基于plc的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)

1、基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)VF constant pressure water supply PLC2014屆石家莊鐵道學(xué)院成人教育分院(系)專 業(yè) 電氣自動(dòng)化應(yīng)用 學(xué) 號(hào) 201024111 學(xué)生姓名 傅東敏 指導(dǎo)教師 劉東嵐 完成日期 2013年 10 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)專業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用班級(jí)電氣技師10班學(xué)生姓名 傅東敏承擔(dān)指導(dǎo)單位蘭州鐵路技師學(xué)院導(dǎo)師姓名劉東嵐導(dǎo)師職稱一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)：變頻恒壓供水是通過改變水泵電機(jī)的供電頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，通過儀表檢測出供水壓力并加以控制，保證在用水量變化時(shí)供水量也隨之

2、變化，實(shí)現(xiàn)供水量與用水量的匹配，保護(hù)供水的壓力恒定即恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)以其節(jié)能、節(jié)省設(shè)備、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在我國供水行業(yè)得到了廣泛推廣應(yīng)用。二、設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)：1熟悉題目要求，查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)，寫出開題報(bào)告；2方案設(shè)計(jì)（包括方案論證與確定、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等內(nèi)容）；3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)；5撰寫設(shè)計(jì)說明書，繪制圖紙；6翻譯一篇與自己所學(xué)專業(yè)或設(shè)計(jì)有關(guān)的英文資料；三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標(biāo)：1根據(jù)控制要求完成系統(tǒng)的硬件選型與配置；2繪制軟件框圖并編程；3系統(tǒng)控制要求：（1）變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)有四臺(tái)泵，大泵電動(dòng)機(jī)的功率均為220KW，小泵的功率均為

3、160KW；（2）所有泵可設(shè)計(jì)成變頻循環(huán)軟啟動(dòng)的工作方式；（3）采用PID算法實(shí)現(xiàn)水壓的閉環(huán)控制；（4）西門子S7-200型系列PLC控制變頻及現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行。（5）系統(tǒng)具有自動(dòng)/手動(dòng)操作功能；（6）具有故障自診斷和自處理功能，對過流、欠壓、過壓、等變頻器故障均能自行診斷，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)（直流電源等）。四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）提交的成果：1開題報(bào)告（不少于3000字）；2設(shè)計(jì)說明書（不少于30頁，約1.2萬字左右）；3圖紙（硬件電路和軟件框圖各一張，大小合適為宜）；4設(shè)計(jì)說明書簡介；五、參考文獻(xiàn):J,蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2000,1:84-88M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,

4、135-1373金傳偉,毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J,電子技術(shù)應(yīng)用,2000,2:38-394張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,244-2515陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19966PID恒壓供水系統(tǒng).江蘇電器，2002(3)：33-357PLC控制的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng).西安科技學(xué)院學(xué)報(bào),2000 20(3)8 19979李建勛,歐容華.高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用J.變頻世界,200810李圣良.九江學(xué)院供水系統(tǒng)變頻恒壓控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的研究 J.CNKI,200511呂國芳，劉希濤, 基于PLC的PID控制

5、算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.自動(dòng)化儀表,200512李建勛,歐容華.高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用J.變頻世界,200813李圣良.九江學(xué)院供水系統(tǒng)變頻恒壓控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的研究 J.CNKI,200514呂國芳，劉希濤, 基于PLC的PID控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.自動(dòng)化儀表,200515李嬌. 基于MATLAB的輸送帶配料模糊PID控制的仿真研究 J.煤礦機(jī)械,200816吳宏鑫 PID控制的應(yīng)用與理論依據(jù) 控制工程期刊 2003年第1期六、任務(wù)進(jìn)度: 09月20日9月29日：熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求、任務(wù)；收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的論文、資料，方案論證與選擇；09月30日10月03日：初步

6、完成系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)配置與選型；10月04日10月07日：完善系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)；10月08日10月11日：繪制軟件框圖、編寫梯形圖及梯形圖調(diào)試；10月12日10月15日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；10月16日10月19日：繪制圖紙；10月20日：完成畢業(yè)論文、答辯。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用班級(jí)電氣技師10班姓名傅東敏一、選題背景及依據(jù)（簡述題目的研究背景，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，列出主要參考文獻(xiàn)）1、研究背景：隨著國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人們的生活水平的逐步提高，高層建筑的樓層不斷增高，城區(qū)的面積不斷擴(kuò)大，城市供水管線不斷延伸，城市供水是系統(tǒng)面臨著越

7、來越大的壓力，由于水壓不足，嚴(yán)重影響了上述用戶的正常工作和生活。為了保障高層建筑和供水管線終端用戶能正常用水，需要針對實(shí)際情況對上述用戶的供水系統(tǒng)增加壓力，恒壓供水系統(tǒng)可有效地解決高層建筑和供水管線終端的用戶水壓不足，而影響正常供水問題。由于PLC應(yīng)用向智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。智能化是指PLC應(yīng)用除具有傳統(tǒng)的順序控制功能外，還增加了用于過程控制和位置控制的各種專用接口及智能控制算法；而網(wǎng)絡(luò)化是指以觸摸屏為代表的人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)了PLC與用戶之間的、靈活的信息交換，且逐漸成為主流趨勢。變頻恒壓供水是通過改變水泵電機(jī)的供電頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，通過儀表檢測出供水壓力并加以控制，保證在用水量變化時(shí)供水量也

8、隨之變化，實(shí)現(xiàn)供水量與用水量的匹配，保護(hù)供水的壓力恒定即恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)以其節(jié)能、節(jié)省設(shè)備、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在我國供水行業(yè)得到了廣泛推廣應(yīng)用。2、國內(nèi)外研究現(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、變壓變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

9、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。即1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動(dòng)產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一)后，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，像瑞典、瑞士的ABB集團(tuán)推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”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

10、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)成最多七臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(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。在工程規(guī)模上也有一定水平，但由于設(shè)計(jì)中忽視動(dòng)能經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)以及機(jī)電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等等原因，致使在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。目前，大量的電能消耗在水泵、風(fēng)機(jī)負(fù)載上，城鄉(xiāng)居民用水設(shè)備所消耗的電量在這類負(fù)載中占了

11、相當(dāng)?shù)谋壤?。這一方面是由于我國居民多，用水量大，造成用電量大:另一方面是因?yàn)槲覈┧O(shè)備工作效率低，控制方式不夠科學(xué)合理。造成不必要的能量浪費(fèi)。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個(gè)很有意義的工作。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(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)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要

12、，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對于提高企業(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。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(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、抗干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。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)森蘭牌變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器(2.2kw-30kw)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺(tái)水泵的循壞切換、定時(shí)起

13、動(dòng)、停止和定時(shí)循環(huán)(月麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺(tái)水泵機(jī)組的切換)。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所。可以看出，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，對于能適應(yīng)不同的用水場合，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)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。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)踐中。采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)電流從零逐漸增

14、至額定電流，起動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)的使用壽命。這種調(diào)控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管(市政來水管)進(jìn)口壓力保持恒定為條件。實(shí)際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內(nèi)變化。因此這種調(diào)控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài).變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式(如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等)，是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù).它采用微機(jī)控制技術(shù);電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等

15、特點(diǎn)。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點(diǎn)。 3、參考文獻(xiàn)：1J,蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào),2000,1:84-882M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,135-1373金傳偉,毛宗源.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J,電子技術(shù)應(yīng)用,2000,2:38-394張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002,244-2515陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19966PID恒壓供水系統(tǒng).江蘇電器，2002(3)：33-357PLC控制的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng).西安科技學(xué)院學(xué)報(bào),20

16、00 20(3)8 19979李建勛,歐容華.高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用J.變頻世界,200810李圣良.九江學(xué)院供水系統(tǒng)變頻恒壓控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的研究 J.CNKI,200511呂國芳，劉希濤, 基于PLC的PID控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.自動(dòng)化儀表,200512李建勛,歐容華.高壓變頻器在熱電廠鍋爐恒壓供水上的應(yīng)用J.變頻世界,200813李圣良.九江學(xué)院供水系統(tǒng)變頻恒壓控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的研究 J.CNKI,200514呂國芳，劉希濤, 基于PLC的PID控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用J.自動(dòng)化儀表,200515李嬌. 基于MATLAB的輸送帶配料模糊PID控制的仿真研究 J.

17、煤礦機(jī)械,200816吳宏鑫 PID控制的應(yīng)用與理論依據(jù) 控制工程期刊 2003年第1期二、主要設(shè)計(jì)（研究）思想、解決的關(guān)鍵問題、擬采用的技術(shù)方案、設(shè)計(jì)（研究）工作步驟1設(shè)計(jì)內(nèi)容采用電動(dòng)機(jī)、變頻器與可編程控制器(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。有內(nèi)置電源，有水泵電機(jī)、PLC、PID調(diào)節(jié)器、交流接觸器、變頻器、管道、流量傳感器、壓力傳感器、電磁閥等部件。2、設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)利用各種傳感器對供水壓力的調(diào)節(jié)，可使供水和用水之間保持平衡，其控制要求有如下6個(gè)方面：(1)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

18、有四臺(tái)泵，大泵電動(dòng)機(jī)的功率均為220KW，小泵的功率均為160KW。(2)所有泵可設(shè)計(jì)成變頻循環(huán)軟啟動(dòng)的工作方式(3)采用PID算法實(shí)現(xiàn)水壓的閉環(huán)控制(4)FX2N系列PLC控制變頻及現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行(5)系統(tǒng)具有自動(dòng)/手動(dòng)操作工作(6)具有故障自診斷和自處理功能，對過流、欠壓、過壓等變頻器故障均能自行診斷，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3關(guān)鍵問題在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)以下要求具體設(shè)計(jì)：(1) 擬定設(shè)計(jì)思路，它是整個(gè)設(shè)計(jì)過程的指導(dǎo)(2) 選擇合適的硬件，以便節(jié)省成本和穩(wěn)定的運(yùn)行(3) 選擇合適的PLC使其能夠滿足工作的需要(4) 編制PLC的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖(5) 根據(jù)系統(tǒng)要求

19、編寫軟件說明書，然后再進(jìn)行程序設(shè)計(jì)(6) 注重設(shè)計(jì)的可用性，以便在工作過程中工作人員對系統(tǒng)的交流和更好的去操作(7) 設(shè)計(jì)工作臺(tái)、電氣柜及非標(biāo)準(zhǔn)電器元部件4設(shè)計(jì)步驟(1)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，分析設(shè)計(jì)任務(wù)；(2)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，解決關(guān)鍵問題；(3)完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行器件的選型；(4)繪制軟件流程框圖；(5)編寫程序，調(diào)試；(6)功能完善。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度安排 09月20日9月29日：熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求、任務(wù)；收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的論文、資料，方案論證與選擇；09月30日10月03日：初步完成系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)配置與選型；10月04日10月07日：完善系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)；10月0

20、8日10月11日：繪制軟件框圖、編寫梯形圖及梯形圖調(diào)試；10月12日10月15日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；10月16日10月19日：繪制圖紙；10月20日：完成畢業(yè)論文、答辯。 指導(dǎo)教師簽字時(shí)間年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語及成績學(xué)生姓名傅東敏專業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用班級(jí)電氣技師10學(xué)號(hào)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師姓名劉東嵐指導(dǎo)教師職稱指導(dǎo)教師評(píng)語：專家評(píng)語： 簽字： 年 月 日 答辯小組意見：答辯小組組長簽字： 年 月 日成績： 院長(主任) 簽字：年 月 日 摘 要隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的

21、自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢本論文分析變頻恒壓供水的原理及系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，提出不同的控制方案，通過研究和比較，本論文采用變頻器和PLC實(shí)現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸，然后用數(shù)字PID對系統(tǒng)中的恒壓控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本論文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)通過MCGS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)巡回監(jiān)控系統(tǒng)。具體講述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與軟件的實(shí)現(xiàn)，并對系統(tǒng)采取的可靠性措施進(jìn)行了說明。本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)許多實(shí)際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果和良好的節(jié)能效果。經(jīng)實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有高度的可靠性和實(shí)時(shí)性，極

22、大地提高了供水的質(zhì)量，并且節(jié)省了人力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵字：變頻調(diào)速；恒壓供水；PLC；MCGS；監(jiān)控系統(tǒng)AbstractWith therapiddevelopmentofsocialisticmarketingeconomy,thereisagrowingdemandfor better quality of water supply and higher reliability of supply system. In addition ,considering the current common energy crisis, achieving the scheme

23、of automatingthe water supply system. So it is an inevitable tendency to design and create an energy-savingconstant-pressure water supply system of excellent performance with the help of advancedtechniquesof automation,monitor-control system; andcommunication. Meanwhile, theSystem can also adapt to

24、various water Supply regions.This paperanalyzes the structure of VF speedregulatingconstant-pressurewatersupply,andproposesseveralcontrolmethods.Bycarefulstudy and comparison, PLC and inverter's method fits water supply system and datatransmission very well. Finally the paper shows the design of

25、 constant pressure supply watercontroller according to PID data and detailed introduction of its software and hardware.In thispaper,theauthordesignsandrealizestheremotemonitorandcontrolsystemthrough MCGS, and then illustrates its general design, software implement and the measures of preventable dis

26、turbance in details. The system, which has initially been completed with reliable performance and excellent energy-savingeffect, proves to possess high reliability and real-time quality. The system can not onlyremarkably improve the quality of water supply, but also economize on labor, which willsur

27、ely bring us both economic and social benefits.Key Words: VF speed; constant pressure water supply; PLC;MCGS; monitorand control- system目錄 第一章 緒論1131.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概況4第二章 PLC的概述52.1 可編程控制器定義62.1.1 PLC的定義62.1.2 PLC的發(fā)展和應(yīng)用62.1.3 PLC的工作過程72.2 可編程控制器的基本組成72.1.1 控制組件79第三章 恒壓供水系統(tǒng)93.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)分析93.1.2 變頻器的特點(diǎn)103.

28、1.3 PID調(diào)節(jié)器11123.3 課題研究的對象133.4 變頻恒壓供水控制方式的選擇143.5 變頻構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)的及工作原理153.5.1 系統(tǒng)的構(gòu)成153.5.2 工作原理173.5.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析1819第4章 PLC控制及編程234.1 PLC控制234.1.1 手動(dòng)運(yùn)行244.1.2 自動(dòng)運(yùn)行244.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)25252526結(jié)束語30致謝32附錄 第一章 緒論眾所周知，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)能己成為時(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

29、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)有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(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

30、泵+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，水泵處于高效能區(qū)。這種方式顯然比前種節(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

31、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)射流泵十水箱的供水方式這種方式是利用射流泵本身的獨(dú)特結(jié)構(gòu)進(jìn)行工作，利用壓差和來水管粗，出水管細(xì)的變徑工藝來實(shí)現(xiàn)供水，但是由于其技術(shù)和工藝的不完善，加之該方式會(huì)出現(xiàn)有壓無量(流量)的現(xiàn)象，無法滿足高層供水的需要。(4) 恒速泵十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)

32、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，將完全由人工操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。(5)恒速泵十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。但氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點(diǎn)，在介紹完變頻調(diào)速供水方式后，再將二者作一比較。(6)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)

33、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)速水泵調(diào)速控制方式有三種:水泵出口恒壓控制、水泵出口變壓控制、給水系統(tǒng)最不利點(diǎn)恒壓控制。出口恒壓控制水泵出口恒壓控制是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中水泵出口水壓恒定。這種方式適用于管路的阻力損失在水泵揚(yáng)程中所占比例較小，整個(gè)給水系統(tǒng)的壓力可以看作是恒定的，但這種控制方式若在供水面積較大的居住區(qū)中應(yīng)用時(shí)，由于管路能耗較大，在低峰用水時(shí)，最不利點(diǎn)的流出水頭高于設(shè)計(jì)值，故水泵出口恒壓控制方式不能得到最佳的節(jié)能效果。出口變壓控制水泵出口變壓控制也是將壓力傳感器安裝在水泵出口處，但其壓力設(shè)定值不只是一個(gè)。是將每日24

34、小時(shí)按用水曲線分成若干時(shí)段，計(jì)算出各個(gè)時(shí)段所需的水泵出口壓力，進(jìn)行全日變壓，各時(shí)段恒壓控制。這種控制方式其實(shí)是水泵出口恒壓控制的特殊形式。他比水泵出口恒壓控制方式能更節(jié)能，但這取決于將全天24小時(shí)分成的時(shí)段數(shù)及所需水泵出口壓力計(jì)算的精確程度。所需水泵出口壓力計(jì)算得越符合實(shí)際情況越節(jié)能，將全天分得越細(xì)越節(jié)能，當(dāng)然控制的實(shí)現(xiàn)也越復(fù)雜。最不利點(diǎn)恒壓控制最不利點(diǎn)恒壓控制是將壓力傳感器安裝在系統(tǒng)最不利點(diǎn)處;使系統(tǒng)在運(yùn)行過程中保持最不利點(diǎn)的壓力恒定。這種方式的節(jié)能效果是最佳的，但由于最不利點(diǎn)一般距離水泵較遠(yuǎn)，壓力信號(hào)的傳輸在實(shí)際應(yīng)用中受到諸多限制，因此工程中很少采用。變頻調(diào)速的方式在節(jié)能效果上明顯優(yōu)于氣壓

35、罐方式。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。而變頻恒壓供水在系統(tǒng)用水量下降時(shí)可無級(jí)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使供水壓力與系統(tǒng)所需水壓大致相等，這樣就節(jié)省了許多電能，同時(shí)變頻器對水泵采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)沖擊電流小，啟動(dòng)能耗比較小。另外氣壓罐要消耗一定的鋼量，這也是它的一個(gè)較大的缺點(diǎn)。而變頻調(diào)速供水系統(tǒng)的變頻器是一臺(tái)由微機(jī)控制的電氣設(shè)備，不存在消耗多少鋼材的問題。同時(shí)由于氣壓罐體積大，占地面積一般為幾十平米。而變頻調(diào)速式中的調(diào)

36、速裝置占地面積僅為幾平米。由此可見變頻調(diào)速供水方式比氣壓罐供水方式將節(jié)省大量占地面積。在運(yùn)行效果上，氣壓罐方式與調(diào)速式相比也存在著一定差距。氣壓罐方式的運(yùn)行不穩(wěn)定，突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動(dòng)。由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容量僅占其總?cè)莘e的1/3-1/6，因而每個(gè)罐的調(diào)節(jié)能力很小，只得依靠頻繁的啟動(dòng)來保證供水，這樣將產(chǎn)生較大的噪聲，同時(shí)由于啟動(dòng)過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動(dòng)，電氣和機(jī)械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。變頻調(diào)速式的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動(dòng)現(xiàn)象，加之啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊。在小區(qū)供水中，而且由于調(diào)速式是經(jīng)水泵加壓后直接送往用戶的，防止了的水質(zhì)二次污染，保證了飲用水水

37、質(zhì)可靠。由此可見，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，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。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對供水的質(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，成為對供水系統(tǒng)的新要求。由于城市供水量不斷加大，對城市管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測提出了更高的要求。泵站擔(dān)負(fù)著工農(nóng)業(yè)和生活用水的重要任務(wù)，運(yùn)行中需大量消耗能量，提高泵站效率:降低能耗，對國民經(jīng)濟(jì)有重大意義。我國泵站的特點(diǎn)是數(shù)量大、范圍廣、類型多、發(fā)展速度快，在工程規(guī)模上也有一定水平，

38、但由于設(shè)計(jì)中忽視動(dòng)能經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)以及機(jī)電產(chǎn)品類型和質(zhì)量上存在的一些問題等等原因，致使在技術(shù)水平、工程標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)等方面與國外先進(jìn)水平相比，還有一定的差距。目前，大量的電能消耗在水泵、風(fēng)機(jī)負(fù)載上，城鄉(xiāng)居民用水設(shè)備所消耗的電量在這類負(fù)載中占了相當(dāng)?shù)谋壤?。這一方面是由于我國居民多，用水量大，造成用電量大:另一方面是因?yàn)槲覈┧O(shè)備工作效率低，控制方式不夠科學(xué)合理。造成不必要的能量浪費(fèi)。因此，研究提水系統(tǒng)的能量模型，找出能夠節(jié)能的控制策略方法，這里大有潛力可挖，是減少能耗，保障供水的一個(gè)很有意義的工作。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和

39、低成本等諸多特點(diǎn)，變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(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。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概況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、變壓變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

40、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。即1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動(dòng)產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一)后，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，像瑞典、瑞士的ABB集團(tuán)推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓

41、供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循壞方式”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)成最多七臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(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，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)

42、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、抗干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。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)森蘭牌變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器(2.2kw-30kw)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺(tái)水泵的循壞切換、定時(shí)起動(dòng)、停止和定時(shí)循環(huán)(月麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺(tái)水泵機(jī)組的切換)。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

43、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所?？梢钥闯?，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，對于能適應(yīng)不同的用水場合，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)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。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)踐中。采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)電流從零逐漸增至額定電流，起動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對于電機(jī)的機(jī)械損傷，有效的延長了電機(jī)的使用壽命。這種調(diào)控方式以穩(wěn)定水壓為目的，各種優(yōu)化方案都是以母管(市政來水管)

44、進(jìn)口壓力保持恒定為條件。實(shí)際上，給水泵站的出口壓力允許在一定范圍內(nèi)變化。因此這種調(diào)控方式縮小了優(yōu)化范圍，所得到的解為局部最優(yōu)解，不能完全保證泵站始終工作在最優(yōu)狀態(tài).變頻調(diào)速是優(yōu)于以往任何一種調(diào)速方式(如調(diào)壓調(diào)速、變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速等)，是當(dāng)今國際上一項(xiàng)效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有發(fā)展前途的電機(jī)調(diào)速技術(shù).它采用微機(jī)控制技術(shù);電力電子技術(shù)和電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本低能耗等諸多特點(diǎn)。第二章 PLC的概述2.1 可編程控制器定義2.1.1 P

45、LC的定義可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會(huì)(International Electrical Committee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則

46、而設(shè)計(jì)。2.1.2 PLC的發(fā)展和應(yīng)用世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言5，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)組件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。

47、20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來

48、說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。2.1.3 PLC的工作過程圖2.1PLC的掃描工作過程PLC是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的工作方式，其工作過程就是程序的執(zhí)行過程，它分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段，如圖2.1所示。PLC在I/O處理方面必須遵守的規(guī)則如下：輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取

49、決于輸入端子板在上一個(gè)刷新時(shí)間的狀態(tài)；程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像寄存器、元件映像寄存器中存放的所需軟元件的狀態(tài)；輸出映像寄存器（包含在元件映像寄存器中）的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)刷新時(shí)間輸出映像寄存器的狀態(tài)決定；輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存器中的狀態(tài)決定。2.2 可編程控制器的基本組成2.1.1 控制組件可編程控制器主要由CPU、存儲(chǔ)器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成。可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。編程裝置將用戶程序送入可編程控制器，在可編程控制器運(yùn)行狀態(tài)下，輸入

50、單元接收到外部元件發(fā)出的輸入信號(hào)，可編程控制器執(zhí)行程序，并根據(jù)程序運(yùn)行后的結(jié)果，由輸出單元驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。1. CPU單元CPU是可編程控制器的控制中樞，相當(dāng)于人的大腦。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。CPU的功能有：它在系統(tǒng)監(jiān)控程序的控制下工作，通過掃描方式，將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)寫入輸入映象寄存區(qū)域，PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算等，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存區(qū)域。CPU常用的微處理器有通用型微處理器、單片

51、機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。通用型微處理器常見的如Intel公司的8086、80186、到Pentium系列芯片，單片機(jī)型的微處理器如Intel公司的MCS-96系列單片機(jī)，位片式微處理器如AMD 2900系列的微處理器。小型PLC 的CPU多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ肅PU，中型PLC的CPU大多采用16位微處理器或單片機(jī)，大型PLC的CPU多用高速位片式處理器，具有高速處理能力。2. 存儲(chǔ)器可編程控制器的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器ROM、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和可電擦寫的存儲(chǔ)器EEPROM三大部分構(gòu)成，主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。只讀存儲(chǔ)器ROM用以存放系統(tǒng)程序，可編程控制器在生產(chǎn)過程中將系統(tǒng)程序固化在RO

52、M中，用戶是不可改變的。用戶程序和中間運(yùn)算數(shù)據(jù)存放的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。它存儲(chǔ)的內(nèi)容是易失的，掉電后內(nèi)容丟失；當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，用戶程序可以保存在只讀存儲(chǔ)器EEPROM或由高能電池支持的RAM中。EEPROM兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，用來存放需要長期保存的重要數(shù)據(jù)。3. I/O單元及I/O擴(kuò)展接口（1）I/O單元PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的符合PLC輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過光電耦合電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干

53、擾能力，輸入響應(yīng)時(shí)間一般在0.115ms之間。根據(jù)輸入信號(hào)形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。根據(jù)輸入單元形式的不同，可分為基本I/O單元、擴(kuò)展I/O單元兩大類。（2）I/O擴(kuò)展接口可編程控制器利用I/O擴(kuò)展接口使I/O擴(kuò)展單元與PLC的基本單元實(shí)現(xiàn)連接，當(dāng)基本I/O單元的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠使用時(shí)，可以用I/O擴(kuò)展單元來擴(kuò)充開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的I/O端子。4. 外設(shè)接口外設(shè)接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、連

54、網(wǎng)等功能。5. 電源電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個(gè)專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流5伏、正負(fù)12伏、24伏），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)）提供24V直流電源（僅供輸入端點(diǎn)使用），而驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的電源由用戶提供。西門子公司具有品種非常豐富的PLC產(chǎn)品。S7系列是傳統(tǒng)意義的PLC，S7-200屬于小型PLC，在1998年升級(jí)為第二代產(chǎn)品，2004年升級(jí)為第三代產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下6：（1）功能強(qiáng)大。S7-200有5種CPU模塊，最多可擴(kuò)展7個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量I

55、/O或38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；（2）先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大、使用方便的編程軟件；（3）靈活方便的尋址方法；（4）強(qiáng)大的通信功能和品種豐富的配套人機(jī)界面；（5） 有競爭力的價(jià)格；（6）完善的網(wǎng)上技術(shù)支持等。第三章 恒壓供水系統(tǒng)3.1 變頻恒壓供水系統(tǒng)分析3.1.1 電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理水泵電機(jī)多采用三相異步電動(dòng)機(jī)，而其轉(zhuǎn)速公式為： （3.1.1） 式中：f表示電源頻率，p表示電動(dòng)機(jī)極對數(shù)，s表示轉(zhuǎn)差率。從上式可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：(l) 改變電源頻率(2) 改變電機(jī)極對數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)差率改變電機(jī)極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著

56、，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級(jí)調(diào)速，而且級(jí)差比較大，即變速時(shí)轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級(jí)調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點(diǎn)是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗7，且成本高而影響它的推廣價(jià)值。下面重點(diǎn)分析改變電源頻率調(diào)速的方法及特點(diǎn)。根據(jù)公式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的