PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

1、摘 要本文介紹一種變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)運(yùn)行負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)水泵的數(shù)量和轉(zhuǎn)速，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的控制原理及硬件電路。恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(plc)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入具有壓力顯示的pid調(diào)節(jié)器運(yùn)算處理后，輸出模擬信號(hào)給變頻器，利用變頻器的兩個(gè)可編程的繼電器輸出口ro1，

2、ro2，將信號(hào)傳給plc，從而plc判斷是否加泵還是切泵。用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門等使用壽命；可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。關(guān)鍵詞： 變頻器；恒壓供水系統(tǒng)；pid；plcabstractthispaperintroducesaconstantpressurewatersupplesystem.itcanregulateaut-omaticallythequantityandrotationalspeedofthewat

3、erpumpwiththevariationoftheload.thecontrollingprincipleandthehardwarecircuitarepresentedindetail. the basic control strategy of the control system of constant pressure of water supply is: install the control system with motor speed adjustment and programmable logic controller (plc), it carries out o

4、ptimization control pump organization of the operation of speed adjustment, and adjusts the number of running pumps, completes pressure of water supply closed-loop control system, reaches the steady pressure of water supply in the changing of rate of flow in the pipe net and the purpose of economizi

5、ng electrical energy. the control goal of system is the effluent pressure of pump station. comparing the pressure of system setting and the actual hydraulic pressure coming from feed backed water supply control system, the comparing result inputs the pid regulator which has pressure show, after hand

6、ling the result, exports analogy signal to the inverter, then using the inverter of the two programmable relay exports ro1 and ro2 to give plc signal, so plc judges whether add pump or cut pump. compared realizing the constant pressure water supply with inverter with realizing the constant pressure

7、water supply with adjustable valve, the effect of energy saving is very notable. the systems advantage is that starting steadily, the starting current may be restricted within specified current, so avoided the impact of electrical network when it starts; because the average rotational speed of pump

8、is reduced, may prolong the using of pump and valve etc.; may eliminate water hammer effect when starts and stops machines.key words：inverter；constantpressurewatersupplysystem；pid；plciv目 錄第1章 緒 論11.1 plc的產(chǎn)生和定義11.1.1 plc的產(chǎn)生11.1.2 plc的定義21.2 plc的特點(diǎn)21.2.1 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高21.2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)31.2.3 編程方便，易于使用

9、31.2.4 功能完善31.2.5 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短31.3 可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)41.3.1 向高性能、高速度、大容量發(fā)展41.3.2 大力發(fā)展微型可編程序控制器41.3.3 大力開(kāi)發(fā)智能型i/o模塊和分布式i/o子系統(tǒng)41.3.4 基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程序軟件取代手持式編程器51.3.5 可編程序控制器語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化51.3.6 可編程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”61.3.7 可編程序控制器的軟件化和pc化61.3.8 組態(tài)軟件引發(fā)的上位計(jì)算機(jī)編程革命71.3.9 可編程序控制器與現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)合7第2章 plc的應(yīng)用及應(yīng)用時(shí)注意的問(wèn)題92.1 plc的應(yīng)用92.2 plc應(yīng)用時(shí)應(yīng)

10、注意的問(wèn)題102.2.1 溫度102.2.2 濕度112.2.3 振動(dòng)與沖擊112.2.4 周圍空氣成分12第3章 小區(qū)供水系統(tǒng)控制方案的論證133.1 控制系統(tǒng)產(chǎn)生的背景133.2 控制方案143.3 運(yùn)行特征153.4 經(jīng)濟(jì)效益分析183.5 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)183.6 方案論證183.6.1 設(shè)備選擇183.6.2 控制思想20第4章 系統(tǒng)接線圖及i/o口分配214.1 plc的i/o口分配及接線圖214.1.1 plc的i/o口分配214.1.2 plc的接線圖214.2 變頻器的技術(shù)參數(shù)設(shè)定及接線圖224.2.1 變頻器的技術(shù)參數(shù)設(shè)定224.2.2 變頻器的接線圖234.3 pid調(diào)節(jié)器的

11、電路設(shè)計(jì)244.4 電氣控制原理254.4.1 主控制電路圖254.4.2 控制電路設(shè)計(jì)25第5章 梯形圖設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)275.1 梯形圖設(shè)計(jì)275.2 程序設(shè)計(jì)37第6章 結(jié) 論42參考文獻(xiàn)43致 謝44附 錄45附 錄53第1章 緒 論1.1 plc的產(chǎn)生和定義1.1.1 plc的產(chǎn)生20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體

12、積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬件連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο笮枰淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。到20世紀(jì)60年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)及多機(jī)群控的發(fā)展，人們?cè)噲D用小型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的要求，但由于價(jià)格高，輸入、輸出電路不匹配和編程技術(shù)復(fù)雜等原因，一直未能得到推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)

13、通用汽車公司公開(kāi)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出十條要求。這些要求實(shí)際上提出了繼電接觸器控制的簡(jiǎn)單易懂、使用方便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，與計(jì)算機(jī)的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，將繼電接觸器控制的硬件連線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件編程設(shè)想。1969年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司根據(jù)要求，研發(fā)開(kāi)發(fā)世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在通用公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功。當(dāng)時(shí)人們把它稱為可編程序邏輯控制器（programmable logical controller），簡(jiǎn)稱plc，它主要用來(lái)取代繼電接觸器邏輯控制，系統(tǒng)功能僅限于執(zhí)行繼電邏輯、記時(shí)、記數(shù)等。隨著微電子的發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計(jì)算

14、機(jī)，人們將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到plc上，使得它能更多地發(fā)揮計(jì)算機(jī)的功能，不僅用邏輯編程取代硬件連線邏輯，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理等功能，使其真正成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。國(guó)外工業(yè)界在1980年正式命名為可編程控制器（programmable controller），簡(jiǎn)稱pc。但由于它和個(gè)人計(jì)算機(jī)（presonal computer）的簡(jiǎn)稱容易混淆，所以現(xiàn)在仍把它簡(jiǎn)稱為plc。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著大規(guī)模和超大集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化plc得到了驚人的發(fā)展，使plc在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗

15、、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程i/o和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，所有這些已經(jīng)使plc應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程控制系統(tǒng)，使之成為今天自動(dòng)化技術(shù)的三大支柱之一。1.1.2 plc的定義plc一直在飛速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對(duì)其下一個(gè)十分確切的定義。國(guó)際電工委員會(huì)曾與1982年11月頒發(fā)了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年1月發(fā)表了第二稿，1987年頒布了第三稿。該草案對(duì)可變控制器的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。他采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和

16、算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，抑郁擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”1.2 plc的特點(diǎn)1.2.1 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的餓功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾，電源波動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，溫度以及濕度的變化，都可以使一般通用微機(jī)不能正常工作。而plc在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，i/o系統(tǒng)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地

17、等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施。所有這些使plc的平均無(wú)故障時(shí)間通常在幾萬(wàn)小時(shí)以上，這是一般微機(jī)不能比擬的。繼電器控制系統(tǒng)雖有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，使設(shè)備連線復(fù)雜且觸點(diǎn)在開(kāi)閉時(shí)容易受電弧的損害，壽命短，系統(tǒng)可靠性差。而plc采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分的繼電器和繁雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。1.2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)plc及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在plc構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需要在plc的端子上接上相應(yīng)的輸入/輸出信號(hào)線即可，不需要

18、諸如繼電器之類的物理電子器件和大量繁雜的硬接線線路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)的功能時(shí)，可以用編程器在線或離線修改程序，同一個(gè)plc裝置用于不同的控制對(duì)象，只是輸入/輸出組件和應(yīng)用的軟件不同。plc的輸入/輸出可直接與交流220v，直流24v等強(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。1.2.3 編程方便，易于使用plc是面向用戶的設(shè)備，plc的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，plc程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語(yǔ)言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝知識(shí)的人員都可以在短時(shí)間學(xué)會(huì)。1.2.

19、4 功能完善plc的輸入/輸出系統(tǒng)功能完善，性能可靠，能適應(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。plc內(nèi)部具備許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算器、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制i/o等諸多功能，不僅具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印以及報(bào)表生成功能。此外，它可以和其他微機(jī)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)共同組成分布式或分散式控制系統(tǒng)，還能實(shí)現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運(yùn)算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運(yùn)算及快速中斷等功能。因此plc具有極強(qiáng)的適應(yīng)性能夠很好地滿足各種類型控制的需要。1.2.

20、5 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短用繼電器控制完成一項(xiàng)工程，必須首先按工藝要求畫(huà)出電氣原理圖，然后畫(huà)出繼電器屏的布置和極限圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。而采用plc控制，由于其硬件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已經(jīng)商品化，故僅需按性能、容量等選擇組裝，而大量具體的程序編制工作也可以在plc到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)施工可同時(shí)進(jìn)行。由于軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。1.3 可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì)1.3.1 向高性能、高速度、大容量發(fā)展大型可編程序控制器大多采用多cpu結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和大容量方向發(fā)展。三菱的ana系列可

21、編程序控制器使用了世界上第一個(gè)在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)可編程序全部功能的32位微處理器，即順序控制專用芯片，其掃描的時(shí)間為0.15s每條基本指令。松下公司的fp10sh系列的可編程序控制器采用了32位5級(jí)流水線risc結(jié)構(gòu)的cpu，可以同時(shí)處理5條指令，順序指令的執(zhí)行速度高達(dá)0.04s/步，高級(jí)功能指令的執(zhí)行速度也有很大的提高。在有2個(gè)通信接口、256個(gè)i/o點(diǎn)的情況下，fp10sh總掃描時(shí)間為0.270.42ms。在模擬量控制方面，除了專門用于模擬量閉環(huán)控制的pid指令和智能pid模塊，某些可編程序控制器還具有模糊控制、自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時(shí)間減少，控制精度提高。1.3.2 大力發(fā)展微型可

22、編程序控制器微型可編程序控制器的價(jià)格便宜，性能價(jià)格比不斷提高，很適合于單機(jī)自動(dòng)化或組成分布式控制系統(tǒng)。西門子公司的logo1通用邏輯模塊是主要面向民用的超小型、一體化的可編程序控制器，它采用整體式結(jié)構(gòu)，價(jià)格便宜，體積小巧，集成了控制功能、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和操作顯示單元，可以裝置面板上的小型液晶顯示屏和6個(gè)鍵來(lái)編程。也有一些沒(méi)有操作顯示單元的模塊。1.3.3 大力開(kāi)發(fā)智能型i/o模塊和分布式i/o子系統(tǒng)智能i/o模塊是以微處理器和存儲(chǔ)器為基礎(chǔ)的功能部件，它們的cpu與可編程序控制器的主cpu并行工作，占用主cpu的時(shí)間很少，有利于提高可編程序控制器的掃描速度。它們本身就是一個(gè)小的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有很強(qiáng)

23、的信息處理能力和控制功能，有的模塊甚至可以自成系統(tǒng)，單獨(dú)工作。它們可以完成可編程序控制器的主cpu難以兼顧的功能，簡(jiǎn)化了某些控制領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和編程，提高了可編程序控制器的適應(yīng)性和可靠性。智能i/o模塊主要有模擬量i/o、高速計(jì)算輸入、中斷輸入、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制、熱電偶輸入、熱電阻輸入、條形碼閱讀器、多路bcd碼輸入/輸出、模糊控制器、pid回路控制、通信等模塊。1.3.4 基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程序軟件取代手持式編程器在可編程序控制器發(fā)展的初期，使用專用編程器來(lái)編程。小型可編程序控制器的使用較便宜、攜帶方便的手持式編程器，大中型可編程序控制器則使用以小crt作為顯示器的便攜式編程器。專用編程器只能對(duì)

24、某一廠家的某些產(chǎn)品編程，使用范圍有限。由于可編程序控制器的更新?lián)Q代很快，致使專用編程器的使用壽命短、價(jià)格高、使用范圍窄。隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來(lái)越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的編程軟件。目前有的可編程序控制器廠商或經(jīng)銷商向用戶提供免費(fèi)的或限時(shí)使用的編程軟件，有的軟件可通過(guò)修改計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的日期來(lái)解決限時(shí)的問(wèn)題。幾乎不需要什么費(fèi)用，用戶就可以得到高性能的可編程序控制器程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。對(duì)于不同廠家和不同型號(hào)的可編程序控制器，只需要更換軟件就行了。當(dāng)前筆記本電腦和移動(dòng)式電腦的價(jià)格已降到數(shù)千元，為在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)使用編程軟件提供了物質(zhì)條件。編程軟件可以對(duì)可編程序控制器系統(tǒng)的硬件組態(tài)，即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)

25、，例如設(shè)置各框架各個(gè)插槽上模塊的型號(hào)、模塊的參數(shù)、各串行通信接口的參數(shù)等。在屏幕上可以直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到可編程序控制器上，也可以將可編程序控制器內(nèi)的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或modem卡，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。通過(guò)與可編程序控制器通信，可以在梯形圖中顯示觸點(diǎn)的通斷和線圈的通電情況，查找復(fù)雜電路的故障非常方便?，F(xiàn)在有的廠商以基于pc的編程軟件作為可編程序控制器的首選編程方法，如西門子公司通過(guò)贈(zèng)送光盤或中文網(wǎng)站下載的方法，向用戶提供用于s7-200系列plc的編程軟件相應(yīng)的漢化軟件，

26、可試用60天，相應(yīng)的漢化軟件可將編程軟件的界面和help文件漢化。s7-200系列的用戶手冊(cè)中只介紹了編程軟件，沒(méi)有介紹手持式編程器。1.3.5 可編程序控制器語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，可編程序控制器的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開(kāi)放的。在硬件方面，各廠家的cpu模塊和i/o模塊互不通用，通信網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議往往也專用的。各廠家的可編程序控制器的編程語(yǔ)言和指令系統(tǒng)的功能和表達(dá)方式也不一樣。為了解決這一問(wèn)題，iec（國(guó)際電子委員會(huì)）制定了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)（iec1131），其中的第三部分（iec1131-3）是可編程序控制器的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語(yǔ)言，其中順序功能圖（sf

27、c）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖，梯形圖和功能圖是兩種圖形語(yǔ)言，還有兩種文字語(yǔ)言指令表和結(jié)構(gòu)文本。除了提供幾種編程語(yǔ)言供用戶選擇外，標(biāo)準(zhǔn)還允許編程者在統(tǒng)一程序中使用多種編程語(yǔ)言，這使編程者能夠選擇不同的語(yǔ)言來(lái)適應(yīng)特殊的工作。1.3.6 可編程序控制器通信的易用化和“傻瓜化”可編程序控制器的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個(gè)人計(jì)算機(jī)和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。通過(guò)雙絞線、同軸電纜和光纖聯(lián)網(wǎng)，信息可以送到幾十公里遠(yuǎn)的地方，通過(guò)modem和互聯(lián)網(wǎng)可以和世界上其他地方的計(jì)算機(jī)裝置通信。目前有的廠家的可編程序控制器使用專用的通信協(xié)議來(lái)通信，或使用較多都廠商支持的通

28、信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)，如使用現(xiàn)場(chǎng)總線。為了盡量減少用戶在通信編程方面的負(fù)擔(dān)，可編程序控制器廠家做了大量的工作，使設(shè)備之間的通信自動(dòng)地周期性地進(jìn)行，不需要用戶為通信編程，用戶的工作只是在組成系統(tǒng)時(shí)作一些硬件或軟件上的初始化設(shè)置。可編程序控制器與計(jì)算機(jī)通信時(shí)，如采用可編程序控制器廠家提供的通信協(xié)議，可編程序控制器的編程工作量很小。例如采用ge-fanuc公司的rtu協(xié)議時(shí)，可編程序空制器作從站，計(jì)算機(jī)做主站，計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，可直接對(duì)可編程序控制器的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，可編程序控制器收到后自動(dòng)生成并返回響應(yīng)，響應(yīng)中crc校驗(yàn)字也是自動(dòng)生成的，計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令則需要用戶編程。1.3.7 可編程序控制器的軟

29、件化和pc化個(gè)人計(jì)算機(jī)的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機(jī)交互的功能。過(guò)去個(gè)人計(jì)算機(jī)主要用做可編程序控制器的編程器、操作站或人機(jī)接口終端，如果用語(yǔ)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，必須使用加固型的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。目前已經(jīng)有多家廠商推出了在pc上運(yùn)行的可實(shí)現(xiàn)可編程序控制器功能的軟件包。如北京同拓公司推出的embiz低成本開(kāi)放式控制與 自動(dòng)化方案套裝軟件，包含通用及嵌入式人機(jī)界面、符合iec1131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟邏輯控制及internet功能。北京俄華通儀表技術(shù)有限公司的trance mode工控組態(tài)軟件的邏輯控制（即開(kāi)關(guān)量控制）部分、亞控公司的kingplc、研華公司的基于pc的邏輯控制器adam-55

30、01/p31，均是按iec1131-3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的軟件plc，后者可在pc上用梯形圖、順序功能圖和功能塊圖這三種iec1131-3標(biāo)準(zhǔn)的圖形語(yǔ)言來(lái)編程。程序輸入后，可作過(guò)程模擬仿真，以減小試車時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。gf-fanuc公司推出了一種外形上類似與筆記本電腦的個(gè)人計(jì)算機(jī)，它用液晶顯示器作為人機(jī)界面，以windowsce做操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)可編程序控制器的cpu模塊的功能，可與以太網(wǎng)和i/o模塊通信，可用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這可能是今后高檔可編程序控制器的發(fā)展方向。目前可編程序控制器的以太網(wǎng)通信模塊和lcd觸摸屏的價(jià)格都很高，而計(jì)算機(jī)的以太網(wǎng)卡僅需數(shù)十元，其顯示器價(jià)格也便宜，顯示效果比一般的觸摸屏要好得多?！败?/p>

31、plc”的性能價(jià)格比要比傳統(tǒng)的“硬plc”加觸摸屏高得多，如果允許安裝在控制室內(nèi)，“軟plc”是不錯(cuò)的選擇。1.3.8 組態(tài)軟件引發(fā)的上位計(jì)算機(jī)編程革命相當(dāng)多的大中型控制系統(tǒng)都采用上位計(jì)算機(jī)加可編程序控制器的方案，通過(guò)串行通信接口或網(wǎng)絡(luò)通信模塊交換數(shù)據(jù)信息，以實(shí)現(xiàn)分散控制和集中管理。上位計(jì)算機(jī)主要完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面和數(shù)據(jù)處理的功能。使用dos操作系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)美觀漂亮、使用方便的人機(jī)界面是非常困難的和費(fèi)時(shí)的。在windows操作系統(tǒng)下，使用visual c +、visual basic等可視化編程軟件，可以用較少的時(shí)間設(shè)計(jì)出理想的人機(jī)界面。但是與種類繁多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信仍然比較

32、麻煩，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互動(dòng)的程序設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜。為了解決上述問(wèn)題，用于工業(yè)控制的組態(tài)軟件應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)際上比較著名的組態(tài)軟件有intouch、fix等，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了組態(tài)王、力控等一匹組態(tài)軟件。組態(tài)軟件的出現(xiàn)降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性。1.3.9 可編程序控制器與現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)合iec對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的定義是“安裝在制造和過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場(chǎng)總線”。它是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)場(chǎng)總線以開(kāi)放的、獨(dú)立的、全數(shù)字化的雙向多變量通信代替010毫安或420毫安現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)儀表信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)總線i/o集檢測(cè)、數(shù)據(jù)處

33、理、通信為一體，可以代替變送器、調(diào)節(jié)器、記錄儀等模擬儀表。它不需要框架、機(jī)柜、可以直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)軌槽上，現(xiàn)場(chǎng)總線i/o的接線極為簡(jiǎn)單，只需要一根電纜，從主機(jī)開(kāi)始，沿?cái)?shù)據(jù)鏈從一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線i/o接到下一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線i/o。使用現(xiàn)場(chǎng)總線后，自動(dòng)控制系統(tǒng)的配線、安裝、調(diào)試和維護(hù)等方面的費(fèi)用可以節(jié)約2/3左右，現(xiàn)場(chǎng)總線i/o與可編程序控制器可以組成廉價(jià)的dcs系統(tǒng)。我國(guó)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線及其開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)劃提出了2005年應(yīng)到達(dá)的發(fā)展目標(biāo)，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)自動(dòng)化儀表及系統(tǒng)的品種數(shù)超過(guò)200個(gè)，產(chǎn)值超過(guò)60億元，產(chǎn)量產(chǎn)值占工業(yè)自動(dòng)化儀表行業(yè)的80%以上，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率大雨60%，出口6000萬(wàn)美元。由此

34、不難看出現(xiàn)場(chǎng)總線儀表在未來(lái)工業(yè)自動(dòng)控制中的地位和發(fā)展前景?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)將dcs的控制站功能分散給現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，僅靠現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基本功能。例如將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及其驅(qū)動(dòng)電路、輸出電路補(bǔ)償、pid控制和運(yùn)算、閥門自校驗(yàn)和自診斷功能集成在一起，在配上溫度變送器就可以組成一個(gè)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，有的傳感器中也植入了pid控制功能。使用現(xiàn)場(chǎng)總線后，操作員可以在中央控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自診斷功能預(yù)測(cè)故障和尋找故障。可編程序控制器與現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合，可以組成價(jià)格便宜、功能強(qiáng)大的分布式控制系統(tǒng)。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定和現(xiàn)場(chǎng)總線i/o的迅猛發(fā)展和價(jià)格

35、的下降，可編程序控制器的功能可能在某些領(lǐng)域（如過(guò)程控制領(lǐng)域）被現(xiàn)場(chǎng)總線i/o部分取代。7第2章 plc的應(yīng)用及應(yīng)用時(shí)注意的問(wèn)題2.1 plc的應(yīng)用可編程控制器(plc)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置,在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，可編程序控制器已經(jīng)光法應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用的范圍也不斷的擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面：1 數(shù)字量邏輯控制可編程序控制器具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實(shí)現(xiàn)觸電和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制和順序邏輯控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各

36、業(yè)，甚至深入到家庭。2 運(yùn)動(dòng)控制可編程序控制器使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或者圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸和多軸位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制和順序控制功能有機(jī)地結(jié)合在一起。可編程序控制器的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。3 閉環(huán)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制?？删幊绦蚩刂破髂M量i/o模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的a/d轉(zhuǎn)換和d/a轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)pid控制?，F(xiàn)代的大中型可編程序控制器一般都有pid閉環(huán)控制功能，這一功能可以用pid子程序或?qū)Ｓ玫膒id模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。其

37、pid閉環(huán)控制功能應(yīng)景廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)械、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。4 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的可編程序控制器具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及求反、循環(huán)、移位、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等）、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5 通信聯(lián)網(wǎng)可編程序控制器的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程i/o之間的

38、通信、多臺(tái)可編程序控制器之間的通信、可編程序控制器和其他智能控制設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。可編程序控制器與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。必須指出，并不是所有的可編程序控制器都具有上述全部功能，有些小型可編程序控制器只有上述的部分功能，但是價(jià)格較低。2.2 plc應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題每種控制器都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時(shí)，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)環(huán)境條件要給予充分的考慮。一般情況下，plc及其外部電路能在下列環(huán)境條件下可靠地工作：(1)溫度：工作溫度在055，最高為60；保存溫度：-2085；(2)濕度：相對(duì)濕度595%；(3)

39、振動(dòng)和沖擊：滿足國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)；(4)電源：220v交流供電時(shí)，允許變化-15+15%，頻率4753hz，瞬間停電保持10ms；(5)空氣環(huán)境：周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體。下面分別分析溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊、空氣環(huán)境plc工作可靠性的影響，并給出在惡劣環(huán)境下改善plc工作環(huán)境的建議。2.2.1 溫度plc及其外部電路都是半導(dǎo)體集成電路、晶體管和電阻電容等元器件構(gòu)成的，溫度的變化將直接影響這些元器件的可靠性和壽命。溫度高時(shí)容易產(chǎn)生下列問(wèn)題：(1)半導(dǎo)體器件性能惡化，故障率增高和壽命降低；(2)電容器件等漏電流增大，故障率增大，壽命降低；(3)模擬回路的漂移變的，精度降低等。如

40、果plc的周圍環(huán)境溫度超過(guò)極限溫度，可以采取下列措施：(1)盤、柜設(shè)置風(fēng)扇或冷風(fēng)機(jī)，把自然風(fēng)引入盤、柜內(nèi)，使用時(shí)注意不能結(jié)霜；(2)把控制系統(tǒng)置于有空調(diào)的控制室內(nèi)，不能直接放在日光下；(3)控制器的安裝要考慮通風(fēng)，控制器的上下要有50mm的距離，i/o模塊配線時(shí)要使用導(dǎo)線槽，以免妨礙通風(fēng)；(4)安裝時(shí)要把發(fā)熱體，如電阻器或電磁接觸器等遠(yuǎn)離控制器，或者把控制器安裝在發(fā)熱體的下面。另一方面，溫度偏低時(shí)，除模塊回路降低外，回路的安全系數(shù)變小，超低溫度時(shí)可能引起控制系統(tǒng)的動(dòng)作不正常。特別是溫度的急劇變化，由于電子器件熱脹冷縮，更容易引起電子器件的惡化和溫度特性降低。此時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：(1)

41、在盤、柜內(nèi)設(shè)置加熱器，使盤、柜內(nèi)溫度保持在0以上。設(shè)置加熱器時(shí)，要選擇適當(dāng)?shù)臏囟葌鞲衅?，以便在高溫時(shí)自動(dòng)切斷加熱器電源，在低溫時(shí)能夠自動(dòng)接通電源；(2)停運(yùn)時(shí)，不切斷控制器和i/o模塊電源，靠其本身的發(fā)熱量使周圍的溫度升高，特別是夜間低溫時(shí)；(3)溫度有急劇變化的場(chǎng)合，要打開(kāi)盤、柜的門，以防冷氣進(jìn)入。2.2.2 濕度大氣環(huán)境中的濕度變化可能對(duì)plc產(chǎn)生影響有：(1)在濕度大的環(huán)境中，水分容易浸入模塊上的半導(dǎo)體集成電路內(nèi)部，引起模塊內(nèi)部元件的老化，印刷電路板可能由于高壓或高浪涌電壓引起短路等故障，造成電路板損壞；(2)在極干燥的環(huán)境下，絕緣物體上可能帶有靜電，特別是mos集成電路，由于輸入阻抗高

42、，可能由于靜電感應(yīng)而損壞；(3)控制器不運(yùn)行時(shí)，由于濕度的急劇變化可能引起結(jié)露。結(jié)露后會(huì)使絕緣電阻大大降低，由于高壓的泄漏，可使金屬表面生銹，特別是交流220v的輸入/輸出模塊，由于絕緣的惡化可能產(chǎn)生預(yù)料不到的事故。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：(1)盤、柜設(shè)計(jì)成密封型，并放入吸濕劑；(2)把外面干燥的空氣引入盤、柜內(nèi)；(3)印刷板上再覆蓋一層保護(hù)層；(4)感應(yīng)在濕度低、干燥的場(chǎng)合進(jìn)行檢修時(shí)，應(yīng)盡量不接觸模塊，以防人體產(chǎn)生的電損壞器件。2.2.3 振動(dòng)與沖擊一般情況下，plc能承受的振動(dòng)和沖擊頻率為1055hz，振幅為0.5mm，加速度為2g，沖擊為10g。超過(guò)這個(gè)極限時(shí)，可能引起誤動(dòng)作、

43、機(jī)械結(jié)構(gòu)松動(dòng)、電氣部件疲勞損壞以及接觸器不良等后果。在有振動(dòng)和沖擊時(shí)，應(yīng)弄清振動(dòng)源是什么，并相應(yīng)采取防振措施：(1)如果振動(dòng)源來(lái)自盤、柜之外，可對(duì)相應(yīng)的盤、柜采用防振橡皮，以達(dá)到減振的目的；同時(shí)，也可以把盤、柜設(shè)置在遠(yuǎn)離振源的地方；(2)如果振動(dòng)來(lái)自盤、柜內(nèi)，則要吧產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊的設(shè)備從盤、柜內(nèi)移走，或單獨(dú)設(shè)置盤、柜；(3)強(qiáng)固控制器i/o模塊印刷板、連接器等可能產(chǎn)生松動(dòng)的部件或器件，連接線也要固定緊。2.2.4 周圍空氣成分plc的周圍空氣不能混有塵埃、導(dǎo)電性粉末、腐蝕性氣體、水分、油分、油霧、有機(jī)溶劑和鹽分等，否則會(huì)引起下列不良現(xiàn)象：(1)塵埃會(huì)引起接觸部分接觸不良，或使濾波器的網(wǎng)眼堵住，

44、造成盤內(nèi)的溫度升高；(2)導(dǎo)電性粉末可引起誤動(dòng)作，絕緣性能變差和短路等；(3)油和油霧可能會(huì)引起接觸不良和腐蝕塑料；(4)腐蝕性其他和鹽分可能會(huì)引起印刷電路的底板或引線腐蝕，造成繼電器或開(kāi)關(guān)類的可動(dòng)部件接觸不良。如果plc周圍的空氣不清潔，可采用下面相應(yīng)措施：(1)盤、柜采用密封型結(jié)構(gòu)；(2)盤、柜內(nèi)打入高壓清潔空氣，使外界不清潔的空氣不能進(jìn)入盤柜內(nèi)；(3)印刷板表面涂一層保護(hù)層。51第3章 小區(qū)供水系統(tǒng)控制方案的論證3.1 控制系統(tǒng)產(chǎn)生的背景小區(qū)供水系統(tǒng)用于對(duì)小區(qū)內(nèi)生活、消防和噴淋用水的自動(dòng)供給，是住宅小區(qū)公用設(shè)施的重要組成部分。供水系統(tǒng)通過(guò)對(duì)水泵、閥門等設(shè)備的開(kāi)、關(guān)和聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)小區(qū)的正常供

45、水，從而達(dá)到居民正常生活和人員、設(shè)備安全的目的。 以前，小區(qū)供水系統(tǒng)的自動(dòng)化程度不高，其電氣控制部分一般采用傳統(tǒng)的繼電器進(jìn)行控制。但是，繼電器控制回路存在多種弊端，如繼電器由于長(zhǎng)期動(dòng)作容易造成咬死和損壞、繼電器回路接線復(fù)雜且維護(hù)困難、繼電器回路難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯的控制、繼電器回路控制方案不易修改等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在供水系統(tǒng)越來(lái)越多地采用先進(jìn)、可靠、實(shí)用的可編程控制器(plc)進(jìn)行控制，以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和供水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 另外，為滿足管理控制一體化的要求，小區(qū)供水自動(dòng)化系統(tǒng)可以納入上位管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。在用plc對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的基礎(chǔ)上，利用plc通信

46、靈活的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)把plc和上位管理計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，從而構(gòu)建上位監(jiān)控系統(tǒng)，做到管理和監(jiān)控一體化。恒壓供水控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(plc)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入具有壓力顯示的pid調(diào)節(jié)器運(yùn)算處理后，輸出模擬信號(hào)給變頻器，利用變頻器的兩個(gè)可編程的繼電器輸出口ro1，ro2，將信號(hào)傳給plc，從而plc判斷是否加泵還是切泵。 隨著電力電子技術(shù)的

47、發(fā)展，電力電子器件的理論研究和制造工藝水平的不斷提高，電力電子器件在容量、耐壓、特性和類型等方面得到了很大的發(fā)展。進(jìn)入90年代電力電子器件向著大容量、高頻率、響應(yīng)快、低損耗的方向發(fā)展。作為應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件與微計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的交流變頻調(diào)速裝置，隨著產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，使得交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速領(lǐng)域發(fā)生一場(chǎng)巨大的技術(shù)革命。目前自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置均采用交流變頻技術(shù)，而系統(tǒng)的控制裝置采用plc控制器，因plc不僅可實(shí)現(xiàn)泵組、閥門的邏輯控制，并可完成系統(tǒng)的數(shù)字pid調(diào)節(jié)功能，可對(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)、控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并完成系統(tǒng)運(yùn)行工況的crt畫(huà)面顯示、故障報(bào)警及打印報(bào)表等功

48、能。自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。3.2 控制方案在住宅小區(qū)水廠的管網(wǎng)系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)是封閉的，泵站供水的流量是由用戶用水量決定的，泵站供水的壓力與滿足管網(wǎng)中壓力最不利點(diǎn)的壓力損失p和流量q之間存在著如下關(guān)系： p=kq2式中k為系數(shù)。 設(shè)pl為壓力最不利點(diǎn)所需的最低壓力，則泵站出口總管壓力p應(yīng)按下式關(guān)系供水，則可滿足用戶用水的要求壓力值，又有最佳的節(jié)能效果。 p=pl+p=pl+kq2 因此供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力應(yīng)該根據(jù)流量的變化而不斷修正設(shè)定值，這種恒壓供水技術(shù)稱為變量

49、恒壓供水，即供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)的供水壓力為恒值，而泵站出口總管壓力連續(xù)可調(diào)。自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示：pid調(diào)節(jié)器 plcp變頻器交流接觸器小區(qū)儲(chǔ)水池p1#泵2#泵3#泵水管網(wǎng)壓力信號(hào)液位信號(hào)圖3.1供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3 運(yùn)行特征以三臺(tái)水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下，可編程控制器控制變頻器軟啟動(dòng)1#泵，此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)供水量q1/3qmax時(shí)(qmax為三臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)的最大流量)，可編程控制器cpu根據(jù)供水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量q在1/3qmaxq23qmax之間時(shí)，1#泵已不能滿足用

50、戶所需的用水量，這時(shí)可編程控制器發(fā)出指令將1#泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，并軟啟動(dòng)2#泵，使2#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行工況，2#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由用戶用水量決定，以保證供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)所需的供水壓力。當(dāng)外需供水量q為2/3qmaxqqmax時(shí)，可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)軟啟動(dòng)3#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行工況，此時(shí)3#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由用戶的用水量確定，以保證供水系統(tǒng)最不利點(diǎn)的供水壓力恒定。 當(dāng)外供水量減少至1/3qmaxq23qmax之間時(shí)，3#泵的轉(zhuǎn)速逐漸降至接近于零，此時(shí)可編程控制器發(fā)出1#泵退出運(yùn)行指令。在3#泵退出運(yùn)行后，3#泵的轉(zhuǎn)速逐漸升高，繼續(xù)處于變頻運(yùn)行工況，其轉(zhuǎn)速仍由外供水量決定。當(dāng)外供水

51、量繼續(xù)減少至q1/3qmax時(shí)，可編程控制器發(fā)出2#泵退出運(yùn)行指令，此時(shí)3#泵仍處于變頻運(yùn)行工況。當(dāng)外供水量再增至1/3qmaxq2/3qmax之間時(shí)，3#泵轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器發(fā)出1#泵軟啟動(dòng)指令并使其進(jìn)入變頻運(yùn)行工況，如此往復(fù)循環(huán)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓供水。如圖3.2所示：?jiǎn)?dòng)1#泵變頻運(yùn)行延時(shí)10s1#運(yùn)行是否到達(dá)50hz延時(shí)1s2#變頻運(yùn)行延時(shí)10s2#運(yùn)行是否到達(dá)50hz延時(shí)1s3#變頻運(yùn)行啟動(dòng)結(jié)束y1 # 工 頻 運(yùn) 行y2 # 工 頻 運(yùn) 行轉(zhuǎn)模擬調(diào)節(jié)n n圖3.2 三個(gè)水泵運(yùn)行的流程圖3.4 經(jīng)濟(jì)效益分析變量泵的功率n1、供水量q1與泵轉(zhuǎn)速n1三者的關(guān)系如下式： n1/q1

52、=(n1/n3) q1/q=n1/n式中q一額定流量，q1q；n一額定流量q時(shí)的軸功率；n一水泵的額定轉(zhuǎn)速。 因額定流量q=100時(shí)，n=100，n=100，若n1=90n時(shí)q1=90q，n1=72.9n，即可節(jié)電27.1。若n1=80n時(shí)q1=80q，n1=51.2n，即可節(jié)電48.8。3.5 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力大大減少截流損失的效能。(2)由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。

53、(3)因?qū)崿F(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力。 (4)水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的喘振。 (5)由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過(guò)程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。由于其節(jié)電效果明顯，所以系統(tǒng)具有收回投資快，而長(zhǎng)期受益，其產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。3.6 方案論證3.6.1 設(shè)備選擇根據(jù)系統(tǒng)在提高供水質(zhì)量和節(jié)能方面的要求和功能，本設(shè)計(jì)采用以seimens s7-200的cpu224和

54、變頻器為中心組成的恒壓供水控制系統(tǒng)。seimens s7-200的cpu224具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，沒(méi)有模擬輸入點(diǎn)。集成的24v負(fù)載電源直接連接到傳感器和變送器，其輸出為280毫安，可直接用做負(fù)載電源?？煞奖愕赜脭?shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鳎ㄟx件）對(duì)本機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。s7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：l 極高的可靠性l 極豐富的指令集l 易于掌握l(shuí) 便捷的操作l 豐富的內(nèi)置集成功能l 實(shí)時(shí)特性l 強(qiáng)勁的通訊能力l 豐富的擴(kuò)展模塊s7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)

55、用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 acs 400變頻器作為comp-ac家族的一元，在2.237kw的功率范圍內(nèi)，帶給您最大的利益享受：節(jié)約能源，控制準(zhǔn)確，安全可靠。 acs 400的可靠性來(lái)自于靈活的模塊化設(shè)計(jì)和最少的元件數(shù)量。 acs 400是當(dāng)前市場(chǎng)上體積最小的變頻器之一。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分考慮了有效的使用面積和盡可能的安裝簡(jiǎn)便。鋁鑄件和塑料件的使用，保證了足夠的加工精度。acs400變頻器具有五個(gè)可編程的數(shù)字量輸入，兩個(gè)可編

56、程的模擬輸入，一個(gè)可編程的模擬輸出，兩個(gè)可編程的繼電器輸出。acs400有兩個(gè)串行通道：通道0和通道1。通道1是標(biāo)準(zhǔn)的rs485接口，出廠設(shè)定的通訊協(xié)議是modbus，參數(shù)由用戶自己定義。通道0專門用于操作盤和調(diào)試用pc。jsa系列pid調(diào)節(jié)器，采用高亮度雙數(shù)字屏及光柱三重顯示系統(tǒng)，可同時(shí)顯示過(guò)程參數(shù)值，給定值和閥位輸出值。具有極寬的pid參數(shù)和設(shè)定范圍，可進(jìn)行p、pi、pd或pid調(diào)節(jié)。其功能為：pid參數(shù)自整定或p參數(shù)獨(dú)立自整定，以適應(yīng)控制嚴(yán)格的工況。測(cè)量輸入信號(hào)可進(jìn)行開(kāi)方及小信號(hào)切除。體積流量、質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)置。外給定輸入（與測(cè)量同類的模擬信號(hào)），鍵控遠(yuǎn)程內(nèi)外給定切換功能可同時(shí)并存。閥位反饋信號(hào)可任意選擇（各種模擬輸入或電位器輸入）。測(cè)量模擬輸出