《電力拖動(dòng)》

1、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 變頻液位自動(dòng)控制系統(tǒng) 課 程： 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 一、課程設(shè)計(jì)的目的通過(guò)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、了解一般交直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)要求，并鞏固交直流調(diào)速系統(tǒng)課程的所學(xué)內(nèi)容，初步具備設(shè)計(jì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。為今后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的要求1、熟悉交直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)內(nèi)容以及設(shè)計(jì)程序的要求。2、掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制圖的基本規(guī)范，熟練掌握電氣控制部分的新圖標(biāo)。3、學(xué)會(huì)收集、分析、運(yùn)用自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)資料和數(shù)據(jù)。4

2、、培養(yǎng)獨(dú)立工作能力、創(chuàng)造能力及綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力。三、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容完成某一給定課題任務(wù)，按給出的工藝要求、運(yùn)用變頻調(diào)速對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。四、進(jìn)度安排： 共1.5周本課程設(shè)計(jì)時(shí)間共1.5周，進(jìn)度安排如下：1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備，熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，熟悉課題設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容。（1.5天）2、分析控制要求、控制原理設(shè)計(jì)控制方案（1.5天）3、繪制控制原理圖、控制流程圖、端子接線圖。（2天）4、編制程序、梯形圖設(shè)計(jì)、程序調(diào)試說(shuō)明。（1.5天）5、整理圖紙、寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。（1.5天）五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容完成下列課題的課程設(shè)計(jì)及報(bào)告（課題工藝要求由課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)提供）1、退火爐溫度控制系統(tǒng)2、

3、變頻液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3、變頻流量自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4、變頻供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)5、變頻調(diào)速恒張力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6、變頻器在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用7、線纜設(shè)備恒張力變頻器控制設(shè)計(jì)六、參考書(shū)1、陳伯時(shí)主編 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(第二版) 機(jī)械工業(yè)出版社 19922、陳伯時(shí), 陳敏遜 交流調(diào)速系統(tǒng) 機(jī)械工業(yè)出版社 19983、張燕賓著 SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 19974、王兆義主編 可編程控制器教程 主編5、徐世許主編 可編程控制器教程原理、應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò) 主編6、工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)（第2版）上、下冊(cè) 中國(guó)電力出版社第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄一 液位自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)6 （一）概述6

4、（二）系統(tǒng)控制要求6 （三）系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)7 二 系統(tǒng)硬件選型8 （一）PLC選型8 （二）變頻器選型 10（三）液位傳感器選型11 三 液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖12 （一）主電路12 （二）PLC控制電路13 （三）變頻器控制電路13 四 液位控制系統(tǒng)變頻器的節(jié)能控制分析 14 五 PID原理分析及應(yīng)用16 六 設(shè)計(jì)小結(jié)19 七 參考文獻(xiàn) 20一、液位自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（一）液位自動(dòng)控制系統(tǒng)隨著電力電子技術(shù)以及工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,使得交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。另外,由于PLC的功能強(qiáng)大、容易使用、高可靠性,常常被用來(lái)作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。此處的設(shè)計(jì)就

5、是利用變頻器和PLC實(shí)現(xiàn)水池水位的控制。變頻器技術(shù)是一門(mén)綜合性的技術(shù),它建立在控制技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。它與傳統(tǒng)的交流拖動(dòng)系統(tǒng)相比,利用變頻器對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制,有許多優(yōu)點(diǎn),如節(jié)電、容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制、可以實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控制、實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換,可以進(jìn)行高額度的起停運(yùn)轉(zhuǎn),可以進(jìn)行電氣制動(dòng),可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高速驅(qū)動(dòng)。完善的保護(hù)功能:變頻器保護(hù)功能很強(qiáng),在運(yùn)行過(guò)程中能隨時(shí)檢測(cè)到各種故障,并顯示故障類(lèi)別(如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低,電網(wǎng)缺相,直流過(guò)電壓,功率模塊過(guò)熱,電機(jī)短路等),并立即封鎖輸出電壓。這種“自我保護(hù)”的功

6、能,不僅保護(hù)了變頻器,還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。本課題就是應(yīng)該P(yáng)LC和變頻器，設(shè)計(jì)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。PLC的作用是運(yùn)用PID算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，而變頻器的作用則是最電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，最終達(dá)到維持提氣塔液位穩(wěn)定的目的。（二）系統(tǒng)控制要求汽提塔液位自動(dòng)控制系統(tǒng)用浮子液位計(jì)、PLC與變頻器構(gòu)成反饋的閉環(huán)液位控制系統(tǒng)。用調(diào)節(jié)2.2KW化工泵轉(zhuǎn)速，保證廢水液位穩(wěn)定、滿足汽提塔的工藝要求、并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理情況自動(dòng)切換流量，滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廢水處理要求。兩臺(tái)變頻器、兩臺(tái)化工泵一用一備（互為備用）保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠。汽提塔液位實(shí)時(shí)顯示。在廢水處理液位自動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用 PLC的PID 積分分離智能型PI調(diào)節(jié)控制、編程簡(jiǎn)單

7、、控制可靠，適合于汽提塔液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。汽提塔液位控制穩(wěn)定、控制精度高、液位穩(wěn)定在20cm1cm，滿足汽提塔液位控制要求。圖1.1 汽提塔液位控制系統(tǒng)的工作原理（三）系統(tǒng)控制方案實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)恒壓變量供水系統(tǒng)是在2臺(tái)2.2電機(jī)拖動(dòng)的水泵機(jī)組能夠滿足廢水總量設(shè)計(jì)要求的前提下,達(dá)到全自動(dòng)閉環(huán)液位控制系統(tǒng),并具有手動(dòng)控制功能,同時(shí)還應(yīng)達(dá)到以下要求：液位穩(wěn)定在20cm1cm，滿足汽提塔液位控制要求；具有短路、欠壓、過(guò)載、過(guò)流等諸多保護(hù)功能。根據(jù)系統(tǒng)的總體原理圖以及系統(tǒng)的控制要求，可以初步構(gòu)建出液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)果框圖，如圖1.2所示。圖1.2 液位自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 二、系統(tǒng)硬件選型（一）PLC的選

8、型 1、機(jī)型的選擇 PLC機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱?chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制以及以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目中，一般其控制速度無(wú)須考慮，因此，選用帶A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求。而在控制比較復(fù)雜，控制功能要求比較高的工程項(xiàng)目中（如要實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等），可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來(lái)選用中檔或高檔機(jī)。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過(guò)程控制、全PLC的分布式控制

9、系統(tǒng)以及整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。對(duì)于一個(gè)大型企業(yè)系統(tǒng)，應(yīng)盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。這樣，同一機(jī)型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理；同時(shí)，其統(tǒng)一的功能及編程方法也有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)、技術(shù)水平的提高和功能的開(kāi)發(fā)；此外，由于其外部設(shè)備通用，資源可以共享，因此，配以上位計(jì)算機(jī)后即可把控制各獨(dú)立系統(tǒng)的多臺(tái)PLC聯(lián)成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，這樣便于相互通信，集中管理。2、輸入/輸出的選擇 PLC的輸入/輸出選擇包括以下幾部分：1）確定I/O點(diǎn)數(shù)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需要的I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)再增加10%20%的備用量，以便隨時(shí)增加控制功能。對(duì)于一個(gè)控制對(duì)象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O

10、點(diǎn)數(shù)也應(yīng)有所不同。2）開(kāi)關(guān)量輸入/輸出通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口可從傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）接收信號(hào)。典型的交流輸入/輸出信號(hào)為24240V，直流輸入/輸出信號(hào)為5240V。3）模擬量輸入/輸出模擬量輸入/輸出接口一般用來(lái)感知傳感器產(chǎn)生的信號(hào)。這些接口可用于測(cè)量流量、溫度和壓力，并可用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。這些接口的典型量程為1010V、010V、420mA或1050mA。4）特殊功能輸人/輸出5）智能式輸入/輸出3、PLC存儲(chǔ)器類(lèi)型及容量選擇 PLC系統(tǒng)所用的存儲(chǔ)器基本上由PROM、E-PROM及PAM三種類(lèi)型組成，存儲(chǔ)容量

11、則隨機(jī)器的大小變化，一般小型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力低于6kB，中型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可達(dá)64kB，大型機(jī)的最大存儲(chǔ)能力可上兆字節(jié)。使用時(shí)可以根據(jù)程序及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要來(lái)選用合適的機(jī)型，必要時(shí)也可專(zhuān)門(mén)進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)充設(shè)計(jì)。PLC的存儲(chǔ)器容量選擇和計(jì)算的第一種方法是：根據(jù)編程使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)精確計(jì)算存儲(chǔ)器的實(shí)際使用容量。第二種為估算法，用戶可根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照表4的公式來(lái)估算。為了使用方便，一般應(yīng)留有25%30%的裕量，獲取存儲(chǔ)容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每條指令所用的字?jǐn)?shù)，用戶便可確定準(zhǔn)確的存儲(chǔ)容量。 4、軟件選擇 在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，PLC的編程問(wèn)題是非常重要的。用戶應(yīng)當(dāng)對(duì)所選擇P

12、LC產(chǎn)品的軟件功能有所了解。通常情況下，一個(gè)系統(tǒng)的軟件總是用于處理控制器具備的控制硬件的。但是，有些應(yīng)用系統(tǒng)也需要控制硬件部件以外的軟件功能。例如，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)可能包括需要復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理操作的特殊控制或數(shù)據(jù)采集功能。指令集的選擇將決定實(shí)現(xiàn)軟件任務(wù)的難易程度?？捎玫闹噶罴瘜⒅苯佑绊憣?shí)現(xiàn)控制程序所需的時(shí)間和程序執(zhí)行的時(shí)間。5、支撐技術(shù)條件的考慮 選用PLC時(shí)，有無(wú)支撐技術(shù)條件同樣是重要的選擇依據(jù)。支撐技術(shù)條件包括下列內(nèi)容：1）編程手段2）進(jìn)行程序文本處理3）程序儲(chǔ)存方式4）通信軟件包6、PLC的環(huán)境適應(yīng)性 （二）變頻器選型1、變頻器簡(jiǎn)介變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電電源變換為

13、另一頻率的電能控制裝置?？煞譃榻唤蛔冾l器，交直交變頻器。交交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交直交變頻器則是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，再經(jīng)過(guò)逆變器把這個(gè)直流電流變成頻率和電壓都可變的交流電。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把電源的交流電變換為直流電（DC），這個(gè)過(guò)程叫整流。把直流電（DC）變換為交流電（AC）的裝置，其科學(xué)術(shù)語(yǔ)為“inverter”(逆變器)。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。對(duì)于逆變?yōu)轭l率可調(diào)、電壓可調(diào)的逆變器我們稱(chēng)為變頻器。變頻器主要是由主電路、控制電路組成。主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變

14、頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi):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。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)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(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。2、變頻器選型通用變頻器的選擇包括通用變頻器的型式選擇和容量選擇兩個(gè)方面，選擇的原則是：首先其功能特性能保證可靠地事項(xiàng)工藝要求，其次是獲得較好的性能價(jià)格比。通用變頻器類(lèi)型的選擇要根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行。對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)等平方轉(zhuǎn)矩，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通常可選擇專(zhuān)用或普通功能型通用變頻器。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩類(lèi)負(fù)

15、載或有較高靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求的機(jī)械應(yīng)選用具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型通用變頻器，這種通用變頻器低速轉(zhuǎn)矩、靜態(tài)機(jī)械特性硬度大，不怕負(fù)載沖擊，具有挖土機(jī)特性。為了實(shí)現(xiàn)大調(diào)速比的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，常采用加大通用變頻器容量的辦法。對(duì)于要求精度高、動(dòng)態(tài)性能好、速度響應(yīng)快的生產(chǎn)機(jī)械（如造紙機(jī)械、注塑機(jī)、軋鋼機(jī)等），應(yīng)采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制型通用變頻器。 此次課程設(shè)計(jì)選擇兩臺(tái)變頻器，互為備用，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。變頻器選FRE5402.2KW三菱變頻器。（三）液位傳感器選型選用UHZ系列磁性浮子液位變送器。液位計(jì)由現(xiàn)場(chǎng)指示、液位報(bào)警器和液位遠(yuǎn)程傳裝置三部分組成?；拘透鶕?jù)磁性浮子在液體中產(chǎn)生浮力和磁鋼同性相斥，異性

16、相吸的性質(zhì)研制而成。根據(jù)上述原理，將液位的變化線性量經(jīng)磁傳遞給現(xiàn)場(chǎng)指示器，液位為紅色，氣相為白色。液位遠(yuǎn)傳裝置由磁性材料將液位的變化性的轉(zhuǎn)換直流4。20mA的電流信號(hào)，傳給二次儀表實(shí)現(xiàn)液位的遠(yuǎn)傳、測(cè)量、控制和記錄。本裝置采用UHZ系列磁性浮子液位變送器：量程(0550mm)；輸出信號(hào)范圍；電流輸出為420mA。指示精度120。5mm。三、液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖（一）主電路控制系統(tǒng)共有兩臺(tái)電機(jī)，其控制電路的主電路圖如下：圖3.1 主電路（二）PLC控制電路PLC控制器是電路整個(gè)系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)的流程的控制，它要介紹來(lái)自傳感器以及其他的信息，根據(jù)這些信號(hào)對(duì)電機(jī)發(fā)出控制命令，從而完成系統(tǒng)功能

17、。其控制電路圖如圖3.2。 圖3.2 PLC接線圖（三）變頻器控制電路變頻器的作用是用于電機(jī)的起、停和調(diào)速控制，其控制電路圖圖3.3。圖3.3 變頻器控制電路接線圖四、液位控制系統(tǒng)變頻器的節(jié)能控制分析隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電機(jī)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛。由于揚(yáng)水較高且電機(jī)一直高速運(yùn)行，因此電能消耗較大，目前的水費(fèi)成本中，電費(fèi)比例達(dá) 50%以上。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能越來(lái)越強(qiáng)，充分利用變頻器固有的各種功能，進(jìn)行變頻調(diào)速恒壓供水，對(duì)降低供水運(yùn)行成本，保證供水質(zhì)量和穩(wěn)定性等都有非常重要的意義。恒壓供水是指不管用戶段用水量大小，總保持管網(wǎng)水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位用戶的需求，又不使電

18、動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，由 PLC 根據(jù)給定壓力信號(hào)和反饋壓力信號(hào)，通過(guò)模糊推理運(yùn)算，控制變頻器進(jìn)行水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而控制管網(wǎng)水壓。 變頻調(diào)速節(jié)能原理分析：1、交流電機(jī)變頻調(diào)速原理根據(jù)電磁感應(yīng)原理，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足下式： n060f/P（同步電動(dòng)機(jī)） (1) n=(1S)f/P（異步電動(dòng)機(jī)） (2) 式中： n0電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 n電動(dòng)機(jī)異步轉(zhuǎn)速 P電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù) f交流電源頻率 S電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電源頻率 f、電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)P、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率 S（異步電動(dòng)機(jī)）變化。由于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) P 只能有級(jí)調(diào)節(jié)并且調(diào)整量有限，因此調(diào)速范圍有限，從而使其應(yīng)用受到限制。而使

19、用過(guò)大的轉(zhuǎn)差率調(diào)速顯然是不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)及效率的影響也很大，故應(yīng)用范圍十分有限。變頻調(diào)速則通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的輸入頻率改變其空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著電源頻率的變化而改變，電源頻率 f 增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之增加，反之則下降。變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)了在不影響電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)性能前提下的速度無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速等調(diào)速方式，因此受到工業(yè)界的廣泛重視，應(yīng)用案例越來(lái)越多。2、水泵特性分析及節(jié)能原理 根據(jù)流體力學(xué)原理，在管徑一定的條件下，管道流量 Q 與水泵轉(zhuǎn)速 n 成正比；揚(yáng)程 H 與轉(zhuǎn)速平方(n2)成正比，而電機(jī)軸功率 P 與轉(zhuǎn)速的三次方(n3)成正比。可見(jiàn)當(dāng)流

20、量?jī)H下降到 80%時(shí)需要的功率 P將下降到額定功率的 50%(0.830.5)左右，當(dāng)流量下降到 50%時(shí)需要的功率 P2 僅為額定功率的13%圖 2 是水泵特性曲線。若要求恒壓于 HA，當(dāng)流量 QA變小至 Q1時(shí)，如果水泵轉(zhuǎn)速不變，壓力會(huì)上升至 B1，壓力傳感器輸出壓力上升信號(hào)，經(jīng)智能調(diào)節(jié)器分析運(yùn)算后輸出轉(zhuǎn)速下降信號(hào)給調(diào)速電機(jī)的變頻控制器，調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速隨即從 n0降低至 n1（B點(diǎn)），使管網(wǎng)壓力維持在 HA；同理，當(dāng)流量變化至Q2 時(shí)，壓力升至 C1 點(diǎn)而調(diào)速電機(jī)隨即降低轉(zhuǎn)速至n2（C 點(diǎn)），仍保持恒壓 HA，從而實(shí)現(xiàn)了水泵自動(dòng)恒壓變流量供水。 可見(jiàn)調(diào)速控制變載水泵具有顯著的節(jié)電效果。利用變

21、頻器可以根據(jù)電機(jī)負(fù)載的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、平滑地增速或減速，基本保持異步電機(jī)固有特性轉(zhuǎn)差率小的特點(diǎn)，具有效率高、范圍寬、精度高且能無(wú)級(jí)變速的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備是很適用的。夜間供水量急劇減少時(shí)，可方便地設(shè)定每日休眠工作的起始/停止時(shí)刻，并可設(shè)定休眠時(shí)的壓力給定值。休眠期間，變頻器監(jiān)測(cè)管網(wǎng)壓力，當(dāng)壓力低于設(shè)定植時(shí)，系統(tǒng)被自動(dòng)喚醒，變頻泵投入工作；壓力高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)再次進(jìn)入休眠狀態(tài)，只有休眠水泵運(yùn)行，這樣能最大限度地節(jié)水節(jié)電。實(shí)踐證明，使用變頻設(shè)備可使水泵運(yùn)行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低 20%，從而大大降低能耗，節(jié)能率可達(dá)（2040）%。同時(shí)，通過(guò)采用變頻器控制，可在不同季節(jié)、節(jié)假日、白天和晚上

22、及上下班等時(shí)間全面調(diào)控水量。3 、節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益分析 在實(shí)際運(yùn)行中，如按比較保守的數(shù)字測(cè)算，以年平均節(jié)電 30%計(jì)算，一臺(tái) 22kW 的水泵應(yīng)用變頻調(diào)速設(shè)備后可節(jié)電： 2230%24365=57816（kWh） 按電費(fèi)單價(jià) 0.60 元/kWh 計(jì)算，年可節(jié)約電費(fèi) 578160.60=3.469（萬(wàn)元） 若一套 22kW 的變頻調(diào)速系統(tǒng)裝置投資及配套的改造費(fèi)按 6.36 萬(wàn)元計(jì)算，則投資回收年限為： 6.363.469= 1.83（年）即在不到二年的時(shí)間內(nèi)即可通過(guò)節(jié)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益而收回投資在此數(shù)據(jù)中尚不包括漏損率、爆管率和搶修費(fèi)用下降等產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。五、PID原理分析及應(yīng)用此次課

23、程設(shè)計(jì)要求使用采用PLC的PID 積分分離智能型PI調(diào)節(jié)控制。在廢水處理液位自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心水泵的動(dòng)態(tài)特性具有非線性，多參數(shù)等特點(diǎn)，同時(shí)由于管道長(zhǎng)度，機(jī)械阻力以及信號(hào)延遲等原因，使得液位被控對(duì)象有明顯的純滯后。對(duì)于本廢水處理控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一方面對(duì)液位的控制精度要求較高，汽提塔廢水處理量變化較大對(duì)控制器的魯棒性要求較高，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較觀察現(xiàn)場(chǎng)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用PLC的PID積分分離智能型PI調(diào)節(jié)控制、編程簡(jiǎn)單、控制可靠，適合于汽提塔液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)行表明汽提塔液位控制穩(wěn)定、控制精度高、液位穩(wěn)定在20cm1cm，完全滿足汽提塔液位控制要求。液位PID控制系統(tǒng)的原理圖如圖所示

24、：圖5.1 液位PID控制系統(tǒng)原理圖 PID控制中，比例控制是建立與設(shè)定值（SV）相關(guān)的比例帶的一種運(yùn)算，并根據(jù)偏差比例帶求得運(yùn)算值（控制輸出量），從而使控制平滑沒(méi)有振蕩。積分控制用于自動(dòng)修正靜差。其中，積分強(qiáng)度用設(shè)置積分時(shí)間表示，積分時(shí)間值越小，積分運(yùn)算的校正作用越強(qiáng)。通過(guò)PI數(shù)字控制器，在過(guò)程的啟動(dòng)，結(jié)束或大幅度增減設(shè)定值時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)輸出有很大偏差，會(huì)造成PI運(yùn)算的積分積累，致使控制量超過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可能的最大動(dòng)作范圍對(duì)應(yīng)的極限控制量，最終引起系統(tǒng)較大超調(diào)，甚至引起振蕩，同時(shí)也增大了調(diào)節(jié)時(shí)間。在控制對(duì)象有呆滯時(shí)間控制中，此現(xiàn)象更明顯。因此在汽提塔采用積分分離的PI控制，在起停階段或流量大幅變化時(shí)，只加比例，取消積分校正。而當(dāng)實(shí)際液位與給定液位的誤差小于一定值時(shí)，則回復(fù)積分校正作用，以消除液位系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差?？筛纳葡到y(tǒng)的控制性能，減少超調(diào)量，縮短調(diào)整時(shí)間。在本系統(tǒng)利用PLC的簡(jiǎn)單、直觀的梯形圖編程功能，可以方便地確定積分分離PI控制進(jìn)