恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

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1、恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告一、 課題設(shè)計(jì)（論文）目的及意義變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，變頻控制技術(shù)的進(jìn)步不僅僅是異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的特性。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點(diǎn)，因此人們才有可能按照實(shí)際要求，自行構(gòu)成一個(gè)適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等

2、方面有著非常重要的意義。二、課題設(shè)計(jì)（論文）提綱1、恒壓供水系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)分析2、硬件電路設(shè)計(jì)3、軟件設(shè)計(jì)4、總體調(diào)試三、課題設(shè)計(jì)（論文）思路、方法及進(jìn)度安排設(shè)計(jì)思路：詳細(xì)分析設(shè)計(jì)要點(diǎn)及參數(shù)確定，系統(tǒng)的工藝要求，對(duì)主要元器件選型。根據(jù)工藝要求進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)度安排1-2周，根據(jù)任務(wù)書(shū)搜集資料，方案論證，寫開(kāi)題報(bào)告，制定元器件購(gòu)買計(jì)劃及預(yù)算；3-4周，電路設(shè)計(jì)，電路組裝、調(diào)試、成型5-6周，整理論文材料，畢業(yè)答辯。四、課題設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn)；1 袁任光.可編程控制器選用手冊(cè),北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.2 陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧,廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999.3 馬云

3、峰、徐群嶺.PLC的PID功能在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用,濰坊:濰坊高等?？茖W(xué)校.4 FX-20MX可編程控制器操作手冊(cè)及編程手冊(cè)5 YASKAWA CIMRG7變頻器用戶手冊(cè)、產(chǎn)品目錄、編程手冊(cè)6 滑海穗、郎宏仁.可編程控制全自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng),哈爾濱:哈爾濱市自來(lái)水公司.7 陳少波.帶PID功能的變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用,廣東:廣東汕頭大學(xué)機(jī)電系.8 韓焱青.PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào) 2000年04期 恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容摘要：本文主要針對(duì)當(dāng)前供水系統(tǒng)中存在的自動(dòng)化程度不高、能耗嚴(yán)重、可靠性低的缺點(diǎn)加以研究，開(kāi)發(fā)出一種新型的并在這三個(gè)方面都有所提高的PLC控制的恒壓

4、供水系統(tǒng)。全文共分為五章。第一章闡明了恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用背景、選題意義及主要研究?jī)?nèi)容。第二章對(duì)本系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行了介紹，其中包括系統(tǒng)的工藝要求，系統(tǒng)的組成和基本工作原理以及主要元器件的選型。第三章著重寫控制系統(tǒng)的硬件部分的基本原理。第四章介紹了系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)工作，對(duì)PLC程序做了詳細(xì)描述并介紹了過(guò)程控制中占據(jù)重要地位的PID調(diào)節(jié)原理及參數(shù)設(shè)置依據(jù)，方法。第五章是項(xiàng)目調(diào)試和小結(jié)部分，給出了調(diào)試結(jié)果。本論文綜合運(yùn)用了可編程控制器（PLC）、變頻器、PID調(diào)節(jié)儀、傳感器等現(xiàn)代工業(yè)控制常用的控制部件及其相關(guān)程序設(shè)計(jì)方法。所做的研究對(duì)同類系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：可編程序控制器 變頻

5、器 PID目錄第一章 緒論- 6 -1.1 課題的意義及應(yīng)用背景- 6 -1.2 本文研究的內(nèi)容- 7 -第二章 恒壓供水原理及系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)- 8 -2.1 任務(wù)- 8 -2.2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)- 8 -2.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理- 8 -2.4 主要元器件選型- 8 -第三章 硬件的基本原理及其應(yīng)用- 9 -3.1 PLC可編程控制器(FXos20MR)- 9 -3.1.1 可編程控制器的特點(diǎn)- 9 -3.1.2 可編程控制器的工作原理- 10 -3.2 變頻器的原理與特性(CIMRG7)- 13 -3.2.1變頻器簡(jiǎn)介- 13 -3.2.2變頻與變壓(VVVF)原理- 13 -3.2

6、.3變頻調(diào)速的基本原理- 14 -3.2.4變頻調(diào)速的升速和啟動(dòng)- 14 -3.2.5變頻調(diào)速的降速和制動(dòng)- 15 -3.2.6變頻后的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性:- 15 -3.2.7 V/F控制的概念:- 16 -3.2.8矢量控制的概述- 17 -3.2.9 CIMRG7的特性- 18 -3.3 PID調(diào)節(jié)儀- 20 -3.3.1 PID調(diào)節(jié)原理- 20 -3.3.2 PID參數(shù)設(shè)置- 22 -3.3.3 PID設(shè)定值的調(diào)整- 23 -第四章 軟件設(shè)計(jì)- 24 -4.1 PLC程序- 24 -4.1.1基本步驟- 25 -4.1.2 程序中使用的繼電器- 25 -4.1.3程序流程- 26 -4.

7、2PLC程序的運(yùn)行和模擬調(diào)試- 27 -4.3系統(tǒng)總體調(diào)試- 28 -致 謝- 29 -參考文獻(xiàn)- 29 -第一章 緒論1.1 課題的意義及應(yīng)用背景在我國(guó)，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表的資料顯示:中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國(guó)、德國(guó)等的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國(guó)的大量用電設(shè)備中，風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)的耗電量占全國(guó)發(fā)電量的50%左右,若推廣新型電機(jī)調(diào)速技術(shù),可節(jié)電40%左右,即可以節(jié)約全國(guó)發(fā)電量的1/5.由于我國(guó)人均占有水、電資源相對(duì)于別國(guó)又少很多,因此,在我國(guó)一方面水電供應(yīng)緊張,而另一方面,水電的浪費(fèi)又十分驚人.節(jié)電節(jié)水,不僅潛力巨大,而且意義深。變頻控制技術(shù)的進(jìn)

8、步不僅僅是異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的特性。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點(diǎn)，因此人們才有可能按照實(shí)際要求，自行構(gòu)成一個(gè)適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)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(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)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。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要有：

9、(1)帶PID回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器(PLC)的控制系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，變頻器的作用是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入PID回路調(diào)節(jié)器，由后者進(jìn)行運(yùn)算后，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。 (2)新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新產(chǎn)品，如華為的TD2100，施耐德

10、公司的Altivar58泵切換卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。(3)供水專用變頻器供水專用變頻器是將普通變頻器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一體化的系統(tǒng)，內(nèi)置供水專用PID調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感

11、器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻器自帶的PID調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定既可使用變頻器的鍵盤設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運(yùn)行，以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定日供水壓力。1.2 本文研究的內(nèi)容 本文設(shè)計(jì)了一個(gè)以可編程控制器(PLC)為控制核心，CIMRG7系列變頻器為執(zhí)行元件，采用PID 調(diào)節(jié)儀控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)出口管網(wǎng)壓力，使之達(dá)到用戶期望的恒定壓力的系統(tǒng)。其中主要內(nèi)容包括恒壓供水原理，PLC原理，變頻調(diào)速原理，通過(guò)設(shè)置幾個(gè)主要器件I/O參數(shù)，實(shí)現(xiàn)PLC，變頻器，壓力傳感器之間的通訊、控制功能。第二章 恒壓供水原理及系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1 任務(wù) 用PLC，

12、變頻器，PID調(diào)節(jié)儀，壓力傳感器及低壓部件組成PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)，并使系統(tǒng)達(dá)到工藝要求的性能指標(biāo)。2.2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo) 出口管網(wǎng)壓力：恒定在400KPa（4公斤）左右，可調(diào)水泵運(yùn)行時(shí)間：全天候長(zhǎng)期運(yùn)行2.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理系統(tǒng)由水泵機(jī)組、變頻器，控制柜（內(nèi)含PID控制器、PLC低壓電器和變頻器）、壓力傳感器、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。系統(tǒng)控制75KW水泵2臺(tái)，基本工作原理：水路管網(wǎng)壓力低時(shí)，變頻器啟動(dòng)1#泵，至全速運(yùn)行一段時(shí)間后，由遠(yuǎn)傳壓力表來(lái)的壓力信號(hào)仍未到達(dá)設(shè)定值時(shí)，PLC控制1#泵由變頻切換到工運(yùn)行，然后變頻啟動(dòng)2#泵運(yùn)行，據(jù)管網(wǎng)壓力情況隨機(jī)調(diào)整2#泵的轉(zhuǎn)速，來(lái)達(dá)到恒

13、壓供水的目的。當(dāng)用水量變小，管網(wǎng)壓力變高時(shí)，2#泵降為零速時(shí)，管網(wǎng)壓力仍高，則PLC控制停掉1#工頻泵，由2#泵實(shí)施恒壓供水。至管網(wǎng)壓力又低時(shí)，將2#泵由變頻切為工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)1#泵，調(diào)整1#泵的轉(zhuǎn)速，維修恒壓供水。如此循環(huán)不已。2.4 主要元器件選型PLC：FXos20MR（三菱）變頻器：CIMRG7(安川) 壓力傳感器：TGK（意大利）PID調(diào)節(jié)儀：JC33A（日本神港）其他低壓配件選擇施耐德品牌為主第三章 硬件的基本原理及其應(yīng)用3.1 PLC可編程控制器(FXos20MR)1969年，在美國(guó)出現(xiàn)第一臺(tái)可編程序邏輯控制器（Programmable Logic ControllerPL

14、C）以來(lái)，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，PLC以微處理器為核心，適用于開(kāi)關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進(jìn)入過(guò)程控制和位置控制等場(chǎng)合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原來(lái)可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點(diǎn)，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、過(guò)程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場(chǎng)合，可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，列如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。3.1.1 可編程控制器的特點(diǎn)1可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個(gè)PLC生產(chǎn)廠

15、都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使PLC的平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)以上，使用壽命更長(zhǎng)。2控制功能強(qiáng)。PLC具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時(shí)、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過(guò)程控制等。3編程方便，易于使用。PLC采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。PLC可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對(duì)老設(shè)備的技術(shù)改造。4使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。5具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。6采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性和可

16、擴(kuò)展性，擴(kuò)展靈活方便。7維修方便。PLC上有I/O指示燈（LED），哪個(gè)I/O元件有故障，一目了然。8可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運(yùn)行情況，隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。3.1.2 可編程控制器的工作原理一、PLC的等效工作電路PLC是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時(shí)，可不必用計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把PLC等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如下圖所示。1輸入部分這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是PLC與外部的開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)等連

17、接的端口。每個(gè)端子可等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)即輸入接點(diǎn)號(hào)，這個(gè)線圈由接收到的輸入端的外部信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由PLC的電源部件提供(如直流24V)，也可由獨(dú)立的交流電源(如交流110V)供給。每個(gè)輸入繼電器可以有無(wú)窮多個(gè)內(nèi)部觸點(diǎn)(動(dòng)合、動(dòng)斷形式均可)(這里使用的是計(jì)算機(jī)的“COPY”概念)，供設(shè)計(jì)PLC的內(nèi)部控制電路(即編制PLC控制程序)時(shí)使用。2內(nèi)部控制電路這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實(shí)際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。PLC程序一般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來(lái)的，PIC程序中的動(dòng)合、動(dòng)斷觸

18、點(diǎn)、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。3輸出部分 這部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在PLC內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無(wú)限多軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)，可在PLC內(nèi)部控制電路中使用；但對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸出端只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù)載；如圖23所示。外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電源接在輸出公共端(COM)上。 二、PLC的工作過(guò)程 PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng)PLC加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除IO及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時(shí)器、檢查I/O單元的連接等。開(kāi)始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個(gè)過(guò)程可以分為如下四個(gè)

19、階段。 1公共處理階段這部分在每次循環(huán)開(kāi)始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時(shí)器、檢查程序存貯器、檢查IO總線、檢查掃描時(shí)間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過(guò)自診斷給出故障信號(hào)，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。 2執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡(jiǎn)易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與PLC相連時(shí)，則PLC在每次循環(huán)時(shí)，都將執(zhí)行來(lái)自外部設(shè)備的命令。 3程序執(zhí)行階段 在這個(gè)階段，CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和輸出的狀態(tài))進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 4輸入、輸出更新階段 PLC的CPU在每個(gè)掃描周期進(jìn)行一次輸入來(lái)

20、進(jìn)行輸出更新。CPU對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時(shí)，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。這種對(duì)輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過(guò)程，稱為批處理，這是PLC工作的重要特點(diǎn)。 三、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間 用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)必須知道有了一個(gè)輸入信號(hào)后PLC經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，否則，就不能正確并精確地解決系統(tǒng)各部件之間的配合問(wèn)題。從PLC的工作過(guò)程可知當(dāng)PLC工作在程序執(zhí)行階段時(shí)，既使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，即輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容發(fā)生變化，CPU執(zhí)行的輸入信號(hào)也不會(huì)變化，而要到下個(gè)周期的輸入、輸出更新階段

21、，才能有效。同理，暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號(hào)，也要等到下個(gè)掃描周期的輸入、輸出更新階段，才能集中輸出給輸出部件。從PLC收到一個(gè)輸入信號(hào)到PLC向輸出端輸出一個(gè)控制信號(hào)所需的時(shí)間，就是PLC的IO響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間是可變的，例如，在一個(gè)掃描周期的IO更新階段開(kāi)始前瞬間收到一個(gè)輸入信號(hào)，則在本周期內(nèi)該信號(hào)就起作用了，這個(gè)響應(yīng)時(shí)間最短，它是輸入延遲時(shí)間、個(gè)掃描周期時(shí)間、輸出延遲時(shí)間三者之和，如下圖所示。如果在一個(gè)掃描周期的IO更新階段剛過(guò)就收到一個(gè)輸入信號(hào)，則該信號(hào)在本周期內(nèi)不能起作用，必須等到下一個(gè)掃描周期才能起作用，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，它等于輸入延遲時(shí)間、二個(gè)掃描周期時(shí)間與輸出延遲時(shí)間三者

22、之和，如下圖所示。 應(yīng)用：在本系統(tǒng)中主要用起控制電氣開(kāi)關(guān)作用，控制該系統(tǒng)中的邏輯電平。并且手動(dòng)控制兩臺(tái)電機(jī)的起停。 3.2 變頻器的原理與特性(CIMRG7)3.2.1變頻器簡(jiǎn)介變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50Hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲(chǔ)能元件的不同可分為電壓型和電流型。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個(gè)部分組成。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容Cd輸出直流電

23、壓Vd,逆變器將直流Ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。由于中間直流環(huán)節(jié)是Cd低阻抗輸出相當(dāng)于是恒壓源，故稱電壓型。電流型交一直一交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲(chǔ)能元件用的是電感而不是電容。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故稱電流型。3.2.2變頻與變壓(VVVF)原理當(dāng)在實(shí)際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，當(dāng)頻率f下降時(shí)，定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)E有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵(lì)磁電流比增大，因而磁通增大。增加將導(dǎo)致鐵芯的飽和，進(jìn)而引起勵(lì)磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此希望可以保持基本不

24、變。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要在變頻過(guò)程中使變頻器輸出電壓Ul/f=const，則磁通可保持基本不變。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用VVVF表示。怎樣實(shí)現(xiàn)VVVF是變頻器必須解決的重要課題之一。VVVF實(shí)施的基本方法包括:脈幅調(diào)制(PAM)和脈寬調(diào)制(PWM)。(1)脈幅調(diào)制(PAM)實(shí)現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，也改變直流電壓的振幅值。PAM需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)部分:整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復(fù)雜，因此比較少用。(2)脈寬調(diào)制(PWM)實(shí)現(xiàn)方法就是在每半個(gè)周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈沖的寬度為t1，每個(gè)脈沖間的間隔寬度為t2，則脈沖的占空比=tl

25、/(t2+tl)。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。PWM只需控制逆變電路便可實(shí)現(xiàn)，與PAM相比控制電路簡(jiǎn)化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。3.2.3變頻調(diào)速的基本原理異步電動(dòng)機(jī)的等效變換異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 其中:P為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率。(2)變頻調(diào)速的原理異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)際是三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速=60f/p，其中f是電流頻率，P是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的

26、必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場(chǎng)的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 (即所謂的“異步，)。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率s=(-)/根據(jù)=60f/p可知，當(dāng)頻率f連續(xù)可調(diào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點(diǎn)，所以當(dāng)連續(xù)可調(diào)時(shí)，也是連續(xù)可調(diào)。3.2.4變頻調(diào)速的升速和啟動(dòng)由于異步電動(dòng)機(jī)在額定頻率和電壓下直接啟動(dòng)時(shí)，其繞組以同步轉(zhuǎn)速切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子電流都很大，其啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4-7倍。這將對(duì)電源形成沖擊，引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)；而且啟動(dòng)過(guò)程過(guò)于快捷，常常對(duì)機(jī)械負(fù)載形成沖擊，影響其使用壽；在泵水管道系統(tǒng)中，還會(huì)引發(fā)水錘效應(yīng)，使管道受到損害

27、。使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從很低頻率開(kāi)始，頻率上升的快慢可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動(dòng)電流限制在一定的范圍內(nèi)。設(shè)定升速時(shí)間的基本原則:在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流不超過(guò)允許值的前提下，盡可能地縮短升速時(shí)間。本次系統(tǒng)能夠中啟動(dòng)時(shí)間設(shè)定為30s，并且負(fù)載升速方式選擇半S型。3.2.5變頻調(diào)速的降速和制動(dòng)在泵水管道系統(tǒng)中，由于水的阻尼作用，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠十分迅速地降下來(lái)，而不會(huì)引起再生制動(dòng)的過(guò)電流和過(guò)電壓，但是降速太快，會(huì)導(dǎo)致管道系統(tǒng)出現(xiàn)“空化現(xiàn)象”，對(duì)管道有害無(wú)益，甚至?xí)p害管道。因此，在降速停機(jī)時(shí)應(yīng)設(shè)定足夠的降速時(shí)間，使轉(zhuǎn)速緩慢下降，從而保護(hù)管道。在本系統(tǒng)中降速時(shí)間設(shè)定為30s。3.2.6變

28、頻后的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性: 設(shè)變頻后的頻率為，電壓為，電動(dòng)機(jī)的額定相電壓和頻率為和，則有其中為頻率可調(diào)比，為電壓可調(diào)比。將上述兩個(gè)公式代入異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式：其中：為頻率為時(shí)的轉(zhuǎn)差率。在變頻器正常工作情況下，即1時(shí)的機(jī)械特性入下圖所示由圖可知隨著f的下降，臨界轉(zhuǎn)矩逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也隨之下降。這無(wú)疑給變頻調(diào)速帶來(lái)了瑕點(diǎn)。所以如何改變變頻后的機(jī)械特性就成了關(guān)注的焦點(diǎn)。在這里我們采用V/F控制方法。3.2.7 V/F控制的概念:(1)基本思想針對(duì)時(shí)，當(dāng)頻率下降，在中所占的比例增大，造成了和下降的情況，采取適當(dāng)提高調(diào)壓比而使的方法，來(lái)抵償比值的增大，從而保持，最終使

29、電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)提高U/F比而得到，故又稱為V/F控制或電壓補(bǔ)償。(2)完全補(bǔ)償U(kuò)/f線完全補(bǔ)償?shù)暮x是，不論多大(在的范圍內(nèi))，通過(guò)補(bǔ)償都能使臨界轉(zhuǎn)矩與額定頻率時(shí)的臨界轉(zhuǎn)矩相等，簡(jiǎn)稱全補(bǔ)償。此時(shí)的關(guān)系如下:由上式作出的的曲線通常稱為U/f線。滿足上式的機(jī)械特性曲線在所有頻率下的臨界轉(zhuǎn)矩都與相等。新系列的變頻器一般都提供了設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動(dòng)地決定補(bǔ)償?shù)某潭取?.2.8矢量控制的概述矢量控制的成功實(shí)施，使得異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后的機(jī)械特性以及動(dòng)態(tài)特性能達(dá)到足以和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的調(diào)速性能相媲美，從而使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)

30、機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域全方位地處于優(yōu)勢(shì)地位?，F(xiàn)在許多新型的變頻器都提供了相應(yīng)的矢量控制的功能。1.矢量控制基本設(shè)想根據(jù)一個(gè)三相交流的磁場(chǎng)系統(tǒng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場(chǎng)系統(tǒng)，以兩相系統(tǒng)作過(guò)渡，可以相互進(jìn)行等效變換的原理，所以將變頻器的給定信號(hào)變換成類似直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)系統(tǒng)的控制信號(hào)，也就是說(shuō)，假設(shè)有兩個(gè)互相垂直的直流繞組同處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上，兩個(gè)繞組中分別獨(dú)立地通入由給定信號(hào)分解而得的勵(lì)磁電流信號(hào)和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)，并且和作為基本控制信號(hào)，則通過(guò)等效變換，可以得到與基本控制信號(hào)等效的三相交流控制信號(hào),去控制逆變電路。對(duì)于電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的三相交流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，又可以等效變換成兩個(gè)互相垂直的直流信號(hào)，反饋到給定控制部

31、分，用以修正基本控制信號(hào)和。進(jìn)行矢量控制時(shí)，可以和直流電動(dòng)機(jī)一樣，使其中一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào)不變，而控制另一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào)，從而獲得和直流電動(dòng)機(jī)類似的控制功能。2.基本框圖如下圖所示，給定控制器將信號(hào)分解成兩個(gè)相互垂直且獨(dú)立的直流信號(hào)和，然后通過(guò)直/交變換將和變換成兩相直流電流信號(hào)和，又經(jīng)過(guò)2/3變換，得到三相交流控制信號(hào)，去控制逆變橋。電流反饋用于反映負(fù)載的狀況，使直流信號(hào)的轉(zhuǎn)矩分量能隨負(fù)載而變，從而模擬出類似于直流電動(dòng)機(jī)的工作狀況。速度反饋用于反映拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異，并使之以最快的速度進(jìn)行校正，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。現(xiàn)在許多新系列的變頻器設(shè)置了“無(wú)反饋矢量控制”功能，這里“

32、無(wú)反饋”是指不需要由用戶在變頻器外部另行設(shè)置反饋環(huán)節(jié)。無(wú)反饋矢量控制在改善異步電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)的機(jī)械特性方面，己經(jīng)取得了令人滿意的結(jié)果，故對(duì)于一些在動(dòng)態(tài)特性方面無(wú)嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，速度反饋可以不用。3.2.9 CIMRG7的特性我們采用的變頻器是安川（YASKAWA）公司的CIMRG7異步電動(dòng)機(jī)變頻器，簡(jiǎn)稱CIMRG7。 CIMRG7是一種用于三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻器，由 200 V 至 400 V 三相電源供電，功率范圍 0.3kW 至 300 kW。CIMRG7 設(shè)計(jì)用于工業(yè)或商用建筑中的加熱、通風(fēng)以及空氣調(diào)節(jié) (HVAC) 方面的現(xiàn)代化應(yīng)用場(chǎng)合。CIMRG7 通過(guò)對(duì)能耗進(jìn)行優(yōu)化可以降低運(yùn)行成本

33、，同時(shí)提高了用戶的舒適程度。大量的集成化選件可讓它與電氣設(shè)備和復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行適配和集成。變頻器在最初設(shè)計(jì)中就已經(jīng)考慮了電磁兼容性的要求。CIMRG7的成品可直接用于泵類和通風(fēng)應(yīng)用中。它有一個(gè)操作盤可用于修改編程、調(diào)整、控制或檢測(cè)功能，以便適應(yīng)和優(yōu)化應(yīng)用以滿足不同客戶的要求。CIMRG7的保護(hù)功能有: 使用 PTC 熱傳感器的電機(jī)和風(fēng)扇熱保護(hù) 連續(xù)運(yùn)行中防過(guò)載和過(guò)電流的保護(hù) 通過(guò)頻率跳躍功能進(jìn)行的對(duì)設(shè)備的機(jī)械保護(hù) 通過(guò)多重故障狀態(tài)管理和可配置警報(bào)進(jìn)行的保護(hù)圖.變頻器輸入輸出接線圖變頻器在接線時(shí)，必須接地。動(dòng)力電纜和設(shè)備中的弱電信號(hào)（如PLC信號(hào)等）電路要保持分隔，以免干擾。變頻器的接線方式如

34、上圖所示輸入方面，主電路的電源端子L1、L2、L3通過(guò)線路帶漏電保護(hù)的斷路器連接至380V的三相交流電源。對(duì)于壓力信號(hào)，則通過(guò)AI1或AI2口輸入。對(duì)所有位于變頻器附近的或連接在同一電路上的專門電路如繼電器、接觸器、電磁閥、熒光燈等均應(yīng)安裝干擾抑制器。輸出方面，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(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)，則說(shuō)明連接相序有錯(cuò)，則改變U、V、W中的任意兩相的接線。AO1可接電動(dòng)機(jī)頻率輸出。在本系統(tǒng)中的應(yīng)用：本系統(tǒng)中主要應(yīng)用其進(jìn)行變頻調(diào)速，主要是根據(jù)PID調(diào)節(jié)儀計(jì)算后的輸出值作為輸入來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)中對(duì)變頻器的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)設(shè)定的

35、參數(shù)完成一些功能。有頻率的上限和下限及其電機(jī)的參數(shù)設(shè)定，加減速的時(shí)間和外部端子的的功能等。具體的改動(dòng)的參數(shù)如下，其它的參數(shù)以出廠值為準(zhǔn)：參數(shù)名稱出廠值設(shè)定值c1-10加減速時(shí)間的設(shè)定單位130c1-11加減速時(shí)間的切換頻率030d2-01頻率指令上限值100100d2-02頻率指令下限值050E1-01輸入電壓設(shè)定200380E1-03選擇V/F曲線F5E1-04最高輸出頻率6050E1-05最大電壓200380E1-06基頻6050E2-01電機(jī)額定電流1.9202H2-01選擇端子P1的功能10H2-02選擇端子P2的功能2EH4-05多功能模擬量輸出2端子FM增益0.50.8變頻器的故障

36、說(shuō)明1 在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)一些過(guò)電流故障（顯示 OC ），如果出現(xiàn)就適當(dāng)?shù)陌央姍C(jī)額定電流放大原來(lái)的1。11。2倍這樣就不會(huì)出現(xiàn)這種情況了。2 變頻器的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)OPE1OPE10屬于操作不當(dāng)，這樣就會(huì)根據(jù)參數(shù)說(shuō)明去查找相應(yīng)的參數(shù)。3.3 PID調(diào)節(jié)儀3.3.1 PID調(diào)節(jié)原理僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的 P+I控制。用 PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。但是，I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。 對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此抑制偏差

37、的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載。 利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用。在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)（即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié)）效果比較好。 PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作

38、規(guī)律是或式中 ：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) ：調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 ：調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間 ：比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)e : 調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)U ：輸出PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是不難看出，由上式表示的調(diào)節(jié)器動(dòng)作規(guī)律在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)上實(shí)際采用的PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)一般為其中 ；式中帶的量是調(diào)節(jié)器參數(shù)的實(shí)際值，不帶的為參數(shù)的刻度值。F成為相互干擾系數(shù)：為積分增益；為微分增益。3.3.2 PID參數(shù)設(shè)置P增益：設(shè)定范圍：0.0110.0倍這是操作量和偏差之間有比例關(guān)系的動(dòng)作。增益取大時(shí)，響應(yīng)快，但過(guò)大將產(chǎn)生振蕩。增益取小時(shí)，響應(yīng)遲后。實(shí)際中我們?nèi)?0。積分時(shí)間：設(shè)定范圍：0.13600s， 0.0：不動(dòng)作

39、。操作量（輸出頻率）的變化速度和偏差成比例關(guān)系的動(dòng)作，即輸出按偏差積分的動(dòng)作。積分時(shí)間大時(shí)，響應(yīng)遲后，另外，對(duì)外部擾動(dòng)的控制能力變差。積分時(shí)間小時(shí)，響應(yīng)速度快，但過(guò)小將產(chǎn)生振蕩。實(shí)際中我們?nèi)?50s。微分時(shí)間：設(shè)定范圍：00110.0s 0.0：不動(dòng)作。操作量（輸出頻率）和偏差的微分值成比例動(dòng)作（D動(dòng)作）。微分時(shí)間大時(shí)，能使發(fā)生偏差時(shí)P動(dòng)作引起的振蕩很快衰減。微分時(shí)間小時(shí)，發(fā)生偏差時(shí)的衰減作用小。但一般的滯后系統(tǒng)不需要設(shè)定微分值，因?yàn)槲⒎謱?duì)系統(tǒng)調(diào)試很難，所以我們不取微分值，實(shí)際中我們?nèi)?.0。3.3.3 PID設(shè)定值的調(diào)整PID值可以在用示波器監(jiān)視響應(yīng)波形的同時(shí)進(jìn)行調(diào)整?？勺魅缦驴傮w調(diào)整： P

40、增益，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值 I積分時(shí)間，在不發(fā)主振蕩條件下減小其值 D微分時(shí)間，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值 對(duì)于抑制超調(diào)，可以增大積分時(shí)間，減小微分時(shí)間， 對(duì)于加快響應(yīng)速度，如果允許有小量超調(diào)的話，可以減小積分時(shí)間，增大微分時(shí)間，抑制比積分時(shí)間長(zhǎng)的周期振蕩，增大積分時(shí)間，抑制大約和微分時(shí)間同樣長(zhǎng)周期的振蕩，減小微分時(shí)間。設(shè)定0.0仍有振蕩時(shí)，減小增益在本系統(tǒng)中的應(yīng)用： PID調(diào)節(jié)儀根據(jù)壓力傳感器采集來(lái)的信號(hào)進(jìn)行PID運(yùn)算，并將其運(yùn)算的結(jié)果送給變頻器作為給定，該P(yáng)ID調(diào)節(jié)儀帶有上下限報(bào)警的功能。良好的人機(jī)界面。可以對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。通過(guò)其參數(shù)設(shè)定P I D的值。在本系統(tǒng)中因?yàn)橐笫菧蟮南?/p>

41、統(tǒng)。所以只采用PI調(diào)節(jié)就可以，因?yàn)橛辛薉系統(tǒng)很難調(diào)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)中PID調(diào)節(jié)儀直接決定整個(gè)系統(tǒng)的好壞，它也影響整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。該調(diào)節(jié)儀可以對(duì)用戶需要的壓力設(shè)定給定值，具體的設(shè)定參數(shù)如下：SV設(shè)定值3.8P比例值10I積分值150D微分值0L下限值4.2H上限值3.5FILE濾波時(shí)間3其它值均以出廠值為準(zhǔn)。第四章 軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的程序開(kāi)發(fā)主要是PLC的程序開(kāi)發(fā)，我們采用的是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程和控制目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)上先編輯好PLC軟件，然后傳給PLC的方法，所用軟件是FX-OM20版本。這是整個(gè)供水系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，系統(tǒng)的重要功能實(shí)現(xiàn)和順序控制都依靠它，它的開(kāi)發(fā)好壞直接影響對(duì)了整個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量

42、好壞和功能實(shí)現(xiàn)，下面就詳細(xì)敘述。4.1 PLC程序可編程控制器是按照用戶的要求編寫程序來(lái)進(jìn)行工作的。程序的表達(dá)方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級(jí)語(yǔ)言。絕大多數(shù)PLC是使用梯形圖和指令表編程。梯形圖是一種圖形語(yǔ)言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，而且加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，將微機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合進(jìn)去，使得編程容易。梯形圖比較形象、直觀，對(duì)于熟悉繼電接觸器控制系統(tǒng)的人來(lái)說(shuō)，也容易接受，世界上的各生產(chǎn)廠家都把梯形圖作為第一用戶編程語(yǔ)言。本系統(tǒng)所使用的方法就是將控制任務(wù)用梯形圖編程實(shí)現(xiàn)，離線灌入PLC，攜帶至現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)場(chǎng)功能，下面我們開(kāi)始介紹梯

43、形圖編程的基本步驟和概念。4.1.1基本步驟編寫程序可分為幾個(gè)基本步驟：1. 首先列出所有I/O設(shè)備和分配給他們的I/O點(diǎn)的目錄，并且寫好分配給每一個(gè)I/O設(shè)備I/O位的表格。2. 確定工作位用什么字，寫出使用它們時(shí)能分配它們的表格。3. 準(zhǔn)備一張TC編號(hào)和跳轉(zhuǎn)編號(hào)的表格。一張TC號(hào)程序中僅能定義一次；跳轉(zhuǎn)號(hào)0199在每個(gè)程序也只能使用一次。畫(huà)梯形圖。將程序輸入到CPU單元。檢查程序有無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤并更正錯(cuò)誤。運(yùn)行改程序以檢查是否存在運(yùn)行錯(cuò)誤并更正錯(cuò)誤。當(dāng)整個(gè)控制系統(tǒng)安裝好并準(zhǔn)備使用時(shí)，運(yùn)行該程序并按要求仔細(xì)調(diào)試。4.1.2 程序中使用的繼電器電控系統(tǒng)的邏輯功能實(shí)際上就是接收各種輸入信號(hào)并經(jīng)過(guò)處理

44、后發(fā)出相應(yīng)的輸出信號(hào)。本系統(tǒng)經(jīng)總體規(guī)劃后，在程序中使用了如下一些繼電器。1輸入輸出繼電器輸入輸出繼電器區(qū)是PLC與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的窗口，它通過(guò)按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、傳感器等輸入裝置，將指令送給PLC，經(jīng)內(nèi)部處理后，把程序的控制結(jié)果輸出到繼電器、電磁線圈、顯示器、接觸器等。輸入繼電器的識(shí)別符號(hào)為X，輸出為Y。下面是本系統(tǒng)中的具體設(shè)置： 名稱 編程地址 變頻器零速信號(hào) X00 頻率到達(dá)信號(hào) X01 手動(dòng)/自動(dòng) X02 自動(dòng)啟動(dòng) X03 自動(dòng)停止 X04 1#泵變頻運(yùn)行 X05 2#泵變頻運(yùn)行 Y06 故障信號(hào)輸入 Y07 2定時(shí)器區(qū)定時(shí)器由到時(shí)位區(qū)、定時(shí)器現(xiàn)在值區(qū)、定時(shí)器設(shè)定值區(qū)（可以為恒值或是任

45、意的存儲(chǔ)器上）三部分組成。當(dāng)定時(shí)器現(xiàn)在值到達(dá)設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器到時(shí)位區(qū)ON。它具有一下特點(diǎn)：定時(shí)器現(xiàn)在值區(qū)在PLC電源OFF時(shí)或停止RUN時(shí)清0；定時(shí)器輸入接點(diǎn)OFF時(shí)，現(xiàn)在值置零，定時(shí)器接點(diǎn)也OFF；可以向定時(shí)器現(xiàn)在值區(qū)、定時(shí)器設(shè)定值區(qū)預(yù)置數(shù)據(jù)；定時(shí)器精度：2掃描時(shí)間1掃描時(shí)間。4.1.3程序流程本程序是按照PLC應(yīng)用的步驟開(kāi)發(fā)完成的。程序控制的目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)供水系統(tǒng)的恒壓運(yùn)行，因此必須控制2臺(tái)水泵的順序投入與切除，使得供水量變化與用戶用水量變化基本同步，以此保證水網(wǎng)壓力恒定，同時(shí)要保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。具體原理前面己經(jīng)介紹的很詳細(xì)。 程序流程基本上按照下圖系統(tǒng)工作流程圖設(shè)計(jì)。PLC程序流

46、程圖 程序開(kāi)始后，先初始化，給數(shù)據(jù)寄存器賦停機(jī)（開(kāi)機(jī)）延遲時(shí)間值、管網(wǎng)水壓。檢查變頻器狀態(tài)，運(yùn)行方式，否則進(jìn)入全自動(dòng)變頻恒壓控制方式。程序沿著泵增開(kāi)模塊、超壓模塊、欠壓模塊、故障處理模塊和輸出模塊依次掃描。應(yīng)該說(shuō)明的是PLC的程序和其它的程序有些區(qū)別，在PLC程序中，程序后面的寄存器值的改變是不會(huì)馬上影響前面的程序結(jié)果，必須等一個(gè)掃描周期完成后才會(huì)對(duì)前面的程序處理產(chǎn)生影響。4.2PLC程序的運(yùn)行和模擬調(diào)試 PLC程序編制完成后，將PLC和計(jì)算機(jī)用RS232C電纜連接，將程序傳給PLC，PLC可以單獨(dú)運(yùn)行程序，也可以在計(jì)算機(jī)上在線運(yùn)行程序。在線工作方式時(shí)，可以在線編輯軟件，方便了調(diào)試程序和監(jiān)控P

47、LC的運(yùn)行狀況。在模擬調(diào)試中，我們主要目的是檢查程序的流程是否正確，硬件需要PLC、RS232C電纜、微機(jī)、24V直流電源。調(diào)試時(shí)，輸入各種按鈕輸入信號(hào)，檢查PLC的輸出是否和預(yù)期的輸出相符，PLC的輸出端子并不需要真正的連接執(zhí)行單元，我們只需根據(jù)PLC上面的I/O指示燈來(lái)判斷正確與否。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬調(diào)試后，說(shuō)明PLC的軟件基本上問(wèn)題不會(huì)太大。4.3系統(tǒng)總體調(diào)試功能測(cè)試完成后并檢查完線路后就可以開(kāi)始系統(tǒng)總體調(diào)試了，內(nèi)容包括：1.手動(dòng)方式下，能否正常啟動(dòng)和停止各臺(tái)泵；2.自動(dòng)方式下，給變頻器持續(xù)欠壓信號(hào)，系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)泵1、2的變頻和工頻投入，最后全部工作在工頻方式；給變頻器持續(xù)超壓信號(hào)，能否實(shí)現(xiàn)

48、泵的工頻、變頻順序切除；3.系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，是否滿足先投先停，先停先投的既定原則；4給外部故障信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)能否停止運(yùn)行；5.模擬其中一臺(tái)水泵發(fā)生故障，系統(tǒng)能否繼續(xù)運(yùn)行，故障處理是否正確；6.給PLC輸入變頻器故障信號(hào)，檢查PLC能否自動(dòng)轉(zhuǎn)入全自動(dòng)工頻運(yùn)行方式；7自動(dòng)方式下，模擬壓力輸入信號(hào)發(fā)生微調(diào)，系統(tǒng)能否工作在一臺(tái)變頻、一臺(tái)工頻的基本穩(wěn)定狀態(tài)；結(jié)束語(yǔ)在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水；減泵時(shí)采用“先啟先停”的切換方式，相對(duì)于“

49、先啟后?！狈绞?，更能確保各泵使用平均以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；同時(shí)針對(duì)所用四臺(tái)泵均已使用多年、需要定期進(jìn)行檢修的實(shí)際情況，增加了硬件/軟件備用功能，有效延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定，大大提高了供水品質(zhì)；變頻器故障后仍能保障不間斷供水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障消除后自啟動(dòng)，具有一定的先進(jìn)性。參考文獻(xiàn)1 袁任光.可編程控制器選用手冊(cè),北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.2 陳宇.可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧,廣州:華南理工大學(xué)出版社,1999.3 馬云峰、徐群嶺.PLC的PID功能在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用,濰坊:濰坊高等?？茖W(xué)校.4 FX-20MX可編程控制器操作手冊(cè)及編程手冊(cè)5 YASKAWA CIMRG7變頻器用戶手冊(cè)、產(chǎn)品目錄、編程手冊(cè)6 滑海穗、郎宏仁.可編程控制全自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng),哈爾濱:哈爾濱市自來(lái)水公司.7 陳少波.帶PID功能的變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用,廣東:廣東汕頭大學(xué)機(jī)電系.8 韓焱青.PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào) 2000年04期 主回路原理圖：控制回路原理圖：- 34 -