基于西門子plc的恒壓供水系統(tǒng)

1、百度文庫-好好學習.天天向上摘要：木設訃是針對居民生活用水而設訃的。由變頻器、PLC、PID調(diào)節(jié)湍組成控制系統(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：頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)岀口水壓和流量來控制變 頻器電動機泵組的速度和切換.使系統(tǒng)運行在垠合理狀態(tài)，保證按需供水。木設訃采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng).由PLC進行邏輯控制，由變頻器進行壓力凋節(jié)。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)恒壓變頻供水。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力 穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速.恒壓供水，PID控制系統(tǒng)，PLC-3Ab&tract:It

2、is very important of the Water Supply System in Constant Pressure for the water supply in industrial and citizen existence It is consist of the variable frequency and speed regulation PLC, PID control system for the control system It controls the outcome of the pumps The generator pumps are consist

3、of parallel three pumps * and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid According to the water supply of constant pressure* s outcome water press and flux, the control system control the variable frequency and speed regulation parallel pumps* speed and cut over cause

4、the system move in the best rational situation assure according to wants supply water This design has many merits such as save energyIn this paper, the control principle of WYF providmgwater system is introduced, we use PLC to carry on logic control and use inverter to modulate pressure Through PID

5、control principle we realize Closed-loop control in WVF Providing"water System The result indicates that the system has the stable pressure, simple structure and reliable workKeywords： Variable Frequency and Speed Regulation Water Supply of Constant PressurePIDControl System PLC第一章緒論o恒壓供水方案的意義0

6、變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀1課題來源及本文的主要研究內(nèi)容2變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點3第二章 恒壓供水系統(tǒng)的分析4恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成4恒壓控制的理論模型5供水系統(tǒng)的工作原理5系統(tǒng)功能分析7供水系統(tǒng)的基本特性7第三章PID調(diào)節(jié)概念及基本原理9PID調(diào)節(jié)概述9自動控制系統(tǒng)的分類9PID控制的原理和特點10PID控制的原理和特點的概念10PID控制的分類10PID控制器的參數(shù)設定11PID控制算法11PID參數(shù)整定的相關(guān)原則13PID指令的使用注意事項14PID回路類型的選擇14正作用或反作用回路15第四章變頻器的工作原理和控制方式16變頻器的工作原理16變頻器控制方式16U/f=C的正弦脈寬調(diào)制(

7、SPWM)控制方式16電壓空間矢量(SVPWM)控制方式16矢量控制(VC)方式17直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)方式17矩陣式交一交控制方式17第五章系統(tǒng)的硬件設計19系統(tǒng)的電氣控制總框圖19PLC及其擴展模塊的選型19系統(tǒng)主電路分析及其設計20主電路圖20控制電路圖21PLC外圍電路連接22系統(tǒng)的運行模式23第六章恒壓供水系統(tǒng)的程序設計24PLC24系統(tǒng)軟件設計分析24PLC程序設計25控制系統(tǒng)主程序設計25控制系統(tǒng)子程序設計28參考文獻32結(jié)論33致謝34附錄一：恒壓供水系統(tǒng)模擬系統(tǒng)原理圖35附錄二：程序模塊圖36百度文庫好好學習.天天向上第一章緒論變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機無級調(diào)

8、速驅(qū)動技術(shù)，它以其獨特優(yōu)良的控制性 被廣泛應用在速度控制領(lǐng)域。特別是在供水行業(yè)中，由于生產(chǎn)安全和供水質(zhì)量的特殊需要，對恒 壓供水壓力有著嚴格要求，變頻調(diào)速技術(shù)也得到了更加深入的應用。我們把水壓力控制在一左量, 采用變頻調(diào)速控制是保證壓力恒左有效的方法。據(jù)對供水區(qū)供水量的了解，發(fā)現(xiàn)全天各時段用水 量變化較大，如果不對供水量進行調(diào)肖，管網(wǎng)壓力的波動也會很大，容易岀現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事 故。采用變頻恒壓供水控制后，當用水疑較小時，這時相應管道和泵岀口壓力均較大，變頻恒壓 控制方式將會降低泵的頻率，減小泵出水量，從而降低管網(wǎng)壓力：反之亦然。這樣，用水量變化 較大也不會造成管網(wǎng)壓力有較大的波動。變頻調(diào)速實

9、現(xiàn)恒壓供水不僅保證廠內(nèi)自用高壓水足夠且 穩(wěn)左，而且保證了供水的安全可靠性。恒壓供水方案的意義眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時代特征的現(xiàn)實條 件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、髙層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán) 供水等方而技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需 求疑，岀現(xiàn)水壓降低供不應求的現(xiàn)象，而在用水低岐期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓 升髙供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能使水管爆破和用水設備的損壞。在 恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。以下就逐一分析。(1) -臺恒速泵直接供

10、水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從 城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)左。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)， 有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低，但耗電、耗水嚴重，水 壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。(2) 恒速泵加水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位 略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時再啟動水泵。水泵 處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額立揚程的條件下，水泵處于髙效區(qū)。 這種方式顯然比前一種節(jié)電，苴修電

11、率與水塔容量、水泵額龍流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、 停時間比、開、停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)龍。但這種供水方式基建設備投資最大，占地而 積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠期的需要;而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所 需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng) 水塔的水位監(jiān)控裝宜損壞的話，水泵不能進行自動的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操 作，這時將會岀現(xiàn)能星的嚴。重浪費和供水質(zhì)量的嚴重下降。(3) 恒速泵加高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設立水箱。 占地而積與設備投資都有所減少

12、，但這對建筑物的造價與設計都有影響，同時水箱受建筑物的限 制，容積不能過大，所以供水范鬧較小。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位 監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。(4) 恒速泵加氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替髙位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐 的占地而積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設備的成本比水塔要低得多。而 且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存 在著許多缺點。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運行時，水泵在額左 轉(zhuǎn)

13、速、額泄流量的條件下工作。當系統(tǒng)所需水量下降時，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而 造成能量的浪費。同時水泵是工頻率啟動，且啟動頻繁，又會造成一泄的能耗。頻繁啟動會造成 系統(tǒng)的不穩(wěn)左性。(5) 變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號與設定壓力值作比較，再 通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級調(diào)右水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無論流臺如何變化始終穩(wěn)定在一 定的范圍內(nèi)。變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、肖省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn) 泄可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后

14、逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻 器的功能主要限立在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、起制動控制、壓頻比控 制及各種保護功能。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小 需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒泄，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉 環(huán)控制。從査閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設計時都采用一臺變頻器只帶一臺水 泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本髙。隨著變 頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)左性、可靠性以及自動化程度高等方而的優(yōu)點以及顯著的 節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)

15、變頻器的廠家開始重視并推岀具有恒壓供水功能的 變頻器，像日本Same。公司，就推岀了恒壓供水基板，備有“變頻泵固左方式”，“變頻泵循環(huán)方 式”兩種模式。它將PID調(diào)宵器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設置 指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個 內(nèi)宜的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電機（泵）的供水系統(tǒng)。這類設備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降 低了設備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不髙，與別的監(jiān) 控系統(tǒng)（如BA系統(tǒng)）和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用 時苴范用將會受到限制

16、。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水 管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器（PLC）及相應的軟件予以 實現(xiàn);有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及 開放性等多方而的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為（現(xiàn)己更名 為艾默生）電氣公司和成都希望集團（森蘭變頻器）也推出了恒壓供水專用變頻器，無需外接PLC和 PID調(diào)宵器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和左時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào) 肖與循環(huán)邏借控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容呈:，

17、同時操作不方 便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所J可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水 場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水 壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好 的應用于生活、生產(chǎn)實踐。課題來源及本文的主要研究內(nèi)容本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實際應用。本系統(tǒng)是三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、 壓力傳感器組成。本文研究的目標是對恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)立性和節(jié)能效果進一 步提

18、高，操作更加簡捷，故障報警及時迅速。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)-3百度文庫-好好學習.天天向上變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點相對與傳統(tǒng)的加壓供水方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點突出的體現(xiàn)在以下幾個方而：1、髙效節(jié)能。變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點就是卩約電能，肖能量通常在10-40%o從單 臺水泵的節(jié)能來看，流疑越小，節(jié)能量越大。2、恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)左而流量可在大范用內(nèi)連續(xù)變化， 從而可以保證用戶任何時候的用水壓力，不會出現(xiàn)在用水髙郵期熱水器不能正常使用的情況。3、安全衛(wèi)生。系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道宜接供給，取消了水塔、天面水 池、氣圧罐等設施，避

19、免了用水的“二次污染”，取消了水池立期淸理的工作。4、自動運行、管理簡便。新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、 短路保護、瞬時停電保護、過載、失速保護、低液位保護、主泵左時輪換控制、密碼設泄等功能, 功能完善，全自動控制，自動運行，泵房不設崗位，只需派人定期檢查、保養(yǎng)。5、延長設備壽命、保護電網(wǎng)穩(wěn)左。使用變頻器后，機泵的轉(zhuǎn)速不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運 行，減少了機械磨損，降低了機泵故障率，而且主泵立時輪換控制功能自動泄時輪換主泵運行， 保證各泵磨損均勻且不銹死，延長了機泵使用壽命。變頻器的無級調(diào)速運行，實現(xiàn)了機泵軟啟動, 避免了電機開停時的大電流對電機線圈和電網(wǎng)的沖擊，消除了

20、水泵的水錘效應。6、占地少、投資回收期短。新型的小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用水池上直接安裝立式泵，控 制間只要安放一到兩個控制柜，體積很小，整個系統(tǒng)占地就非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水 塔或天而水池、控制間不設專人管理、設備故障率極低等方而都實現(xiàn)了進一步減少投資，運行管 理費低的特點，再加上變頻供水的宵能優(yōu)點，都決左了小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)的投資回收期短， 一般約2年。百度文庫好好學習.天天向上第二章恒壓供水系統(tǒng)的分析恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成由于本設計的供水系統(tǒng)要適用生活水、消防用水等場合的供水，密閉的水池在地下主要為應 急用水的緩沖，還可以避免以往方案引起的二次污染。系統(tǒng)采用了水泵，一臺PLC, 臺變

21、頻器 和壓力傳感器組成的供水系統(tǒng)，當用水疑很少時只開動輔助泵即可，系統(tǒng)檢測到管壓很低實會自 動增加泵的數(shù)捲或加快抽水速度的同時會關(guān)閉輔助泵，以滿足用水需求：反之，會自動減泵或降 低抽水速度。其原理框圖如圖2-1所示圖2-1變頻恒壓供水系統(tǒng)的總體框圖整個系統(tǒng)以PLC為核心，完成系統(tǒng)的控制功能。它主要負責將壓力傳感器傳送來的標準電流信號 與英內(nèi)部預先設左好的初值進行比較，若兩個值存在偏差，它就會輸出一個標準的電流控制信號, 傳送給變頻器的模擬量調(diào)節(jié)控制端。變頻器根據(jù)送來的電流值的大小，產(chǎn)生一個與之對應的控制 水泵速度的頻率值，使水泵的供電頻率發(fā)生變化，改變了水泵的運轉(zhuǎn)速度，從而改變了向管道供 水的

22、壓力大小，使管道的實際水壓值恢復到預先設左好的值上。-4百度文庫-好好學習.天天向上恒壓控制的理論模型對變頻恒壓供水的主要特點進行分析，我們可以得出如下結(jié)論:變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)控制 對象是一個時變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)左的對象。對它的控制仍屬于工業(yè)過程控制的 范疇，它以供水岀口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設左的 供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一 個常數(shù)。所以，在某個特左時段內(nèi)，恒壓控制的目標就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在 設左的供水圧力上。變頻恒壓控制的原理圖2-2如下： AP f -壓三比較|

23、控制算法|_變頻器1水泵機組|_PF壓力檢測儀莪"卞圖2-2變頻恒壓控制原理圖從恒壓控制的原理圖中可以看岀，在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設左壓力，控制系 統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，il算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為 了減小實際供水壓力與設立壓力的差值，將這個增量和變頻器當前的輸出值相加，得岀的值即為 變頻器當前應該輸出的頻率。該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提髙，在運行過 程中該過程將被重復，直到實際供水壓力和設左壓力相等為1上。如果運行過程中實際供水壓力高 于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機組的轉(zhuǎn)速減小，實際供

24、水壓力 因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設左壓力相等。供水系統(tǒng)的工作原理該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式：1. 手動運行方式。選擇此方式時，按啟動按鈕泵或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停 各水泵。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)岀現(xiàn)故障時使用。2. 自動運行方式（1）啟動程序。在自動運行方式下開始啟動運行時，首先檢測水池水位，若水池水 位符合設左水位要求，輔助泵首先啟動，如果檢測到壓力不合要求，再將變頻交流接觸器 吸合，電機與變頻器連通，水泵變頻啟動，變頻器輸出頻率從OHz開始上升，此時壓力變 百度文庫好好學習.天天向上送器檢測壓力信號反饋PLC,由PLC經(jīng)PID運算后控制變頻器的頻率

25、輸出；如壓力不夠， 則頻率上升至50Hz,延時一立時間后，將變頻泵切換為工頻，期一變頻交流接觸器吸合， 變頻啟動水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達到設泄壓力，依次類推增加水泵。(2) 水泵切換程序。如用水量減小，出水壓力超過設泄壓力，則PLC控制變頻器降 低輸出頻率，減少岀水疑來穩(wěn)立出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設立值(水泵岀水 頻率，一般為25Hz),而出水壓力仍高于設泄壓力值時，PLC開始汁時，若在一泄時間內(nèi)， 岀水壓力降低到設定壓力，PLC放棄汁時，繼續(xù)變頻調(diào)速運行；若在一立時間內(nèi)岀水壓力 仍髙于設左壓力，根據(jù)先投先停的原則，PLC將停止正在運行的水泵中運行時間最長的工 頻泵，宜至岀

26、水壓力達到設立值。(3) 啟動小流量泵。對于居民生活供水或其它用水時段性較強的供水系統(tǒng)，可設置 一臺小流雖水泵。例如在晚上12點到凌晨5點，居民生活用水很少，一臺15kW的水泵為 了維持供水壓力也需要長時間工作在25Hz左右，電動機不僅要消耗十幾個千瓦的電能， 同時還要長期工作在低頻狀態(tài)，大大影響電動機的壽命。若系統(tǒng)中設置一臺5KW左右的小 流量水泵，為了維持出水壓力，由小流雖:水泵變頻工作，不僅電動機工作在較高頻率，而 且消耗的電能也很小。在小流量水泵的選擇上，其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6, 揚程和主泵相同。(4) 水池水位檢測。在自動供水的過程中，PLC實時檢測水池水位，若水位低

27、于設左的 報警水位時，蜂鳴器發(fā)出缺水報警信號：若水位低于設左的停機水位時，停止全部水泵工 作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機報警信號；若水池水位髙于設立的水池上限水位時，自動 關(guān)斷水池給水管電動閥門。(5) 自動啟動。有時電源會突然斷電，若無人值班，恢復供電后若系統(tǒng)無法啟動會造 成斷水，為此本系統(tǒng)設置了通電后自動變頻啟動方式。在電源恢復后，PLC會發(fā)岀指令， 蜂鳴器發(fā)岀警告，然后按自動運行方式變頻啟動1#泵，直到穩(wěn)左地運行在給泄水壓值。(6) 消防報警。當出現(xiàn)消防報警信號時，系統(tǒng)立即按照消防壓力運行。(7) 故障處理。變頻故障從冗余設計原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。 當變頻器突然發(fā)生故

28、障，蜂鳴器報警，PLC發(fā)指令使全部水泵停機，然后1#泵工頻運行(若 水泵功率大于37KW,則需要采用降壓啟動或其它啟動方式)，經(jīng)一泄延時后根據(jù)壓力變化 情況再使2#泵工頻運行。此時，PLC切換泵則根拯實際水圧的變化在工頻泵間切換。當出 現(xiàn)水池無水停機、電動機欠壓、過壓、錯相、電機故障等情況時，均能由蜂鳴器發(fā)岀警報 聲。條件許可時可以添加MODEM模塊，在變頻器、電動機發(fā)生故障時能通過遠程通信口撥 -7百度文庫-好好學習.天天向上叫值班人員電話，通知有關(guān)人員前來維修。所有故障解決、恢復正常后，自啟動前也要發(fā) 岀報警信號。系統(tǒng)功能分析三臺泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本功能為：(1) 生活供水時，

29、系統(tǒng)低恒壓值運行，消防供水時髙恒壓值運行。(2) 三臺泵根據(jù)恒壓的需要.采取''先開先?！钡脑瓌t接入和退岀。(3) 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3h,則要切換下即系統(tǒng)具有''倒泵 功能”，避免某一臺泵工作時間過長。(4) 三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。(5) 要有完善的報警功。(6) 對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。供水系統(tǒng)的基本特性供水系統(tǒng)的基本特性是水泵在某一轉(zhuǎn)速下?lián)P程h與流量q之間的關(guān)系曲線f (q),前提是供 水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變。揚程特性所反映的是揚程h與用水流疑q之間的關(guān)系。由圖2-3 的揚程特性表

30、明，流量q越大，揚程h越小。在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量q的 大小主要取決于用戶的用水情況。管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，閥門在某一開度下，揚程h與流量q之間的關(guān)系h二f (q)。 管阻特性反映了水泵轉(zhuǎn)動的能量用來克服水泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變 化規(guī)律。由圖1可知，在同一閥門開度下，揚程h越大，流量q也越大，流量q的大小反映了系 統(tǒng)的供水能力。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的平衡工作點，如圖1中a點。在這一點， 用戶的用水流疑和供水系統(tǒng)的供水流量達到平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管 阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)立運行。當用水流量和供水流量達

31、到平衡時，揚程ha穩(wěn)立，供水系統(tǒng)的壓力也 保持恒立。百度文庫好好學習.天天向上-26圖2-3供水系統(tǒng)的基本特性第三章PID調(diào)節(jié)概念及基本原理PID調(diào)節(jié)概述目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發(fā) 展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊 全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、 傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)，加到被控 系統(tǒng)上：控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng), 英傳感器、變送器

32、、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系 統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器?，F(xiàn)階段PID控制及苴控制器或智能PID控制器(儀表)已經(jīng)很多，產(chǎn) 品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID 參數(shù)自整泄功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator),其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通 過智能化調(diào)整或自校正、自適應算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控 制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC)是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制，

33、而可編程控制器(PLC)可以直接與 ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡來實現(xiàn)其遠程控制功能自動控制系統(tǒng)的分類開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸岀(被控制量)對控制器 (controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回 路。閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會

34、反 送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號 與系統(tǒng)給泄值信號相反，則稱為負反饋(Negative Feedback),若極性相同，則稱為正反饋，一 般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一 個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作 岀各種正確的動作。如果沒有眼睹，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當 一臺貞正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是 一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。PID控制的原理和特點PID控制的原理和特點

35、的概念在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制， 又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)左性好、工作可靠、 調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精 確的數(shù)學模型時，控制理論的苴它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn) 場調(diào)試來確泄，這時應用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或 不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分 計

36、算出控制量進行控制的。PID控制的分類1、比例(P)控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比 例控制時系統(tǒng)輸岀存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)<>2、積分(I)控制在枳分控制中，控制器的輸岀與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如 果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)渓差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(Systemwith Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決 于時間的枳分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨

37、著時間的 增加而加大，它推動控制器的輸岀增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。3、微分(D)控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。自動控 制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)肖過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。英原因是由于存在有較大慣性組件 (環(huán)丫j)或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，英變化總是落后于誤差的變化。解決的 辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這 就是說，在控制器中僅引入"比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅

38、值，而目 前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠 提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大 慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。PID控制器的參數(shù)設定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制 器的比例系數(shù)、枳分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大 類：一是理論計算整泄法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確左控制器參數(shù)。這種 方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以宜接用，還必須通過工程實際

39、進行調(diào)整和修改。二是工程整左方 法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際 中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整左方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三 種方法各有其特點，英共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整左。但 無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般 采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整左步驟如下：(1)首先預選擇一個足 夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作：(2)僅加入比例控制環(huán)巧，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振 蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期：(

40、3)在一泄的控制度下通過公式計算得到PID控 制器的參數(shù)。PID控制算法PID控制算法的一般形式PID控制器根據(jù)日標值(設左值)r(t)與反饋值(測量值)c(t)構(gòu)成的控制偏差： e(t) =r(t)-c(t)將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進行控制。其控制 規(guī)律為：就(0 =心上(。+ 訂£ e(O +Td或音W) +丄J")+ 7；獸J兀J()(r)式中Kp：調(diào)廿器的比例系數(shù)Ti：調(diào)節(jié)器的積分時間Td：e：調(diào)肖器的微分時間調(diào)節(jié)器的偏差信號8：比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)u：輸出簡單來說，PID控制器各校正環(huán)肖的作用是這樣的：1、

41、比例環(huán)節(jié)：即時成比例地反應控制系統(tǒng)的偏差信號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。2、積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強弱取決于積分時間常 數(shù)Ti, Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。3、微分環(huán)節(jié)：能反應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， 在系統(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)巧時間。PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是：Gc(5)= 1 + - + 7；(5)o n當上述控制算法公式只包含第一項時，稱為比例(P)作用，只包含第二項時，稱為積分(I)作 用;但只包含第三項的單純微分(D)作用是不采用的，

42、因為它不能起到使被控變量接近設左值的效 果，只包含第一、二項的是PI作用；只包含第一、三項的是PD作用；同時包含這三項的是PID作用。僅用P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的PI控制。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。但是，I動作過強時，對快速 變化偏差響應遲緩。對有積分元件的負載系統(tǒng)可以單獨使用P動作控制。對于PID控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨D動作還要大的操作呈:，以此來抑制偏差的增加。 偏差小時，P動作的作用減小?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負載場合，僅P動作控制，有時由于此積 分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使P動作的

43、振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換 言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負載。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。采用P5控制較英它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度髙和系 統(tǒng)穩(wěn)左的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到岀現(xiàn)響應需要一泄時間的負載系統(tǒng)(即實時 性要求不髙，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。PID參數(shù)整定的相關(guān)原則針對一個具體的系統(tǒng)，設苣和調(diào)整PID參數(shù)，使調(diào)節(jié)過程達到滿意的品質(zhì)，稱為參數(shù)整立， 不管是用常規(guī)調(diào)節(jié)器還是數(shù)字PID調(diào)節(jié)器，統(tǒng)稱為調(diào)肖器

44、參數(shù)整定。下而簡單列舉一些的準則：1、如果廣義對象的傳遞函數(shù)是心嚴/(7> + 1),調(diào)肖器的比例增益是Kc整個系統(tǒng)總的 開環(huán)增益是。在英他因素相同的情況下，當大的時候，應該小一些，小的時候，K(應該 大一些。2、在動態(tài)參數(shù)方而，可取r0 /T.作為特征值越r0 /To大，系統(tǒng)越不易穩(wěn)泄，因此應該小一些。同時，7；和7；也應取適當?shù)臄?shù)值。經(jīng)驗上常取斥為2左右，Td為0。5左右。因此， 如有T的估計值，7；和7；值就不難左岀了。3、在P, I, D三個作用中，P作用往往是最基本的控制作用。由這一點岀發(fā)，可從兩條途 徑之一進行現(xiàn)場湊試：(1) 先用單純的P作用，選出合適的值K作為基礎，然后適

45、當引入7；和7；，Ti和Td值進 行挑選。(2) 依據(jù)驗前知識(如對T的了解)，把Ti和Td置于合適的數(shù)值，然后主要對值進行湊試， 得出最合宜的數(shù)值。以上兩條途徑表而上看來截然相反，但它們都是以承認P作用為主體作為前提的。4、積分(I)作用的引入既有利又有弊。必須盡量發(fā)揮它能消除余差的利，盡量縮小它不利于 穩(wěn)左的弊。一般取7；二(0。51)幾，(幾是振蕩周期)。在以上情況下，由I作用引起的相位滯 后不超過400,幅值比增加不超過20亂即使如此，在引入I作用后，心應比單純P作用時減小10% 左右。5、對于含有噪音的過程，不宜引入微分作用，否則髙頻分量放大得很厲害。6、在控制品質(zhì)方而，穩(wěn)泄性的要求

46、是前提。如果只有一個調(diào)節(jié)器參數(shù)可以調(diào)整，則只能滿 足一個品質(zhì)指示，通常就取衰減比作為指標。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。PID指令的使用注意事項PID控制器的選?。篜ID控制器的性能和處理速度只與所采用的CPU的性能有關(guān)。對于任意給左的CPU,控制器 的數(shù)雖和每個控制器被調(diào)用的頻率是相互矛盾的?？刂骗h(huán)執(zhí)行的速度，也即在每個時間單元內(nèi)操 作值必須被更新的頻率決立了可以安裝的控制器的數(shù)量。對要控制的過程類型沒有限制，遲延系 統(tǒng)（溫度、液位等）和快速系統(tǒng)（流量、電機轉(zhuǎn)速等）都可以作為被控對象。過程分析時應注意：控制過程的靜態(tài)性能（比例）和動態(tài)性能（時間延遲、死區(qū)和重設時

47、間等）對被控過程控制 器的構(gòu)造和設計以及靜態(tài)（比例）和動態(tài)參量（積分和微分）的維數(shù)選取有著很大的影響。準確 地了解控制過程的類型和特性數(shù)據(jù)是非常必要的?？刂破鬟x取時應注意：控制環(huán)的特性由被控過程或被控機械的物理特性決左，并且設訃中可以改變的程度不是很 大。只有選用了最適合被控對象的控制器并使英適應過程的響應時間，才能得到較髙的控制質(zhì)雖:。 不用通過編程就可以生成控制器的大部分功能（構(gòu)造、參數(shù)設置和在程序中的調(diào)用等），前提是 必須已經(jīng)掌握編程基礎知識。PID回路類型的選擇在許多控制系統(tǒng)中，只需要一種或兩種回路控制類型。例如只需要比例回路或者比例枳分回 路。通過設程常量參數(shù).可先選用想要的回路控制

48、類型。如果不想要積分回路，可以把積分時間設為無窮大。即使沒有積分作用，積分項還是不為0 因為有初值MX,但積分作用可以忽略。如果不想要微分回路，可以把微分時間設為0,如果不想 要比例回路，但需要積分或微分回路，分項和微分項時，把增益當作1看待。正作用或反作用回路如果增益為正，那么該回路為正作用回路。如果增益為負，那么是反作用回路。對于增益為 正的積分或微分控制來說，如果指是積分時間、微分時間為正，就是正作用回路：指泄為負，則 為反作用回路。第四章變頻器的工作原理和控制方式隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進及功率半導體器 件價格的降低，變頻調(diào)速越來越被工業(yè)上所采用

49、，尤其是自動化工業(yè)生產(chǎn)中應用更為廣泛。變頻器的工作原理交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式為：n=60 f(1 s)/p(4-1)式中n異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：f異步電動機的電源頻率；s電動機轉(zhuǎn)差率；P電動機極對數(shù)。由式(3-1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f 在050Hz的范川內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)肖范國非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率 實現(xiàn)速度凋節(jié)的，是一種理想的高效率、髙性能的調(diào)速手段。變頻器控制方式低壓通用變頻輸岀電壓為380-650V,輸岀功率為400kW,工作頻率為0400Hz,它的主 電路都采用交一直一交電路。英控制方式經(jīng)歷了以下四代。U/f

50、二C的正弦脈寬調(diào)制(SPWM)控制方式其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào) 速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低, 動機硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不髙、控制曲線會隨負載的 變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應慢、電機轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因泄子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而 性能下降，穩(wěn)左性變差等。因此人們又研究岀矢量控制變頻調(diào)速。電壓空間矢量(SVPWM)控制方式它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一 次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進

51、行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進，即引 入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時左子電阻的影響：將 輸出電壓、電流閉環(huán)，以提髙動態(tài)的精度和穩(wěn)左度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào) 節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。矢量控制（VC）方式矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機在三相坐標系下的龍子電流la、lb、Ic、通過三相 一二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Iallbl,再通過按轉(zhuǎn)子磁場立向旋轉(zhuǎn)變換，等 效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Iml、Itl （Iml相當于直流電動機的勵磁電流；Itl相當于與 轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機的控制方法，求

52、得直流電動機的控制量，經(jīng)過相 應的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。其實質(zhì)是將交流電動機等效為直流電動機，分別對 速度，磁場兩個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩 個分量，經(jīng)坐標變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實 際應用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動 機控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結(jié)果。直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式1985年，徳國魯爾大學的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很 大程度上解決了上述矢量控制的

53、不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜 態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動上。直 接轉(zhuǎn)矩控制直接在左子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需 要將交流電動機等效為直流電動機，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復雜計算；它不需要模仿 直流電動機的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學模型。矩陣式交一交控制方式VWF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交一直一交變頻中的一種。其共同缺點是 輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不 能進行四象限運行。為此，矩陣式交一交

54、變頻應運而生。由于矩陣式交一交變頻省去了中間直流 環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為1,輸入電流為正弦且能四 象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。苴實 質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等呈:，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)的。具體方法是：控制左子磁鏈引入泄子磁鏈觀測器，實現(xiàn)無速度傳感器方式：自動識別（ID）依靠精確的電機數(shù)學模型，對電機參數(shù)自動識別；算出實際值對應泄子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉(zhuǎn)矩、泄子磁鏈、轉(zhuǎn) 子速度進行實時控制：一一實現(xiàn)Band-Band控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band-Band控制產(chǎn)生PWM信號，對

55、逆變器開關(guān)狀 態(tài)進行控制。矩陣式交一交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應（2ms）,很高的速度精度（±2%,無PG反饋），髙 轉(zhuǎn)矩精度（+3%）；同時還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)矩精度，尤其在低速時（包括0速度時）, 可輸出150%200%轉(zhuǎn)矩。第五章系統(tǒng)的硬件設計系統(tǒng)的電氣控制總框圖根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖5-1所示:上位機、組態(tài)等故障.狀態(tài)等呈輸入報警、控制等呈輸出A -A/D模塊可編程控制器（PLC）通訊模塊<t|> 變頻器壓力變送器人機界而軟啟動.自.訂耦變壓器 7圖51系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看岀，該系統(tǒng)的主要硬件設

56、備應包括以下幾部分：（1） PLC及其擴展模 塊、（2）變頻器.（3）水泵機組、（4）壓力變送器、（5）液位變送器。PLC及其擴展模塊的選型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。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執(zhí)行 速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等 多方而因素。由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)控制設備相對較少，因此PLC選用徳國SIEMENS公司的 S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控 制系統(tǒng)。

57、SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，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)測控制。PLC和上位機的通信采 用PC/PPI電纜，支持點對點接口（PPI）協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信接口 RS485 到PC機的通信接口 RS232的轉(zhuǎn)換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一泄的預留量，因此選用的S7-200 型PLC的主模塊為CPU226,英開關(guān)量輸岀為16點，輸出形式為AC220V繼電器輸出：開關(guān)量輸入 CPU226為24點，輸入形式為+24V直流輸入。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,該模塊有4個模擬輸入（AIW）, 1個模擬輸出（AQW）信號通道。輸入輸岀信號接入端口時能夠自動完成A/D的轉(zhuǎn)換，標準輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字 長(16b