PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文.doc

02.2.3調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計(jì)算方法12、13PID算法：PLC內(nèi)設(shè)定了一個(gè)PID算法，所有泵的自動(dòng)切換，變頻器的工作全部依賴這個(gè)PID。PID原理PID算法控制原則基于以下公式：dtdeKCMedtKCeKCtMinitialt0)(輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)式中：()Mt：作為時(shí)間函數(shù)的回路輸出DT：回路增益E：回路錯(cuò)誤（設(shè)定值和進(jìn)程變量之間的差別）initialM：回路輸出的初始值為了在數(shù)字計(jì)算機(jī)中運(yùn)行該控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)量化為錯(cuò)誤值的定期樣本，并隨后計(jì)算輸出。數(shù)字計(jì)算機(jī)運(yùn)算以下列相應(yīng)的公式為基礎(chǔ)：11()nninitialnnMnKCeKIMKDee輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)式中：Mn：采樣時(shí)間n的回路輸出計(jì)算值KC：回路增益ne：采樣時(shí)間n的回路錯(cuò)誤值1ne：回路錯(cuò)誤的前一個(gè)數(shù)值（在采樣時(shí)間1n）KI：積分項(xiàng)的比例常數(shù)initialM：微分項(xiàng)的比例常數(shù)KD：微分項(xiàng)的比例常數(shù)在該公式中，積分項(xiàng)被顯示為全部錯(cuò)誤項(xiàng)的函數(shù)，從第一個(gè)樣本至當(dāng)前樣本。微分項(xiàng)是當(dāng)前樣本和前一個(gè)樣本的函數(shù)，而比例項(xiàng)僅是當(dāng)前樣本的函數(shù)。在數(shù)字計(jì)算機(jī)中，既不可能也沒有必要存儲(chǔ)所有的錯(cuò)誤項(xiàng)樣本。因?yàn)閺牡谝粋€(gè)樣本開始，每次對(duì)錯(cuò)誤采樣時(shí)數(shù)字計(jì)算機(jī)都必須計(jì)算輸出值，因此僅需存儲(chǔ)前一個(gè)錯(cuò)誤值和前一個(gè)積分項(xiàng)數(shù)值。由于數(shù)字計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果的重復(fù)性，可在任何采樣時(shí)間對(duì)公式進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化后的公式為：1()nnnMnKCeKIMXKDee（2-6）輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)式中：Mn：采樣時(shí)間n的回路輸出計(jì)算值KC：回路增益ne：采樣時(shí)間n的回路錯(cuò)誤值1ne：回路錯(cuò)誤的前一個(gè)數(shù)值（采樣時(shí)間1n）KI：積分項(xiàng)的比例常數(shù)MX：積分項(xiàng)的前一個(gè)數(shù)值（采樣時(shí)間1n）1KD：微分項(xiàng)的比例常數(shù)計(jì)算回路輸出值時(shí)，CPU使用對(duì)上述簡(jiǎn)化公式的修改格式。修改后的公式為：nnnMnMPMIMD（2-7）輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)式中：Mn：采樣時(shí)間n的回路輸出計(jì)算值nMP：采樣時(shí)間n的回路輸出比例項(xiàng)數(shù)值nMI：采樣時(shí)間n的回路輸出積分項(xiàng)數(shù)值nMD：采樣時(shí)間n的回路輸出微分項(xiàng)數(shù)值比例項(xiàng)比例項(xiàng)MP是增益KC和錯(cuò)誤（e）的乘積，其中增益控制輸出計(jì)算的敏感度，錯(cuò)誤是在某一特定采樣時(shí)間設(shè)定值（SP）和進(jìn)程變量（PV）之間的差。CPU采用的計(jì)算比例項(xiàng)的公式為：()MPKcSPnPVn（2-8）式中：MP：采樣時(shí)間n的回路輸出比例項(xiàng)數(shù)值Kc：回路增益SPn：采樣時(shí)間n的設(shè)定值數(shù)值PVn：采樣時(shí)間n的進(jìn)程變量數(shù)值積分項(xiàng)積分項(xiàng)MI在時(shí)間上與錯(cuò)誤（e）和成比例。CPU采用的積分項(xiàng)公式為：()SnITMIKcSPnPVnMXT（2-9）式中：nMI：采樣時(shí)間n的回路輸出積分項(xiàng)數(shù)值Kc：回路增益ST：回路采樣時(shí)間IT：積分時(shí)間（亦稱為積分時(shí)間或復(fù)原）SPn：采樣時(shí)間n的設(shè)定值數(shù)值PVn：采樣時(shí)間n的進(jìn)程變量數(shù)值MX：采樣時(shí)間1n的積分項(xiàng)數(shù)值（亦稱為積分和或偏差）積分和或偏差（MX）是積分項(xiàng)所有先前數(shù)值的運(yùn)行和。每次nMI計(jì)算后，根據(jù)nMI的數(shù)值更新偏差，該數(shù)值可能被調(diào)節(jié)或截取（詳情請(qǐng)參閱變量和范圍一節(jié)）。偏差的初始值通常被設(shè)為第一次回路輸出計(jì)算之前的輸出值。其他幾個(gè)常數(shù)也是積分項(xiàng)的一部分，例如增益Kc、采樣時(shí)間ST（即PID回路重新計(jì)算輸出值的循環(huán)時(shí)間）以及積分時(shí)間或復(fù)原IT（即用于控制積分項(xiàng)對(duì)輸出計(jì)算影響的時(shí)間）。微分項(xiàng)微分項(xiàng)MD與錯(cuò)誤變化成比例。計(jì)算微分項(xiàng)的公式為：()()DSTMDKcSPnPVnSPnPVnT（2-10）為了避免步驟改變或由于對(duì)設(shè)定值變化求導(dǎo)帶來的輸出變化，對(duì)該公式進(jìn)行修改，假定設(shè)定值為常數(shù)1nSPnSP。如下所示，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算進(jìn)程變量的變化，而不計(jì)算錯(cuò)誤的變化：21()DnnSTMDKcSPnPVnSPnPVT（2-11）或者1()DnnSTMDKcPVPVnT（2-12）nMD：采樣時(shí)間n的回路輸出微分項(xiàng)數(shù)值Kc：回路增益ST：回路采樣時(shí)間DT：回路微分階段（亦稱為微分時(shí)間或速率）SPn：采樣時(shí)間n的設(shè)定值數(shù)值1SPn：采樣時(shí)間1n的設(shè)定值數(shù)值PVn：采樣時(shí)間1n的進(jìn)程變量數(shù)值1nPV：采樣時(shí)間1n的進(jìn)程變量數(shù)值必須保存進(jìn)程變量，而不必保存錯(cuò)誤，用于下一次微分項(xiàng)計(jì)算。第一次采樣時(shí)，數(shù)值1nPV被初始化，等于nPV。2.3節(jié)能分析32.3.1水泵的基本參數(shù)和特性14-18，36，37水泵工作參數(shù)共有六個(gè)，即:流量、揚(yáng)程、功率、效率、轉(zhuǎn)速及允許吸上真空高度或氣穴余量。在六個(gè)參數(shù)中，流量、揚(yáng)程和轉(zhuǎn)速是基本參數(shù)，只要其中一個(gè)發(fā)生變化，其余參數(shù)都會(huì)按照一定的規(guī)律發(fā)生相應(yīng)的變化。1.流量Q水泵流量是指水泵在單位時(shí)間從水泵出水口排出的水量，可分為體積流量和質(zhì)量流量?jī)煞N。2.揚(yáng)程H水泵揚(yáng)程也稱水頭，是水泵由葉輪傳給單位質(zhì)量液體的總能量，可以由水泵進(jìn)水口、出水口斷面上的單位總能量1E，2E的差值表示，其單位以m計(jì)。水泵揚(yáng)程可用下式表示為22212121212VVHEEZZHHg（2-14）式中：Z1,Z2分別為真空表測(cè)壓點(diǎn)、壓力表零位點(diǎn)至基準(zhǔn)面的垂直距離，低于基準(zhǔn)面時(shí)取負(fù)值(m)。式中：12,HH分別為真空表、壓力表讀數(shù)(m)。22212VVg為水泵進(jìn)，出水口斷面的流速水頭(m)。3.功率水泵功率有以下兩種，有效功率MP和軸功率NP。有效功率MP為泵內(nèi)液體實(shí)際所獲得的凈功率(KW)，可以根據(jù)流量和揚(yáng)程來計(jì)算。1000MQHP（2-15）式中：3為液體的比重（3/mkgf）Q為液體的流量（sm/3）H為水泵的揚(yáng)程（m）。軸功率NP是水泵在一定流量、揚(yáng)程下運(yùn)行時(shí)所需的外來功率，即由動(dòng)力機(jī)傳給水泵軸上的功率(KW)。軸功率不可能全部傳給液體，而要消耗一部分功率后，才成為有效功功率。100%1001000MNPQHP（2-16）式中：水泵效率（%）4.效率有效功率與軸功率的比值為效率。100%MNPP（2-17）水泵效率標(biāo)志著水泵傳遞能量的有效程度，亦即反映了泵內(nèi)功率損失的大小，是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。它由泵內(nèi)水力效率、機(jī)械效率及容積效率等三個(gè)局部效率組成。(1)機(jī)械損失與機(jī)械效率機(jī)械損失包括軸與軸承的磨擦損失、軸與填料函的磨擦損失以及葉輪在水中旋轉(zhuǎn)時(shí)引起的損失即輪盤損失。水泵克服了機(jī)械損失之后，把剩下的功率傳給所抽的水，這部分功率叫做水功率WP。thWHqQP（2-18）式中：qQ：流過葉輪的全部流量q：漏損量thH：水泵理論揚(yáng)程機(jī)械損失的大小用機(jī)械效率表示100%WjNPP（2-19）(2)容積損失與容積效率在流過葉輪的全