基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

目錄摘要5ABSTRACT6第1章緒論11.1選題背景11.2課題意義11.3國內(nèi)外在該方向的研究概況11.4本文的主要工作3第2章系統(tǒng)總體分析和設(shè)計42.1系統(tǒng)概述42.2恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理42.3恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計6第3章器件的選型及介紹103.1可編程控制器PLC103.1.1簡介PLC的產(chǎn)生103.1.2簡介PLC的開展?fàn)顩r及其開展趨勢103.1.4簡介PLC的應(yīng)用領(lǐng)域113.1.5PLC的工作過程113.1.6PLC的選型123.2變頻器123.2.1變頻器的構(gòu)成123.2.2變頻器的特點163.2.3變頻器的選型173.2.4變頻器的接線183.3PID調(diào)節(jié)器183.4壓力傳感器的接線圖193.5原件表20第4章PLC控制及編程224.1PLC控制224.2自動運行234.3手動運行254.4公用局部27第5章MCGS組態(tài)軟件295.1MCGS組態(tài)軟件295.2建立界面305.2.1建立窗口305.2.2定義數(shù)據(jù)對象315.3編輯界面335.3.1編輯畫面335.3.2對象元件的選擇335.4MCGS與PLC之間的連接345.4.1添加PLC設(shè)備355.4.2PLC設(shè)備屬性的設(shè)置36結(jié)束語38參考文獻(xiàn)40摘要建設(shè)節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源是一項艱巨任務(wù)，因傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致局部設(shè)備不能正常工作，本文提出了一種基于三菱FXOS-30MR和三菱FR-A540變頻器的變頻恒壓供水系統(tǒng)的解決方案。主要討論了以三菱FXOS-30MR和三菱FR-A540變頻器為核心的硬件電路的設(shè)計和軟件程序的設(shè)計，實現(xiàn)了對傳感器信號的處理，各參數(shù)的設(shè)定等，詳細(xì)介紹了硬件電路和軟件程序的實現(xiàn)方法。恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高，在泵站供水中可完成以下功能:(1)維持水壓恒定；(2)控制系統(tǒng)可手動/自動運行；(3)多臺泵自動切換運行；(4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。當(dāng)外界停止用水時，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時自動喚醒；(5)在線調(diào)整PID參數(shù)；(6)泵組及線路保護(hù)檢測報警、信號顯示等。關(guān)鍵詞變頻恒壓供水；PLC；FR-A540ABSTRACTBuildingtheconservation-orientedsociety,thereasonabledevelopment,savesandtheeffectiveprotectingwaterresourcesisanarduoustask，thatthetraditionalwatersupplyCoverslargeareas，Easywaterpollution，Moreinvestmentininfrastructure，andthemaindisadvantageisthatwaterpressurecannotremainconstant,causepartoftheequipmentdoesnotwork.Inthispaper,basedonMitsubishiFXOS-30MRandMitsubishiFR-A540frequencyinvertersolutionforVFconstantpressurewatersupplysystem.MainlydiscussedinFXOS-30MRMitsubishiandMitsubishiFR-A540Inverterinhardwaredesignandsoftwaredesign,implementationofsensorsignalprocessing,eachparametersetting,etc.,detailinghardwareandsoftwareImplementationoftheprogram.Advancedtechnologyandconstantpressurewatersupply,waterpressureconstant,easy,reliableoperation,savingenergy,highdegreeofautomationinthewatersupplypumpingstationtobecompletedbythefollowingfunctions:(1)maintainingthepressureconstant;(2)controlsystemmanual/Automaticoperation;(3)multiplepumpautomaticswitchingoperation;(4)systemsleepandwakeup.Whentheoutsidetostopwater,thesystemisinsleepmodeuntilawake-upautomaticallywhenwaterdemand;(5)On-lineadjustmentofPIDparameters;(6)pumpandlineprotectiondetectionalarm,signaldisplay.Keywords:VFconstantpressurewatersupply;PLC;FR-A540第1章緒論水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成局部，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水頂峰期，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，此時將會造成能量的浪費，同時有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。因此，開發(fā)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。1.1選題背景目前,居民生活用水和工業(yè)用水增長幅度日益加大.由于居民日常生活用水會隨季節(jié)、晝夜等時間段的不同而不同,如采用傳統(tǒng)的供水方式那么會出現(xiàn)供水和用水不平衡的現(xiàn)象,造成資源浪費。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的要求.為了節(jié)約能源,可采用變頻恒壓供水方式對傳統(tǒng)供水系統(tǒng)加以改造,以到達(dá)節(jié)能、控制簡單、供水穩(wěn)定、減少污染等目的。1.2課題意義本文介紹的是關(guān)于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計，因變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、平安、供水品高質(zhì)等優(yōu)點，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電動機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化〔實際上為供水管網(wǎng)的壓力變化〕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(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低本錢、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。1.3國內(nèi)外在該方向的研究概況變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的開展之后逐漸開展起來的。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，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)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組運行的情況，因而投資本錢高。即1968年，丹麥的丹佛斯公司創(chuàng)造并首家生產(chǎn)變頻器(丹佛斯是傳動產(chǎn)品全球五大核心供給商之一)后，隨著變頻技術(shù)的開展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(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，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機(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)備本錢，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(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)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。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)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn);有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(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)沒能到達(dá)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，可完成最多四臺水泵的循壞切換、定時起動、停止和定時循環(huán)(月麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實現(xiàn)七臺水泵機(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)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時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?？梢钥闯觯壳霸趪鴥?nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，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)實踐中。采用變頻調(diào)節(jié)以后，系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，電機(jī)起動電流從零逐漸增至額定電流，起動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沒有較大的沖擊，減輕了起動機(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、串級調(diào)速等)，是當(dāng)今國際上一項效益最高、性能最好、應(yīng)用最廣、最有開展前途的電機(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)傳動技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)交流電動機(jī)的無級調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點。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、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低本錢低能耗等諸多特點。1.4本文的主要工作本文采用電動機(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)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時到達(dá)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應(yīng)的總管壓力實際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的投運臺數(shù)和運行變量泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而到達(dá)給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的PID或PI功能實現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點測的壓力信號(4－20ｍＡ)直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。第2章系統(tǒng)總體分析和設(shè)計本章從系統(tǒng)概述、變頻恒壓供水的節(jié)能原理和系統(tǒng)的硬件設(shè)計三個方面對該系統(tǒng)進(jìn)行了總體分析說明。2.1系統(tǒng)概述如圖2.1所示，為該系統(tǒng)的供水流程。圖2.1供水流程簡圖隨著變頻技術(shù)的開展和人們對生活飲水品質(zhì)要求的提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)一起環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點，廣泛用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機(jī)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)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。在實際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻恒壓供水設(shè)備、降低本錢、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不管是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟(jì)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較的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向開展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。2.2恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理在變頻恒壓供水系統(tǒng)中,關(guān)鍵是對水泵的控制.泵的轉(zhuǎn)速n與流量Q、揚程H及泵的軸功率N的關(guān)系如下式所示：(1)泵用電動機(jī)驅(qū)動時,電動機(jī)功率P可用下式表示:(2)式中:泵的流量Q和揚程H的關(guān)系曲線見圖2.2.曲線①、②分別對應(yīng)轉(zhuǎn)速n1、n2(n1>n2)時的H-Q特性曲線,曲線③、④為管阻特性曲線.當(dāng)調(diào)節(jié)流量時,通常采用調(diào)節(jié)閥門和變頻調(diào)速兩種方式.圖2.2泵的流量Q和揚程H的關(guān)系曲線假設(shè)泵的額定工作點為N點,額定流量QN為100%,此時軸功率P1與圖中QNNHN0區(qū)域面積成正比.(1)調(diào)節(jié)閥門法當(dāng)流量從QN減小到QA時,采用調(diào)節(jié)閥門法,管阻特性曲線從④切換至③,揚程H增大,工作點由N切換至A.此時軸功率P2與圖中QAHAA0區(qū)域面積成正比.(2)變頻調(diào)速法由式(1)可知,泵的流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比,要將流量從QN減小到QA時,可將泵轉(zhuǎn)速從n1降至n2,工作點從N切換至B,揚程H減小.在同樣流量QA下,軸功率P3與圖中QAHBB0區(qū)域面積成正比.由圖可知,P3<P2,在同樣流量QA下,采用調(diào)速法節(jié)省的軸功率與圖中陰影局部(BAHAHB)區(qū)域面積成正比,節(jié)能效果非常明顯.對于電機(jī)的轉(zhuǎn)速,可用下式表示:式中:n—電機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min;f—電源頻率,Hz;p—電機(jī)極對數(shù);s—轉(zhuǎn)差率.因此,當(dāng)調(diào)節(jié)泵的流量時,通過改變頻率調(diào)節(jié)電機(jī)速度,即采用變頻調(diào)速法,比采用調(diào)節(jié)閥門法節(jié)能.2.3恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計2.3.1供水系統(tǒng)的構(gòu)成圖2.3供水系統(tǒng)方案圖如下列圖2.4所示，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及假設(shè)干輔助部件構(gòu)成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺水泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器〔反應(yīng)0——5V電壓信號〕或壓力變送器〔反應(yīng)4——20mA電流〕；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機(jī)的頻率實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。從原理框圖，可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報警裝置等局部組成。圖2.4系統(tǒng)原理圖執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，圖中的3個水泵分為2種類型：調(diào)速泵：是由變頻調(diào)速控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。恒速泵：水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力缺乏時，對供水量進(jìn)行定量的補充。信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號：①水壓信號：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反應(yīng)信號。②報警信號：它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常。該信號為開關(guān)量信號?？刂葡到y(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器〔PLC系統(tǒng)〕、變頻器和電控設(shè)備三個局部。①供水控制器：它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)〔即水泵〕進(jìn)行控制。②變頻器：它是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。③電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電器元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換。人機(jī)界面人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場所。通過人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定值，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對系統(tǒng)的運行過程進(jìn)行監(jiān)視，對報警進(jìn)行顯示。通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成局部，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時通過通信接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成局部。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)平安、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機(jī)過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失2.3.2供水系統(tǒng)的主電路接線及其工作原理圖2.5系統(tǒng)主接線圖由圖2.5可知，電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運行和在變頻電下運行。KM1、KM3、KM5分別為電動機(jī)M1、M2、M3工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、KM2、KM4分別為電動機(jī)M1、M2、M3變頻運行時接通電源的控制接觸器。熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動機(jī)的過載保護(hù)。熔斷器〔FU〕是電路中的一種簡單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。第3章器件的選型及介紹本論文設(shè)計主要用到PLC〔即可編程邏輯控制器〕，變頻器，PID調(diào)節(jié)器，壓力傳感器及其他輔助元器件，本章主要介紹這些器件的選型及相關(guān)介紹。3.1可編程控制器PLC可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上開展起來的，當(dāng)時稱作可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱PLC。簡介PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭劇烈，為了適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司〔GM〕公開招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：〔1〕編程方便，可現(xiàn)場修改程序；〔2〕維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；〔3〕可靠性高于繼電器控制裝置；〔4〕體積小于繼電器控制盤；〔5〕數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；〔6〕本錢可與繼電器控制盤競爭；〔7〕輸入可以是交流市電〔115V〕〔美國電壓標(biāo)準(zhǔn)〕〔8〕輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器、電磁閥等；〔9〕擴(kuò)展時原系統(tǒng)改變??；〔10〕用戶程序存儲器至少能擴(kuò)展到4KB。這就是著名的“GM十條〞。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC〕中標(biāo)后，制造出世界上第一臺可編程序控制器?！睵rogrammableLogicController,簡稱PLC〕。16位和32位微處理器的應(yīng)用，使PLC得到了驚人的開展，現(xiàn)在已經(jīng)成為自動化技術(shù)的三大支柱之一。3.1.2簡介PLC的開展?fàn)顩r及其開展趨勢現(xiàn)在的PLC產(chǎn)品已經(jīng)使用了16位、32位高性能微處理器，而且實現(xiàn)了多處理器的多通道處理，通信技術(shù)使PLC的應(yīng)用得到進(jìn)一步開展。PLC的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)PLC產(chǎn)品。比較著名的有美國的AB、通用〔GE〕、莫迪康〔MODICON〕、日本的三菱〔MITSUBISHI〕、歐姆龍〔OMRON〕、富士電機(jī)〔FUJI〕、松下電工、德國的西門子〔SIEMENS〕、法國的TE、施耐德〔SCHNEIDER〕、韓國的三星〔SAMSUNG〕、LG等。PLC總的開展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向開展。具體表現(xiàn)在以下幾方面：(1).向小型化、專用化、低本錢方向開展(2).向大容量、高速度方向開展(3).智能型I/O模塊的開展(4).基于PC的編程軟件取代編程器(5).PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化(6).PLC通信的易用化.(7).組態(tài)軟件與PLC的軟件化(8).PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合3.1.4簡介PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前PLC在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。〔1〕順序控制例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等等?！?〕運動控制〔3〕過程控制PLC能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度?！?〕數(shù)據(jù)處理〔5〕通信聯(lián)網(wǎng)3.1.5PLC的工作過程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)行和輸出刷新三個階段，如圖3.1所示。3.1PLC的掃描工作過程PLC在I/O處理方面必須遵守的規(guī)那么如下：①輸入映像存放器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板在上一個刷新時間的狀態(tài)；②程序如何執(zhí)行，取決于用戶所編的程序和輸入映像存放器、元件映像存放器中存放的所需軟元件的狀態(tài)；③輸出映像存放器〔包含在元件映像存放器中〕的狀態(tài)，由輸出指令的執(zhí)行結(jié)果斷定。④輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一個刷新時間輸出映像存放器的狀態(tài)決定；⑤輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存器中的狀態(tài)決定。3.1.6PLC的選型水泵M1、M2，M3可變頻運行，也可工頻運行，需PLC的6個輸出點，變頻器的運行與關(guān)斷由PLC的1個輸出點，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個輸出信號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數(shù)量一共9個?？刂破饎雍屯Ｖ剐枰?個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號占用PLC2個輸入點，系統(tǒng)自動/手動起動需1輸入點，手動控制電機(jī)的工頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統(tǒng)停止運行需1個輸入點，檢測電機(jī)是否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點數(shù)量共為24個點。本系統(tǒng)選用FXos-30MR-D型PLC。3.2變頻器變頻器的構(gòu)成通常由變頻器主電路〔IGBT、BJT、或GTO作逆變元件〕給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制。而控制指令那么根據(jù)外部的運轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運算獲得。對于需要更精密速度或快速響應(yīng)的場合，運算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護(hù)電路信號，即防止因變頻器主電路的過電壓、過電流引起的損失外，還應(yīng)保護(hù)異步電動機(jī)及傳動系統(tǒng)等圖3.2變頻器的構(gòu)成1.主電路給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換局部，稱為主電路。圖3.4所示是典型的電壓逆變器的例子，其主電路由三局部構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器〞，吸引在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路〞以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器〞。另外，異步電動機(jī)需要制動時，有時要附加“制動回路〞。整流器最近大量使用的是二極管的交流器，圖3.4所示，它把工頻電源變換為直流電源?？捎脙山M晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，其功率方向可逆，可以再生運轉(zhuǎn)。平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電壓吸收脈動電壓〔電流〕。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。逆變器同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù)PWM控制信號使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。圖3.3以電壓型PWM逆變器為例示出開關(guān)時間和電壓波形。圖3.3電壓型逆變器的輸出電壓④制動回路異步電動機(jī)在再生制動區(qū)域使用時〔轉(zhuǎn)差率為負(fù)〕，再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機(jī)械系統(tǒng)〔含電動機(jī)〕慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用由逆變流器向電源反應(yīng)或設(shè)置制動回路〔開關(guān)和電阻〕把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。圖3.4典型的電壓型逆變器一例2.控制電路給異步電動機(jī)供電〔電壓、頻率可調(diào)〕的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖3.2所示，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運算電路〞，主電路的“電壓/電流檢測電路〞，電動機(jī)的“速度檢測電路〞，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的“驅(qū)動電路〞，以及逆變器和電動機(jī)的“保護(hù)電路〞。在圖3.2點劃線內(nèi)，僅以控制電路A局部構(gòu)成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán)控制。在控制電路B局部增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制?？刂齐娐分饕ǎ孩龠\算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、功率。電壓/電流檢測電路與主電路電位隔離，檢測電壓、電流等。驅(qū)動電路為驅(qū)動主電路器件的電路。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。速度檢測電路以裝在異步電動機(jī)軸上的速度檢測器〔TG、PLG等〕的信號為速度信號送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機(jī)按指令速度運轉(zhuǎn)。保護(hù)電路檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。保護(hù)回路主要包括：〔1〕逆變器保護(hù)1〕瞬時過電壓保護(hù)。由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流到達(dá)異常值〔超過容許值〕時，瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn)，切斷電流。交流器的輸出電流到達(dá)異常值，也同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。2〕過載保護(hù)。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時間以上，為了防止逆變器器件、線路等損壞要停止運轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)〔使用電子電路〕。過負(fù)載是由于負(fù)載的GD2〔慣性〕過大或因負(fù)載過大使電動機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。3〕再生過電壓保護(hù)。采用逆變器使電動機(jī)快速減速時，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時超過容許值?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\轉(zhuǎn)或停止快速減速的方法，防止過電壓。4〕瞬時停電保護(hù)。對于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時停電，控制電路工作正常。但瞬時停電時間在10ms以上時，通常會使控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運轉(zhuǎn)。5〕接地過電流保護(hù)。逆變器負(fù)載側(cè)接地時，為了保護(hù)逆變器，有時要有接地過電流保護(hù)功能。但為了確保人身平安，需要轉(zhuǎn)設(shè)漏電斷路器。6〕冷卻風(fēng)機(jī)異常。有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，但風(fēng)機(jī)異常時裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器?！?〕異步電動機(jī)的保護(hù)1〕過載保護(hù)。過載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機(jī)內(nèi)埋入溫度傳感器，或者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來檢出過熱。動作頻繁時可以考慮減輕電動機(jī)負(fù)載、增加電動機(jī)及逆變器容量等。2〕超頻〔超速〕保護(hù)。逆變器的輸出頻率或者異步電動機(jī)的速度超過規(guī)定值時，停止逆變器運轉(zhuǎn)?！?〕其他保護(hù)1〕防止失速過電流。急加速時，如果異步電動機(jī)跟蹤緩慢，那么過電流保護(hù)電路動作，運轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行〔失速〕。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對于恒速運轉(zhuǎn)中的過電流，也進(jìn)行同樣的控制。2〕防止失速再生過電壓。減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護(hù)電路動作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過電壓。變頻器的特點變頻調(diào)速特別是變頻調(diào)速技術(shù)的開展，已使世界范圍內(nèi)的電氣傳動控制領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變革，它是計算機(jī)控制技術(shù)、智能控制技術(shù)、電力電子技術(shù)等的綜合產(chǎn)物。由于變頻器具有高動態(tài)、高性能、大容量、節(jié)能等顯著的特點，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和節(jié)能優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用，并取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外的資料說明，使用變頻設(shè)備可使水泵運行平均轉(zhuǎn)速比工頻轉(zhuǎn)速降低20%，從而大大降低能耗，節(jié)能效率可達(dá)20%～40%。節(jié)約了電費、降低了生產(chǎn)本錢、減少了啟動時對電網(wǎng)的沖擊，改善了工作環(huán)境，并易于實現(xiàn)自動化，同時可根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求控制的更準(zhǔn)確、更快速。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特點:1〕高效節(jié)能變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備使整個供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達(dá)35%—60%，這一特點已被廣闊用戶所認(rèn)識并帶來效益2〕占地面積小，投人少，效率高采用水池上直接安裝立式泵，控制間只要安放一到兩個控制柜，體積很小，整個系統(tǒng)占地面積非常小，可以節(jié)省投資。另外不用水塔或天面水池、控制間不設(shè)專人管理、設(shè)備故障率極低等方面都實現(xiàn)了進(jìn)一步減少投資，運行管理費低的特點，再加上變頻供水的節(jié)能優(yōu)點，都決定了此變頻恒壓供水系統(tǒng)占地面積小，投人少，效率高。3〕配置靈活，功能齊全，自動化程度高。4〕平安衛(wèi)生系統(tǒng)實行閉環(huán)供水后，用戶的水全部由管道直接供給，取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施，防止了用水的“二次污染〞，取消了水池定期清理的工作。5〕管理簡便變頻恒壓供水系統(tǒng)具備了過流、過壓、欠壓、欠相、短路保護(hù)、瞬時停電保護(hù)、過載、失速保護(hù)、主泵定時輪換控制等功能，功能完善，自動運行，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)省了人力物力根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)選用FR-A540系列變頻器3.2.3變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。圖3.5變頻器接線圖3.3PID調(diào)節(jié)器PID參數(shù)的整定,它是按照工藝對控制性能的要求,決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp,TI,TD。控制表達(dá)式為:其增量式為:其中：在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時只需要進(jìn)行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機(jī))上做PID控制器此次使用硬件型控制形式。根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。圖3.6PID控制接線圖3.4壓力傳感器的接線圖壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實現(xiàn)壓力測量的力－電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進(jìn)行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。該傳感器的量程為0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60℃，供電電源為圖3.7壓力傳感器的接線圖3.5原件表水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數(shù)見表3.1所示。熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過載保護(hù)熱繼電器FR，F(xiàn)R1FR2可選用規(guī)格其型號為TK-E02T-C，額定電流5－8A，F(xiàn)R3可選用規(guī)格其型號為TK-E02U-C，額定電流為6－9熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。接觸器的選擇：對于接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw按鈕SB的選擇：PLC各輸入點的回路的額定電壓直流24V，各輸入點的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對常開觸點，按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0.3A，含1對常開和1對常閉觸點。表3.1元件表總圖元件符號型號個數(shù)可編程控制器PLCFXos-30MR-D1變頻器FR-A540系列5.5型1接觸器KMSC-E03-C7水泵M1,M240-160(I)A2M340-160(I)1閘刀開關(guān)QSHD11-100/181熔斷器FU1，F(xiàn)U2RT186A2FU3RT188A1熱繼電器FR1FR2TK-E02T-C2FR3K-E02U-C1按鈕SBLAY3—1110水泵符號型號流量(m3/h)揚程

(m)轉(zhuǎn)速

(r/min)電機(jī)功率

(kw)M1,M240-160(I)A112829002.2M340-160(I)12.53229003.0表3.2水泵的參數(shù)變頻器適用電機(jī)容量〔KW)輸出額定容量(KVA)輸出額定電流〔A〕過載能力電源額定輸入交流電壓/頻率冷卻方式FR-A540系列5.5型〔三菱〕5.59.112150%60s,200%0.5s(反時限特性)3相，380V至480V50Hz/60Hz強制風(fēng)冷表3.3變頻器的參數(shù)第4章PLC控制及編程4.1PLC控制PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖4.1所示，順序功能圖如圖4.2所示:開始開始根據(jù)輸入執(zhí)行相應(yīng)的操作是否自動運行？根據(jù)輸入執(zhí)行相應(yīng)的操作是否自動運行？否啟動變頻器/保持現(xiàn)有的操作啟動變頻器/保持現(xiàn)有的操作是否收到電機(jī)頻率下限是否收到電機(jī)頻率上限是否收到電機(jī)頻率下限是否收到電機(jī)頻率上限否否是是供水壓力過低，增加水泵工作數(shù)量供水壓力過高，減少水泵工作數(shù)量供水壓力過低，增加水泵工作數(shù)量供水壓力過高，減少水泵工作數(shù)量圖4.1PLC程序流程圖圖4.2總程序的順序功能圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式那么進(jìn)行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動運行模式，那么系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，那么執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號，那么執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。4.2自動運行由PLC分別控制某臺電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制.升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力到達(dá)設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時，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穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時，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時，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行;同時，使第二臺水泵M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓到達(dá)設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運行的變頻器輸出頻率到達(dá)工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行.當(dāng)最后一臺水泵M3投人運行，變頻器輸出頻率到達(dá)工頻，壓力仍未到達(dá)設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.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頻率時，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新到達(dá)設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動運行模式，順序功能圖如4.3所示。圖4.3自動運行順序功能圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行①起動1#泵:按下起動按鈕，系統(tǒng)檢測采用那種運行模式。如果按鈕SB7沒按，那么使用自動運行模式。變頻起動1#水泵。②起動1#，2#泵：接收到變頻器上限信號，PLC通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。③起動1#，2#，3#泵：再次接收到變頻器上限信號，那么KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3#水泵變頻起動。④起動1#泵：接到下限信號就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。⑤起動1#，2#泵：輸出的下限信號使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。⑥起動1#泵：接到下限信號關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。在同是控制M1電動機(jī)的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。4.3手動運行當(dāng)按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下SBn〔n=1,3,5〕按鈕，此時切斷電機(jī)變頻，同時啟動電機(jī)工頻運行,再起動下一臺電機(jī)。為了變頻向工頻切換時保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當(dāng)壓力過大時，可以手動按下SBn〔n=2,4,6〕按鈕，切斷工頻運行的電機(jī)，同時啟動電機(jī)變頻運行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.當(dāng)按下SB9按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入手動運行模式。系統(tǒng)的每步動作都必須有相應(yīng)的操作。順序功能圖如圖4.4所示。圖4.4自動運行順序功能圖按下按鈕SB9之后，啟動了變頻器，系統(tǒng)進(jìn)入手動運行模式。當(dāng)用戶按下SBn〔n=1，3，5〕三臺電機(jī)分別處于工頻運行，當(dāng)用戶按下SBn〔n=2，4，6〕三臺電機(jī)分別處于變頻運行?？梢远嗯_電機(jī)于不同的頻率工作，但一臺電機(jī)只能以一種頻率下工作?！踩?1電機(jī)，如果控制它工作的SB1,SB2按鈕被同時按下那么發(fā)出警報且電機(jī)無法起動?！尝侔聪率謩悠饎影粹oSB10，手動起動變頻器。②按下SB2,斷開KM0，在10個計數(shù)脈沖后起動M1在變工頻電源下運行。③按下SB4,斷開KM2，在10個計數(shù)脈沖后起動M2在變頻電源下運行。④按下SB6,斷開KM4，在10個計數(shù)脈沖后起動M3在變頻電源下運行。⑤按下SB1,斷開KM1，在10個計數(shù)脈沖后起動M1在工頻電源下運行。⑥按下SB3,斷開KM3，在10個計數(shù)脈沖后起動M2在工頻電源下運行。⑦按下SB5,斷開KM5，在10個計數(shù)脈沖后起動M3在工頻電源下運行。4.4公用局部①當(dāng)熱繼電器斷開系統(tǒng)報警。②電機(jī)只能在一種頻率下運行，當(dāng)電機(jī)工頻/變頻同時翻開時將發(fā)出警報且電機(jī)停止運行。③輔助繼電器M1,M2,M3,…M9依次控制輸出繼電器Y0,Y1,Y2,…Y10④按下停止按鈕，所有泵停止運行。第5章MCGS組態(tài)軟件5.1MCGS組態(tài)軟件MCGS是一套基于Windows操作系統(tǒng)可用來快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件包，它為用戶提供了從設(shè)備驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案和操作工具。MCGS組態(tài)軟件具有多任務(wù)、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用VC++編程，通過OLE技術(shù)向用戶提供VB編程接口，提供豐富的設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件，用戶可隨時方便地擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。主要特點如下：〔1〕豐富的設(shè)備驅(qū)動程序，通過ActiveDLL把設(shè)備驅(qū)動掛接在系統(tǒng)中，配置簡單、速度快、可靠性高?！?〕強大的網(wǎng)絡(luò)功能。MCGS強大的網(wǎng)絡(luò)功能可把TCP/IP網(wǎng)、485/422/423網(wǎng)、Modem網(wǎng)結(jié)合在一起構(gòu)成大型的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)?！?〕開放的OLE接口。MCGS以O(shè)LE自動化技術(shù)為根底的開放式擴(kuò)充接口允許用戶使用VB來快速編制各種設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件、動畫構(gòu)件和各種策略構(gòu)件，通過OLE接口，用戶可以方便地定制自己特定的系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖〔參見圖1〕用戶窗口用戶窗口主控窗口運行策略設(shè)備窗口實時數(shù)據(jù)庫圖5.1MCGS體系結(jié)構(gòu)圖MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩大局部，用戶所有組態(tài)配置過程都是在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的，用戶組態(tài)后可生成一個“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫〞文件。MCGS運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它能按照“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫〞中的組態(tài)方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。MCGS系統(tǒng)整體框圖：多任務(wù)多任務(wù)多線程建動畫構(gòu)建動畫動畫顯示報警組態(tài)設(shè)計報表連接設(shè)備實時數(shù)據(jù)庫現(xiàn)場控制報警輸出報表打印設(shè)備輸出流程控制組態(tài)軟件核心實時數(shù)據(jù)庫構(gòu)建動畫流程控制組態(tài)組態(tài)環(huán)境運行環(huán)境圖5.2MCGS系統(tǒng)整體框圖5.2建立界面建立窗口(1)在“用戶窗口〞中單擊“新建窗口〞按鈕，建立“窗口0”(2)選中“窗口0”，單擊“窗口屬性〞，進(jìn)入“(3)將窗口名稱改為：變頻恒壓供水系統(tǒng)；窗口標(biāo)題改為：變頻恒壓供水系統(tǒng)；窗口位置選中“最大化顯示〞，其它不變，單擊“確認(rèn)〞。(4)在“用戶窗口〞中，選中“變頻恒壓供水系統(tǒng)〞，點擊右鍵，選擇下拉菜單中的“設(shè)置為啟動窗口〞選項，將該窗口設(shè)置為運行時自動加載的窗口。圖5.3工程界面界面如下圖。一共有四個界面，分別是變頻恒壓供水系統(tǒng)、變頻恒壓供水系統(tǒng)實時曲線、變頻恒壓供水系統(tǒng)歷史曲線和退出提示。定義數(shù)據(jù)對象實時數(shù)據(jù)庫是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對象是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的根本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍，確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。下面以數(shù)據(jù)對象“水泵〞為例，介紹一下定義數(shù)據(jù)對象的步驟：[1]單擊工作臺中的“實時數(shù)據(jù)庫〞窗口標(biāo)簽，進(jìn)入實時數(shù)據(jù)庫窗口頁。[2]單擊“新增對象〞按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，增加新的數(shù)據(jù)對象，系統(tǒng)缺省定義的名稱為“Data1”、“Data2”、“Data[3]選中對象，按“對象屬性〞按鈕，或雙擊選中對象，那么翻開“數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置〞窗口。[4]將對象名稱改為：水泵1；對象類型選擇：開關(guān)型；在對象內(nèi)容注釋輸入框內(nèi)輸入：“控制水泵啟動、停止的變量〞，單擊“確認(rèn)〞。圖5.4參數(shù)的設(shè)置過程按照此步驟，設(shè)置其他數(shù)據(jù)對象。圖5.5參數(shù)的設(shè)置5.3編輯界面編輯畫面選中“變頻恒壓供