基于PLC變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)論文

1、基于基于 plcplc 變頻調(diào)速的恒壓變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)目目 錄錄摘摘 要要.1前前 言言.1第第 1 1 章章 常見的變頻恒壓常見的變頻恒壓供供水概況水概況.11.1 plc 控制的變頻恒壓供水.11.2 常見的供水方式 .11.3 變頻恒壓調(diào)節(jié)的基本原理 .11.4 變頻驅(qū)動方式和調(diào)節(jié)方式以及壓力傳感變送器的使用 .31.4.1 恒壓供水系統(tǒng)的驅(qū)動方式 .31.4.2 恒壓供水調(diào)節(jié)方式 .31.4.3 關(guān)于壓力傳感變送器的使用 .4第第 2 2 章、恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計章、恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計.52.1 plc、變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)方案 .52.1.1 方案特點 .52

2、.1.2 變頻-工頻雙回路恒壓供水方案優(yōu)點 .62.1.3 設(shè)備選型 .62.2 模擬供水系統(tǒng)的擬定 .62.3 主電路設(shè)計 .72.4 電氣控制系統(tǒng)接線原理圖及說明 .82.5 控制流程圖 .92.6 輸入輸出元件與 plc 地址對照表 .112.7 plc 程序設(shè)計.12第第 3 章、恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計章、恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計.13- 2 - 3.1 水泵的轉(zhuǎn)速與其揚程 h、流量 q 及功率的關(guān)系14 3.2 pid 控制及其調(diào)節(jié).15總總結(jié)結(jié).16致致 謝謝.21參考文獻參考文獻.221基于基于 plcplc 變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)變頻調(diào)速的恒壓供水系統(tǒng)摘要摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的

3、發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人民生活水平的不斷提高，城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。城市供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到用戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了供水管理水平的提高。傳統(tǒng)供水廠，特別是中小供水廠所普遍采用的恒速泵加壓供水方式存在效率低、可靠性不高、自動化程度低等缺點，難以滿足當前經(jīng)濟生活的需要。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，需要利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(shè)計出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。最后，從分析該恒壓供水變頻供水的可靠性，改造理論、技

4、術(shù)、經(jīng)濟可行性等方面進行多次實驗分析；其次分別從確定變頻器的參數(shù)，設(shè)計變頻主電機、變頻電機的運行模式、控制模式及流程。在此基礎(chǔ)上，對中小供水變頻電機的選型、安裝、調(diào)試和運行各步驟加以詳細地闡述。然后歸納和分析了安裝運行中的問題和注意事項。通過變頻恒壓供水系統(tǒng)的試運行，對該系統(tǒng)在實際供水中所取得的節(jié)約電耗、恒定壓力等實際效果進行了總結(jié)，指出變頻技術(shù)在供水領(lǐng)域所取得的成果及應(yīng)用中局限性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：恒壓供水，變頻調(diào)速，plc1前 言隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)

5、域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。本設(shè)計是針對居民生活用水/消防用水而設(shè)計的。由變頻器、plc 及 pid調(diào)節(jié)器組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動機泵組由三臺水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓和流量來控制變頻器電動機泵組之間的切換及速度，使系統(tǒng)運行在最合理的狀態(tài)，保證按需供水。本文介紹了采用 plc 控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由 plc 進行邏輯控制，由變頻器進行壓力調(diào)節(jié)。在經(jīng)過 pid 運算，通過 plc 控制變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠操作方便等優(yōu)點。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，plc、變頻器以其優(yōu)異

6、的性能將越來越多的被應(yīng)用于各個行業(yè)中。1第 1 章 常見的變頻恒壓供水概況1.1 plc 控制的變頻恒壓供水變頻供水的一種典型方式是變頻恒壓供水。變頻恒壓供水時使用扁平器的調(diào)速功能通過調(diào)節(jié)供水的水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水始端壓力，變使之保持相對的恒定，故又稱恒壓供水?，F(xiàn)在變頻供水以逐步滲透到各種行業(yè)，品種也從單一簡單的變頻恒壓供水向?qū)I(yè)多功能和高級的變頻、變壓供水及職能化控制的方向發(fā)展?；谟|摸屏和 plc 作為控制變頻器作為驅(qū)動調(diào)速的恒壓供水技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的技術(shù)而言具有節(jié)能效益明顯、控制和保護功能完善、可實現(xiàn)機組的軟啟軟停機、輸入電壓范圍寬、電磁沖擊小、泵機運行組合切換靈活方便等優(yōu)越性，目前廣

7、泛應(yīng)用于水廠送水泵站、二次加壓站、工業(yè)鍋爐供水、小區(qū)和高樓給水、其他工業(yè)供水等領(lǐng)域。觸摸屏和 plc 在對現(xiàn)場系統(tǒng)和設(shè)備的自動控制上顯示出令人鼓舞的優(yōu)勢，現(xiàn)代的供水系統(tǒng)已隨著微型計算機及電力電子技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的供水基礎(chǔ)上將觸摸屏、plc 和變頻器等應(yīng)用到其中，不斷的提高供水的質(zhì)量以及整個供水系統(tǒng)的自動化程度。1.2 常見的供水方式生產(chǎn)和生活中的供水方式有多種，常見的供水方式通常會設(shè)一臺或多臺泵；有多臺泵時會根據(jù)不同的用水量啟動不同數(shù)量的泵運行，供水水壓式波動的。要保證供水質(zhì)量，穩(wěn)定供水出口（或管網(wǎng)）的壓力，變頻恒壓供水是最好的方式之一。1.3 變頻恒壓調(diào)節(jié)的基本原理 變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)恒

8、壓的工作過程和原理：安裝于供水母管或主管道上的壓力傳感變送器將供水管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換成 420ma（020ma、010v）的標準電信號，送到 pid 調(diào)節(jié)器（或過程控制器、plc、dcs 等），經(jīng)過運算處理后仍以標準電信號直接送到具有內(nèi)置 pid 調(diào)節(jié)功能的變頻器；變頻器根據(jù)調(diào)速的給定信號或?qū)毫鞲凶兯推鞯臉藴孰娦盘栠M行運算處理后，決定其輸出頻率實2現(xiàn)對驅(qū)動典動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對供水的水量及供水壓力調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)了對供水管網(wǎng)的壓力調(diào)節(jié)，即實現(xiàn)恒壓供水。實際應(yīng)用中，除了要實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的 pid 調(diào)節(jié)功能外，還需配備外圍輔助電路及 plc 和觸摸屏控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)切換選擇等自動控制功能，

9、以保證自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時刻通過人工調(diào)節(jié)方式維持系統(tǒng)運行，保證連續(xù)生產(chǎn)。plc變頻器電機/壓力傳感器x信號繼電器頻率壓力信號反饋設(shè)定值 +-圖 1-1 控制原理示意圖 水泵選擇的一般性原則1.供水系統(tǒng)的水泵應(yīng)盡量選用先進的低噪音、節(jié)能型水泵，不可采用淘汰產(chǎn)品。2.根據(jù)實際流量、揚程選泵?？紤]因磨損等原因造成水泵出力下降，可按計算所得的揚程值乘以 1.051.1 后選泵，應(yīng)能保證水泵工作在高效區(qū)。3.對單位及小規(guī)模的供水系統(tǒng)因盡量減少泵的臺數(shù)，以一用一備為宜，且配小型氣壓罐；當一臺運行能滿足要求時，則不宜采用多臺泵并聯(lián)方式；若必須采用多臺并聯(lián)運行或大小泵搭配方式時，其型號不宜太雜，臺數(shù)不宜過多

10、，型號一般不宜超過兩種，泵的揚程范圍應(yīng)相同；并聯(lián)運行時仍能保證每臺泵在3高效區(qū)范圍內(nèi)運行 4.對于水廠及供水規(guī)模較大的供水系統(tǒng)及用水不均勻，且流量變化大的供水系統(tǒng)，則宜采用多臺 水泵組合供水，群泵運行時，可按 1 或 2 臺進行變頻調(diào)速其余為工頻恒速的方式運行。5.同一供水系統(tǒng)所配水泵的揚程要相同，主供水泵之間的流量宜相同或相近，補壓泵流量和主供水泵流量的流量之比以不小于 1/3 為宜。6.應(yīng)注意的問題：抽水揚程越低，電機負荷越小這是種錯誤的認識。1.4 變頻驅(qū)動方式和調(diào)節(jié)方式以及壓力傳感變送器的使用1.4.1 恒壓供水系統(tǒng)的驅(qū)動方式 通常在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺常用泵，供水量大時多臺泵全

11、開，供水量小時開一臺或兩臺。在采用變頻調(diào)速進行恒壓供水時，就有兩種方式，其一是所有水泵配用一臺變頻器；其二是每臺水泵配用一臺變頻器。后種方法根據(jù)壓力反饋信號，通過 pid 運算自動調(diào)整變頻器輸出功率，改變電動機轉(zhuǎn)速，最終達到管網(wǎng)恒壓的目的，就是一個閉環(huán)回路，較簡單，但成本高。前種方法成本低，性能不比后種差，但控制程序較復雜，是未來的發(fā)展方向。從節(jié)省投資的角度來考慮，可以采用“一拖二”或一拖三“等的驅(qū)動方式，即只用一個變頻器，其額定功率按需進行變頻驅(qū)動的群泵中最大的額定功率考慮。本案例為”一拖二“的驅(qū)動方式。1.4.2 恒壓供水調(diào)節(jié)方式為了保持供水管道的壓力恒定，使用的恒壓供水控制方式以單級 p

12、id 調(diào)節(jié)為主要手段，也有的采用了模糊控制等現(xiàn)代控制理論方法。一般情況下，pid 的調(diào)節(jié)方式就能夠滿足恒壓供水管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。然而，這種類型的閉環(huán)系統(tǒng)也存在著一些難以解決的問題。如在系統(tǒng)的動態(tài)運行過程中，水泵電動機會出現(xiàn)速度超調(diào)甚至不穩(wěn)定的現(xiàn)象，對整個的供水設(shè)備具有很大的破壞性，還會減小整個系統(tǒng)的效率。通常，這些問題是通過選用優(yōu)化的 pid 算法來解決，具體的說，最好是使用專業(yè)的智能儀表、過程控制器等。4一般來說，專業(yè)的智能儀表、過程控制器的 pid 調(diào)節(jié)功能要比變頻器內(nèi)置的pid 功能強。1.4.3 關(guān)于壓力傳感變送器的使用壓力傳感變送器的信號是弱電信號，其傳輸距離通常不易太長，同時不易

13、與強電電纜近距離并行；傳輸距離太長及與強電電纜并行會使信號衰減，同時容易受干擾，不能反映真實的數(shù)據(jù)，還易出現(xiàn)故障。對于較小范圍的供水系統(tǒng)及單位供水系統(tǒng)等，在對供水壓力的控制精度無特殊要求的情況下，常用供水母管或供水出口的壓力作為反饋壓力，這樣做比較簡單，壓力傳感器的信號的傳輸距離也不長，也便于應(yīng)用；而對于大型及整個供水管網(wǎng)的壓力控制則選擇供水管網(wǎng)中的多點壓力或是終端壓力等作為反饋壓力，傳輸距離很長的會采用高級的信號傳輸系統(tǒng)，以保證信號的準確性；當然，對于大型的整個供水管網(wǎng)的壓力控制調(diào)節(jié)也不是簡單的單級 pid 調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)會更為復雜。5第第 2 2 章、章、恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計恒壓供水系統(tǒng)

14、的硬件設(shè)計2.1 plc、變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)方案通常，生產(chǎn)和生活中常見的供水系統(tǒng)的控制并不復雜，但是對供水系統(tǒng)的質(zhì)量及可靠性卻有較為嚴格的要求。根據(jù)該供水系統(tǒng)的設(shè)備配置情況及供水系統(tǒng)的特點做如下方案：該自動供水系統(tǒng)的控制核心采用 plc，并配置常規(guī)電氣配電控制系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)組成及主要自控設(shè)備的作用如下：1.在主系統(tǒng)中配置一臺變頻器分別驅(qū)動兩臺泵，使兩臺均為雙主回路（變頻-工頻）的驅(qū)動方式。2.控制系統(tǒng)有壓力傳感器、pid 調(diào)節(jié)器、壓力開關(guān)、液位控制器、plc 與觸摸屏及電氣自動控制系統(tǒng)等組成。1） 壓力傳感器。用來測量供水水壓。2） pid 調(diào)節(jié)器。用來實現(xiàn)恒壓控制。3） 壓力開關(guān)。

15、作為水泵啟動后能否投入供水系統(tǒng)運動的信號。4） 液位控制器。用來臨視并向 plc 傳遞供水水箱的液位信號。plc 電氣控制系統(tǒng)用來完成整個供水系統(tǒng)的自動控制。2.1.1 方案特點1.該供水系統(tǒng)控制方案可以在原有的供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造，也可以作為新建供水系統(tǒng)的控制方案。2.采用 plc 為控制核心，利用變頻器調(diào)速，控制面板采用常規(guī)的按鈕開關(guān)控制。3.保護配置：1） 水泵電動機在工頻狀態(tài)運行時，受熱繼電器（過載）和空氣斷路器（短路、過電流）保護。2） 水泵電動機在變頻狀態(tài)運行時，受變頻器（過載、短路、過電流、過電壓、缺相）保護。變頻器又受空氣斷路器（短路、過電流）保護。62.1.2 變頻-工頻雙回

16、路恒壓供水方案優(yōu)點1.具有自動調(diào)節(jié)及控制功能。2.可設(shè)置跳躍頻率避開管路的瑞振點。3.變頻系統(tǒng)與工頻控制系統(tǒng)互為備用，合理利用現(xiàn)有設(shè)備。4.系統(tǒng)保護功能完善，如電機過電流、過載、過熱；電源缺相，過、欠電壓；電機接地故障；系統(tǒng)水壓過高、水壓過低；管網(wǎng)泄漏、堵塞等。5.可設(shè)變頻、工頻自動切換任務(wù)。 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)：傳感器、變頻器、plc 與觸摸屏及電氣自動控制系統(tǒng)等組成。2.1.3 設(shè)備選型1.可編程控制器整個控制系統(tǒng)的核心是 plc，選用日本三菱 fx2n-32mr-001 可編程控制器。fx2n 系列是 fx 系列 plc 家族中最先進的系列。由于 fx2n 系列具備如下特點：最大范圍的包容了標

17、準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，fx2n 系列三菱 plc 可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。2.變頻器變頻器連續(xù)調(diào)速功能是使用變頻器的追蹤速度模擬給定信號來改變輸出頻率功能，在此選擇的變頻器主要從其所驅(qū)動的負載特性、穩(wěn)定性、品牌、價格及用戶的要求幾個方面來考慮，本文選用三菱 fr-a540-2.2kw-ch 型變頻器。其他開關(guān)電源、繼電器、接觸器、變壓器、斷路器等設(shè)備均應(yīng)選用性能穩(wěn)定、質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。 2.2 模擬供水系統(tǒng)的擬定 本系統(tǒng)以六層樓宇供水為例，系統(tǒng)設(shè)水泵兩臺，供水由兩臺主、鋪泵交替循環(huán)運行、壓力

18、正常時用變頻器驅(qū)動一臺泵運行，壓力低是用一臺工頻運行加一臺變頻運行，壓力恢復正常時又切斷工頻只留一臺變頻運行、這樣按照先開先停，后開后停的方式切換水泵、使水泵的壽命平衡。用一臺壓力傳感器來檢7測誰的壓力，把壓力信號傳給變頻器的內(nèi)置 pi 來調(diào)節(jié)變頻器的輸出，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速來控制供水壓力。主水泵：選擇 is50-32-160a。主要參數(shù)為：流量 q=14m3/h，揚程 h=22m；配電動機型號 y90l-2，功率 p=2.2kw。鋪助水泵：選擇 is50-32-160a。主要參數(shù)為：流量 q=14m3/h，揚程h=22m；配電動機型號 y90l-2，功率 p=2.2kw。2.3 主電路設(shè)計在

19、硬件系統(tǒng)設(shè)計中，采用一臺變頻器連接2臺電動機，每臺水泵電機都有變頻工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)如圖（7-1）。變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機、變頻器的過流過載保護接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)大機的額定電流來確定。對于有變頻工頻兩種狀態(tài)的電動機，還需要在工頻電源下面接入兩個同樣的自動空氣開關(guān)，來實現(xiàn)電機的過流過載保護接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)小機的額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動機的容量適當選擇。8圖 2-1 主電路 2.4 電氣控制系統(tǒng)接線原理圖及說明1.端子 sd、se 和 5 為輸出信號公共端，這些端子不要接地（見圖 7

20、-2）。2.控制回路端子的接線應(yīng)使用屏蔽線或雙絞線，而且必須與主回路，弱電回路（含 200v 繼電器程序回路）分開布線。3.由于控制回路的頻率信號是微小信號，所以在接點輸入場合，為了防止接觸不良，微小信號接點應(yīng)使用兩個并聯(lián)接點或合用雙生接點。4.控制回路的接線建議選用 0.3mm2-0.75mm2的電纜。9acmm水泵m1水泵m2sb1 準備sb2 啟動sb3 停止kh1kh2km1km2km3km4km5l1l2l3l4l5l6l7l8l9l0km1km2km3km4km5com15161718com2132n222壓 壓力 力信 信號 號stfstrresr us vt w ausd10s

21、erunfuolacam5hzstfstrsdkh1kh2214215254213113電源24vl1l2l3nx0x1x2x3x6x10x11x12comy0y1l10com1y2y3y4y5y6y7y10y11y12x13m1手動m2手動ac方式選擇fx2n-32mr-001com2214215com2fuolx4x5run15161718觸摸屏got1000rs-485fr-a540圖 2-2 電氣控制系統(tǒng)接線原理圖2.5 控制流程圖10準準備備同同時時打打開開電電磁磁閥閥變變頻頻器器得得電電開開始始m1變變頻頻運運行行m1變變頻頻斷斷開開，發(fā)發(fā)出出stop給給變變頻頻器器，延延時時閉閉

22、合合km3（m1工工頻頻）、合合km4，給給變變頻頻器器發(fā)發(fā)start信信號號m2變變頻頻運運行行m1工工頻頻斷斷開開m2變變頻頻繼繼續(xù)續(xù)運運行行斷斷開開km4，發(fā)發(fā)出出stop，m2停停止止運運行行，延延時時合合km5，合合上上km2，發(fā)發(fā)出出start，m1變變頻頻運運行行斷斷開開km5m1繼繼續(xù)續(xù)變變頻頻運運行行準準備備好好頻頻率率f35hz頻頻率率f50hz頻頻率率f35hz頻頻率率f50hz圖 2-3 控制流程112.6 輸入輸出元件與 plc 地址對照表為實現(xiàn)以 plc 為主的控制系統(tǒng)能很好的實現(xiàn)自動控制，需要將現(xiàn)實中的外部設(shè)備與 plc 中的軟元件相連接，其輸入輸出元件與 plc

23、 得對照如表 7-1 所示。（表 7-1）輸入輸入輸入 i/o 口輸入元件符號輸入元件說明x0sb1啟動前準備x1sb2啟動x2sb3停止x3kh1水泵 m1 故障x4壓力下降，變頻器滿頻率運行x5壓力上升，變頻器頻率下降x6sb6方式選擇開關(guān)x10sb7水泵 m1 手動工頻運行x11sb8水泵 m2 手動工頻運行x12kh2水泵 m2 故障x13變頻器故障指令輸出輸出輸出 i/o 口輸出元件符號輸出元件說明y0l10停止指示燈y1km1準備y2km2m1 變頻控制繼電器12y3km3m1 工頻控制繼電器y4km4m2 變頻控制繼電器y5km5m2 工頻控制繼電器y6l8m1 手動工頻指示燈y

24、7l9m2 手動工頻指示燈y10l0變頻器故障指示燈y11l6水泵 m1 故障指示燈y12l7水泵 m2 故障指示燈2.7 plc 程序設(shè)計plc 是整個系統(tǒng)的核心，而 plc 也要相應(yīng)的程序驅(qū)動，該系統(tǒng)的程序如下：131415 16第 3 章、恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1 水泵的轉(zhuǎn)速與其揚程 h、流量 q 及功率的關(guān)系 揚程：是指泵單位質(zhì)量的液體通過泵后所獲得的能量，通常稱之為揚程。用 h 表示。 流量：流量是泵在單位時間內(nèi)所抽送液體的數(shù)量，常用的流量是體積流量，用 q 表示，其單位是 m3 /h。 根據(jù)流體力學原理可知，當水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，其揚程 h、流量 q 及水泵功率 p 也隨之變

25、化，他們之間有以下關(guān)系：q2/q1=(n2/n1) h2/h1=(n2/n1)2 p2/p1=(n2/n1)3即流量 q 與轉(zhuǎn)速 n 的一次方成正比；揚程 h 與轉(zhuǎn)速 n 的平方成正比；水泵功率p 與轉(zhuǎn)速 n 的立方成正比。下面表 1-1 可較為直觀的理解。 表 3-1 離心水泵在不同轉(zhuǎn)速（頻率）下的流量、揚程及軸功率離心水泵在不同轉(zhuǎn)速（頻率）下的流量、揚程及軸功率頻率 f（hz）轉(zhuǎn)速 n%流量 q%揚程 h%軸功率 p%501001001001004590908172.94080806451.23570704934.33060603621.62550502512.517根據(jù)水泵的揚程 h、流

26、量 q 及功率與水泵轉(zhuǎn)速（頻率）的關(guān)系式及表 1-1可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。3.2 pid 控制及調(diào)節(jié)pid控制是一種負反饋控制，它所組成的控制系統(tǒng)由pid控制器和被控對象組成，具有一般閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過負反饋作用使被控系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。常規(guī)pid控制系統(tǒng)原理框圖如圖5-1所示。 xx比例（p)微分（d)積分（i)被控對象+-r(t)r(t)e(t)e(t)u(t)u(t)y(t)y(t)圖3-2 pid控制器原理 pid控制器綜合了關(guān)于系統(tǒng)過去(i)、現(xiàn)在(p)和未來(d)三方i面的信息，對動態(tài)過程無需太多的預先知識，控制效果能夠滿足要求。pid控制器是一種線性控制器，它

27、根據(jù)給定值r(f)與實際輸出值y（t）構(gòu)成的控制偏差 e(t)=y(t)-r(t) （5-1）將偏差p(r)的的比例(proportion)、積分(integral)和微分(differential)，通過線性組合構(gòu)成控制器，對被控對象進行控制，故稱pid控制器。其理想的控制規(guī)律為 u(t)=ke(t)+1/t1e(t)dt+tdde(t)/dt （5-2）對上式作拉氏變換可得：u(s)=k(e(s)+t1e(s)/s+tdse(s) （5-3）pid 控制器的傳遞函數(shù)形式由式（5-4）描述。g(s)=u(s)/e(s)=kp(1+1/t1s)=kp+k1/s+kds (5-4)18式中 kp

28、一稱為比例系數(shù);k1=t/t1一稱為積分系數(shù);kd=td/t一稱為微分系數(shù)t1一為積分時間常數(shù)；td一為微分時間常數(shù)；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：（l）比例增益部分(p)用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的分量能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。由經(jīng)典控制理論可知，比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)的增大而減少，但比例系數(shù)過大將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。（2）積分部分(i)表明控制器的輸出不僅與輸入控制的系統(tǒng)偏差的大小有關(guān)，還與偏差持續(xù)的時間有關(guān)，即與偏差對時間的積分成線性關(guān)系。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(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)偏差為零。因此

29、積分作用主要是用來消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差，提高精度，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)z，正越大，積分作用越弱，反之則越強。然而，單純的積分作用速度太慢，無法及時對系統(tǒng)的偏差變化做出快速反應(yīng)。（3）微分部分(d)可以對輸入的變化趨勢做出反應(yīng)，即它的輸入與輸出的大小無關(guān)，但與輸入量的導數(shù)成線性關(guān)系。它是用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，減小調(diào)節(jié)時間，用來改善系統(tǒng)的動態(tài)特特性。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。pid的三種作用是各自獨立的，互不影響的。改變一個調(diào)節(jié)參數(shù)，只影響一種調(diào)節(jié)作用，不會影響其他的調(diào)節(jié)作用。顯然，對于大多數(shù)

30、系統(tǒng)來說，單獨使用上面任意一種控制艦律都難以獲得良好的控制性能。如果能將它們的作用作適當?shù)呐浜?，可以使調(diào)節(jié)器快速、平穩(wěn)、準確的運行，從而獲得滿意的控制效果。一般來說，系統(tǒng)是使用它們的組合，如pi控制算法，pd控制算法和pid控制算法。為了更好的理解 pid 的工作流程，設(shè) xt 為設(shè)定值，xf 為系統(tǒng)反饋值，他們19的關(guān)系見圖 5-2。開始設(shè)定目標信號xt值其大小與所求的管道壓力目標相對應(yīng)反饋信號xf值壓力傳感器的反饋值x0=xt-xfxfxtx0=xt-xf0xf0xfxt頻率 fx轉(zhuǎn)速n壓力下降同時流量減少xf=xt頻率fx轉(zhuǎn)速n水壓上升同時流量增加xf=xtfx不變維持目標值變頻輸出頻率

31、fx的大小由合成信號（xt-xf）決定反饋信號大于目標信號則合成信號小于0變頻輸出頻率下降水泵電動機轉(zhuǎn)速下降說莫供水量大于用水量反饋信號是否與目標信號相等保持供水流量等于用水流量反饋信號小于目標信號則合成信號大于0變頻輸出頻率上升水泵電動機轉(zhuǎn)速上升說明用水量小于供水量反饋信號是否與目標信號值相等00是否否是=0圖 3-3 pid 控制的基本工作過程20總結(jié) 用水泵的出口水壓作為采樣信號，轉(zhuǎn)換成電量信號后送至調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將該信號與設(shè)定值進行比較（pid）運算后輸出一信號至變頻器，決定變頻器的輸出頻率，以達到改變水泵的轉(zhuǎn)速并節(jié)能的目的。 變頻系統(tǒng)的初次投資容易給投資者一種投資高、風險大的感覺

32、，這主要是對變頻節(jié)能效果不很了解或?qū)⒆冾l系統(tǒng)的初次投資于傳統(tǒng)的一些如液力耦合、滑叉電機、變級等調(diào)速裝置的初次投資在為充分考慮節(jié)能效果及變頻器功能的情況下進行比較，以及對變頻器的質(zhì)量、穩(wěn)定性、售后服務(wù)等還不太了解；變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）在各類調(diào)速系統(tǒng)中使用時，其節(jié)能效果對于單臺設(shè)備可做到 5%-75%，在風機水泵這類設(shè)備的一般應(yīng)用的節(jié)能效果中，這些均值也可做到8%-50%，在未受到其他因素影響的情況下一般可取上限節(jié)能效果平均值，是在實際應(yīng)用中得到，權(quán)威性數(shù)據(jù)可由市場上公開出售的資料書查到；通過這些數(shù)據(jù)在進行一些簡單的投資回收率的計算可知：變頻節(jié)能系統(tǒng)（裝置）的投資回收期一般為 4-20 個月。采用變頻-工頻雙回路恒壓供水裝置及觸摸屏監(jiān)控使各類供水最大限度地得到經(jīng)濟、穩(wěn)定和持續(xù)的保障。另外，在完成論文的過程中，由我們馬老師的精心指導，在我們大量的實習與實踐經(jīng)驗的指引下，我們的論文完成的很順利，包括了我們從開始試驗到我們完成任務(wù)的全部過程，這是我們