基于plc变频调速的恒压供水系统论文

基于plc变频调速的恒压供水系统论文内容摘要：

、 PID 控制及调节 PID控制是一种负反馈控制，它所组成的控制系统由 PID控制器和被控对象组成，具 有一般闭环反馈控制系统的结构，通过负反馈作用使被控系统趋于稳定。 常规 PID控制系统原理框图如图 51所示。 X X比 例 （ P )微 分 （ D )积 分 （ I ) 被 控 对 象++++++r ( t )r ( t )e ( t )e ( t )u ( t )u ( t )y ( t )y ( t ) 图 51 PID控制器原理 PID控制器综合了关于系统过去 (I)、现在 (P)和未来 (D)三方 I面的信息，对动态过程无需太多的预先知识，控制效果能够满足要求。 PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值 r(f)与实际输出值灭 f)构成的控制偏差 e(t)=y(t)r(t) （ 51） 将偏差 P(r)的的比例 (Proportion)、积分 (Integral)和微分 (Differential)，通 过线性组合构成控制器，对被控对象进行控制，故称 PID控制器。 其理想的控制规律为 u(t)=Kｐ ［ e(t)+1/T1∫ e(t)dt+TDde(t)/dt］ （ 52） 对上式作拉氏变换可得： U(S)=Kｐ (E(S)+T1E(S)/S+T DSE(S)) （ 53） PID 控制器的传递函数形式由式（ 54）描述。 G(S)=U(S)/E(S)=KP(1+1/T1S)=KP+K1/S+KDS (54) 式中 KP一称为比例系数。 K1=T/T1一称为积分系数。 KD=TD/T一称为微分系数 T1一为积分时间常数； 9 TD一为微分时间常数； PID控制器各个部分的作用及其在控制中的调节规律如下 ： （ l） 比例增益部分 (P)用于保证控制量的输出含有与系统偏差成线性关系的分量． 能够快速反应系统输出偏差的变化情况。 由经典控制理论可知，比例环节不能 彻底消除系统偏差，系统偏差随比例系数的增大而减少，但比例系数过大将导致系统不稳定。 （ 2） 积分部分 (I)表明控制器的输出不仅与输入控制的系统偏差的大小有关，还与偏差持续的时间有关，即与偏差对时间的积分成线性关系。 只要偏差存在，控制就要发生改变，实现对被控对象的调节，直到系统偏差为零。 因此积分作用主要是用来消除系统的静态偏差，提高精度，改善系统的静态特性。 积分作用的强弱取决于积分时间常数 Z，正越大，积分作用越弱，反之则越强。 然而，单纯的积分作用速度太慢，无法及时对系统的偏差变化做出快速反应。 （ 3） 微分部分 (D)可以对输入的变化趋势做出反应，即它的输入与输出的大小无关，但与输入量的导数成线性关系。 它是用来控制被调量的振荡，减小超调量，使系统趋向稳定，减小调节时间，用来改善系统的动态特特性。 由于微分环节在系统 传递函数中引入了一个零点，如果使用不当会使系统不稳定。 PID的三种作用是各自独立的，互不影响的。 改变一个调节参数，只影响一种调节作用，不会影响其他的调节作用。 显然，对于大多数系统来说，单独使用上面任意一种控制舰律都难以获得良好的控制性能。 如果能将它们的作用作适当的配合，可以使调节器快速、平稳、准确的运行， 从而获得满意的控制效果。 一般来说，系统是使用它们的组合，如 PI控制算法， PD控制算法和 PID控制算法。 为了更好的理解 PID 的工作流程，设 XT为设定值， XF 为 系统反馈值，他们的关系见图 52。 10 开 始设 定 目 标 信 号 X T 值其 大 小 与 所 求 的管 道 压 力 目 标 相对 应反 馈 信 号 X F 值压 力 传 感 器 的 反 馈值X 0 = X T X FX F X TX 0 = X T X F 0X F X TX 0 = X T X F 0X F → X T频 率 fx↓转 速 n ↓压 力 下 降 同时 流 量 减 少X F = X T频 率 fx ↑转 速 n ↑水 压 上 升 同时 流 量 增 加X F = X Tf x 不 变维 持 目 标 值变 频 输 出 频 率 f x 的 大 小由 合 成 信 号 （ X T X F ）决 定反 馈 信 号 大 于 目 标信 号 则 合 成 信 号 小于 0变 频 输 出 频 率 下降水 泵 电 动 机 转 速 下降说 莫 供 水 量大 于 用 水 量反 馈 信 号 是 否 与目 标 信 号 相 等保 持 供 水 流 量 等于 用 水 流 量反 馈 信 号 小 于 目 标 信号 则 合 成 信 号 大 于 0变 频 输 出 频 率 上 升水 泵 电 动 机 转 速 上 升说 明 用 水 量 小 于 供 水 量反 馈 信 号 是 否 与 目标 信 号 值 相 等 0 0是否否是= 0 图 52 PID 控制的基本工作过程 11 六 、 PLC、变频器控制的恒压供水系统方案 通常，生产和生活中常见的供水系统的控制并不复杂，但是对供水系统 的质量及可靠性却有较为严格的要求。 根据该供水系统的设备配置情况及供水系统的特点做如下方案：该自动供水系统的控制核 心采用 PLC，并配置常规电气配电控制系统。 恒压供水系统组成及主要自控设备的作用如下： ，使两台均为双主回路（变频工频）的驱动方式。 、 PID 调节器、压力开关、液位控制器、 PLC 与触摸屏及电气自动控制系统等组成。 1） 压力传感器。 用来测量供水水压。 2） PID 调节器。 用来实现恒压控制。 3） 压力开关。 作为水泵启动后能否投入供水系统运动的信号。 4） 液位控制器。 用来临视并向 PLC传递供水水箱的液位信号。 PLC 电气控制系统用来完成整个供水系统的自动控制。 （ 一） 方案特点 在 原有的供水系统的基础上改造 ， 也可以作为新建供水系统的 控制 方案。 PLC 为控制核心，利用变频器调速，控制面板采用常规的按钮开关控制。 ： 1） 水泵电动机在工频状态运行时，受热继电器（过载）和空气断路器（短路、过电流）保护。 2） 水泵电动机在变频状态运行时，受变频器（过载、短路、过电流、过电压、缺相）保护。 变频器又受空气断路器（短路、过电流）保护。 12 （二） 变频 工频双回路恒压供水方案优点。 瑞振点。 ，合理利用现有设备。 ，如电机过电流、过载、过热；电源缺相，过、欠电压；电机接地故障；系统水压过高、水压过低；管网泄漏、堵塞等。