关于建筑施工场所恒压供水技术的应用.docx

1、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0.2Mpa5%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

2、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420ma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

3、际的压力变换为420ma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420ma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

4、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0.51;i参数和d参数的比值大约为4，i参数的值一般为6s16s;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30s80s;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

5、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

6、(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

7、 (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

8、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

9、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

10、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

11、，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

12、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

13、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

14、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。