基于PLC恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的高速發(fā)展，能源越來越緊缺，而人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求也不斷提高，因此采用先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)來設(shè)計(jì)高節(jié)能、高可靠性的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。 針對(duì)目前的小區(qū)供水系統(tǒng)中存在的電能、水資源浪費(fèi)且供水質(zhì)量差等問題,本文研究并設(shè)計(jì)了一種變頻調(diào)速恒壓供水控制器。該控制器是以三菱FX2N PLC為核心，并與變頻器、壓力傳感器等器件結(jié)合起來，共同構(gòu)成了變頻恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以管網(wǎng)水壓為設(shè)定參數(shù)，根據(jù)用水量的大小由PLC控制投入運(yùn)行的水泵的數(shù)量及電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 本文首先根據(jù)供水系統(tǒng)的管阻特性曲線和水泵揚(yáng)程特性曲線，分析了恒壓供水的原理；然后根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運(yùn)行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。接著分析了變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成、工作原理和控制流程。在研究了PID算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于變頻恒壓供水系統(tǒng)的PID控制器。最后對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并指出了系統(tǒng)所存在的問題，并給出了相關(guān)的抑制方法。 本系統(tǒng)是針對(duì)安陽市某住宅小區(qū)供水而設(shè)計(jì)的，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和運(yùn)行表明本課題所設(shè)計(jì)的恒壓供水系統(tǒng)對(duì)水壓的實(shí)時(shí)控制性能良好，硬件模塊工作穩(wěn)定、可靠，所設(shè)計(jì)的PID控制器正確有效，較好的保證了管網(wǎng)水壓的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)是一種較理想的控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：PLC；變頻；供水；恒壓；PID ABSTRACT With the rapid development of economy and society,energy resources are seriously lackingAt the same time，the demands for quality and reliability of water supply system are increased continuallySo it is inevitable tendency to design one kind of water supply system which is high reliable and saves on energy well，with the help of advanced technique of automation and contr01 Direct towards the problems of actual water supply system，such as electric power and water resource waste and low quality of water supply,this paper mainly studied and designed a controller of the VF speed regulating constantpressure water supply systemWith the core of Mitsubishi FX2NPLC，this controller combined transducer and pressure sensorThe pressure value of the water-supply pipeline was set，and the number of running pumps and the rotate speed of motor to implement theclosedloop control of water pressure was controlled in this system，namely constantpressure water supply This paper explained the principle of constantpressure water supply on the basis of characteristic curve of pipeline resistance and water pump headAnd water supply systemS energysaving principle of water pump VF speed control Was clarified according to characteristic curve of running pipelines and water pumpThen the structure and work principle and control flow of VF speed regulating constant pressure water supply system Was analyzed in the paperBased on the research of PIDcontrol theory,this paper has designed a PID controllerThe design of the systems hardware and software Was introduced thoroughly,and systemS EMI problems and relevant restraining methods were put forward in the end The water supply system is designed for a residential area in An yang cityAfteronsite commissioning and operation shows the real time control performance to the water pressure of water supply system designed in this paper Was proved to be all-right according to the experimentation validatedThe hardware module is steadygoing and reliable，and the PID controller is proper and valid and can guarantee the better stability of water pressureAnd this control system is perfectKey words：PLC；Variable frequency；Water supply；Constant pressure；PID目 錄第1章 緒論11.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義11.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀31.3課題來源及本文的主要研究內(nèi)容41.4本論文中所做的工作4第2章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成52.1系統(tǒng)各部分的功能52.2本章小結(jié)6第3章 變頻器和壓力傳感器73.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)73.2 變頻器的分類及工作原理93.3 變頻器選擇的方法93.4 變頻器硬件選擇93.5 壓力傳感器的選型103.6本章小結(jié)11第4章 PLC選型及應(yīng)用124.1 PLC在恒壓供水泵站中的作用124.2 PLC選型方法124.3 PLC模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用164.3.1 模擬量輸入模塊的功能及與PLC系統(tǒng)的連接164.3.2 模擬量輸入模塊緩沖存儲(chǔ)器（BFM）的分配174.3.3 模擬量輸出模塊的功能及PLC系統(tǒng)連接184.3.4 模擬量輸出模塊的偏置、增益及分配194.4本章小結(jié)19第5章 PID控制器的設(shè)計(jì)205.1 PID控制參數(shù)計(jì)算205.2 PID參數(shù)整定的原則225.3 PID指令的使用注意事項(xiàng)235.4 PID回路類型的選擇235.5 正作用或反作用回路235.6本章小結(jié)23第6章 供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)246.1控制系統(tǒng)的I/O及地址分配246.2系統(tǒng)基本要求246.3 PLC系統(tǒng)選型256.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖256.4.1主電路圖256.5.1工作泵組數(shù)量管理286.5.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范286.5.4程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)286.5.5系統(tǒng)的運(yùn)行分析316.6本章小結(jié)31結(jié)論32參考文獻(xiàn)33致謝3437第1章 緒 論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對(duì)人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對(duì)供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的新要求。 變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過許多供水方式。以下就逐一分析。1、一臺(tái)恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴(yán)重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運(yùn)轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時(shí)段停止運(yùn)行。這種系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單、造價(jià)最低，但耗電、耗水嚴(yán)重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。2、恒速泵加水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。水塔的合理高度是要求水塔最低水位略高于供水系統(tǒng)所需要壓力。水塔注滿后水泵停止，水塔水位低于某一位置時(shí)再啟動(dòng)水泵。水泵處于斷續(xù)工作狀態(tài)中。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵處于高效區(qū)。這種方式顯然比前一種節(jié)電，其節(jié)電率與水塔容量、水泵額定流量、用水不均勻系數(shù)、水泵的開、停時(shí)間比、開、停頻率等有關(guān)。供水壓力比較穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要;而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進(jìn)行自動(dòng)的開、停，這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時(shí)將會(huì)出現(xiàn)能量的嚴(yán)重浪費(fèi)和供水質(zhì)量的嚴(yán)重下降。3、恒速泵加高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層。高層建筑還可分層設(shè)立水箱。占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但這對(duì)建筑物的造價(jià)與設(shè)計(jì)都有影響，同時(shí)水箱受建筑物的限制，容積不能過大，所以供水范圍較小。一些動(dòng)物甚至人都可能進(jìn)入水箱污染水質(zhì)。水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停，將完全由人操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。4、恒速泵加氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水，通過監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多。而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進(jìn)入而被污染的可能性。但氣壓罐供水方式也存在著許多缺點(diǎn)。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運(yùn)行時(shí)，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作。當(dāng)系統(tǒng)所需水量下降時(shí)，供水壓力將超出系統(tǒng)所需要的壓力從而造成能量的浪費(fèi)。同時(shí)水泵是工頻率啟動(dòng)，且啟動(dòng)頻繁，又會(huì)造成一定的能耗。頻繁啟動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。5、變頻調(diào)速供水方式這種系統(tǒng)的原理是通過安裝在系統(tǒng)中的壓力傳感器將系統(tǒng)壓力信號(hào)與設(shè)定壓力值作比較，再通過控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出，無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)水壓無論流量如何變化始終穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在著浪費(fèi)水電力資源、效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng)和居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能顯著；二是在開、停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗。1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計(jì)時(shí)都采用一臺(tái)變頻器只帶一臺(tái)水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samc。公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn);有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。艾默生電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器(5。5kW-22kW)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。 可以看出，國外在交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展方面特點(diǎn)為：市場(chǎng)需求量大；功率器件發(fā)展迅速；控制理論和微電子技術(shù)的支持。目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)，的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。1.3課題來源及本文的主要研究內(nèi)容1、課題來源本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實(shí)際應(yīng)用。2、研究的主要內(nèi)容本系統(tǒng)是三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器組成。本文研究的目標(biāo)是對(duì)恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速，同時(shí)具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。1.4本論文中所做的工作 跟據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)出滿足要求的恒壓供水系統(tǒng)，對(duì)PLC、變頻器、壓力傳感器進(jìn)行選型，根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)出能滿足控制要求的控制電路和控制程序。本文主要通過對(duì)本市某小區(qū)供水系統(tǒng)的調(diào)研和分析，依據(jù)用戶對(duì)供水系統(tǒng)的要求，確定以可靠性高、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和可編程控制器PLC作為主要控制設(shè)備來設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行情況。第2章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需沒多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比沒單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時(shí)開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泉是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這也有兩種配置方案，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不須切換，但購變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。2.1系統(tǒng)各部分的功能 圖2.1為恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低：傳感器的信號(hào)強(qiáng)度減弱。用水量小PLC送水消防生活變頻器工頻/變頻切換電路1號(hào)泵2號(hào)泵3號(hào)泵壓力罐壓力傳感器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。圖2.1 恒壓供水系統(tǒng)示意圖 調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，在系統(tǒng)中完成以下幾種功能：(1) 設(shè)定水管壓力的給定值。恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。 供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些。量進(jìn)行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。 (2)接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置成為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點(diǎn)。 (3)根據(jù)結(jié)定值與實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器接收了水壓的實(shí)測(cè)反饋信號(hào)后，將它與結(jié)定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如給定位大于實(shí)際值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速如水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調(diào)節(jié)，俗稱PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的。PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成有數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微計(jì)算機(jī)為核心的調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一船是模擬信號(hào)，420mA變化的電流信號(hào)或010V間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。2.2本章小結(jié) 本章主要介紹了恒壓供水系統(tǒng)的的基本組成，以及各部分在系統(tǒng)中的作用。調(diào)節(jié)器接收來自壓力傳感器的電信號(hào)與給定值比較，根據(jù)比較的結(jié)果控制執(zhí)行設(shè)備變頻器增加活降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。達(dá)到恒壓供水的目的。第3章 變頻器和壓力傳感器 交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 （3.1）式中-同步轉(zhuǎn)速，r/min； -定子頻率，Hz； -電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 （3.2）式中-異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率，一般小于3%。均與送入電機(jī)的電流頻率/成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對(duì)于交流電機(jī)的調(diào)運(yùn)來說是十分合適的。3.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)控制指令中間直流環(huán)節(jié)AC控制指令控制指令網(wǎng)側(cè)變流器整流器逆變器ACM運(yùn)行指令 從頻率變換的形式來說變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電。然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電又稱間接式變頻器。其基本結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示，變頻器由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下：圖3.1 交-直-交變頻器基本結(jié)構(gòu)(2)直流中間電路。直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。由于逆變器的負(fù)載多為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。無論是電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)其功率因數(shù)總不會(huì)為1。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件(電容器或電抗器)來緩沖。所以又常稱直流中間環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。 (3)逆變器。負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率及電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。(4)控制電路。變頻器的控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路及保護(hù)電路等幾個(gè)部分。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制及完成各種保護(hù)功能?？刂齐娐肥亲冾l器的核心部分性能的優(yōu)劣決定了變頻搏的性能。 一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成在整流電路是電流源時(shí)是大容量的電感。為了電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻及一些輔助電路。有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)的通與斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計(jì)算機(jī)，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障。圖3.2為電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)示意圖。電源M電動(dòng)機(jī)平滑電容+-M電動(dòng)機(jī)平滑電感電源（1）（2）圖3.2 電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu)（1）電壓型變頻器主電路；(2)電流型變頻器主電路3.2 變頻器的分類及工作原理變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類如下：（1）控制?？刂萍措妷号c頻率成比例變化控制。 由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動(dòng)機(jī)，出于電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)恒定的考慮，在變頻的同時(shí)都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)?？刂朴捎诤雎粤穗妱?dòng)機(jī)漏阻抗的作用，在低頻段工作特性不理想。因而實(shí)際變頻器中采用控制。采用控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。 （2）轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是在控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。從電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。更重要的是，在=常數(shù)的條件下，通過對(duì)轉(zhuǎn)差率的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。 （3）矢量控制。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別控制啟發(fā)而設(shè)計(jì)的一種控制方式。矢量控制將交流電動(dòng)機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計(jì)算出定子電流的磁場(chǎng)分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。3.3 變頻器選擇的方法 在變頻器的選擇過程中首先要考慮工作環(huán)境，從而選擇合適的箱體結(jié)構(gòu)。要考慮到溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素。其次要使變頻器的功率適用于電機(jī)，可通過計(jì)算集電極的效率與變頻效率的乘積來確定應(yīng)選擇的變頻器額定功率。但是大多數(shù)的變頻器的廠商會(huì)將變頻器的適用功率可以直接選擇。3.4 變頻器硬件選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，變頻器選用三菱FR740變頻器FR-A740-15K-CH產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以和三菱PLC工作協(xié)調(diào)。適配電機(jī)15 kW，該變頻器基本配置中帶有PID功能。通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來的壓力信號(hào)(010 V)接至變頻器的輔助輸入端FI、FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。M1、M2為變頻器的極限輸出頻率的檢測(cè)輸出信號(hào)端，該信號(hào)進(jìn)PLC，作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一，變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設(shè)定。MA、MC為變頻器發(fā)生故障的輸出信號(hào)，該兩端連接信號(hào)燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可重新啟動(dòng)變頻器。S1和S2短接，并與S3連接到PLC的輸出點(diǎn)上，由PLC控制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷；U、V、W輸出端并聯(lián)三個(gè)接觸器分別接M1、M2、M3泵電機(jī)，變頻器可分別驅(qū)動(dòng)三臺(tái)泵，另外這三臺(tái)泵電機(jī)還通過另外三個(gè)接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這6個(gè)接觸器線包連接到PLC的四個(gè)輸出點(diǎn)上，由PLC控制其工頻、變頻切換工作。通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值(14端)，壓力傳感器反饋來的壓力信號(hào)(010V)接至變頻器端子的7端、8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器端子的19端和20端是傳感器壓力設(shè)定的上、下限值，該信號(hào)進(jìn)PLC，作為工頻切換的控制信息，由PLC控制水泵的工頻或變頻運(yùn)行。圖3-3為變頻器在電路中的接線圖。R S TS1 US2 VS3 W VVVFFIFCM1 M2 M3 M4接PLC接PLC 接指示燈接電機(jī)380V78圖3.3 三菱FR740變頻器FR-A740-15K-CH在電路中的接線圖3.5 壓力傳感器的選型 壓力傳感器的選型應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、確定溫度范圍，通常一個(gè)壓力傳感器會(huì)標(biāo)定兩個(gè)溫度范圍，即正常操作的溫度范圍和溫度可補(bǔ)償?shù)姆秶?。正常操作溫度范圍是指壓力傳感器在工作狀態(tài)下不被破壞的時(shí)候的溫度范圍，在超出溫度補(bǔ)償范圍時(shí)，可能會(huì)達(dá)不到其應(yīng)用的性能指標(biāo)。溫度補(bǔ)償范圍是一個(gè)比操作溫度范圍小的典型范圍；2、明白傳感器的輸出信號(hào)，壓力傳感器有mV 、V、mA及頻率輸出和數(shù)字輸出等多種類型，選擇怎樣的輸出取決于多種因素，包括壓力傳感器與系統(tǒng)控制器或顯示器間的距離，是否存在“電氣噪聲”或其他干擾信號(hào)。 ；3、熟悉測(cè)量壓力類型，首先我們必須確定系統(tǒng)中要確認(rèn)測(cè)量壓力的最大值。因?yàn)槲覀冃枰x擇一個(gè)具有比最大值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器。壓力傳感器在智能系統(tǒng)中檢測(cè)是非常重要的一部分，它將檢測(cè)到控制量反饋給系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，給系統(tǒng)所用的檢測(cè)的是水壓，這個(gè)系統(tǒng)中選用壓力傳感器，它的作用是通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成420mA變化的電流信號(hào)或010V間變化的電壓信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC的端口進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。供水系統(tǒng)的壓強(qiáng)是，下面單位都是估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單位，g=9.8，一般情況下，h60米，所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)輸出壓力一般小于或等于0.6Mpa，系統(tǒng)選用YTZ-150型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感器，其水壓檢測(cè)范圍為01MPa，檢測(cè)精度為土0.01MPa，該傳感器將01MPa范圍的壓力對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成010V的電信號(hào)。該傳感器還具有體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)。3.6本章小結(jié) 本章主要介紹了變頻器的基本組成以及工作原理。通用變頻器按工作方式分類的主要工程意義在于各類變頻器對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。所以在恒壓供水系統(tǒng)的變頻器選用中使用普通功能型變頻器采用控制方式。另外壓力傳感器的選擇要注意壓力傳感器使用的溫度范圍；輸出信號(hào)能與PLC的擴(kuò)展模塊匹配；壓力傳感器的壓力范圍的最大值要比實(shí)際估算的壓力值大1.5倍。第4章 PLC選型及應(yīng)用4.1 PLC在恒壓供水泵站中的作用 (1)代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式PID調(diào)節(jié)一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實(shí)現(xiàn)一路PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路PID設(shè)置在多功能供水泵站的各類情況中PID參數(shù)可能不一樣，使用PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器就十分方便。 (2)控制水泵的運(yùn)行與切換。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻地磨損，水泵及電機(jī)是輪換工作的。在設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵，主泵也是輪流擔(dān)任的。主泵在運(yùn)行時(shí)達(dá)到最高頻率時(shí)。增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。 (3)變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來的模擬信號(hào)。輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后得出的模擬量控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。 (4)泵站的其他邏輯控制。除了泵組的運(yùn)行管理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作，如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等，這些都可以在PLC的控制程序中安排。4.2 PLC選型方法在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 4.2.1輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 4.2.2存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。4.2.3控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 1.運(yùn)算功能 簡(jiǎn)單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。 2.控制功能 控制功能包括PID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。 3.通信功能 大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 PLC的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。 PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負(fù)荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺(tái)同型號(hào)PLC為從站，組成簡(jiǎn)易PLC網(wǎng)絡(luò)；2）1臺(tái)PLC為主站，其他同型號(hào)PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；3）PLC網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；4）專用PLC網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 4.編程功能 離線編程方式：PLC和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。 5.診斷功能 PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì)PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 6.處理速度 PLC采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則PLC將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。 處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.20.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型PLC的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時(shí)間不大于0.2ms/K。 四、機(jī)型的選擇 (1)PLC的類型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。 整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 (2)輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。 考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。 (3)電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。 (4)存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。4.2.6經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。4.3 PLC模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用 PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴(kuò)展單元。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模/數(shù)及數(shù)/模兩種功能的。以下介紹三菱FX系列PLC的模擬量模塊以及，它們分別具有FX-4AD及FX-2DA，它們分別具有4路模擬量輸入及2路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。4.3.1 模擬量輸入模塊的功能及與PLC系統(tǒng)的連接 FX-4AD 4模擬量輸入模塊具有4個(gè)通道，可同時(shí)接受并處理4路模擬量輸入信號(hào)， 最大分辨率為12位。輸入信號(hào)可以是-10+10V的電壓信號(hào)（分辨率為5Mv），也可以420mV（分辨率為16A）或-20+20mA（分辨20A）的電流信號(hào)。模擬量信號(hào)可通過雙絞屏蔽電纜接入，連接及方法如圖4.1所示，當(dāng)使用電流輸入時(shí)，需將V+及I+端短接。24+ 地 24-FG VI- I+ V+FG VI- I+ V+24VDC 電流輸入420mA 電壓輸入-10+10V圖4.1 FX-4AD模塊的連接方法 FX-4AD的寬及高與FX相同，在安裝時(shí)裝在FX基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的總線插孔中。FX系列可編程控制器中，與PLC連接的特殊功能擴(kuò)展模塊位置從左至右依次編號(hào)（擴(kuò)展單元不所示。占編號(hào)），F(xiàn)X-4AD將消耗基本單元或電源擴(kuò)展單元的+5VDC電源（內(nèi)部電源）30mA電流，+24VDC電源（外部電源）55mA電流。其通常轉(zhuǎn)換速度為15ms/ 通道，高速轉(zhuǎn)換速度為6/ms通道。4.3.2 模擬量輸入模塊緩沖存儲(chǔ)器（BFM）的分配 為了能適用于多種規(guī)格的輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設(shè)成可編程的。FX-4AD模塊利用緩沖存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱模BFM)的設(shè)置完成編輯工作。FX-4AD擬量量輸入模塊共有32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器，但目前只使用了以下21個(gè)BFM： （1）BFM#0。0號(hào)BFM用于通道的選擇。 4個(gè)通道的模擬