴展模塊選型 為了擴展 I/O 點和執(zhí)行特殊的功能， S7200 系列 PLC 可以連接擴展模塊（ CPU221除外）。本次設(shè)計中需要擴展一個采集處理壓力信號的模擬信號，應(yīng)擴展一個模擬量輸入 /輸出（ AI/AO）模塊。 (1) EM231： 4 路 12 位模擬量輸入（ AI）模塊 1) 差分輸入，輸入范圍：電壓： 0~10V、 0~5V、 ? 和 ? 5V；電流： 0~20mA。 3) 最大輸入電壓 30VDC，最大輸入電流 32mA。 2) 數(shù)據(jù)字格式：電壓： 320xx~+320xx；電流 0~+320xx。 (3) EM235：模擬量混合輸入 /輸出 (AI/AO)模塊， 1) 4 路模擬量輸入，一路模擬量輸出。 19 3) 轉(zhuǎn)換時間小于 250us。 由于實際中需要模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1 個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是 EM235， 該模塊具有 4 個模擬輸入 (AIW)通道， 1 個模擬輸出 (AQW)信號通道。針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，EM235 模塊可以通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。變頻器須根據(jù)水泵電機的電流和功率進(jìn)行選擇。根據(jù)不同控制功能，變頻器可分為三種類型：普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。 由于本設(shè)計中 PLC 選擇的西門子 S7200 型號，為了方便 PLC 和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的 MicroMaster440 變頻器。其采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有完善的電動機和變頻器保護(hù)功能，內(nèi)置 RS485/232C 接口和用于簡單過程控制的 PI 閉環(huán)控制器，可根據(jù)用戶特殊需要對 I/O 端子進(jìn)行自定義。另外選擇西門子的變頻器可以通過 RS485 通信協(xié)議和接口直接與西門子 PLC 相連，更便于設(shè)備之間的通信。 （ 1） PLC 部分設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)使用 CPU226（此部分暫不做分析）和模擬量擴展模塊 EM235 AIW0 EM235 模擬量輸入通道 1，接一精密電位器； 20 AQW0 EM235 模 擬量輸出通道 1，接 MM440 的端口 3 和 4。首先按下 P 鍵對變頻器進(jìn)行復(fù)位，使變頻器的參數(shù)值回到出廠時的狀態(tài)。然后設(shè)置變頻器控制端口開關(guān)操作控制參數(shù)，如表 所示 A+ A M0 V0 MM440 3 9 4 18 U V W M 3~ 21 表 設(shè)置電動機參數(shù)表 參數(shù)表 設(shè)置值 說明 P003 1 用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級 P0100 1 快速調(diào)試 P010 0 功率以 KW 為單位，頻率為 50HZ P0304 380 電動機額定電壓（ V） P0305 電動機額定電流（ A） P0307 電動機額定功率（ KW） P0310 50 電動機額定頻率 P0311 電動機額定轉(zhuǎn)速（ r/min） 表 控制端口開關(guān)開關(guān)操作控制參數(shù) 參數(shù)號 設(shè)置值 說明 P0003 1/2 用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級 /擴展級 P0004 命令和數(shù)字 I/O P0700 2 命令源選擇“由端子排輸入” P0701 1 數(shù)字輸入端 1 接通正轉(zhuǎn)，斷開停止 P0702 2 數(shù)字輸入端 2 接通反轉(zhuǎn)，斷開停止 P1000 2 頻率設(shè)定值選擇為“模擬輸入” P1080 電動機運行的最低頻率（ HZ） P1082 50 電動機運行的最高頻率（ HZ） P1120 斜坡上 升時間（ s） P1121 斜坡下降時間（ s） 水泵機組的選型 水泵機組的選型原則 供水系統(tǒng)在運行時是依靠水泵抽水來實現(xiàn)的，水泵作為整個系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)， 22 因此，水泵型號選擇是否合適將影響系統(tǒng)運行節(jié)能高效、安全穩(wěn)定的重要因素。 所謂揚程 即 所需揚程，并不是 所需 提水高度，明確這一點對選擇水泵 相當(dāng) 重要。選擇水泵時應(yīng)使銘牌上的揚程最好與所需揚程接 近，一般偏差不超過 20％，這樣的情況下，水泵的效率最高，也比較節(jié)能，使用會更經(jīng)濟。 水泵的流量，即出水量，一般不宜選得過大，否則會增加購買水泵的費用。 實際使用時，只能按標(biāo)牌所注揚程和流量的 80%～ 90%估算，水泵配套動力的選擇，可按標(biāo)牌上注明的功率選擇， 但 為了使水泵啟動迅速和使用安全，動力機的功率也可略大于水泵所需功率，一般高出 10%左右為宜 。 （ 5） 根據(jù)實際供水系統(tǒng)的規(guī)模即所帶負(fù)荷情況，合理確定水泵的臺數(shù)。 （ 6） 同一個供水系統(tǒng)所配用的水泵揚程要相同，主泵之間的供水流量最好相同，副泵供水流量與主供水泵的流量之比最好不大于 1/3。流量參看《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》中有詳細(xì)的計算方法。/h 左右。水泵采用低噪音電機，機械密封，前端配備泄壓保護(hù)裝置，噪聲更低 、磨損更小、壽命更長。 23 供水壓力傳感器的選型 壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器，一般由彈性敏感元件（或應(yīng)變計）組成。 壓力傳感器的性能參數(shù) 壓力傳感器種類 很多 ，其性能也 具有 有較大差異，選擇 比較合適 的 傳感器，做到經(jīng)濟、合理的使用 ，必須考慮性能參數(shù)。也就是在最高 溫度 和最低溫度之間，傳感器輸出 的 符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。 （ 2） 最大壓力范圍 在 不引起輸出特性永久性改變 的情況下， 傳感器能長時間承受的最大壓力 稱為最大壓力范圍。 由此可知 ，即 便連續(xù) 在額定壓力以上使用也不會損壞。 （ 3 ） 損壞壓力 損壞壓力是指能夠加工在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。 （ 5） 壓力遲滯 在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近 于 某一壓力時，傳感器輸出 的 差 值 。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍 。 壓力傳感 器的選型 變頻恒壓供水的壓力傳感器的選型有以下兩個步驟： （ 1）按測量介質(zhì)及使用環(huán)境要求選用 傳感器介質(zhì)接觸材料包括陶瓷、 316 不銹鋼、哈氏合金、蒙耐爾合金、鉭等防腐材料，但對于恒壓供水的凈水系統(tǒng)來說， 316 不銹鋼