恒壓水控制系統(tǒng)的集成與安裝調(diào)試

1、設(shè)計(jì)一個(gè)恒壓供水系統(tǒng)，被控系統(tǒng)如圖4-1所示。被控對(duì)象參數(shù)：可供水人數(shù)200人（250L/人/日），最大供水量7t/h，揚(yáng)程50m，水壓力控制精度5%。 壓力控制器變頻器水泵出水壓力壓力檢測(cè)和變送裝置壓力測(cè)量值壓力設(shè)定值偏差控制輸出轉(zhuǎn)速1、目標(biāo)信號(hào)XT即給定端VRF上得到的信號(hào)，該信號(hào)是一個(gè)與壓力的控制目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。目標(biāo)信號(hào)也可以由鍵盤直接給定，而不必通過外接電路來給定。2、反饋信號(hào)XF。是壓力變送器SP反饋回來的信號(hào)，該信號(hào)是一個(gè)反映實(shí)際壓力回來的信號(hào)。要求：最大供水量7t/h（即7m/h)，揚(yáng)程50m。經(jīng)過對(duì)要求考慮，最后選用SDCW8-50型號(hào)的水泵。其最大供水量為1

2、2m/h，揚(yáng)程為50m。1、在大氣腐蝕性較強(qiáng)、粉塵較多和易噴淋液體等環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，宜選用密閉式全塑壓力表。2、稀硝酸、醋酸、氨類及其他一般腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)選用耐酸壓力表、氨壓力表或不銹鋼膜片壓力表。3、稀鹽酸、鹽酸氣、重油類及其類似的具有強(qiáng)腐蝕性、含固體顆粒、粘稠液等介質(zhì)，應(yīng)選用膜片壓力表或隔膜壓力表。其膜片或隔膜的材質(zhì)，必須根據(jù)測(cè)量介質(zhì)的特性選擇。4、結(jié)晶、結(jié)疤及高黏度等介質(zhì)，應(yīng)選用膜片壓力表。5、在機(jī)械振動(dòng)較強(qiáng)的場(chǎng)合，應(yīng)選用耐震壓力表或船用壓力表。6、在易燃、易爆的場(chǎng)合，如需電接點(diǎn)訊號(hào)時(shí)，應(yīng)選用防爆電接點(diǎn)壓力表。本系統(tǒng)我們選用壓力變送器壓力變送器（pressure transmitter）

3、是指以輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的壓力傳感器，是一種接受壓力變量按比例轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)的儀表。它能將測(cè)壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)（如420mADC等），以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測(cè)量、指示和過程調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)采用意大利儀表廠生產(chǎn)的TGK型壓力變送器，TGK型壓力變送器為四線制帶現(xiàn)場(chǎng)LED數(shù)字顯示的壓力變送器，其供電電源和輸出信號(hào)分別傳送。 主要性能有： 1.抗干擾能力強(qiáng)（電源地與信號(hào)地隔離），特別適合變頻器應(yīng)用場(chǎng)合 2.現(xiàn)場(chǎng)3 1/2位LED數(shù)字顯示 3.供電電源可選（交流220V / 直流24V）4.輸出信號(hào)可選（010 mA / 420mA） 5

4、.負(fù)載阻抗： 0600 ( 420 mA);01.5k ( 010 mA)工作原理：利用壓力的變化來改變阻值以得到不同的電流。當(dāng) 壓力大時(shí)阻值變小，電流變大，即輸入的電流變大，當(dāng)壓力變小時(shí)，電阻阻值變大，電流變小。在本系統(tǒng)中應(yīng)用：主要采用其作為輸入電路，根據(jù)其水壓的變化，輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流，該傳感器帶有壓力變送器，能將傳感器采集的信號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。壓力變送器把標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA的電流信號(hào)送給PID調(diào)節(jié)儀，作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入給定。壓力傳感器能固定在水管的閥門上，方便容易安裝。變頻器簡(jiǎn)介 變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。變頻器的

5、輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。 變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲(chǔ)能元件的不同可分為電壓型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個(gè)部分組成。 電流型交一直一交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲(chǔ)能元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故稱電流型。我們采用的變頻器是安川（YASKAWA）公司的CIMRG7異步電動(dòng)機(jī)變頻器，簡(jiǎn)稱CIMRG7。 CIMRG7是一種用于三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻器，由 200 V 至 400 V 三相電源供電，

6、功率范圍 0.3kW 至 300 kW。CIMRG7 設(shè)計(jì)用于工業(yè)或商用建筑中的加熱、通風(fēng)以及空氣調(diào)節(jié) (HVAC) 方面的現(xiàn)代化應(yīng)用場(chǎng)合。CIMRG7 通過對(duì)能耗進(jìn)行優(yōu)化可以降低運(yùn)行成本，同時(shí)提高了用戶的舒適程度。大量的集成化選件可讓它與電氣設(shè)備和復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行適配和集成。變頻器在最初設(shè)計(jì)中就已經(jīng)考慮了電磁兼容性的要求。 CIMRG7的成品可直接用于泵類和通風(fēng)應(yīng)用中。它有一個(gè)操作盤可用于修改編程、調(diào)整、控制或檢測(cè)功能，以便適應(yīng)和優(yōu)化應(yīng)用以滿足不同的要求。CIMRG7的保護(hù)功能有: 1.使用 PTC 熱傳感器的電機(jī)和風(fēng)扇熱保護(hù) 2. 連續(xù)運(yùn)行中防過載和過電流的保護(hù) 3. 通過頻率跳躍功能進(jìn)

7、行的對(duì)設(shè)備的機(jī)械保護(hù)4. 通過多重故障狀態(tài)管理和可配置警報(bào)進(jìn)行的保護(hù)同時(shí)，CIMRG7 還容易集成到控制系統(tǒng)中，它配備了:4 個(gè)邏輯輸入，2 個(gè)繼電器輸出， 2 個(gè)模擬輸入和 1 個(gè)模擬輸出 ；插入式 I/O 接頭 ；電氣參數(shù)顯示及運(yùn)行指示 ；內(nèi)置EMC濾波器，內(nèi)置制動(dòng)單元；變頻器中標(biāo)準(zhǔn)配置一個(gè)符合 Modbus 協(xié)議的 RS485 多點(diǎn)串口連接。同時(shí)，CIMRG7 有多種可選件（遠(yuǎn)程控制盤，制動(dòng)電阻，進(jìn)線電抗，RFI濾波器等） 變頻器在接線時(shí)，必須接地。動(dòng)力電纜和設(shè)備中的弱電信號(hào)（如PLC信號(hào)等）電路要保持分隔，以免干擾。可編程控制器的特點(diǎn) 1可靠性高。2控制功能強(qiáng)。 3編程方便，易于使用。

8、 4使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。 5具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。 6維修方便。一、PLC的等效工作電路 PLC等效工作電路可分為輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分 二、PLC的工作過程 這個(gè)過程可以分為如下四個(gè)階段。 1公共處理階段 2執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 3程序執(zhí)行階段 4輸入、輸出更新階段 三、PLC的掃描時(shí)間 PLC完成一個(gè)掃描周期所需要的時(shí)間，稱為掃描周期時(shí)間，簡(jiǎn)稱掃描時(shí)間。四、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間 用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)必須知道有了一個(gè)輸入信號(hào)后PLC經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間才能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，否則，就不能正確并精確地解決系統(tǒng)各部件之間的配合問題。僅用P動(dòng)作控制，不能完

9、全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的 P+I控制。用 PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動(dòng)等引起的偏差。但是，I動(dòng)作過強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小。控制對(duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(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(dòng)作用的負(fù)載。 利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用。在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控

10、制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。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(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)（即實(shí)時(shí)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。其可作如下總體調(diào)整： P增益，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值； I積分時(shí)間，在不發(fā)主振蕩條件下減小其值； D微分時(shí)間，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值； 對(duì)于抑制超調(diào)，可以增大積分時(shí)間，減小微分時(shí)間。在本系統(tǒng)中的應(yīng)用： PID調(diào)節(jié)儀根據(jù)壓力傳感器采集來的信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算，并將其運(yùn)算的結(jié)果送給 變頻器作為給定，該P(yáng)ID調(diào)節(jié)儀帶有上下限報(bào)

11、警的功能。良好的人機(jī)界面?？梢詫?duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。通過其參數(shù)設(shè)定P I D的值。在本系統(tǒng)中因?yàn)橐笫菧蟮南到y(tǒng)。所以只采用PI調(diào)節(jié)就可以，因?yàn)橛辛薉系統(tǒng)很難調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)儀直接決定整個(gè)系統(tǒng)的好壞，它也影響整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。取壓口的選擇：1、取壓口要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管段上，不要選在管道拐彎、分岔、死角及流束形成渦流的地方。2、就地安裝的壓力表在水平管道上的取壓口，一般在頂部或側(cè)面。3、引至變送器的導(dǎo)壓管，其水平管道上的取壓口方位要求如下：測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在管道橫截面的下部，與管道截面中心水平線夾角在45以內(nèi)；測(cè)量氣體壓力時(shí)，取壓口應(yīng)開在管道橫截面的上部；測(cè)量水蒸氣壓力

12、時(shí)，在管道的上半部及下半部，與管道界面中心線在45夾角內(nèi)。4、取壓口處在管道閥門、擋板前后時(shí)，其與閥門、擋板的距離應(yīng)大于2-3倍的D（D為管道直徑）。導(dǎo)壓管的安裝：1、在取壓口附近的導(dǎo)壓管應(yīng)與取壓口垂直，管口應(yīng)與管壁平齊，并不得有毛刺。2、在導(dǎo)壓管的粗細(xì)、長(zhǎng)短應(yīng)選用合適，防止產(chǎn)生過大的測(cè)量滯后，一般內(nèi)徑為610mm，長(zhǎng)度不超過60m，測(cè)量高溫介質(zhì)時(shí)不得小于3m。各種介質(zhì)導(dǎo)管直徑見表4-21.3、水平安裝的導(dǎo)壓管應(yīng)有1：101:20的坡度，坡向應(yīng)有利于排液（測(cè)量氣體壓力時(shí)）或排氣（測(cè)量水的壓力時(shí)）。4、當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或易凍結(jié)時(shí)，應(yīng)加裝保溫伴熱管。測(cè)量氣體壓力時(shí)，應(yīng)優(yōu)選變送器高于取壓點(diǎn)的安裝方案

13、，以利于管道內(nèi)冷凝液回流至工藝管道可不設(shè)置分離器；測(cè)量液體壓力或蒸汽時(shí)，應(yīng)優(yōu)選變送器低于取壓點(diǎn)的安裝方案，使測(cè)量管不易集氣體，也不必另加排氣閥，在導(dǎo)壓管路的最高處應(yīng)裝設(shè)集氣器；當(dāng)被測(cè)介質(zhì)可能產(chǎn)生沉淀物析出時(shí)，在儀表前的管路上應(yīng)加裝沉降器。6、為了檢修方便，在取壓口與儀表之間應(yīng)裝切斷閥，并應(yīng)靠近取壓口。壓力表有就地安裝和控制室安裝兩種。就地安裝應(yīng)做到：1、壓力表應(yīng)安裝在能滿足儀表使用環(huán)境條件，安裝位置求振動(dòng)小、灰塵少、相對(duì)濕度小、溫度在040的地方，電氣式壓力表還要求電磁干擾小，并且安裝在易觀察、易檢修的地方。2、安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免振動(dòng)和高溫的影響，對(duì)于蒸汽和其他可凝性熱氣體以及當(dāng)介質(zhì)溫度超過60時(shí)，就地安裝的壓力表選用帶冷凝管的安裝方式。高溫介質(zhì)壓力表的安裝如圖4-48和圖4-50a所示。3、測(cè)量有腐蝕性、黏度較大、易結(jié)晶、有沉淀物的介質(zhì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選取帶隔離膜片的壓力表及遠(yuǎn)傳膜片密封變送器。腐蝕性介質(zhì)壓力表的安裝如圖4-49和圖4-50b4、壓力表的連接處應(yīng)加裝密