變頻調速恒壓供水(plc)畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 有兩種配置方案，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當然方便，電機與變頻器間不須切換，但購變頻器的費用較高。所以本系統采用另一種方案是三臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行。其余水泵工頻運行，以滿足不同用水量的需求。 圖21 PLC控制的恒壓供水泵站三臺泵生活/消防雙恒壓供水系統的基本功能為： 南華學院畢業論文 第 5 頁 共 37 頁(1)生活供水時，系統低恒壓值運行，消防供水時高恒壓值運行。(2)三臺泵根據恒壓的需要．采取“先開先停”的原則接入和退出。(3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行時間超過3h，則要切換下即系統具有“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。 南華學院畢業論文 第 6 頁 共 37 頁 變頻器的設計交流變頻器是微計算機及現代電力電子技術高度發展的結果。微計算機是變頻器的核心，電力電子器件構成了變頻器的主電路。大家都知道，從發電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒50Hz。而交流電動機的同步轉速 （）PfN1160?式中 同步轉速，r/min； 1N 定子頻率，Hz；f 電機的磁極對數。P而異步電動機轉速 （） )1(60)1(sPfsN??式中 異步電機轉差率，s，一般小于3%。11/)(??均與送入電機的電流頻率/成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變電機的運行速度，也就是說變頻對于交流電機的調運來說是十分合適的。根據設計要求，選用通用變頻器。其帶有 PID 功能。通過變頻器面板設定一個給定頻率作為壓力給定值，變頻器根據壓力給定和實測壓力，調節輸出頻率，改變水泵轉速，控制管網壓力保持在給定壓力值上；U、V、W 輸出端并聯三個接觸器分別接 MMM3 泵電機，變頻器可分別驅動三臺泵，另外這三臺泵電機還通過另外三個接觸器并聯到工頻電源上，這 6 個接觸器線包連接到 PLC 的四個輸出點上，由 PLC 控制其工頻、變頻切換工作。 南華學院畢業論文 第 7 頁 共 37 頁通過變頻器面板設定一個給定頻率作為壓力給定值，變頻器根據壓力給定和實測壓力，調節輸出頻率，改變水泵轉速。變頻器有2個作用，一是作為電機的軟起動裝置，限制電動機的啟動電流；二是改變異步電動機的轉速，實現恒壓供水。 PID 控制器的設計 PID 控制器的選擇PID控制方式是現代工業控制中應用的最廣泛的反饋控制力式之一。它的原理通過控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標值(溫度、流量、壓力等設定值)進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與目標值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種：(1)硬件型，即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和P，I，D 參數及目標值的設定。(2)軟件型，使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器上做 PID控制器。在該系統中我們用硬件型設計這樣可以減少編程。 PID 控制算法及特點圖31 PID控制原理圖圖31為PID控制原理圖。PID控制器根據日標值(設定值)r(t)與反饋值(測量++ +驅動部 控制對象P I D目標值 + (給定值)反饋值 南華學院畢業論文 第 8 頁 共 37 頁值)c(t)構成的控制偏差： e(t)=r(t)c(t) 。將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構成控制量，對受控對象進行控制。其控制規律為：（）])(0)(1)([)( tdetTeTteKptu????或 （）])()()([10tttd??式中 ： 調節器的比例系數CK： 調節器的積分時間iT ： 調節器的微分時間d： 調節器的偏差信號eδ： 比例帶，它是慣用增益的倒數u： 輸出簡單來說 ，PID控制器各校正環節的作用是這樣的：(1)比例環節： 即時成比例地反應控制系統的偏差信號e(t)，偏差一旦產生，控制器立即產生控制作用以減小誤差。(2)積分環節 ：主要用于消除靜差，提高系統的無差度，積分作用的強弱取決于積分時間常數Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。(3)微分環節 ：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，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減小調節時間。PID調節器的傳遞函數是： （）)](1[)(sTnsGcd???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，因為它不能 南華學院畢業論文 第 9 頁 共 37 頁起到使被控變量接近設定值的效果，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可以單獨使用P動作控制。對于PID控制，發生偏差時，很快產生比單獨D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時，P動作的作用減小。控制對象含有積分元件的負載場合，僅P動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統發生振蕩。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統穩定，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，在結合P動作就構成了PID控制，本系統就是采用了這種方式。因為PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統穩定的控制過程。這種控制方式用于從產生偏差到出現響應需要一定時間的負載系統效果比較好。 PLC 的選擇及應用 PLC 在恒壓供水泵站中的主要任務(1)代替調節器實現水壓給定值與反饋值的綜合與調節工作，實現數字式PID調節。一只傳統調節器往往只能實現一路PID設置，用PLC作調節器可同時實現多路PID設置。在多功能供水泵站的各類情況中PID參數可能不一樣，使用PLC作數字式調節器就十分方便。(2)控制水泵的運行與切換。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設備均勻地磨損，水泵及電機是輪換工作的。在設單一變頻器的多泵組泵站中，如規定和變頻器相連接的泵為主泵，主泵也是輪流擔任的。主泵在運行時達到最高頻率時，增加一臺工頻泵投入運行。PLC則是泵組管理的執行設備。(3)變頻器的驅動控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來的模擬信 南華學院畢業論文 第 10 頁 共 37 頁號。輸出端送出經給定值與反饋值比較并經PID處理后得出的模擬量控制信號，并依此