電氣和電子工程系學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)論文（凈）

1、 AnhuiVocactional & TechnicalCollege of Industry & Trade畢 業(yè) 論 文PLC變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用The application of PLC, frequency converter in constant pressure water supply所在系院：電氣與電子工程系專業(yè)班級(jí)：機(jī)電一體化技術(shù)（6）班學(xué)生學(xué)號(hào)：2014350614學(xué)生：軍偉指導(dǎo)教師：言武2017年5月20日工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書系（院） 電氣與電子工程系 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 班級(jí) (6) 學(xué)生軍偉學(xué)號(hào) 2014350614一、題

2、 目：PLC變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用二、容與要求：容：1.獨(dú)立完成PLC變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用設(shè)計(jì)。 2.運(yùn)用相關(guān)知識(shí)完成各模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)，調(diào)試及測(cè)試。要求：1.通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速。 2.能夠讀懂變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 3.能夠看懂PLC變頻器的工作原理。三、設(shè)計(jì)（論文）起止日期：任務(wù)下達(dá)日期： 2016 年 5 月 25 日完成日期： 2017 年 5 月 20 日 指導(dǎo)教師簽名： 2016年5月25日四、教研室審查意見：教研室負(fù)責(zé)人簽名：2016年5月25日 工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)專業(yè)、班級(jí)機(jī)電一體化6班學(xué)生軍偉完成日期 2017.5.20 題 目：P

3、LC變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 ××× 頁(yè)，其中：圖 ××× 幅，表×××個(gè)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：建議成績(jī)指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)： 建議成績(jī)?cè)u(píng)閱人（簽名）： 年 月 日工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定專業(yè)、班級(jí)機(jī)電一體化6班 學(xué)生軍偉完成日期 2017.5.20 題 目：PLC變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 ××× 頁(yè)，其中：圖 ××× 幅，表 ×××個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指

4、導(dǎo)小組評(píng)定意見：畢業(yè)論文成績(jī)的評(píng)定：指導(dǎo)教師審閱成績(jī)（70%）評(píng)閱教師評(píng)閱成績(jī)（30%）總 分系（院）負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日29 / 34PLC變頻器在恒壓供水上的應(yīng)用摘要 建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源是一項(xiàng)艱巨任務(wù)。根據(jù)用水時(shí)間集中，用水量變化較大的特點(diǎn)，分析了供水系統(tǒng)存在成本高，可靠性低，水資源浪費(fèi)，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出以利用自來(lái)水水壓供水與水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器、軟啟動(dòng)器、PLC、微泄露補(bǔ)償器、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能等傳感器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的圍。從而可以解決因樓層太高導(dǎo)致壓力不足及

5、小流量時(shí)能耗大的問題。另外水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省近四成。結(jié)合使用可編程控制器，可實(shí)現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動(dòng)，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速PLC恒壓供水自動(dòng)控制The application of PLC, frequency converter in constant pressure water supplyAbstract Build a conservation-minded society, reasonable development, econo

6、mical utilization and effective protection of water resources is a difficult task. According to the characteristic of the large changes in water concentration, water supply, water supply system are analyzed is the high cost, low reliability, waste water, pipe network system to improve the problem. P

7、ut forward by use of tap water and water pressure water pump water the way of bining PLC and frequency converter, soft starter, and micro leak pensator, pressure sensor, liquid level sensor, and different functions such as sensors, according to the pipe network pressure, through the inverter control

8、 of pump speed, to keep the pressure in the pipe is always in the right range. To solve the insufficient pressure as a result of floor is too high and the problem of energy consumption when small flow. Another pump power consumption power three times of the direct relationship with the motor speed,

9、so the pump speed run energy-saving effect is very obvious, the average power consumption is usually save nearly forty percent water supply way. bined with the use of programmable controller, which can realize the main pump frequency conversion, the auxiliary pump soft start, with short circuit prot

10、ection, over current protection function, stable and reliable work, greatly extend the service life of the motor.Keywords：Frequency control of motor speed PLC Constant pressure water supply The automatic control目 錄第1章引言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(guó)研究現(xiàn)狀1第2章變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程42.1 恒壓供水系統(tǒng)原理42.2 工藝流程5第3

11、章硬件設(shè)計(jì)73.1主要器件選型73.1.1 PLC簡(jiǎn)潔73.1.2 PLC的選型123.1.3 變頻器143.1.4 變頻器的選型173.2供水系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)193.3 變頻器、PLC接線圖及參數(shù)設(shè)置223.4 PLC I/O分配表23第4章軟件設(shè)計(jì)244.1 梯形圖的基本繪制規(guī)則244.2 程序流程圖244.3 程序28總結(jié)29參考文獻(xiàn)30致31第1章 引言1.1 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義近年來(lái)我國(guó)中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到1998年，我國(guó)人均日生活用水量（包括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升，增長(zhǎng)了37.2%，與此同時(shí)我國(guó)城市家

12、庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期時(shí)供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動(dòng)較大。由于每天不同時(shí)段用水對(duì)供水壓力的要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)很難及時(shí)有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時(shí)供水壓力不足,用水低峰期時(shí)供水壓力過高。 供水廠希望通過對(duì)原有系統(tǒng)的技術(shù)改造，提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化水平。并在此基礎(chǔ)之上配備相應(yīng)的系統(tǒng)管理軟件，改變傳統(tǒng)的落后管理方式，使管理工作規(guī)化，提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平。由于水廠原有的供水控制系統(tǒng)是一個(gè)完全依靠值班人員手動(dòng)控制的系統(tǒng)，所以對(duì)該系統(tǒng)技術(shù)改造的要在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)進(jìn)行，設(shè)計(jì)一套取水和供水的自動(dòng)控制系統(tǒng)，克服由于采用單純手

13、動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制帶來(lái)的控制不方便、控制系統(tǒng)對(duì)供水管網(wǎng)中壓力和水位變化反應(yīng)遲鈍的問題，降低能源消耗和資源浪費(fèi)，提高設(shè)備的可維護(hù)性和運(yùn)行的可靠性，以達(dá)到降低自來(lái)水的生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)管理水平的目的。在相當(dāng)比較大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)供水系統(tǒng),變頻調(diào)速恒壓供水有它自身的特點(diǎn)：1.供水量在短時(shí)間（一天時(shí)間）變化大,這種變化在幾個(gè)小時(shí)甚至是幾倍或上十倍。2.對(duì)供水壓力的要求比較嚴(yán)格，供水的壓力隨供水的流量的變化而變化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道壓力。從上即可結(jié)論：以變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大程度滿足需要，也提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源、而且能夠構(gòu)成復(fù)雜的功能強(qiáng)大的供水系統(tǒng)。

14、恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實(shí)際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)研究現(xiàn)狀目前，就國(guó)而言，歸結(jié)起來(lái)主要采用以下三種方法：（1）水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點(diǎn) 這種方式是集中供水。對(duì)于一、二層是商業(yè)群房，群房上建有多幢住宅的建筑，目前較多采用此種供水方案。一般設(shè)計(jì)有地下生活水池一座，集中恒壓變頻供水，不設(shè)屋頂水箱。主水泵一般有三

15、臺(tái)，二開一備自動(dòng)切換，副泵為一般為一小流量泵，夜間用水量小時(shí)主泵自動(dòng)切換到副泵，以維持系統(tǒng)壓力基本不變。恒壓變頻供水是較為理想和先進(jìn)的。首先恒壓變頻供水保證出水壓力不變，根據(jù)用水量大小進(jìn)行變頻供水，既節(jié)約電能，又保證水泵軟啟動(dòng)（對(duì)電網(wǎng)電壓沖擊不大），延長(zhǎng)了水泵壽命。各臺(tái)水泵自動(dòng)輪換使用，即最先投入使用的水泵最早退出運(yùn)行，這樣各臺(tái)水泵壽命均等，而且一旦水泵出現(xiàn)故障，該系統(tǒng)能自動(dòng)跳過故障泵運(yùn)行。如圖1-1所示。圖1-1 傳統(tǒng)恒壓供水方式（2）水池水泵高位水箱用水點(diǎn) 此方式也是集中供水。單幢次高層和高層建筑的高壓供水區(qū)較多采用該種方案。一般也需要設(shè)計(jì)有一座地下水池，通過兩臺(tái)水泵（一用一備）抽水送至高

16、位水箱，再由高位水箱向下供水至各用水點(diǎn)。該方式是較成熟的水泵、水箱供水方式。（3）單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點(diǎn) 此方式已簡(jiǎn)化為單元總水表進(jìn)水。單元水箱和單元增壓泵實(shí)際上是一個(gè)整體，我們稱之為單元增壓器。由于有屋頂水箱，高水位時(shí)停泵，低水位時(shí)啟泵，這樣，水泵也有了停息時(shí)間，既省電又不至于一停電就停泵無(wú)水供應(yīng)，用水有了保障，社會(huì)效益較好。水池水泵（恒壓變頻或氣壓罐）管網(wǎng)系統(tǒng)用水點(diǎn)是目前國(guó)外普遍采用的方法。該系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定死。 1這樣既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，有效地防止因?yàn)閭溆帽瞄L(zhǎng)期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象

17、，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費(fèi)用。水池水泵高位水箱用水點(diǎn)這種供水方式通過水泵抽水送至高位水箱，再由高位水箱向下供水至各用戶。2但是這第種二次供水方式不可避免造成二次污染，影響居民的身體健康。所以這種方案并不可取，終將淘汰。單元水箱單元增壓泵單元高位水箱各單位用水點(diǎn)的確也達(dá)到了樓房高層的用戶不因城市供水管網(wǎng)水壓減小而用不到水的目標(biāo)，但是它的投資較大，總費(fèi)用比上兩種方式增加一、二十萬(wàn)元。 第2章 變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程2.1 恒壓供水系統(tǒng)原理本文的供水系統(tǒng)可適用于生活水、工業(yè)用水以及消防等多種場(chǎng)合的供水。以三臺(tái)水泵組成的供水系統(tǒng)為例3，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、PL

18、C控制系統(tǒng)、變頻器、人機(jī)界面、上位連接以及報(bào)警裝置等部分組成。其工作過程：PLC首先檢測(cè)給水池液位保護(hù)開關(guān)是否動(dòng)作，否則直接由變頻器啟動(dòng)第一臺(tái)水泵；同時(shí)由遠(yuǎn)傳壓力表測(cè)出出水口管路水壓，將模擬量送到PLC控制器，與給定水壓值(設(shè)定上下限)比較后，控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最大或最小時(shí)，由PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。如圖2-1所示。VY1EQSLHSLL水池泵1泵3泵2VY2生活用水壓力檢測(cè)PLC變頻器消防用水圖2-1 恒壓供水系統(tǒng) 由圖可見市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制其EQ來(lái)控制注水閥YV1，它們自動(dòng)把水注滿水池，只要水位低于高

19、水位，則自動(dòng)向水池注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給PLC最為報(bào)警用。位保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離相差不是很大。生活供水和消防供水公用三個(gè)水泵。平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)水泵根據(jù)生活用水的多少按一定邏輯控制運(yùn)行，使生活供水在恒壓條件下運(yùn)行。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)水泵供消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)下進(jìn)行?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺(tái)水泵再改為生活供水使用。對(duì)生活/消防恒壓供水的要求：1.生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行；消防供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行。2.三臺(tái)水泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開后?！钡脑瓌t接入和退出

20、。3.在用水量較小時(shí)，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行超過3小時(shí)，則要切換到下一系統(tǒng)，具有”倒泵功能”避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。4.要用完善的報(bào)警功能。5對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)使用。2.2 工藝流程系統(tǒng)采用3臺(tái)水泵并聯(lián)運(yùn)行方式，把水泵M1，M2，M3分別和電網(wǎng)及變頻器連接，實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。為保護(hù)電機(jī)，水泵M1，M2和M3可以通過變頻器逐步啟動(dòng)，啟動(dòng)參數(shù)可調(diào)，即平滑加速，減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)沖擊電流大的弊病，減輕對(duì)管道的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的“水錘效應(yīng)”，減少設(shè)備損壞。在工作過程中，壓力傳感器將主管網(wǎng)水壓變換為電流信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入PLC，PLC根據(jù)給定的

21、壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率。如圖2-2所示。升壓控制系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)開始工作時(shí)，供水管道水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻(即

22、5O Hz)時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，PLC自動(dòng)將第二臺(tái)泵M2啟動(dòng)投入到變頻運(yùn)行，同時(shí)將變頻泵M1切換到工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻(即5O Hz)時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值，PLC自動(dòng)將最后一臺(tái)水泵M3啟動(dòng)投入到變頻運(yùn)行，同時(shí)將變頻泵M2切換到工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)。此時(shí)如果變頻器輸出頻率達(dá)到工頻及3臺(tái)泵全負(fù)荷工作，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警。降壓控制 當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行的水泵M3關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值。

23、當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。當(dāng)一臺(tái)水泵變速運(yùn)行，用水量接近于零，水泵最小轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速時(shí)(這是變速運(yùn)行水泵最小工作轉(zhuǎn)速)，可根據(jù)這一工作狀態(tài)的長(zhǎng)短和系統(tǒng)用水的特點(diǎn)，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入間歇運(yùn)行或小容量水泵運(yùn)行。圖2-2 工作流程圖第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1主要器件選型3.1.1 PLC簡(jiǎn)潔PLC即可編程控制器（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(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical mittee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中

24、對(duì)PLC做了如下定義：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程.PLC是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有PLC。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(lái)在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算

25、、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)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。1 PLC具有以下特點(diǎn)： （1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)

26、接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 （2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、C等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人

27、機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 （3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改

28、變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 （5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域：目前，PLC在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （1）開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械

29、、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （3）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能

30、，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 （4）過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 （5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定

31、的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3 PLC的國(guó)外狀況：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣

32、動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable ,是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC.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主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)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

33、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(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。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。個(gè)人計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱PC）發(fā)展起來(lái)后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。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

34、控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)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(guó)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。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。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(lái)說(shuō)，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(lái)

35、說(shuō)，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(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，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，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上屋電氣生產(chǎn)的CF系列、機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種

36、產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，華光公司、鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。4 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 （1）CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃

37、描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算

38、器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 （2）I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 （3）常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有2

39、20VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 （4）電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC）

40、，直流電源（常用的為24VDC）。 （5）底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。3.1.2 PLC的選型 目前，世界上有PLC廠商200多家，各種型號(hào)產(chǎn)品幾千種。PLC產(chǎn)品按地域上分成三個(gè)流派，分別是美國(guó)產(chǎn)品、歐洲產(chǎn)品、日本產(chǎn)品。美國(guó)：AB（allen-bradly）、GE（generalelectric）；歐洲：德國(guó)的西門子（siemens）、法國(guó)的te（telemecanique）；日本：三菱電機(jī)（mitsubishielectric）、歐姆龍（omron）。此外控

41、制工程網(wǎng)所有，國(guó)市場(chǎng)上還有國(guó)、地區(qū)等PLC產(chǎn)品?，F(xiàn)有的PLC種類繁多，型號(hào)齊全。要根據(jù)工業(yè)的實(shí)際需要選擇合適的PLC。 我國(guó)工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度普遍較低，如機(jī)械行業(yè)80%以上的設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器控制。加入我WTO后控制工程網(wǎng)所有，中國(guó)正日益成為世界新的制造業(yè)基地，制造業(yè)的控制主要以邏輯控制為主，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化改造也為PLC的應(yīng)用提供廣闊的發(fā)展空間。ARC咨詢集團(tuán)近期發(fā)布的中國(guó)可編程序控制器（PLC）展望報(bào)告指出：中國(guó)制造業(yè)增長(zhǎng)迅速，某些行業(yè)的增長(zhǎng)率甚至達(dá)到20%。在未來(lái)五年，中國(guó)PLC市場(chǎng)的綜合年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)將達(dá)到14.1%。 由于種種原因，國(guó)產(chǎn)品牌的PLC在國(guó)PLC市場(chǎng)份額所

42、占比例很小，一直沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，中國(guó)目前市場(chǎng)上95%以上的PLC產(chǎn)品來(lái)自國(guó)外公司。目前中國(guó)PLC市場(chǎng)主要廠商為siemens、mitsubishi、omron、rockwell、schneider、ge-fanuc等國(guó)際大公司，歐美公司在大、中型PLC領(lǐng)域占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，日本公司在小型PLC領(lǐng)域占據(jù)十分重要的位置，國(guó)和中國(guó)的公司在小型PLC領(lǐng)域也有一定市場(chǎng)份額。 2003年10月，國(guó)媒體開始關(guān)于中國(guó)PLC市場(chǎng)的研究，依據(jù)得到的樣本分析，初步得出正在使用的眾多PLC的品牌中，西門子、三菱及omron占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，60%左右的用戶使用了這些品牌的PLC產(chǎn)品，而rockwell/ab、ge-fa

43、nuc和富士等品牌也占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。 綜合考慮，選擇西門子S-200系列的PLC較為合適。SIMATIC S7-200 系列PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200 系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7-200系列出色表現(xiàn)在極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的置、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊這幾個(gè)方面。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)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)

44、，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)。 S7-200 系列PLC 可提供4 個(gè)不同的基本型號(hào)的8 種CPU 供您使用。如表3-1西門子S-200系列PLC的型號(hào)有：S7-221, S7-222 , S7-224 , S7-224XP , S7-226 表3-1 西門子PLC S-7 200系列分類型號(hào)概述S7-221本機(jī)集成6 輸入/4 輸出共10 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。無(wú)I/O 擴(kuò)展能力。6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20k

45、Hz高速脈沖輸出。1 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。S7-222本機(jī)集成8 輸入/6 輸出共14 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接2 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至78 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或10 路模擬量I/O 點(diǎn)。6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。4 個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。1 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。是具有擴(kuò)展能力的、適應(yīng)性更廣泛的全功能控制器。S7-224本機(jī)集成14 輸入/10 輸出共24

46、 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35 路模擬量I/O 點(diǎn)。16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。1 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。S7-224XP本機(jī)集成14 輸入/10 輸出共24 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)，2 輸入/1 輸出共3 個(gè)模擬量I/O 點(diǎn)，可連接7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或 38路模擬量I/O 點(diǎn)。22K 字

47、節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6 個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器(100KHz)，2 個(gè)100KHz 的高速脈沖輸出，2 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機(jī)還新增多種功能，如置模擬量I/O，位控特性，自整定PID 功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。是具有模擬量I/O 和強(qiáng)大控制能力的新型CPU。S7-226本機(jī)集成24 輸入/16 輸出共40 個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248 路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35 路模擬量I/O 點(diǎn)。26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6 個(gè)獨(dú)立的30kHz 高速計(jì)數(shù)器，2 路獨(dú)立的20kH

48、z 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。2 個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。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(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些4 復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的代碼、名稱及地址編號(hào)如表3-3所示。水位上下限信號(hào)分主機(jī)單元CPU 224AC/DC繼電器模擬量單元EM 2354AI/IAO別為I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎]時(shí)為0，露出時(shí)為1。從表中分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)

49、1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。如果選擇XP222 PLC，也需要擴(kuò)展單元，如果選擇XP226 PLC，則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選主機(jī)為CPU為XP224 PLC（14/10繼電器輸出）一臺(tái)，加上一個(gè)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置時(shí)最經(jīng)濟(jì)的。如圖3-1圖3-1PLC系統(tǒng)配置圖3.1.3 變頻器 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器主要是由

50、主電路、控制電路組成。如圖3-2圖 3-2變頻器電器原理圖主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類:電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。（1）整流器：最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）平波回路：在整流器整流后的

51、直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓（電流）。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。（3）逆變器：同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。控制電路是給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”

52、，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。（1）運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。（2）電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。（3）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。（4）速度檢測(cè)電路:以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）保護(hù)電路:檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。整流部分為三相橋式不可控整流器，

53、逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。從理論上可知電機(jī)的轉(zhuǎn)速N與供電頻率f有以下關(guān)系：n=2*60f(1-s)/q ( q-電機(jī)極數(shù) s-轉(zhuǎn)差率) （3-1）由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的級(jí)數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的圍變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時(shí)的情況：（1）變頻器小于50Hz時(shí)，由于I*R很小，所以U/F=E/F不變時(shí)，磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩和電流成正比，這也就

54、是為什么通常用變頻器的過流能力來(lái)描述其過載（轉(zhuǎn)矩）能力，并成為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）變頻器50Hz以上時(shí)，通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計(jì)制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個(gè)電壓圍給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 (T=Te, P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運(yùn)行時(shí)，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。下面用公式來(lái)定性的分析一下頻率在50Hz時(shí)的情況。眾所周知，對(duì)一個(gè)

55、特定的電機(jī)來(lái)說(shuō), 其額定電壓和額定電流是不變的。如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上。當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時(shí)，變頻器的輸出電壓為380V，電流為30A。 這時(shí)如果增大輸出頻率到60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A。 很顯然輸出功率不變。所以我們稱之為恒功率調(diào)速。這時(shí)的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢？由于功率是角速度與轉(zhuǎn)矩的乘積。因?yàn)楣β什蛔?，角速度?加了，所以轉(zhuǎn)矩會(huì)相應(yīng)減小。7我們還可以再換一個(gè)角度來(lái)看：從電機(jī)的定子電壓 U=E+I*R (I-電流，R-電子電阻，E-感應(yīng)電勢(shì)) （3-2） 可以看出，U、I不變時(shí)，E也不變。而 E=K*F*X

56、 (k-常數(shù)，f-頻率，X-磁通) （3-3）所以當(dāng)f由50->60Hz時(shí)，X會(huì)相應(yīng)減小。對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)， T=K*I*X (K-常數(shù)，I-電流，X-磁通) （3-4）因此轉(zhuǎn)矩T會(huì)跟著磁通X減小而減小。 結(jié)論：當(dāng)變頻器輸出頻率從50Hz以上增加時(shí)，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)減小。變頻器中常用的控制方式：2.1 非智能控制方式 在交流變頻器中使用的非智能控制方式有V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 在實(shí)際應(yīng)用中，還有一些非智能控制方式在變頻器的控制中得以實(shí)現(xiàn)，例如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制等。 2.2 智能控制方式 智能控制方式主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在變頻器的控制中采用智能控制方式在具體應(yīng)用中有一些成功的例。 3.1.4 變頻器的選型變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： (1) 采用變頻的目的；恒壓控制或恒流控制等。 (2) 變頻器的負(fù)載類型；如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。 (3) 變頻器與負(fù)載的匹配問題； I.電壓匹配；變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 II. 電流匹配；普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等則需要參考電機(jī)性能參