恒压水控制系统的集成与安装调试讲解

1、 设计一个恒压供水系 统，被控系统如图4- 1所示。被控对象参 数：可供水人数200 人（250L/人/日）， 最大供水量7t/h，扬 程50m，水压力控制 精度5%。 压力控制 器 变频器水泵 出水压力 压力检测和变送 装置 压力测量值 压力 设定 值 偏差 控制 输出转速 1、目标信号XT即给定 端VRF上得到的信号， 该信号是一个与压力 的控制目标相对应的 值，通常用百分数表 示。目标信号也可以 由键盘直接给定，而 不必通过外接电路来 给定。 2、反馈信号XF。是压 力变送器SP反馈回来 的信号，该信号是一 个反映实际压力回来 的信号。 要求：最大供水量7t/h（即7m/h)，扬程50m

2、。 经过对要求考虑，最后选用SDCW8-50型号的水 泵。其最大供水量为12m/h，扬程为50m。 1、在大气腐蚀性较强、粉尘较多和易喷淋液体等环 境恶劣的场合，宜选用密闭式全塑压力表。 2、稀硝酸、醋酸、氨类及其他一般腐蚀性介质，应 选用耐酸压力表、氨压力表或不锈钢膜片压力表。 3、稀盐酸、盐酸气、重油类及其类似的具有强腐蚀 性、含固体颗粒、粘稠液等介质，应选用膜片压力 表或隔膜压力表。其膜片或隔膜的材质，必须根据 测量介质的特性选择。 4、结晶、结疤及高黏度等介质，应选用膜片压力表。 5、在机械振动较强的场合，应选用耐震压力表或船 用压力表。 6、在易燃、易爆的场合，如需电接点讯号时，应选

3、 用防爆电接点压力表。 本系统我们选用压力变送器 压力变送器（pressure transmitter）是指以输 出为标准信号的压力传感器，是一种接受压力变 量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测 压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参 数转变成标准的电信号（如420mADC等）， 以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表 进行测量、指示和过程调节。 本系统采用意大利仪表厂生产 的TGK型压力变送器，TGK型 压力变送器为四线制带现场 LED数字显示的压力变送器， 其供电电源和输出信号分别传 送。 主要性能有： 1.抗干扰能力强（电源地与信 号地隔离），特别适合变频器 应用场合 2.

4、现场3 1/2位LED数字显示 3.供电电源可选（交流220V / 直流24V） 4.输出信号可选（010 mA / 420mA） 5.负载阻抗： 0600 ( 4 20 mA);01.5k ( 010 mA) 工作原理： 利用压力的变化来改变阻 值以得到不同的电流。当 压力大时阻值变小，电流 变大，即输入的电流变大， 当压力变小时，电阻阻值 变大，电流变小。 在本系统中应用：主要采 用其作为输入电路，根据 其水压的变化，输出标准 的4-20mA的标准电流， 该传感器带有压力变送器， 能将传感器采集的信号变 成标准的信号。压力变送 器把标准的4-20mA的电 流信号送给PID调节仪， 作为整个

5、系统的输入给定。 压力传感器能固定在水管 的阀门上，方便容易安装。 变频器简介 变频器的功能是将频率固定的(通常为 50Hz)的交流电变换成频率连续可调的三相交流电 源。变频器的输入端接至频率固定的三相交流电， 输出端输出的是频率在一定范围内连续可调的三相 交流电。 变频器主要分为间接变频和直接变频两大 类，而间接变频又根据中间直流环节的主要储能元 件的不同可分为电压型和电流型。电压型变频器主 回路由相控整流器，中间直流环节和逆变器三个部 分组成。 电流型交一直一交变频器与电压型变频器 的差别仅在于中间直流环节中的储能元件用的是电 感而不是电容。由于中间直流环节是高阻抗输出相 当于电流源，故称

6、电流型。 我们采用的变频器是安川（YASKAWA）公司的CIMRG7 异步电动机变频器，简称CIMRG7。 CIMRG7是一种用 于三相异步电动机的变频器，由 200 V 至 400 V 三相 电源供电，功率范围 0.3kW 至 300 kW。CIMRG7 设计 用于工业或商用建筑中的加热、通风以及空气调节 (HVAC) 方面的现代化应用场合。CIMRG7 通过对能耗 进行优化可以降低运行成本，同时提高了用户的舒适程 度。大量的集成化选件可让它与电气设备和复杂的控制 系统进行适配和集成。变频器在最初设计中就已经考虑 了电磁兼容性的要求。 CIMRG7的成品可直接用于泵类 和通风应用中。它有一个

7、操作盘可用于修改编程、调整、 控制或检测功能，以便适应和优化应用以满足不同的要 求。 CIMRG7的保护功能有: 1.使用 PTC 热传感器的电机和风扇热 保护 2. 连续运行中防过载和过电流 的保护 3. 通过频率跳跃功能进行的对 设备的机械保护 4. 通过多重故障状态管理和可 配置警报进行的保护 同时，CIMRG7 还容易集成到 控制系统中，它配备了:4 个逻 辑输入，2 个继电器输出， 2 个模拟输入和 1 个模拟输出 ； 插入式 I/O 接头 ；电气参数显 示及运行指示 ；内置EMC滤波 器，内置制动单元；变频器中 标准配置一个符合 Modbus 协 议的 RS485 多点串口连接。同

8、 时，CIMRG7 有多种可选件 （远程控制盘，制动电阻，进 线电抗，RFI滤波器等） 变频 器在接线时，必须接地。动力 电缆和设备中的弱电信号（如 PLC信号等）电路要保持分隔， 以免干扰。 可编程控制器的特点 1可靠性高。 2控制功能强。 3编程方便，易于使用。 4使用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。 5具有各种接口，与外部设备连接非常方便。 6维修方便。 一、PLC的等效工作电路 PLC等效工作电路可分为 输入、输出和内部控制电 路三部分 二、PLC的工作过程 这个过程可以分为如下四 个阶段。 1公共处理阶段 2执行外围设备命令阶 段 3程序执行阶段 4输入、输出更新阶段 三、PLC的扫

9、描时间 PLC完成一个扫描周期所 需要的时间，称为扫描周 期时间，简称扫描时间。 四、PLC的I/O响应时间 用PLC设计一个控制系统 时必须知道有了一个输 入信号后PLC经过多长时 间才能有一个对应的输出 信号，否则，就不能正确 并精确地解决系统各部件 之间的配合问题。 仅用P动作控制，不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般采用 增加I动作的 P+I控制。用 PI控制时，能消除由改变目标值和经常的 外来扰动等引起的偏差。但是，I动作过强时，对快速变化偏差响应 迟缓。对有积分元件的负载系统可以单独使用P动作控制。对于PD 控制，发生偏差时，很快产生比单独D动作还要大的操作量，以此抑 制偏差的

10、增加。偏差小时，P动作的作用减小。控制对象含有积分元 件的负载场合，仅P动作控制，有时由于此积分元件的作用，系统发 生振荡。在该场合，为使P动作的振荡衰减和系统稳定，可用PD控 制。换言之，该种控制方式适用于过程本身没有制动作用的负载。 利用I动作消除偏差作用和用D动作抑制振荡作用。在结合P动作就构 成了PID控制，本系统就是采用了这种方式。采用PID控制较其它组 合控制效果要好，基本上能获得无偏差、精度高和系统稳定的控制 过程。这种控制方式用于从产生偏差到出现响应需要一定时间的负 载系统（即实时性要求不高，工业上的过程控制系统一般都是此类 系统，本系统也比较适合PID调节）效果比较好。 其可

11、作如下总体调整： P 增益，在不发生振荡条件下 增大其值； I积分时间，在 不发主振荡条件下减小其值； D微分时间，在不发生振荡 条件下增大其值； 对于抑 制超调，可以增大积分时间， 减小微分时间。 在本系统中的应用： PID调节仪根据压力传感器 采集来的信号进行PID运算， 并将其运算的结果送给 变频 器作为给定，该PID调节仪 带有上下限报警的功能。良 好的人机界面。可以对其参 数进行设定。通过其参数设 定P I D的值。在本系统中因 为要求是滞后的系统。所以 只采用PI调节就可以，因为 有了D系统很难调节。整个 系统中PID调节仪直接决定 整个系统的好坏，它也影响 整个系统的使用寿命。

12、取压口的选择： 1、取压口要选在被测介质直线流动的管段上，不要 选在管道拐弯、分岔、死角及流束形成涡流的地方。 2、就地安装的压力表在水平管道上的取压口，一般 在顶部或侧面。 3、引至变送器的导压管，其水平管道上的取压口方 位要求如下：测量液体压力时，取压口应开在管道横 截面的下部，与管道截面中心水平线夹角在45以 内；测量气体压力时，取压口应开在管道横截面的上 部；测量水蒸气压力时，在管道的上半部及下半部， 与管道界面中心线在45夹角内。 4、取压口处在管道阀门、挡板前后时，其与阀门、 挡板的距离应大于2-3倍的D（D为管道直径）。 导压管的安装： 1、在取压口附近的导压管应与取压口垂直，管

13、口应与管壁平齐，并不得有毛 刺。 2、在导压管的粗细、长短应选用合适，防止产生过大的测量滞后，一般内径 为610mm，长度不超过60m，测量高温介质时不得小于3m。各种介质导 管直径见表4-21. 3、水平安装的导压管应有1：101:20的坡度，坡向应 有利于排液（测量气体压力时）或排气（测量水的压力 时）。 4、当被测介质易冷凝或易冻结时，应加装保温伴热管。 测量气体压力时，应优选变送器高于取压点的安装方案， 以利于管道内冷凝液回流至工艺管道可不设置分离器；测 量液体压力或蒸汽时，应优选变送器低于取压点的安装方 案，使测量管不易集气体，也不必另加排气阀，在导压管 路的最高处应装设集气器；当被

14、测介质可能产生沉淀物析 出时，在仪表前的管路上应加装沉降器。 6、为了检修方便，在取压口与仪表之间应装切断阀，并 应靠近取压口。 压力表有就地安装和控制室安装两种。就地安装应做到： 1、压力表应安装在能满足仪表使用环境条件，安装位置求振动小、 灰尘少、相对湿度小、温度在040的地方，电气式压力表还要求 电磁干扰小，并且安装在易观察、易检修的地方。 2、安装地点应尽量避免振动和高温的影响，对于蒸汽和其他可凝性 热气体以及当介质温度超过60时，就地安装的压力表选用带冷凝 管的安装方式。高温介质压力表的安装如图4-48和图4-50a所示。 3、测量有腐蚀性、黏度 较大、易结晶、有沉淀 物的介质时，应优先选 取带隔离膜片的压力表 及远传膜片密封变送器。 腐蚀性介质压力表的安 装如图4-49和图4-50b 4、压力表的连接处应加装