1、.   常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（畢業(yè)論文）       系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 機(jī)電一體化 班 級： 機(jī)電061 學(xué) 生 姓 名： 彭靖堯 學(xué) 生 學(xué) 號： 0604053125 設(shè)計（論文）題目： PLC水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師： 岳東海 設(shè) 計 地 點： 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 起 迄 日 期： 2008-8-4 2008-8-25 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 專業(yè) 機(jī)電一體化 班級 機(jī)電061 姓名 彭靖堯  一、課題名稱： PLC水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計

2、  二、主要技術(shù)指標(biāo)： 1、PLC能提供可編程邏輯分析和PID功能（SATTCONTORL公司生產(chǎn)PLC5的可編程邏輯控制器） 2、變頻器的工作電壓為380V，隨機(jī)容量為24kwA（IPF-24變頻器） 三、工作內(nèi)容和要求：通過出水母管中安裝壓力變送器，將水壓值轉(zhuǎn)換為5-25mA電流信號輸入PLC，把該信號與水位設(shè)定值相比較，并經(jīng)PID運算后，由PLC把計算結(jié)果作為輸出信號送往變頻器，控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使出水母管水壓穩(wěn)定，即水塔中的水位高度穩(wěn)定在設(shè)定值上。系統(tǒng)設(shè)有備用泵和消防功能，水位顯示及報等功能。  四、主要參考文獻(xiàn)：1謝又成，章棘.PLC在

3、恒壓供水自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用（J）l.電工技術(shù)雜志，2003,(2):36-37.2戴廣平.電動機(jī)變頻器與電力拖動M.北京:中國石化出版社，1999. 89-106.3何衍慶，戴自樣，俞金壽.可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1998. 6-16.4鄭萍.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)M.重慶:重慶大學(xué)出版社，2001.1      學(xué) 生（簽名） 年 月 日  指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日   教研室主任（簽名） 年 月 日  系 主 任（簽名） 年 月 日   畢業(yè)設(shè)計（論文）開題

4、報告 設(shè)計（論文題目） 一、選題的背景和意義：一、選題的背景和意義：在上個世紀(jì)60年代末期，PLC第一次被提出。設(shè)計這樣一個器件的主要目的是為了降低當(dāng)時使用復(fù)雜的繼電器控制的電機(jī)控制系統(tǒng)的巨額成本。上世紀(jì)70年代中期，占支配地位的PLC技術(shù)是序列發(fā)生器狀態(tài)機(jī)（sequencer state-machines）和基于CPU的位片（bit-slice)技術(shù)。80年代，人們試圖用通用電機(jī)（General Motor）的生產(chǎn)自動控制協(xié)議（manufacturing automation protocol,MAP）來將PLC的通信標(biāo)準(zhǔn)化。90年代，新協(xié)議的產(chǎn)生和80年代幸存的一些較流

5、行協(xié)議的物理層的現(xiàn)代化逐漸減少。最新的標(biāo)準(zhǔn)（IEC 1131-3）已經(jīng)盡量將PLC編程語言融合為一個國際標(biāo)準(zhǔn)。水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)供水系統(tǒng)大多采用水塔、高位水箱或氣壓罐式增壓設(shè)備,用水泵以高出實際用水高度的揚程來“提升”水量,其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能耗。現(xiàn)研究設(shè)計的水塔水位控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng),實現(xiàn)水泵無級調(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),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) 二、課題研究的主要內(nèi)容：1掌握水塔水位的組成與工作原理；2了解和熟悉PLC的結(jié)構(gòu)和作用，以及其工作原理，掌握PLC的編程方法

6、；3設(shè)計PLC控制水塔水位的住電路和控制程序；4設(shè)計PLC控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定。三、主要研究（設(shè)計）方法論述：（一）依據(jù)課本所學(xué)的知識； (二)通過老師知道; (三)到圖書管查閱相關(guān)書籍; (四)上網(wǎng)查詢相關(guān)資料; (五)向一些有經(jīng)驗的學(xué)長請教;四、設(shè)計（論文）進(jìn)度安排：時 間工 作 內(nèi) 容8月日月日緒論月日月日系統(tǒng)的方案設(shè)計月日月日變頻器的節(jié)能原理月日月日控制系統(tǒng)硬件設(shè)月日月日各種元器件的選擇月日月日恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計月日設(shè)計總結(jié)及答辯五、指導(dǎo)教師意見：       指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見：  &#

7、160;         系主任簽名： 年 月 日 目錄0緒論50.1雙恒壓供水系統(tǒng)的目的與研究意義.50.2交流變頻調(diào)速的優(yōu)勢與應(yīng)用.7 0.3可編程序控制器的特點與應(yīng)用101變頻器的節(jié)能原理171.1變頻器的控制方式171.2變頻調(diào)速的調(diào)速及節(jié)能原理172控制系統(tǒng)硬件設(shè)計192.1主電路設(shè)計192.2控制電路設(shè)計193各種元器件的選擇213.1PLC的選擇213.2變頻器的選擇213.3壓力傳感器的選擇213.4觸摸屏的選擇223.5軟啟動的選擇234恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計244.1程序功能圖的設(shè)計244.2內(nèi)置

8、PID功能及其編程254.3系統(tǒng)程序設(shè)計及說明264.4輸入輸出地址分配表如下6小結(jié)7致謝8參考文獻(xiàn)PLC水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計摘 要:該畢業(yè)設(shè)計對環(huán)保、節(jié)能、自動補壓型給水設(shè)備作了介紹。從節(jié)能科技的實踐出發(fā)，闡述了變頻調(diào)速技術(shù)在高樓給水設(shè)備中的應(yīng)用。以PLC電路控制方式，介紹了智能水壓控制系統(tǒng)的工作原理及PLC控制系統(tǒng)。在分析水壓控制的工作流程的基礎(chǔ)上，給出了PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。智能水壓控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制,完成供水壓力的恒定控制，在管網(wǎng)流量變化時達(dá)到穩(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

9、出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進(jìn)行比較，其差值輸入變頻器運算處理后，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，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。關(guān)鍵詞:恒壓供水，F(xiàn)X2N-PLC可編程序控制器、壓力傳感器、變頻器PID運算、PLC控制、恒壓供水。Abstract:Be graduation practice's turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation

10、 , automation introduce that. The frequency conversion speed regulation technology having set off from energy conservation science and technology practice , expounding hits the target in high building water supply equipment applying。Introduced the intelligent hydraulic pressure control system princi

11、ple of work and the PLC control system. In in the analysis hydraulic pressure control work flow foundation, has produced the PLC control system hardware and the software design. The intelligent hydraulic pressure control system basic control strategy is: Uses the electric motor speeder and the progr

12、ammable controller (PLC) constitutes the control system, carries on the optimized control,Completes the water supply pressure the constant control, when pipe network current capacity change achieved the stable water supply pressure and saves the electrical energy the goal. The system control goal is

13、 the pumping station main pipe water leakage pressure, the system hypothesis carries on the comparison for the hydraulic pressure value and the feedback main pipe pressure actual value, after its interpolation inputs CPU operation processing, sends out the control command, the control pumps the elec

14、tric motor to throw transports the Taiwan number and the movement variable displacement pump electric motor rotational speed, thus achieved stabilizes for the water main pipe pressure in hypothesis Pressure.Keyword:PLC control the FX2N-PLC programmable、Pressure sensor 、Frequency transformer PID arit

15、hmetic、PLC controlled 、The constant voltage supplies water。            0 緒論0.1雙恒壓供水系統(tǒng)的目的和研究意義恒溫恒壓供水系統(tǒng)對于生活是非常重要的,例如在房屋供水工程中,若自來水供水因故壓力不足或短時缺水,可能影響居民生活.又如當(dāng)發(fā)生火警時,若供水壓力不足或無水供應(yīng),不能迅速滅火,可能引起重大損失和人員傷亡,恒溫供水則能保證供給用戶的水保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi).所以,生活小區(qū)采用生活/消防雙恒壓系統(tǒng),具

16、有較大的經(jīng)濟(jì)和社會意義.0.2交流變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢與應(yīng)用 對于可調(diào)速的電力拖動系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動機(jī)電流形式分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩類。它們最大的不同之出主要在于交流電力拖動免除了改變直流電機(jī)電流流向變化的機(jī)械向器整流子。     20世紀(jì)70年代后，大規(guī)模集成電路和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對優(yōu)勢，并且它的調(diào)速性能與可

17、靠性不斷完善，價格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實現(xiàn)過程自動化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。     交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性     (1)調(diào)速時平滑性好，效率高。低速時，特性靜關(guān)率較高，相對穩(wěn)定性好。     (2)調(diào)速范圍較大，精度高。     (3)起動電流低，對系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯。     (4)變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡便。 (5)易于實現(xiàn)過程自動化。0.3

18、可編程序控制器的特點及應(yīng)用1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使PLC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使PLC在惡劣條件消失后自動恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在PLC上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障發(fā)生點，并將故障限制在局部，就能降低PLC的平均修復(fù)時間。為此，各PLC的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時給出出錯信息，停止運行等待修復(fù)外，還使PLC具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。 ·硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，大量開

19、關(guān)動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)和信號調(diào)理電路·軟件措施：有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。2 .通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動化中也被大量采用。3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)

20、機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。4.編程簡單，容易掌握目前，PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機(jī)電控

21、制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的F1-40M型PLC為例：其外型尺寸

22、僅為305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力。現(xiàn)在三菱公司又有FX系列PLC，與其超小型品種F1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24128點。第二章變頻器的節(jié)能原理2.1變頻器的控制方式低壓通用變頻輸出電壓為380650V，輸出功率為0.75400kW，工作頻率為0400Hz，它的主電路都采用交直交電路。其控制方式經(jīng)歷了以下四代。 2.1.1 U/f=C的正弦脈寬調(diào)制（SPWM）控制方式  其特點是控制電路結(jié)構(gòu)簡單、成本較

23、低，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動機(jī)硬，動態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。  2.1.2 電壓空間矢量（SVPWM）控制方式  它是以三相波形整體生成效果為前提，以逼近電機(jī)氣隙的理

24、想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成三相調(diào)制波形，以內(nèi)切多邊形逼近圓的方式進(jìn)行控制的。經(jīng)實踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動態(tài)的精度和穩(wěn)定度。但控制電路環(huán)節(jié)較多，且沒有引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)性能沒有得到根本改善。  2.1.3 矢量控制（VC）方式  矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的

25、直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度，磁場兩個分量進(jìn)行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有劃時代的意義。然而在實際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。  

26、60;    2.1.4 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）方式  1985年，德國魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)。該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。目前，該技術(shù)已成功地應(yīng)用在電力機(jī)車牽引的大功率交流傳動上。  直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計算；它不需要模仿直流電動機(jī)的控制，也不需

27、要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。  2.1.5 矩陣式交交控制方式  VVVF變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交直交變頻中的一種。其共同缺點是輸入功率因數(shù)低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網(wǎng)，即不能進(jìn)行四象限運行。為此，矩陣式交交變頻應(yīng)運而生。由于矩陣式交交變頻省去了中間直流環(huán)節(jié)，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現(xiàn)功率因數(shù)為l，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統(tǒng)的功率密度大。該技術(shù)目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學(xué)者深入研究。其實質(zhì)不是間接的控制電流、磁鏈等量，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控制量來實現(xiàn)

28、的。具體方法是：  控制定子磁鏈引入定子磁鏈觀測器，實現(xiàn)無速度傳感器方式；  自動識別（ID）依靠精確的電機(jī)數(shù)學(xué)模型，對電機(jī)參數(shù)自動識別；  算出實際值對應(yīng)定子阻抗、互感、磁飽和因素、慣量等算出實際的轉(zhuǎn)矩、定子磁鏈、轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行實時控制；  實現(xiàn)BandBand控制按磁鏈和轉(zhuǎn)矩的BandBand控制產(chǎn)生PWM信號，對逆變器開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。  矩陣式交交變頻具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)（<2ms），很高的速度精度（±2，無PG反饋），高轉(zhuǎn)矩精度（<3）；同時還具有較高的起動轉(zhuǎn)矩及高轉(zhuǎn)

29、矩精度，尤其在低速時（包括0速度時），可輸出150200轉(zhuǎn)矩。  2.2變頻調(diào)速的調(diào)速、節(jié)能原理1、動態(tài)功率因數(shù)補償節(jié)能 無功功率不但增加線損和設(shè)備的發(fā)熱，更主要的是因為功率因數(shù)的降低導(dǎo)致電網(wǎng)有功功率的降低。由公式SpQ，QS*SIN，P=S*COS，其中：S-視在功率，Q-無功功率，P-有功功率，COS-功率因數(shù)。可知，當(dāng)COS越大，有功功率P越大。普通定量泵注塑機(jī)COS值在0.60.8之間，而使用變頻調(diào)速節(jié)能控制裝置后，由于變頻器內(nèi)濾波電容的作用，使得COS1，從而減小了無功損耗，增大了電網(wǎng)的有功功率。 2、軟啟動節(jié)能     由

30、于電機(jī)為直接啟動或Y/D啟動，啟動電流等于(3-7)倍額定電流，這樣會對機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動時對設(shè)備的使用壽命極為不利。而使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和模具的使用壽命。 3、變頻調(diào)速節(jié)能裝置的控制系統(tǒng)     根據(jù)注塑機(jī)的工藝要求，利用注塑機(jī)電腦的同步控制信號及電氣控制，從注塑機(jī)的壓力電磁比例閥和流量電磁比例閥分別取出0-1ADC的模擬電流信號，送電流/電壓變送器綜合處理轉(zhuǎn)變?yōu)?-1

31、0VDC的模擬電壓信號，直接加在變頻器的輸入端，從而改變變頻器的輸出頻率，即改變油泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來改變油泵電機(jī)的輸出流量Q,滿足注塑機(jī)在各個工序中所需的油壓大小和流量速度，將傳統(tǒng)的定量泵轉(zhuǎn)變?yōu)樽兞勘谩５谌?控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1主電路設(shè)計按變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理設(shè)計的水塔水位控制系統(tǒng)框圖如圖2所示,市網(wǎng)自來水用水位控制器eq來控制注水閥yv1,只要水位低于高水位,則自動往水池注水。水池的高/低水位信號也直接送給plc,作為高/低水位報警。為了保證供水的連續(xù)性,水位的上下限距離較小。生活用水和消防用水共用三臺水泵3,平時電磁閥yv2處于失電狀態(tài),關(guān)閉消防管網(wǎng),當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時,電磁閥yv2得電,

32、關(guān)閉生活用水管網(wǎng),三臺水泵供消防用水使用,并維持消防用水的高壓值。火災(zāi)解除后,三臺水泵改為生活用水使用,并循環(huán)運行,維持生活用水的低恒壓值。每臺水泵電機(jī)既可以變頻運行,又可以工頻運行。當(dāng)用水量較小時,一臺水泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行,當(dāng)用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時,plc給定的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被plc檢測到,plc自動將原工作在變頻狀態(tài)下的水泵投入到工頻運行,以保持壓力的連續(xù)性,同時將下一臺水泵用變頻器起動后投入運行,以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定;若兩臺水泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求,則依次將變頻工作狀態(tài)下的水泵投入到工頻運行,再將一臺水泵投入變頻運行;當(dāng)

33、用水量減少時,首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效,這時壓力上限信號如仍出現(xiàn),plc首先將最先工頻運行的水泵停掉,以減少供水量,當(dāng)上述兩個信號仍存在時,plc再停掉第二臺工頻運行的水泵,直到最后一臺泵用變頻器恒壓供水。所有水泵電機(jī)從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制,實現(xiàn)帶載軟啟動,避免了啟動大電流給水泵電機(jī)帶來沖擊,延長了電機(jī)的使用壽命。同時系統(tǒng)供水采用變頻運行水泵循環(huán)方式,以“先開先關(guān)”的順序關(guān)水泵,這樣,既保證供水系統(tǒng)有備用水泵,又保證系統(tǒng)水泵有相同的運行時間,有效地防止因為備用水泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象,提高了設(shè)備的綜合利用率,降低了維護(hù)費用。 圖13.2控制電路設(shè)計利用定時器中

34、斷功能實現(xiàn)pid控制的定時采樣及輸出控制,三臺水泵切換信號的生成、接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等都由程序控制。在程序設(shè)計時充分考慮到負(fù)載均衡性原則,采取“先入先出”的排隊策略,執(zhí)行變頻方式輪值,確保各水泵使用率基本均衡。生活及消防雙恒壓的兩個恒定值是采用數(shù)字式方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%,消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%.pid回路增益和時間常數(shù)初步設(shè)定為:增益kc=0.25、采樣時間ts=0.2 s、積分時間ti=30 min.根據(jù)具體情況需進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)的控制效果。   為了恒定供水,在水壓降

35、落時要升高變頻器的輸出頻率,當(dāng)變頻器達(dá)到上限頻率且一臺水泵還不能滿足恒壓要求時,則把變頻運行的水泵切換到工頻上運行,同時需要變頻啟動第二臺或第三臺水泵,直到滿足供水要求。判斷需不需要啟動新水泵的標(biāo)準(zhǔn)就是變頻器的輸出頻率是否達(dá)到設(shè)定的上限值。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的準(zhǔn)確性,應(yīng)濾去偶然的頻率波動起的頻率達(dá)到上限的情況。變頻器控制水泵電機(jī)的每一次啟動均為軟啟動,并規(guī)定各臺水泵必須交替使用,任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過3 h,因此每次需啟動新水泵時,將現(xiàn)行運行的水泵從變頻器上切除,并換上工頻電源運行,將變頻器復(fù)位并用于新運行水泵的啟動。三臺水泵的工作循環(huán)控制是使用水泵號加1的方法實現(xiàn)

36、(到3在加1時等于零),即用水泵的總數(shù)結(jié)合水泵號實現(xiàn)水泵的輪換工作 圖2第四章 各種元器件的選擇4.1 PLC的選擇（ 1 ）對輸入 / 輸出點的選擇 盲目選擇點數(shù)多的機(jī)型會造成一定浪費。要先弄清除控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的 15 20 留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數(shù)。 另外要注意，一些高密度輸入點的模塊對同時接通的輸入點數(shù)有限制，一般同時接通的輸入點不得超過總輸入點的 60 ； PLC 每個輸出點的驅(qū)動能力（ A/ 點）也是有限的，有的 PLC 其每點輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般 PLC 的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而

37、有所降低等。在選型時要考慮這些問題。PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。 （ 2 ）對存儲容量的選擇 對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10 字 / 點輸出總點數(shù)乘 5 字 / 點來估算；計數(shù)器 / 定時器按（ 3 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 100

38、）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 100 留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設(shè)計者，選擇容量時留有裕量要大些。 （ 3 ）對 I/O 響應(yīng)時間的選擇 PLC 的 I/O 響應(yīng)時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 3 個掃描周期）等。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC 和 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。 （ 4 ）根據(jù)輸出負(fù)載的特點選型 不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)

39、載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以 動作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。 （ 5 ）對在線和離線編程的選擇 離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對現(xiàn)場進(jìn)行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個 CPU ，主機(jī)的 CPU 完成對現(xiàn)場的控制

40、，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計算機(jī)輔助編程既 能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。 （ 6 ）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型 若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。 （ 7 ）對 PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同 I/O 點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈

41、活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式4.2變頻器的選擇使用SV300在水塔水位控制將使線路簡化,只需將水位偵測器,啟動/停止開關(guān)和操作/異常指示燈連接至SV300即可 A.使用SV300水塔水位控制外部接線圖3 4.3 壓力傳感器的選擇一、壓力傳感器的主要性能參數(shù) 額定壓力范圍 額定壓力范圍是滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的壓力范圍。也就是在最高和最低溫度之間，傳感器輸出符合規(guī)定工作特性的壓力范圍。在實際應(yīng)用時傳感器所測壓力在該范圍之內(nèi)。 最大壓力范圍 最大壓力范圍是指傳感器能長時間承受的最大壓力，且不引起輸出特性永久性改變。特別是半導(dǎo)體壓力傳感器，為提高

42、線性和溫度特性，一般都大幅度減小額定壓力范圍。因此，即使在額定壓力以上連續(xù)使用也不會被損壞。一般最大壓力是額定壓力最高值的倍。 損壞壓力 損壞壓力是指能夠加工在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。 線性度 線性度是指在工作壓力范圍內(nèi)，傳感器輸出與壓力之間直線關(guān)系的最大偏離。 壓力遲滯 為在室溫下及工作壓力范圍內(nèi)，從最小工作壓力和最大工作壓力趨近某一壓力時，傳感器輸出之差。 溫度范圍 壓力傳感器的溫度范圍分為補償溫度范圍和工作溫度范圍。補償溫度范圍是由于施加了溫度補償，精度進(jìn)入額定范圍內(nèi)的溫度范圍。工作溫度范圍是保證壓力傳感器能正常工作的溫度范圍。4.4觸摸屏的選擇觸摸屏（提供以

43、下選擇）   四線、五線電阻屏15.1"21.1"   五線電阻屏 15.1" 18.1"   表面聲波屏 15.1" 18.1"   紅外屏 15.1" 18.1"顯示器（提供以下選擇）  飛利浦、三星、ACER 、優(yōu)派、等顯示器表面處理 采用進(jìn)口汽車金屬烤漆  （可選用金屬光

44、面漆、金屬亞光漆、噴塑磨沙漆）音響特制功放,防磁立體聲。控制面板主機(jī),顯示器,音響開關(guān), 音量調(diào)諧,備用電源插座。打印機(jī)  自動切紙微型熱敏打印機(jī)鍵盤 金屬鍵盤可選配件 MPC標(biāo)準(zhǔn)組件（聲卡、專業(yè)音響、CDROM） 讀卡器(符合ISO7811和ISO781標(biāo)準(zhǔn) 手動磁卡/IC卡讀卡器)防暴金屬聽筒網(wǎng)絡(luò)接口提供RJ45標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口提供RJ11標(biāo)準(zhǔn)電話接頭工作環(huán)境溫度：+5 - +35濕度：40% - 80%（相對，非壓縮）物理尺寸    高1400

45、mm × 寬430mm × 深510mm電源電壓：AC220V ± 10% 50HZ ± 1HZ功率：<200W開機(jī)瞬間電流3A4.5軟起動的選擇生活泵專用STR軟起動控制裝置是應(yīng)用于一臺水泵運行一臺水泵備用（備用可選）的場合。當(dāng)運行的水泵故障停機(jī)后，則備用水泵自動投入運行。此裝置與液位控制器相配合，適用于工礦企業(yè)、科研設(shè)施及民用建筑等系統(tǒng)中的水塔、水池和各種容器的液位自動控制，或類似設(shè)備的自動控制。控制裝置具有自動、手動選擇開關(guān)和備用水泵自動投入，以及上下限

46、和備用泵投入報警、指示功能。本裝置設(shè)有一個轉(zhuǎn)換開關(guān)，兩對起/停及報警解除按鈕，轉(zhuǎn)換開關(guān)可用于備用、手動自動選擇。每臺軟起動器均有一個鍵盤面板用于設(shè)置參數(shù)、顯示電機(jī)的運行電流、故障狀況，如果需要對本控制裝置進(jìn)行遠(yuǎn)地控制可通過裝置內(nèi)遠(yuǎn)控接點進(jìn)行操作，有起停輸入接點、運行輸出接點、故障輸出接點（均為無源繼電器接點）等。 規(guī)    格：STR008-1B1-YWSTR200-1B1-YW（7.5KW-200KW）    5 恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1程序功能圖的設(shè)計1)原理系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，壓力傳感器將主水管網(wǎng)

47、水壓變換為電信號，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進(jìn)行PID運算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的供電電壓和頻率。當(dāng)用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行，當(dāng)用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，PLC給定的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將下一臺備用泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若2臺泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，再將一臺備用泵投入變頻運行。當(dāng)用水量減少時，首先

48、表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將最先工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述2個信號仍存在時，PLC再停掉第2臺工頻運行的電機(jī)，直到最后一臺泵用變頻器恒壓供水。所有水泵電機(jī)從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動大電流給水泵電機(jī)帶來沖擊，相對延長了電機(jī)的使用壽命。同時，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，這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費用。    (

49、2)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)選用了西門子公司的S7-214PLC，輔以輸入/輸出擴(kuò)展模塊組成，主要檢測元件有光電開關(guān)、壓力檢測開關(guān)，共計12個輸入信號。執(zhí)行部件有電機(jī)、變頻調(diào)速器、聲光報警器等，共3個輸出點。PLC主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲、報警、控制變頻器完成壓力調(diào)節(jié)等功能。3臺水泵由變頻器直接驅(qū)動，進(jìn)行恒壓控制，變頻器的起動、停止分為手動和PLC控制。控制面板上設(shè)有一個手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，PLC對該開關(guān)的狀態(tài)實時檢測，當(dāng)選擇手動功能時，PLC只進(jìn)行檢測報警，由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)進(jìn)行水泵的起、停和切換。當(dāng)選擇自動功能時，所有控制、報警均由PLC完成。控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。 圖4 變頻

50、器內(nèi)置PID功能在恒壓供水設(shè)備中的應(yīng)用圖5圖1中變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(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)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運算后，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，如圖1中虛線所示。一般的供水設(shè)備控制13臺水泵，12臺工作，1臺備用。在這些水泵中，一般只有一臺變頻泵。當(dāng)供水設(shè)備供電開始工作時，先起動變頻泵，管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定的數(shù)值上。而當(dāng)用水量增加，水壓降低時，傳感器將這一信號送入可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器，可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器則送出一個較用水量增加前大的信號，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果