大學設計方案恒壓供水控制系統(tǒng)設計方案[]

1、畢業(yè)設計 題 目 恒壓供水控制系統(tǒng)設計 系 別 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導 教師 日 期 設計任務書 設計題目： 恒壓供水控制系統(tǒng)設計 設計要求： 1 設計一個采用全自動變頻恒壓控制方式來實現(xiàn)恒壓供水的自控系統(tǒng)。 2 本系統(tǒng)主要以 PLC來控制，按照控制要求選擇器件，設計其硬件主控電 路。 3 根據(jù)要求選擇相應的傳感器、驅(qū)動電機、閥門等； 4 按照設計要求設計相應算法，編制相應的 PLC控制程序。 設計進度要求： 第一周：確定題目，查閱資料 第二周：根據(jù)設計要求分析恒壓供水的工作原理 第三周：對硬件進行設計 第四周：對軟件進行設計 第五周：進行調(diào)試，找出問題 第六周：改進設計中存在不

2、足 第七周：撰寫設計論文 第八周：整理論文，準備答辯 指導教師（簽名）： 摘 要 恒壓供水在城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)、住宅小區(qū)生活消防用水系統(tǒng)、樓宇中央空調(diào) 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)等眾多領域中均有應用。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用 水量的大小總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。在恒壓供水系統(tǒng)中可根據(jù)壓力給定的 理想值信號及管網(wǎng)水壓的反饋信號進行比較，變頻器根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn) 速，達到控制管網(wǎng)水壓的目的。 本文主要針對當前供水系統(tǒng)中存在的自動化程度不高、能耗嚴重、可靠性低的 缺點加以研究，開發(fā)出一種新型的并在這三個方面都有所提高的變頻式恒壓供水自 動控制系統(tǒng)。全文共分為四章。第一章闡明了供水系統(tǒng)的應用

3、背景、選題意義及主 要研究內(nèi)容。第二章闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理。第三章詳細介紹了系統(tǒng) 硬件的工作原理以及硬件的選擇。第四章詳細闡述了系統(tǒng)軟件開發(fā)并對程序進行解 釋。 關鍵詞：恒壓供水，PLC變頻技術(shù) 摘 要I 1變頻控制系統(tǒng)簡介1 1.1變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)簡介1 1.2變頻調(diào)速在供水行業(yè)中的應用1 2供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理 3 2.1水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理3 2.2本系統(tǒng)總體介紹5 3系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇 6 3.1 PLC的工作原理及選擇6 3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇8 3.3壓力傳感器的選擇12 3.4水泵的選擇13 3.5鑒頻鑒相問題13 3.6控制電路16 4系

4、統(tǒng)軟件開發(fā)17 4.1 PLC編程簡介17 4.2 PLC程序解釋26 致謝28 參考文獻28 1變頻控制系統(tǒng)簡介 1.1變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)簡介 變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)是集現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)、PLC技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)和計算機 技術(shù)為一體的新一代給水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)完全可以取代傳統(tǒng)的水塔、高位水箱和 氣壓罐等給水方式。與傳統(tǒng)的給水方式相比，該系統(tǒng)不但滿足了現(xiàn)代工礦企業(yè)、城 鎮(zhèn)居民和高層建筑對新型給水系統(tǒng)的要求。 系統(tǒng)采用內(nèi)置變頻調(diào)速器、先進的可編程控制器等現(xiàn)代控制技術(shù)，對水泵機組 進行閉環(huán)控制，確保壓力波動小、達到設定壓力時間短、且可隨用水量的變化自動 調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速及工作水泵臺數(shù)，確保恒壓變量供水。系

5、統(tǒng)采用現(xiàn)代計算機數(shù)字控制 技術(shù)和模塊化、標準化的設計，滿足多種本地和遠程聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，系統(tǒng)的可擴展性 強。 系統(tǒng)具有手動、自動操作方式，系統(tǒng)壓力、電機電流、電機頻率和電機累計運行千 瓦時LED顯示，變頻器、電機工況與故障指示及防誤操作等功能。系統(tǒng)具有輸入電 源缺相、不平恒、過壓、過流、過載、短路、電機過熱、飛速啟動、斷水及低水位 停機等完善的安全保護功能，有效的提高了給水成套設備的安全可靠性。 該系統(tǒng)還配有完善的故障自診斷、故障檢修手動工作方式等功能，使維修工作 十分輕松快捷。由于控制回路與負載回路之間是通過中間繼電器實現(xiàn)電隔離和信號 耦合的，因此系統(tǒng)的抗干擾能力強。系統(tǒng)自動檢測瞬時水壓，并據(jù)此調(diào)

6、節(jié)水泵的供 水量，機組特性曲線接近管網(wǎng)損失特性曲線，節(jié)能效果顯著。由于變頻器對電機實 行的是循環(huán)軟啟動控制，啟動平穩(wěn)無沖擊，提高了電機、水泵和管道等的壽命，減 少了管網(wǎng)的泄露。此外由于系統(tǒng)無需高位水箱等設備，不但節(jié)省了投資，而且無水 質(zhì)二次污染問題。 本系統(tǒng)還可以將生產(chǎn)、生活、消防等系統(tǒng)合為一體，投資省、 占地少、經(jīng)濟效益明顯。 1.2變頻調(diào)速在供水行業(yè)中的應用 作為高性能的調(diào)速傳動，直流電動機調(diào)速控制方法長期以來一直應用廣泛。但 是直流電動機由于換向器和電刷維護保養(yǎng)很麻煩，價格也相當昂貴。使異步電機實 現(xiàn)性能好的調(diào)速一直是人們的理想。異步電機的調(diào)速方法很多，例如變極調(diào)速、有 極調(diào)速、定子調(diào)壓

7、調(diào)速、串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。但是因為各種各樣的缺點沒有得 到廠泛的應用。 70年代以后，由于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和微處理機技術(shù)的發(fā)展，促使 晶體管變頻器的誕生。晶體管變頻器不但克服了以往交流調(diào)速的許多缺點，而且調(diào) 速性能可以和直流電動機的調(diào)速性能相媲美。三相異步電動機具有維修方便、價格 便宜、功率和轉(zhuǎn)速適應面寬等優(yōu)點，其變頻調(diào)速技術(shù)在小型化、低成本和高可靠性 方面占有明顯的優(yōu)勢。到80年代末，交流電機的變頻調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展成為一項 成熟的技術(shù)，它將供給交流電機的工頻交流電源經(jīng)過二極管交流變成直流，再逆變 成頻率可調(diào)的交流電源，以此電源拖動電機在變速狀態(tài)下運行，并自動適應變負荷 的條件。它改

8、變了傳統(tǒng)工業(yè)中電機啟動后只能以額定功率、定轉(zhuǎn)速的單一運行方 式，從而達到節(jié)能目的?，F(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)應用于電力水泵供水系統(tǒng)中，較為傳統(tǒng) 的運行方式是可節(jié)電40%-60%節(jié)水15%-30% 由于變頻調(diào)速具有調(diào)速的機械特性好，效率高，調(diào)速范圍寬，精度高，調(diào)整特 性曲線平分，可以實現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護簡單方便、自動化水平 高等一系列突出的優(yōu)點而倍受人們的青睞。尤其當它應用于風機、水泵等大容量負 載時，可以獲得其它調(diào)速方式無法比擬的節(jié)能效果。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設備是提供 變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大 類，目前國內(nèi)大都使用交-直-交變頻器。 自從通

9、用變頻器問世以來，變頻調(diào)速技術(shù)在各個領域得到了廣泛的應用。變頻 調(diào)速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，使我國供水行業(yè)的 技術(shù)裝備水平從90年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機 無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量的變化自動調(diào)節(jié) 系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先 進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù) 的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理 設計變頻調(diào)速恒壓供水設備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意 義。 新型供水方式與

10、過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的 投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法 比擬的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)的這些優(yōu)越性，引起國 內(nèi)幾乎所有供水設備廠家的高度重視，并不斷投入開發(fā)、生產(chǎn)這一高新技術(shù)產(chǎn)品。 目前該產(chǎn)品正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制，多品種系列化的方向發(fā)展。追求 高度智能化系列標準化是未來供水設備適應城鎮(zhèn)建設成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡供 水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。 在短短的幾年內(nèi)，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)經(jīng)歷了一個逐步完善的發(fā)展過程，早 期的單泵調(diào)速恒壓系統(tǒng)逐漸被多泵調(diào)速系統(tǒng)所代替。雖然單泵調(diào)速系統(tǒng)設計簡易

11、可 靠，但由于單泵電機深度調(diào)速造成水泵、電機運行效率低，而多泵調(diào)速系統(tǒng)投資更 為節(jié)省，運行效率高，被實際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設計，很快發(fā)展成為主導產(chǎn)品。 2供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理 2.1水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理 全自動變頻調(diào)速供水控制系統(tǒng)采用專用供水控制器控制變頻調(diào)速器，通過安裝 在管網(wǎng)上的遠傳壓力表，把水壓轉(zhuǎn)換成電信號，通過接口輸入控制器內(nèi)置的PID控 制器上，用以改變水泵轉(zhuǎn)速。當用戶用水量增大，管網(wǎng)壓力低于設定壓力時，變頻 調(diào)速器的輸出頻率將增大，水泵轉(zhuǎn)速提高，供水量加大。當達到設定壓力時，水泵 恒速運轉(zhuǎn)，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設定值上。反之當用戶用水量少，管網(wǎng)壓力高于設定 壓力時，變頻調(diào)速器的輸

12、出頻率將降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，供水量減少，使管網(wǎng)壓力 穩(wěn)定在設定壓力，這樣反復循環(huán)就達到了恒壓變量供水的目的 壓力傳感器 至用戶 圖2.1供水系統(tǒng)原理圖 供水系統(tǒng)的工作原理如圖2.1所示。由自來水管網(wǎng)或其它水源提供的水進入蓄 水池經(jīng)加壓水泵進入用戶管網(wǎng)管路。通過壓力傳感器按提供網(wǎng)的壓力信號，傳送給 控制系統(tǒng)的PID,經(jīng)PID運算后輸出信號控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的 轉(zhuǎn)速進而保持供水管道的壓力基本恒定。用戶用水量大時，管網(wǎng)管路壓力下降變頻 器頻率就升高，水泵轉(zhuǎn)速加快，反之頻率下降，水泵減速運行，從而維持恒壓供 水。當用水量大于一臺水泵的最大供水量時，通過PLC自動切換電路工作再投入 一臺

13、水泵，根據(jù)最多用水量的大小可投入數(shù)臺水泵。在供水系統(tǒng)中，控制對象是水 泵，控制目標是保持管網(wǎng)水壓恒定，控制方法是壓力信號的反饋閉環(huán)控制。它的自 動控制原理圖見圖2.2 。 水泵切換電路 變頻器 壓力傳感器 PLC 圖22變頻式恒壓供水自動控制原理圖 2.2本系統(tǒng)總體介紹 本系統(tǒng)針對的用戶是自來水公司供水系統(tǒng)和水廠、泵站等各種泵類電機的調(diào)速 和控制，控制對象應盡量做到通用型，系統(tǒng)功能設計和設備選擇主要立足于通用 性、可靠性和經(jīng)濟性和節(jié)能效果，而對于特殊情況下的供水系統(tǒng)不在本系統(tǒng)控制范 圍之列（事實上特殊供水系統(tǒng)也只是在通用系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎上充分考慮到特殊 性，最根本的還是在于一般系統(tǒng)的研制）。

14、在本論文中，我們以四臺水泵為控制對 象，建立一個模型，研制一種新型的控制系統(tǒng)使得水泵轉(zhuǎn)速跟隨用水量的變化而變 化，實現(xiàn)變頻、恒壓、無級調(diào)速的供水系統(tǒng)，從而達到節(jié)能、節(jié)水、充分利用設 備、高可靠性、高自動化程度的目的。 如圖2.3所示，供水系統(tǒng)由四臺泵（二用二備）組成，由一臺可編程控制器和一 臺變頻器切換控制任一臺電機調(diào)速。水泵可變供電回路由工頻回路和變頻器提供的 變頻回路組成，通過PLC和變頻器將各臺水泵按照一定的規(guī)律順序投入運行和順序 停止運行，使整個的供水回路處于最佳的配置狀態(tài)。變頻器則具體的微調(diào)當前水泵 的轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速變化跟隨管網(wǎng)壓力變化（實際上是跟隨用戶用水量的變化）。 去用戶 工頻切

15、 換電路 變頻切 換電路 可編程控制器 切 換 裝 置 圖2.3 4臺水泵控制原理圖 3系統(tǒng)硬件的工作原理及硬件選擇 3.1 PLC的工作原理及選擇 3.1.1 PLC的簡介 PLC是以微機控制技術(shù)為基礎，通過編程，可以執(zhí)行諸如邏輯判斷，順序控以 時，計數(shù)，運算等功能，并通過數(shù)字或模擬I/O組件控制機械設備。 與傳統(tǒng)的繼電器控制盤相比，PLC空制系統(tǒng)體積小，可靠性高。更易使用和維 護，且能在工廠環(huán)境下進行編程。便于擴充和修改功能，又具有向中央數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)傳遞信息的能力。通過接插件，所有輸入端點能直接和工業(yè)現(xiàn)場的開關，接點直 接相連，所有輸出端點能直接驅(qū)動繼電器、電磁閥、電機啟動器的線圈等。它

16、的發(fā) 展大致經(jīng)歷了三個發(fā)展時期。 1. 形成期(1970-1974年)早期的PLC采用小規(guī)模的IC構(gòu)成專用的邏輯處理芯片 (CPU)，采用機器語言或匯編語言編程，僅有邏輯控制指令，控制點少，功能簡單， 并沒有獲得廣泛重視。 2. 成熟期(1974-1978年)隨著單電源的8位處理器的出現(xiàn)，在小型化、高可靠性 多功能及價格等方面，PLC勺研制和應用水平有了飛速發(fā)展和提高。PLC開始具有了 多個CPU設置了定時器、計算器并具有了算術(shù)運算功能。 地址總線 數(shù)據(jù)總線 開關或傳感器 繼電器觸點 行程開關 模擬量輸入 編程 單元 輸 入 單 元 中央存儲單元 輸入 輸出 數(shù)據(jù) 存儲 輸出單元 :照明 I一

17、磁裝置 -動機 其他執(zhí)行 裝置或觸 占 八、 電源單元 數(shù)據(jù)總線 圖3.1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖 3.加速發(fā)展期（1978年以來）從70年代末到80年代，PLC勺應用和制造呈現(xiàn)了蓬勃 發(fā)展的趨勢。一方面研制出了高性能不同規(guī)模的 PLC空制系統(tǒng)，開發(fā)了多種智能I/O 模塊，充分吸收了計算機和通訊技術(shù)，實現(xiàn)了分布式分級控制的 PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)。另一 方面也逐一生產(chǎn)一般機械加工邏輯控制而價格較為便宜的微小型 PLC對PLC普及應 用起了重要推動作用。PLC勺典型硬件系統(tǒng)構(gòu)成見圖3.1 o 3.1.2 PLC的選擇 可編程控制器（programmable logical controller，簡稱PLC已經(jīng)

18、越來越多 地應用于工業(yè)控制系統(tǒng)中，并且在自動控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。所以，對 PLC勺正確選擇是非常重要的。 1. 工作量 這一點尤為重要。在自動控制系統(tǒng)設計之初，就應該對控制點數(shù)（數(shù)字量及模 擬量）有一個準確的統(tǒng)計，這往往是選擇 PLC勺首要條件，一般選擇比控制點數(shù)多 10%-308的 PLC （本設計中開關量16個，控制量6個，1個模擬量輸出，3個模擬量輸入） 2. 工作環(huán)境 工作環(huán)境是PLCT作的硬性指標。自控系統(tǒng)將人們從繁忙的工作和惡劣的環(huán)境中 解脫出來，就要求自控系統(tǒng)能夠適應復雜的環(huán)境，諸如溫度、濕度、噪音、信號屏 蔽、工作電壓等，各款PLC不盡相同。一定要選擇適應實際工作環(huán)境

19、的產(chǎn)品。（該設 計環(huán)境正常，故不用特殊型號） 3. 通信網(wǎng)絡 現(xiàn)在PLC已不是簡單的現(xiàn)場控制，PLC遠端通信已成為控制系統(tǒng)必須解決的問 題。（故盡量選取比較常用的品牌） 4. 編程 程序是整個自動控制系統(tǒng)的“心臟”，程序編制的好壞直接影響到整個自動控 制系統(tǒng)的運作。編程器及編程軟件有些廠家要求額外購買，并且價格不菲，這一點 也需考慮在內(nèi)（要求有良好的編程軟件）。 5. 可延性 這里包括三個方面含義： （1）產(chǎn)品壽命。大致可以保證所選擇的PLC勺使用年限，盡量購買生產(chǎn)日期較 近的產(chǎn)品。 （2）產(chǎn)品連續(xù)性。生產(chǎn)廠家對PLC產(chǎn)品的不斷開發(fā)升級是否向下兼容，這決定是 否有利于現(xiàn)系統(tǒng)對將來新增加功能的應

20、用。 （3）產(chǎn)品的更新周期。當某一種型號 PLC（或PLC莫塊）被淘汰后，生產(chǎn)廠家是否 能夠保證有足夠的備品（或備件）。這時應考慮選擇當時比較新型的PLC 6. 性價比 由上面的的挑選規(guī)范，我挑選西門子公司的 S7-200 CPU226乍為本系統(tǒng)采用的 PLC它的具體性能如下。 本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展 至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立 的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS4851 訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MP通訊協(xié)議和自由方式通訊

21、能力。I/O端子排可很 容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊 擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應于一些復 雜的中小型控制系統(tǒng)。 3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)原理及選擇 3.2.1變頻調(diào)速系統(tǒng)簡介 在變頻器沒有出現(xiàn)以前，調(diào)速系統(tǒng)一般采用直流調(diào)速圖，但是由于結(jié)構(gòu)上的原 因，直流電動機存在著很多缺點（諸如需要定期更換電刷和換向器，維護保養(yǎng)困難， 壽命短，機構(gòu)復雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓的直流電動機等），所以人們 一直在尋找交流調(diào)速系統(tǒng)。而變頻器的出現(xiàn)剛好解決了這個問題。與傳統(tǒng)的交流拖 動系統(tǒng)相比，利用變頻器對交流電動機進行調(diào)速控制的交

22、流拖動系統(tǒng)有許多優(yōu)點， 如節(jié)能，容易實現(xiàn)對現(xiàn)有電動機的調(diào)速控制，可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)的高效連續(xù)調(diào)速控 制，容易實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)切換，可以進行高頻度的起停運轉(zhuǎn)，可以進行電氣制 動，可以對電動機進行高速驅(qū)動，可以適應各種工作環(huán)境，可以用一臺變頻器對多 臺電動機進行調(diào)速控制，電源功率因數(shù)大，所需電源容量小，可以組成高性能的控 制系統(tǒng)等等。特別是對于工業(yè)中大量使用的風扇、鼓風機和泵類負載來說，通過變 頻器進行調(diào)速控制可代替?zhèn)鹘y(tǒng)上利用擋板和閥門進行的風量、流量和揚程的控制， 所以節(jié)能效果非常明顯。 變頻調(diào)速的原理非常簡單，由于異步電動機的轉(zhuǎn)速為 120 f （1 -s） n 二 n 式中n為電動機轉(zhuǎn)速，r

23、/min ； f為電源頻率，Hz； p為異步電動機磁極個數(shù)；s為 轉(zhuǎn)差。所以，理論上說，只要改變f就能改變電機轉(zhuǎn)速n。 3.2.2變頻調(diào)速控制方式 常見的變頻調(diào)速模式有兩種，一種是開環(huán)控制，另一種是速度反饋閉環(huán)控制， 如圖3.2所示。本系統(tǒng)根據(jù)恒壓的控制要求，采用的是 PID調(diào)節(jié)方式（內(nèi)含在變頻器中） 的閉環(huán)控制。 、 I工信號 主 控 機 器 變頻器故障信號 開環(huán)控制 圖3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式 3.2.3變頻器的輸入輸出電路 本系統(tǒng)中變頻器的輸入信號有兩種，一種是控制信號，它包括PLC俞給的變頻器 FW信號BX言號和VI (12)電壓信號(0-5V), FW信號BX言號由PLC俞出，控

24、制變頻 器的工作開關。VI (12)控制變頻器頻率。另一種是輸入電源信號，本系統(tǒng)采用的 三相380V的交流電源，三相電流輸入連接在端子 L1/R, L2/S, L3/T 上。采用三相輸 入的話，則用主電路的電源端子L1/R, L2/S, L3/T 通過線路保護用斷電器或帶漏電 保護的斷路器連接至三相交流電源，不需考慮連接相序。如果有條件的話，還可以 在電源電路中串入一個電磁接觸器，這樣就可以保證變頻器保護功能動作時能切除 電源和防止故障擴大，以保證安全。盡量不要用主電路電源ON/OF的方法控制變頻 器的停止和運行，應該用控制電路端子 FWD BX, 變頻器的輸出信號也有兩種，一是送 PLC勺超

25、壓信號、欠壓信號和變頻器故障信 號這三個輸出控制信號，另一是送水泵的變頻器輸出電源信號。送PLC勺超壓、欠壓 信號由變頻器的丫1, Y2端子送出，丫1的內(nèi)部功能設定選為頻率檢測(FDT)功能，幅值 為50Hz,滯后值為0.5Hz 。丫2的內(nèi)部功能設定選為0速度輸出功能，變頻器輸出頻率 為0HZ時輸出ON9號。 11P L L F化送0-5電壓信號 ：|二送.信號 F，匚送F丨信號 控制面版 接觸器 超壓信號 欠壓信號 變頻器故障輸出 圖3.3變頻器的I/O端點連接 送PLC的變頻器故障信號我們選擇從丫3輸出，丫3勺內(nèi)部功能設定選擇為報警功 能，變頻器發(fā)生指定的故障時輸出信號。變頻器的輸出電源接

26、接觸器，它給所有的 工頻回路的接觸器都提供電源信號，但是具體的哪一臺接觸器接通由PLC空制。變頻 器的輸出端子（U, V, W）按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。如果電 機旋轉(zhuǎn)方向不對，則說明連接相序有錯，則改變 U、V, W中的任意兩相的接線。變頻 器和電動機（水泵）間配線很長時，由于線間分布電容產(chǎn)生較大的高頻電流，可能造 成變頻器過電流跳閘另外，漏電流增加，電流值指示精度變差。對于本系統(tǒng)中的變 頻器，變頻器和電動機（水泵）之間的距離最好小于50M如果配線很長時，則必須連 接輸出側(cè)濾波器選件（OFL濾波器）。接線時還有一點需要注意的是，為了安全和減少 噪聲，變頻器的接地端子G必須

27、良好接地。為了防止電擊和火警事故，電氣設備的金 屬外殼和框架均應按照國家電氣規(guī)程要求接地。接地線要粗而短，變頻器系統(tǒng)應連 接專用接地極，及不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地（具體接法見圖3.3，在最后 的程序中，因本人能力有限，故將報警裝置去除，在實際應用中應當加入）。 采用變頻器驅(qū)動異步電動機調(diào)速。在異步電動機確定后，通常應根據(jù)異步電動 機的額定電流來選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動機實際運行中的電流值（最大值）來 選擇變頻器。當運行方式不同時，變頻器容量的計算方式和選擇方法不同，變頻器 應滿足的條件也不一樣。選擇變頻器容量時，變頻器的額定電流是一個關鍵量，變 頻器的容量應按運行過程中可能出現(xiàn)的最

28、大工作電流來選擇。 該系統(tǒng)用一臺變頻器使多臺電機并聯(lián)運轉(zhuǎn)，對于一臺電機開始起動后，再追加 投入其他電機起動的場合，此時變頻器的電壓、頻率已經(jīng)上升，追加投入的電機將 產(chǎn)生大的起動電流，因此，變頻器容量與同時起動時相比需要大些。 綜合上面因素，我們選擇佳靈JP6C-T9280系列變頻器。性能見表3.1。 表3.1佳靈JP6C-T9280性能 型號 JP6C-T9280 JP6C-T9280 適用電機容量（kW） 280 額定容量（KVA） 400 額定電流（A） 520 額疋過載電流 額定電流的150%份鐘 相數(shù)電壓頻率 三相，380V至 440V 50Hz/60Hz 容許波動 電壓 +10V-1

29、5%，頻率土 5% 抗瞬時電壓降低 310V以上可連續(xù)運行，電壓從額定值降到310V以下時， 繼續(xù)運行15ms 最高頻率 50-400Hz可變設定 基本頻率 50-400HZ可變設定 啟動頻率 0.5-60HZ可變設定 載波頻率 2-6KHz可變設定 冷卻方式 強制風冷 3.3壓力傳感器的選擇 檢測元件的精度直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。通常可以選用各種壓力傳感器檢測 管網(wǎng)壓力。傳統(tǒng)的壓力傳感器有利用彈性元件的，如電感壓力傳感器、電容壓力傳 感器等。PMC系列壓力傳感器的構(gòu)造與之不同，屬于一體化的高精度儀器。它采用 電子陶瓷技術(shù)，測量元件完全是固體形式。其工作原理是：使壓力直接作用于電子 陶瓷膜片，

30、膜片出現(xiàn)位移后所產(chǎn)生的電容量被與其同體的電子元件檢測、放大，最 后轉(zhuǎn)換成420mA勺標準信號輸出。 PM型傳感器具有如下特點： 具有相當強的抗沖擊和抗過載能力，過壓量達額定量程的百倍以上； 由于壓力測量元件中不采用傳統(tǒng)的介質(zhì)物質(zhì)，所以，測量精度極高，且?guī)缀?不受溫度梯度的影響； 采用脈沖頻率調(diào)制方式傳輸信號，大大減少了現(xiàn)場干擾的影響，信號傳輸用 普通導線完成，簡單方便； 重量輕，體積小，安裝維護非常方便。 我們選PMC13型壓力傳感器作為出水口端壓力檢測元件，檢測泵出口附近管網(wǎng) 內(nèi)壓力作反饋信號，該元件可承受的相對壓力最大測量范圍達O-40MPa最小測量范 圍為O-lkPa，所需電源要求電壓為

31、12. 530V,精度土 0. 1%，壓力傳感器將出水 口的壓力信號線性轉(zhuǎn)換為4-20mA DC標準信號送到PLC （在該系統(tǒng)中，我選取0- 500kPa）。 3.4水泵的選擇 選取2種型號的水泵，小泵為常開泵（能夠調(diào)節(jié)到工頻），大泵只能在變頻狀 態(tài)下工作。 其中，小泵為丫355M1-4大泵為丫355-M2-4。參數(shù)見表3.2 （按實際需要選取, 我選了 2種比較常用的型號）。 表3.2水泵性能參數(shù)表 轉(zhuǎn)速 流量 揚程 軸功率（清 效率 汽蝕裕量 水） 配帶電機（Sm=1.2） Rpm 3 m/hl/s m % m kW 型號kW Y355M1- 1100 435.5121.0 63.7 50

32、.0 4.0 151.1 4/220kW Y355M2- 850 511.0141.9 62.5 54.0 3.0 161.1 4/250kW 3.5鑒頻鑒相問題 3.5.1大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻存在的問題 大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻工作原理如圖 3.4所示，KN1 KN2為交流接觸器，M為 變頻器外控制端子 pl門IId |E1VSZ VVVF KN1 卄 r KN2 匚 圖3.4電機變頻轉(zhuǎn)工頻原理圖 水泵機。VVVF是變頻器裝置，BX FWD CMI是變頻器的外控端子，當FW CM接通 時，電機正轉(zhuǎn)運行，當FW CM斷開時，電機正轉(zhuǎn)運行停止；當 BX- CM接通時， 變頻器斷開所有輸出，電機處于自

33、由運轉(zhuǎn)模式，變頻器正常運轉(zhuǎn)時，必需保證BX CM斷開。當KN1斷開，KN2吸合，水泵在變頻器驅(qū)動下，從 OHz開始升頻（這一 過程稱水泵電機軟起動），當變頻器頻率上升到50Hz后，如果系統(tǒng)水壓仍舊達不 到壓力設定值時，自控系統(tǒng)將進行水泵電機切換操作，斷開KN2吸合KN1,使電機 直接接入電網(wǎng)電壓下運行，變頻器再對另一臺水泵電機實現(xiàn)軟起動，并進行調(diào)速以 保證系統(tǒng)水壓穩(wěn)定在設定值。 從上述過程可以看出，大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻的問題和自耦降壓起動有些許類 似之處，自耦降壓起動是利用自耦變壓器，使電機在低電壓狀態(tài)時起動，來達到降 低起動電流的目的；變頻器拖動電機軟起動時，起動電流也很小，二者在起動過程

34、中，就減少電動機起動電流的功效來說是相似的。但二者在接觸器的切換過程中卻 存在本質(zhì)的差別，當自耦降壓起動的轉(zhuǎn)速接近額定值時，通過接觸器的動作切除自 耦變壓器，切換過程前后電動機的三相電源存在一致性，即切換前后加在電動機每 一相電源電壓盡管大小不等，但相位和頻率仍是一致的；而在變頻轉(zhuǎn)工頻的過程 中，由于變頻器電壓輸出起始相位具有隨機性，它所輸出的三相電源和工頻電源并 不一致，即使變頻器的輸出電壓頻率等于工頻電壓頻率，它輸出的三相電源和工頻 電源的初始相位也不一致。由于這種相位不一致造成了大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻的問 題和自耦降壓起動問題的本質(zhì)不同，也直接導致大功率電機變頻轉(zhuǎn)工頻的復雜性。 正是由于變

35、頻器電壓輸出起始相位具有隨機性，變頻器輸出的三相電源和工頻電源 的初始相位不一致，直接導致了電機切換時產(chǎn)生的瞬時電流具有隨機性，有時會遠 大于電機的額定電流，在現(xiàn)場生產(chǎn)中表現(xiàn)為電機的電流或電壓過載，而使空氣開關 跳閘，燒毀熔斷器，嚴重時還會損壞電機設備。 變頻器的輸出切換問題，目前尚未得到足夠的重視，在認識上還存在著一些誤 區(qū)：一種看法是將變頻器當作一般的交流電源，因而可以將電動機在變頻器與供電 電網(wǎng)之間任意切換；另一種看法則認為由于變頻器自身的設計原理，是不允許變頻 器在運行中進行切換的。這兩種看法都不免有失偏頗，有關變頻器在拖動系統(tǒng)應用 的文章中，碰到變頻器切換問題時，不作具體描述；用簡單

36、的一句“切換到電網(wǎng)運 行”了之。即使有些文章在切換問題上進行了一些探索，但也沒有將這個問題的本 質(zhì)揭示出來。 3.5.2鑒頻鑒相器在大功率電機平穩(wěn)切換中應用 針對上述問題，在理論分析的基礎上，我們采用以下方法成功地解決了這一技 術(shù)難題，并且進行了工業(yè)實驗。在變頻轉(zhuǎn)工頻的過程中，引入鑒頻鑒相控制器，對 工頻電源和變頻輸出電源進行相位檢測。當二者相位頻率完全一致時，對電機實現(xiàn) 從變頻到工頻運行的無沖擊切換。 1. 鑒頻鑒相控制器的選用鑒頻鑒相控制器是采用單片機控制的智能相位頻率跟 蹤控制器，能準確跟蹤變頻器輸入輸出的相序、相位和頻率，保證變頻器輸入輸出 相序、相位頻率一致時，對電機實現(xiàn)從變頻到工頻

37、運行的無沖擊切換。現(xiàn)場選用的 鑒頻鑒相控制器具有相位跟蹤準確，技術(shù)先進，工作可靠，能顯著延長電控元件機 電機水泵等設備的使用壽命等特點。 2. 鑒頻鑒相控制器的工作原理 變頻器的三相輸入和三相輸出作為智能控制器的輸入信號，信號經(jīng)過整形，放 大電路，以及頻率、相位的跟蹤電路處理，進入單片機。經(jīng)由軟件計算判斷后，單 片機發(fā)出指令完成相應的動作，在顯示單元顯示相應的輸入輸出頻率，指示燈也指 示各個狀態(tài)。當變頻器輸入輸出相位、頻率一致時，控制器可分別給出集電極開路 輸出信號（或繼電器輸出信號）；當變頻器輸入輸出缺相、反序時，控制器有故障 代碼和指示燈同時報警，用戶據(jù)此作相位判斷 圖3.5 鑒頻鑒相比較

38、器和 PLC擴展模塊的接線圖 當變頻器輸出頻率達到50Hz時，先由鑒頻鑒相控制器檢測工頻電源和變頻電 源相位是否一致，若相位一致，EM235勺AIW6端口接受控制器3、4端子的0V電 壓信號，經(jīng)由PLC比較計算，PLC執(zhí)行一系列動作，M3.0閉合，BX-CM (K1)接 通，切斷變頻器的輸出，使變頻器的輸出電流為零。經(jīng)T33瞬間延時后，迅速切斷 KN2和變頻器端子FWD-CMK2)，在此狀態(tài)下，切斷K N2既保證了在切換時工頻 電源和變頻電源相位一致，也從根本上消除了接觸器的觸頭間的電弧。然后再由 PLC迅速發(fā)出命令，快速吸合 KN1,如此便實現(xiàn)了快速切換的目的。若相位不一致 控制器在3、4端

39、子輸出+5V的電壓信號，送入EM235的 AIW6 口，經(jīng)PLC比較計 算，并不完成切換動作，從而保證變頻器和水泵電機的安全運行。 3.6控制電路 因為控制電路圖具有相似性，故只介紹下面 3個就能解釋整個電路圖。 JTJV-1 El- Ml VF RUN 圖3.6指示燈控制電路 如圖3.6為1號泵變頻指示燈。即當1號泵處于變頻狀態(tài)時，燈E1-2亮 圖3.7工頻變頻切換電路 如圖3.7為1號水泵的變頻工頻切換電路。 當JNW-1接通時，RJ2-1導通，且JNV1不通，1號泵就會變頻運行。其中，RJ2-1 為熱繼電器，作為1號水泵過載保護。KN1 KN2乍為自鎖保護裝置，當JNW導通，則 KN得電

40、，于是下面的KN1常閉開關斷路。反之KN2&一樣。這樣自鎖能保證1號水泵 只能工頻變頻選其一.不會發(fā)生既連接了變頻又連接了工頻的錯誤。 圖3.8為1號蝶閥的開閥控制圖，即當該電路得電時，蝶閥開閥。 JF1接通，且KV2-2 ZDK2-1不得電時，蝶閥開始關閥。其中 KV2-1、KV2-2構(gòu)成自 鎖裝置，使得蝶閥只能處于開閥和關閥中的一種狀態(tài)。 4系統(tǒng)軟件開發(fā) 本系統(tǒng)的程序開發(fā)主要是PLC勺程序開發(fā)，我們采用的是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程和 控制目標，在計算機上先編輯好PLC軟件，然后傳給PLC勺方法，所用軟件是廠家提 供的STEP 7-Micro/WIN 32版。這是整個供水系統(tǒng)軟件開發(fā)的重點，系統(tǒng)的

41、重要功能 實現(xiàn)和順序控制都依靠于它，它的開發(fā)好壞直接影響對了整個控制系統(tǒng)的質(zhì)量好壞 和功能實現(xiàn)，下面就詳細敘述。 4.1 PLC編程簡介 4.1.1 PLC應用的開發(fā)步驟 PLC勺應用設計，一般應按下述幾個步驟進行，具體流程見圖4.1 圖4.1 PLC應用的系統(tǒng)開發(fā)流程圖 1. 熟悉被控制對象 首先要全面詳細的了解被控對象的機械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過程，了解機械設備的 運動內(nèi)容、運動方式和步驟，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)（功能）流程圖。 2. 明確控制任務與設計要求 要了解工藝過程和機械運動與電氣執(zhí)行元件之間的關系和對電控系統(tǒng)的控制要 求.例如機械部件的傳動與驅(qū)動，液壓、氣動的控制，儀表、傳感器的連接與

42、驅(qū)動 等。歸納出電氣執(zhí)行元件的動作節(jié)拍圖。電控系統(tǒng)的根本任務就是實現(xiàn)這個節(jié)拍 圖。 以上兩個步驟得到的圖、表，綜合而完整的反映了被控對象的全部功能和對被 控系統(tǒng)的全部要求，是整個系統(tǒng)設計的依據(jù)，也是系統(tǒng)設計的目的和任務所在，必 須仔細分析和掌握。 3. 制定電氣控制方案 根據(jù)生產(chǎn)工藝和機械運動的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，例如全自 動、半自動、手動、單機運行和多機聯(lián)線運行等。還要確定電控系統(tǒng)應有的其他功 能，例如故障診斷與顯示報替、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等 4. 確定電控系統(tǒng)的輸入輸出信號 通過研究工藝過程和機械運動的各個步驟、各種狀態(tài)、各種功能的發(fā)生、維 持、結(jié)束、轉(zhuǎn)換

43、和其他相互關系，來確定各種控制信號和各種檢測反饋信號、相互 的轉(zhuǎn)換和聯(lián)系信號。并且確定哪些信號需要輸入 PLC哪些信號需要PLC俞出或者哪 些負載要由PLC驅(qū)區(qū)動，分類統(tǒng)計出各種輸入輸出量的性質(zhì)與參數(shù)。 5. PLC的選型和硬件配置 根據(jù)以上的各個步驟所得到的結(jié)果，選擇合適的PLC型號井確定各種硬件配置。 本系統(tǒng)選定了西門子公司的S7-200 CPU226 6. PLC元件的編號分配 對各種輸入輸出信號占用的PLC俞入輸出端點及其其他元件進行編號分配，并設 計出PLC勺外部設計圖口。 7. 程序開發(fā) 用PLCT家提供的專用軟件包按照特定的規(guī)則，開發(fā)出梯形圖程序或語句表程 序。 8. 模擬運行與

44、調(diào)試程序 將開發(fā)好的程序傳入PLC中，在逐條檢查與驗證，并修改開發(fā)時的語法、數(shù)據(jù)錯 誤，然后可以在實驗室里進行模擬運行和調(diào)試程序，觀察在各種可能情況下各個輸 入量、輸出量之間的變化關系是否符合設計要求。發(fā)現(xiàn)問題及時修改開發(fā)和己傳送 到PLC中的內(nèi)容，直到完全滿足工作循環(huán)圖或狀態(tài)流程圖的要求。 在進行程序開發(fā)和模擬調(diào)試的同時，可以平行的進行電控系統(tǒng)的其他部分工 作，例如PLC外部電路和電氣控制柜、控制臺等的設計、裝配、安裝和接線工作. 9. 現(xiàn)場運行調(diào)試 完成以上各種工作后，即可將己初步調(diào)試好的程序傳送到現(xiàn)場使用的PLC存儲器 中，PLC接入實際輸入信號和實際負載，進行現(xiàn)場運行調(diào)試，及時解決調(diào)試

45、中發(fā)現(xiàn)的 問題，直到完全滿足設計要求，即可交付使用。 4.1.2 PLC的工作方式 PLC采取循環(huán)掃描的工作方式，其工作過程簡圖如圖 4.2所示。這個過程可分為 內(nèi)部處理、通信服務、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段，整個過程掃描一 T*內(nèi)部處理*通信服務輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 - 次所 圖4.2掃描過程 需的時間稱為掃描周期。在內(nèi)部處理階段，PLC僉查CPU模塊內(nèi)部硬件是否正常，復 位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它的內(nèi)部處理。在圖4.2掃描過程通信服務階段PLC 與帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容.在 PLC處于停止運行（STOP狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處

46、理和通信服務工作。在RUI時，要完 成全部的工作。 1. 輸入處理階段 PLC在輸入處理階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通 /斷狀態(tài)，并以此狀 態(tài)存入輸入輸出印象寄存器。接著轉(zhuǎn)入程序的執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時間，即使輸 入輸出狀態(tài)發(fā)生變化，輸入輸出印象寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個 掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。 2. 程序執(zhí)行階段 PLC在程序執(zhí)行階段，按先左后右、先上后下的步序，逐條執(zhí)行程序指令，從輸 入印象寄存器和其它元件印象寄存器讀出有關元件的通 /斷狀態(tài)。 根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關的元件印象寄存器中。即對 每個元件來說，元件印象寄存器中的內(nèi)容會隨著

47、程序的進程而變化。 3. 處理階段 在所有的指令執(zhí)行完畢后，將輸出印象寄存器 （即Y寄存器）的通/斷狀態(tài)，在輸 出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路、驅(qū)動功率放大電路、輸出端子，向 外輸出控制信號，這才是PLC勺實際輸出。 PLC勺掃描既可以按照固定的順序進行，也可以按用戶程序的指定的可變順序進 行。這不僅因為有的程序不需要每掃描一次就執(zhí)行一次，而且也因為在一個大的控 制系統(tǒng)中要處理的I/O點數(shù)比較多，通過安排不同的組織模塊，采用分時分批的掃描 辦法，可縮短循環(huán)掃描的周期和提高系統(tǒng)控制的實時響應性。 順序掃描的工作方式簡單直觀，簡化了程序的設計，并為PLC勺可靠性運行提供 了保障。一方面，

48、所掃描到的功能經(jīng)解算后，其結(jié)果馬上就可以被后面要掃描到的 邏輯解算所利用。另一方面，還可以通過 CP內(nèi)部設定的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描 是否超過規(guī)定時間，診斷CP內(nèi)部故障。以避免程序異常運行而造成的不良影響。 由PLC的工作過程可見，在PLC勺程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀 態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能變改變暫存 在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，也需要等到一個循環(huán)周期結(jié)束后，CPU!中將這些 輸出信號全部輸送輸出鎖存器，這才成為實際的 CPI輸出。因此，全部的輸入、輸出 狀態(tài)的改變，就需要一個掃描周期。掃描周期是其一個比較重要的指標，一般為幾 毫秒至幾

49、十毫秒.PLC掃描時間取決于程序的長短和掃描速度。因為 PLC的輸入處理階 段和輸出處理階段所需時間一般很短，通常只要幾毫秒。由此可見，PLC的掃描時間 對于一般的工業(yè)設備(改變狀態(tài)的時間約為幾秒以上)通常是沒什么影響的。 4.1.3 S7-200 編程語言和程序結(jié)構(gòu) PLC為用戶提供了完整的編程語言，以適應編制用戶程序的需要。PLC提供的 編程語言通常有以下幾種：梯形圖、指令表、功能圖和功能塊圖。 1. 梯形圖(LAD) 梯形圖(LAD)編程語言是從繼電器控制系統(tǒng)原理圖的基礎上演變而來的。PLC梯 形圖與繼電器控制系統(tǒng)梯形圖的基本思想是一致的，只是在使用符號和表達方式上 有一定區(qū)別。梯形圖的

50、一個關鍵概念是“能流”(Power Flow)。如果有“能流”從 左至右流向線圈，則線圈被激勵。如沒有，則線圈末被激勵?！澳芰鳌币酝ㄟ^被激 勵(ON)的常開接點和未被激勵(OFF)的常閉接點自左向右流?！澳芰鳌痹谌魏螘r候都 不會通過接點自右向左流。 在梯形圖中，觸點代表邏輯“輸入”條件，如開關、按鈕、內(nèi)部條件等；線圈 通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，如燈、電機接觸器、中間繼電器等。對S7 200 PLC來 說，還有一種輸出“盒”，它代表附加的指令，如定時器、計數(shù)器和功能指令等。 梯形圖語言簡單明了，易于理解，是所有編程語言的首選。 2. 指令表(STL) 指令表(STL)編程語言類似于計算機中的助記

51、符語言，它是可編程控制器最基礎 的編程語言。所謂指令表編程，是用一個或幾個容易記憶的字符來代表可編程控制 器的某種操作功能。 3. 順序功能流程圖(SFC) 順序功能流程圖(SFC)編程是一種圖形化的編程方法，亦稱功能圖。使用它可以 對具有并發(fā)、選擇等復雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)進行編程，許多PLC都提供了用于SFCS程的指 令。 4.功能塊圖（FBD） S7200的PLC專門提供了 FBD編程語言，利用FBD可以查看到像普通邏輯門 圖形的邏輯盒指令。它沒有梯形圖編程器中的觸點和線圈，但有與之等價的指令， 這些指令是作為盒指令出現(xiàn)的，程序邏輯由這些盒指令之間的連接決定。也就是 說，一個指令（例如AND盒）的

52、輸出可以允許另一條指令（例如定時器），這樣可以建 立所需要的控制邏輯。這樣的連接思想可以解決范圍廣泛的邏輯問題。FBD編程語 言有利于程序流的跟蹤，但在目前使用較少。 在編程語言的選擇上，具體是用梯形圖編程還是語句表編程或使用功能圖編 程，這主要取決于以下幾點： 有些PLC使用梯形圖編程不是很方便，則可用語句表編程，但梯形圖比語句 表直觀。 經(jīng)驗豐富的人員可用語句表直接編程，就像使用匯編語言一樣。 本課題中，選擇用梯形圖作為編程語言。 4.1.4編程軟件基本功能 STEP Micro/WIN 32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應用軟件的任務，例如 創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程

53、中編輯器具有簡單語法檢查 功能。同時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外， 還可直接用軟件設置PLC的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等。 程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯 誤。 梯形土中的錯誤處的下方自動加紅色曲線，語句表中錯誤前有紅色叉，且錯誤 處的下方加紅色曲線。 軟件功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式（在線方式）下進行，部分功能的實現(xiàn)也 可以在離線工作方式下進行。 聯(lián)機方式：有編程軟件的計算機與 PLC連接，此時允許兩者之間做直接通信。 離線方式：有編程軟件的計算機與 PLC斷開連接，此時能完成大部分基本功 能。如編程、編譯和調(diào)試程序系統(tǒng)組態(tài)

54、等。 兩者的主要區(qū)別是：聯(lián)機方式下可直接針對相連的 PLC進行操作，如上裝和下 載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等；而離線方式下不直接與PLC聯(lián)系，所有程序和參數(shù)都暫 時存放在磁盤上，等聯(lián)機后再下載到 PLC中。 4.1.5 PLC接線圖 (tij 圖4.3 PLC接線圖 如圖所示，總共有24個輸入數(shù)字量I/O 口，其中的SAN1 SAN2 SAN3 SAN4 SAN5 SAN為輸入開關；總共有16個輸出數(shù)字量I/O 口，JNW1 JNW2 JNV1 JNV2 JNV3 JNV4 JF1、JF2、JF3、JF4、JF5、JF6、JF7、JF8、FWD BX為 PLC空制的開 天量。 PLC可以增加數(shù)字量輸

55、出擴展模塊，假如該系統(tǒng)還要增加數(shù)字量輸出的話，可以 增加一個模塊。這樣也吻合數(shù)字量輸出I/O 口要預留10-30%的條件。 EM23為模擬量輸入輸出模塊，其中A+端、A-端接壓力傳感器，接受4-20mA電流 信號，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入符合CPUS準要求的信號。B+端、B-端接變頻器頻率信 號，接受0-5V電壓，輸入同樣符合CPU標準要求的信號。C+端、C-端接鑒頻鑒相比較 器，信號只有0伏和5伏兩種狀態(tài)，我依然把他看作模擬量。當輸入為 0時，變頻器的 輸出頻率相位和電網(wǎng)的頻率相位一致，能進行工頻轉(zhuǎn)變頻和變頻轉(zhuǎn)工頻的切換。輸 出為5V時，不能進行工頻轉(zhuǎn)變頻或變頻轉(zhuǎn)工頻的切換。 4.1.6恒壓供水的

56、工藝流程 系統(tǒng)開始運行之前，應先把管壓參數(shù) SP賦給PLC按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始運 行，PLC給變頻器FWD言號，然后判斷變頻器能否工作正常，正常的話采用全自動 變頻恒壓控制方式?，F(xiàn)在假設變頻器工作正常，系統(tǒng)開始運行，水泵1變頻零轉(zhuǎn)速 啟動，待運轉(zhuǎn)正常后壓力傳感器開始采樣，隨著PLC的不斷掃描，系統(tǒng)不斷輸入管 壓信號的采樣結(jié)果，采樣結(jié)果通過模擬輸入輸出單元將模擬輸入值轉(zhuǎn)換為PLC可以 接受的數(shù)字信號，與目標值作比較，將偏差調(diào)整為零，也就是提高或降低水泵轉(zhuǎn) 速，使管網(wǎng)水壓達到目標值。如果一臺水泵額定轉(zhuǎn)速運行仍不能使管網(wǎng)水壓達到設 定值，將水泵1切換到工頻態(tài)運行，延時后變頻器的控制對象切換到水泵2

57、,同時 保持水泵1維持工頻運行，水泵2從零轉(zhuǎn)速開始運行，過程如上。泵 3、泵4的工 作情況也是如此。 在該種運行方式下，系統(tǒng)大部分時間是工作于其中一臺泵變頻運行進行微調(diào)， 其它泵或工頻或停止的狀態(tài)本系統(tǒng)為 2組水泵輪流工作，2組水泵的選擇由人工直 接操作。因為2組水泵的原理型號相同，所以下面以水泵 1組為例介紹恒壓供水的 工藝流程。流程圖見圖4.4。該系統(tǒng)的主要運行過程如下： 1. 系統(tǒng)啟動 按下SAN1按鈕，系統(tǒng)水泵1組開始啟動。首先將水泵1組的兩個碟閥關閉。 即JF1和JF3置1,延時1秒鐘，確定蝶閥關閉后接通1號水泵變頻開關。隨后開 變頻器，即FWD! 1。當變頻器FWD端置1時，變頻器

58、將正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)且頻率逐漸上 升。當頻率到達50Hz時，水泵已經(jīng)運轉(zhuǎn)正常，延時 4S,開碟閥1,即將JF1置 0、JF2置1。隨后PLC的PID調(diào)節(jié)將控制變頻器頻率從而達到恒壓的效果。 2. 變頻轉(zhuǎn)工頻 變頻轉(zhuǎn)工頻的情況只可能發(fā)生在1號水泵。首先要進行條件判定，即只有當 1 號水泵處于變頻狀態(tài)時才可能有變頻轉(zhuǎn)工頻現(xiàn)象（這在程序中用觸點來確定）。然 后，必須1號水泵已經(jīng)到了工作極限（程序中用 VD208表示即50Hz）且壓力依然 小于設定值時才會出現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)工頻的現(xiàn)象（這在程序中用條件判定來確定，即PID 計算結(jié)果VD250大于VD208。當上述條件符合時，不能馬上切換到工頻，還要進 行相位比較，當相位

59、一致時，才能切換（程序中由鑒頻鑒相器來判斷，鑒頻鑒相器 輸出為0時，頻率相位都相同，具體見3.6章）。具體切換過程是關變頻器然后馬 上關閉1號水泵變頻開關再然后接通工頻開關。切換過程中應該有短時間的延時 （程序中延時為0.1S）。 隨后，因該馬上將2號水泵變頻開關接通，然后開變頻器，隨后按照（1）啟 動流程的介紹來啟動2號水泵。 3. 工頻轉(zhuǎn)變頻 同樣，工頻轉(zhuǎn)變頻同樣只可能發(fā)生在 1號水泵。前提為2臺水泵都在工作，2 號水泵工作頻率已經(jīng)到了最低值（程序中用VD204表示），且壓力依然不夠（在程 序中壓力不夠用PID計算結(jié)果VD250小于VD204表示）。滿足上面條件后就能馬上 關閉2號水泵。但

60、是此時還不能將1號水泵由工頻轉(zhuǎn)到變頻，首先要將變頻器調(diào)整 到50Hz,然后進行鑒相后才能轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過程為切斷1號水泵工頻，然后馬上接 通1號水泵變頻。 4. 關閉水泵組碟閥 當按下關閉水泵組碟閥按鈕時，將 JF1、JF3置1即可。 圖4.4恒壓工作流程圖 5. 關閉水泵組 關閉水泵組的條件是必須關閉了水泵組碟閥。確定關閉后，進行判斷 1號水泵 是否在工頻運行。如果是，直接關閉 1號水泵，然后關閉FWDS變頻器頻率慢慢降 低，從而關閉2號水泵。然后將1組水泵相關的信號置0,程序結(jié)束。 4.2 PLC程序解釋 因為該系統(tǒng)是采用2組水泵輪流供水，所以2組水泵PLC程序基本一致。下面解釋 第1組水泵（