关于建筑施工场所恒压供水技术的应用.docx
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关于建筑施工场所恒压供水技术的应用
关于建筑施工场所恒压供水技术的应用
关于建筑施工场所恒压供水技术的应用
摘要:
恒压供水(热水)要求:
1)采用三台2.2KW的水泵,工作方式为二用一备,并且要互为备用,轮流切换工作;
2)供水要求:
系统供水压力要求0.2Mpa±5%之间,恒压不间断的向用户进行供水。
3)控制系统应具备手动和自动功能,当设备故障时要有报警输出,当储热水箱低水位时,供水系统要有停止工作。
3.2设备选型
根据设备情况及甲方要求,变频器选用三菱FD-D700系列,PLC选用三菱FX2N系列,接触和断路器选用施耐德电气产品。
3.3电路设计和程序编写
1)电路设计
一次电路:
水泵采用工频运行和变频运行两种接线方式,变频器为一拖三的方式进行接线。
二次电路:
工频运行和变频运行设定互锁接线、为确保系统的可靠性及保护PLC,接触器线圈与PLC输出独立接线,通过中间断电器进行连接。
2)程序编写
程序编写主要采用步进指令进行,根据用户
现在的pid温控器多为数字型控制器,具有位控方式、数字pid控制方式以及模糊控制方式,有的还具有自整定功能,如富士pwx系列温控器、欧陆800系列温控器就属此类型。
此类温控器的输入输出类型都可通过设置参数来改变,考虑到抗干扰性,一般将输入输出类型都设定为4~20ma电流类型。
图1为以pid温控器调节器构成的闭环压力调节系统,压力的给定值由pid温控器的面板设定,压力传感器将实际的压力变换为4~20ma的压力反馈信号,并送入pid温控器的输入端;pid温控器将输入的模拟电流信号经数字滤波、a/d转换后变为数字信号,一方面作为实际压力值显示在面板上,另一方面与给定值作差值运算;偏差值经数字pid运算器运算后输出一个数字结果,其结果又经d/a转换后,在pid温控器的输出端输出4~20ma的电流信号去调节变频器的频率,变频器再驱动水泵电机,使压力上升。
当给定值大于实际压力值时,pid温控器输出最大值20ma,压力迅速上升,当给定值刚小于实际压力值时,pid温控器输出开始退出饱和状态,输出值减小,压力超调后也逐渐下降,最后压力稳定在设定值处,变频器频率也稳定在某个频率附近。
这种pid控制形式的主要优点有:
操作简单、功能强大、动态调节性能好,适用于选用的变频器性能不是很高的应用场合,同时控制器还具有传感器断线和故障自动检测功能。
缺点是:
pid调节过于频繁,稳态性能稍差,布线工作量多。
调试注意要点:
p参数值不宜太大,一般为0.5~1;i参数和d参数的比值大约为4,i参数的值一般为6s~16s;由于pid温控器的响应快,为了防止调整过程中压力波动过大,变频器的上升和下降时间应调大些,推荐30s~80s;设定pid温控器的显示标尺斜率,校正压力显示值;设定适当的数字滤波时间,抑制干扰信号的输入。
3软件型pid
喜欢使用plc指令编程的设计者通常自己动手编写pid算法程序,这样可以充分利用plc的功能。
在连续控制系统中,模拟pid的控制规律形式为
(1)
式中e(t)—偏差输入函数;
u(t)—调节器输出函数;
kp—比例系数;
t1—积分时间常数;
td—微分时间常数。
由于式
(1)为模拟量表达式,而plc程序只能处理离散数字量,为此,必须将连续形式的微分方程化成离散形式的差分方程。
式
(1)经离散化后的差分方程为
(2)
式中t—采样周期;
k—采样序号,k=0,1,2…i,…k;
u(k)—采样时刻k时的输出值;
e(k)—采样时刻k时的偏差值;
e(k-1)—采样时刻k-1时的偏差值;
为了减小计算量和节省内存开销,将式
(2)化为递推关系式形式:
(3)
式中sv—调节器设定值;
f(k)—采样时刻k时的反馈值;
f(k-1)—采样时刻k-1时的反馈值;
f(k-2)—采样时刻k-2时的反馈值;
至此式(3)已可以用作编程算法使用了,如图2所示,建议采用1s的时间定时中断程序来做pid程序。
式(3)中的常数项可在参数输入后调用一个子程序来计算,这样可以避免每个扫描周期都计算一次常数项。
图2软件型pid控制系统框图
可采用与plc直接连接的文本显示器或触摸面板输入参数和显示参数,如西门子的td200、tp7等。
使用式(3)编写pid程序,需4次乘法、两次加法、两次减法计算以及多个mov指令,因此显得很烦琐。
实际应用中,取消p、d控制,保留i控制,也能很好满足实际要求,所以控制关系式可写成:
u(k)=u(k-1)+△u(4)
式中△u—积分增量。
显然式(4)简单得多,积分增量可根据实际需要来确定。
当压力未到达设定值,增量为正;当压力超调后,增量为负。
采用式(4)来控制压力,也存在一些问题,△u设置过大,则稳态时压力误差大,△u设置太小,则调整时间太长。
如果结合模糊控制的思想,就能较好地改良控制性能。
控制思想如下:
当实际压力小于设定值的90%时,plc输出最大值信号,使变频器以50hz运行,从而压力迅速上升;当实际压力等于或大于设定值的90%时,plc输出一个经验值,然后才调用增量控制中断程序。
经验值可事先设定,等压力稳定后,再将稳定后的控制输出值替换原预设经验值。
这种形式的pid控制器优点是控制性能好,柔性好,在调节结束后,压力十分稳定,信号受干扰小,调试简单,接线工作量少,可靠性高。
不足是编程工作量增加,需增加硬件成本。
调试时要尽量设置短的变频器的上升时间和下降时间。
在编程设计中必须防止计算结果值溢出,造成控制失控,而且还要编写校正传感器零点和判断其是否正常的功能程序。
4变频器内置pid
现在的大多数变频器,无论是水泵风机专用型,还是通用型都内置了pid控制功能,这对节省系统的成本很有利。
使用变频器的内置pid功能,首先必须设定pid功能有效,然后确定pid控制器的信号输入类型,如采用有反馈信号输入,则要求有设定值信号,设定值可以为外部信号,也可以是面板设定值;如采用偏差输入信号,则无须输入设定值信号。
以下是以三菱f540系列变频器为例的2种输入信号接线控制图,如图3、图4所示。
图中:
r1—设定值电位器,r2—电阻式远传压力表,rt与sd短接pid功能有效。
图3设定值为面板输入,反馈信号
为电流信号的内置pid接线图
图4输入为偏差值的内置pid接线图
内置型pid的优点很明显,成本低,控制性能较好,设置的参数少,接线工作量较少,抗干扰性最好。
缺点是这种pid也属软件型pid,响应较慢,易出现超调现象;压力的设置和显示不直观。
调试应尽量设置短的变频器的上升时间和下降时间,使用面板设定设置值时,设定的是设置值与传感器量程的相对值,设置正确的pid动作方向。
5结束语
当然实际应用还有其他形式的控制器,只不过这3种形式的pid控制器较常用而已。
在结束文章之前,我想小结一下设计者应如何选择哪种形式的pid控制器。
对于初入门的设计者来说,采用第1种形式较佳,因为pid温控器操作方便、简单易懂,通过实时调整,了解pid参数的作用,较快的掌握pid控制的原理。
对于有经验的设计者来说,采用第2种形式最好,因为利用plc的指令可以编出功能强大的控制器并能优化plc控制程序。
对于考虑成本的设计者来说,
采用第3种形式的图4应用方案最佳,既充分利用了变频器的功能,又节省了高成本的压力传感器,而且控制效果也不错,不失为一种好方案。
文中有不当之处,敬请同行批评指正!
1 概述
日常的生活用水经常随时间而变化的,因季节、昼夜相差很大,因此用水和供水的不平衡集中表现在水压上,即用水多而供水少则水压低,用水少而供水多则水压高。
保持供水压力可以保持供、用水的平衡。
以往采用水箱和水塔或气罐加压方法,往往容易造成水的二次污染、造成水质不好。
由于电力电子技术的发展,变频调速技术在水塔自动恒压供水方面获得了广泛的应用。
2 组成及工作原理
一般供水系统三台泵组成,每台泵的出水管均装有手动阀,以供维修和调节水量之用,三台泵为一台小泵两台大泵组成,小泵为1.5KW大泵为3.0KW,三台泵的协调工作以满足供水需要。
现系统组成如图1所示。
该系统由一台PLC两个变频器。
两个变频器。
两个压力传感器,控制柜及相关设备组成。
利用一台变频器可以控制两台30KW水泵的运转,改造后,1#泵15KW始终处于工频运转,两台30KW水泵由变频器的控制实现变工况运转。
1#泵工频运转一般不能满足白天的最小用水量,因此白天供水时首先投入1#泵和2#泵,2#泵工作在变频启动状态,随着压力会自动调节频率的高低以保持压力的恒定,在用水量不大时,2#泵和1号泵同时工作可以满足要求,如果用水量增大,2#泵会自动切换到工频状态,并给PLC发出信号,继而变频启动3#泵30KW,此时1#,2#泵工作在工频状态,3#泵工作在变频状态。
由于3#泵的自动调节功能,从而保证系统的恒压。
一般而言,三台泵同时投入是绝对能满足要求的。
控制系统硬件组成图如图2所示:
注:
MC1、MC2互锁,MC3、MC4互锁,MC6用于切断2#运行,MC7用于切断3#运行
如果3#泵工频运转压力不能满足要求的话,则该变频器会自动切除,退出工作,使3#泵处于工频。
该系统组成简单,系统成本低,可靠性高。
3 系统功能
该系统选用FR-500日本三菱变频器。
该系统中具有功能:
3.1 自动切换变频/工频运行功能
变频器提供三种不同的工作方式供用户选择:
方式0:
基本工作方式。
变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率:
控制其他辅助泵启停。
即当变频器的输出频率达到最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率达到最小频率时则停止最后启动的辅助泵。
由此控制增减工频运行泵的台数。
方式1:
交替方式,变频器通常固定驱动某台泵,并实时根据其输出频率,使辅助泵工频运行,此方式与方式0不同之处在于若前一次泵启动的顺序是泵1→泵2,当变频器输出停止时,下一次启动顺序变为泵2→泵1。
方式2:
直接方式。
当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵达到最高频率时,变频器将该泵切换到工频运行,变频器启动下一台泵变频运行,相反当泵停止条件成立时,先停止最先启动的泵。
3.2 PID的调节功能
由压力传感器反馈的水压信号(4-20MA或-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器),设定给定压力值,PID参数值,并通过PLC计算何以需切换泵的操作完成系统控制,系统参数在实际运行中调整,使系统控制响应趋于完整。
3.3 “休眠”功能
系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况,为了节能,该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能,当变频器频率输出低于其下限时,变频器停止工作,2#、3#泵不工作,水泵停止(处于休眠状态)。
当水压继续升高时将停止1泵,当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2#泵或3#泵,当频率到达一定值后将启动1#泵调节2#或3#泵的转速。