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文檔簡介
1、廣 東 南 方 職 業(yè) 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(b y sh j) 題 目 名 稱 基于PLC與變頻(bin pn)調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 系 (部) 工程系 專 業(yè) 班 級 12級機電(jdin)1班 學(xué) 生 姓 名 葉木秀 指 導(dǎo) 教 師 萬三國 時 間 2014 年 11 月至 2015 年 6 月 目 錄 TOC o h z u HYPERLINK l _Toc416009876 畢業(yè)論文(b y ln wn)(設(shè)計)任務(wù)書 VIII畢業(yè)論文(b y ln wn)(設(shè)計)任務(wù)書系 工程系 專業(yè)(zhuny) 機電(jdin)一體化技術(shù) 班級 12機電1班 學(xué)生姓名 葉木秀 指導(dǎo)教師/職稱 萬三
2、國/講師 1畢業(yè)論文(設(shè)計)題目:2畢業(yè)論文(設(shè)計)起止時間: 年 月 日 年 月 日3畢業(yè)論文(設(shè)計)所需資料(指導(dǎo)教師選定部分)4畢業(yè)論文(設(shè)計)應(yīng)完成的主要內(nèi)容5畢業(yè)論文(設(shè)計)的目標及具體要求任務(wù)書批準日期 年 月 日 系主任(簽字) 任務(wù)書下達日期 年 月 日 指導(dǎo)教師(簽字) 完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生(簽名) 開題(ki t)報告一、選題(xun t)的目的及意義(yy)目前,居民生活用水和工業(yè)用水日益增加,由于居民日常用水和工業(yè)用水會隨季節(jié)、晝夜等變化而隨之發(fā)生變化,如采取傳統(tǒng)的供水方式不僅影響生活也不利于資源的優(yōu)化配置,傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的需求,為了能更合理的
3、分配資源,能最大限的為人們所用,可采用變頻恒壓供水方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供水系統(tǒng),以達到供水穩(wěn)定,滿足人們需求,合理優(yōu)化分配等目的。本文介紹的是關(guān)于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計,因為變頻恒壓供水系統(tǒng)有高效節(jié)能,恒壓供水,安全衛(wèi)生,自動運行,管理簡便等優(yōu)點,非常適合現(xiàn)在的國民需求。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)用水量的變化,自動調(diào)節(jié)運行參數(shù),在水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當今先進、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速是現(xiàn)在優(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)的技術(shù),是當今國際上一項效益最高、性能最佳、應(yīng)用廣泛、最有發(fā)展前途的電機調(diào)速技術(shù)。它采用了微機控制技術(shù),電力電子技術(shù)和電機傳動調(diào)速
4、技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)交流電動機的無極調(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)具有可靠性高,抗干擾能力強,組合靈活,組成簡單,維修方便和低成本低能耗等諸多特點。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,方便實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理和監(jiān)控;同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性,這在能量日益緊缺的今天尤為重要,所以研究設(shè)計系統(tǒng),對于調(diào)高企業(yè)效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。二、國內(nèi)外的發(fā)展狀況變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的,在早期,由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各
5、種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中,變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu),為了滿足供水量大小需求的不同時,保證管網(wǎng)壓力恒定,需在變頻器外部壓力控制器和壓力傳感器,對壓力進行閉環(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組的方式,幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況,因而投資成本高。即1968年,丹麥的丹弗斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器后,隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)先以及顯著地節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)認可后,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,像瑞士的ABB集團推出了HVAC變頻技術(shù),法國
6、的施耐德公司推出了恒壓供水基板,備有PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件繼承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)成最多七臺電機的供水系統(tǒng)。但是也有其缺點,就是輸出接口的擴展功能缺乏靈活性,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)和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信,并且限制了帶負載的容量,因此適用范圍受到限制。目前國內(nèi)有不少公司都在做變頻恒壓供水的工程,大多采用國外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,有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以(yy)實現(xiàn);有的采用PLC及
7、相應(yīng)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)指標來說,還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為電氣公司(現(xiàn)已改名艾默生)和成都希望集團(森蘭牌變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器(5.5Kw-22kW),無需外接PLC盒PID調(diào)節(jié)器,可完成最多四臺水泵的循環(huán)切換、定時起動、停止和定時循環(huán)(丹麥丹弗斯公司的VLT系列變頻器可實現(xiàn)七臺水泵機組的切換)。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。可以看出,目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水
8、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)(wnglu)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的,因此,有待于進一步研究改善,使其能更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。三、主要(zhyo)研究內(nèi)容、設(shè)計思想及待解決的問題本設(shè)計是以供水系統(tǒng)為設(shè)計對象,采用PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù),并引用計算機對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控和管理,保證供水系統(tǒng)安全可靠的運行。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器、和水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),本設(shè)計中有4臺泵,大泵電動機功率均為220KW,小泵功率均為160KW;所有泵可設(shè)
9、計成變頻循環(huán)軟啟動的工作方式;采用PID算法實現(xiàn)水壓的閉環(huán)控制;西門子S7-200型系列PLC控制變頻及現(xiàn)場設(shè)備的運行;系統(tǒng)具有自動/手動操作功能;具有故障自診和自處理能力,對過流,欠壓,過壓等變頻器故障均能自行診斷,并發(fā)出報警信號。根據(jù)以上控制要求,進行系統(tǒng)的總控制方案設(shè)計。硬件設(shè)備選型、PLC選型、估算所需I/O點數(shù),進行I/O模塊選型,繪制系統(tǒng)硬件連接(linji)圖:包括系統(tǒng)硬件配置圖、I/O連接圖、分配I/O點數(shù)、列出I/O分配表,設(shè)計梯形圖控制程序,對程序進行調(diào)試和修改并設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)。供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速,本次設(shè)計的關(guān)鍵應(yīng)該是調(diào)速,其中改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方
10、式控制簡單,投資省,節(jié)能效果顯著,效率高,但需要專門的變極電機,是有級調(diào)速,而且極差比較大,只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機器;改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證(bozhng)其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速方式,其最大優(yōu)點是可以回收轉(zhuǎn)差功率,節(jié)能效果好,且調(diào)速性能好,但由于線路復(fù)雜,增加了中間環(huán)節(jié)的電能消耗,且成本高;下面重點分析改變電源率調(diào)速的方法。根據(jù)公式(n=60f/p(1-s)可知,當轉(zhuǎn)差率變化不大時,異步電動機的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比。連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率,就可以平滑地改變電動機的轉(zhuǎn)速。但是,單一地調(diào)節(jié)電源頻率,將導(dǎo)致電機運行(ynxng)性能的惡化。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,已出現(xiàn)了各種性能良好、工
11、作可靠的變頻調(diào)速電源裝置,他們促進了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。四、設(shè)計的工作步驟、進度與時間安排(1)系統(tǒng)主要設(shè)備選型;(2)PLC及其模塊的選型;(3)變頻器的選型;(4)系統(tǒng)主電路設(shè)計;(5)系統(tǒng)控制電路設(shè)計;(6)PLC的I/O端口分配及外圍接線;(7)系統(tǒng)軟件設(shè)計;(8)PLC程序設(shè)計;(9)PID參數(shù)整定;畢業(yè)設(shè)計(b y sh j)進度安排2014年11月3日2014年11月20日:熟悉設(shè)計內(nèi)容、要求、任務(wù);收集(shuj)與設(shè)計相關(guān)的論文、資料,方案論證與選擇;2014年11月21日2014年12月20日:初步完成(wn chng)系統(tǒng)框圖設(shè)計,完成系統(tǒng)配置與選型;2014年12月21
12、日2015年1月20日:完善系統(tǒng)硬件電路設(shè)計;2015年1月20日2015年2月10日:繪制軟件框圖、編寫梯形圖及梯形圖調(diào)試;2015年2月10日2015年3月15日:撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書;2015年3月16日2015年4月15日:繪制圖紙;2015年4月16日2015年6月20日:論文修改與答辯。參考文獻1 艷萍.電氣控制與PLC技術(shù).北京:北京師范大學(xué)出版社,2007.22田淑珍. 可編程控制器原理及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,2008.3孫延永.劉美俠 基于PLC與變頻器的水泵自動穩(wěn)壓供水控制系統(tǒng)的開發(fā) 期刊論文 -中國制造業(yè)信息化2012(23)4羅鋒華.房馳.程豪 PLC與變頻器在恒
13、壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 期刊論文 -機床電器2011(4)5朱寧南 供水系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)探討 期刊論文 -中國電子商務(wù)2013(12)6王廷才,胡雪梅. 變頻器原理及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,2010.7李二恩.賈敏智 模糊控制在恒壓供水系統(tǒng)改造中的應(yīng)用 期刊論文 -煤礦機械2013(3)8張燕平,張征,劉崢.我院基于積液透析水處理系統(tǒng)的節(jié)水改造J.中國醫(yī)療設(shè)備,2012,(10):149-150.9簡立明. 內(nèi)置PID變頻調(diào)速及PLC控制構(gòu)建的智能恒壓供水系統(tǒng)J.紡織機械,2004,(04):34-36.10孫立書. 基于PLC的軟啟動變頻雙恒壓無塔供水系統(tǒng)J.機電工程,201111于紅
14、花. 模糊PID控制在變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用J.科技與企業(yè),2013,(20).12張德田. 基于模糊控制的變頻調(diào)速在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究D.保定:華北電力大學(xué),2012.13李先輝. 變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)在建筑給水系統(tǒng)中的應(yīng)用D.西安:西安建筑科技大學(xué),2013.14蔣興加. 基于FCS變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計J.大眾科技,2011,(05).15胡雪梅,徐榮政. 變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用J.電機與控制應(yīng)用,2011,(08).16趙小國,孫偉,閻曉妹. 基于時間優(yōu)先級的變頻恒壓供水系統(tǒng)的泵組控制方式研究J.電機與控制應(yīng)用,2011,(10).17康會峰,黃新春,王元. 基于DSP
15、的變頻(bin pn)恒壓供水模糊控制系統(tǒng)應(yīng)用J.電機與控制應(yīng)用,2010,(05).18吳學(xué)娟,郎朗. 模糊自適應(yīng)控制在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用(yngyng)J.工業(yè)控制計算機,2010,(11).六、指導(dǎo)教師(jiosh)意見 系主任意見 畢業(yè)論文(b y ln wn)(設(shè)計)審閱與評審成績學(xué)生姓名班級(專業(yè))系 部答辯時間論文(設(shè)計)題目指導(dǎo)教師評語及成績(建議:從學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、工作量、論文(設(shè)計)的實用性、規(guī)范性與綜合運用知識能力等方面給出評價)成績: 指導(dǎo)教師簽名: 年 月 日系評審(答辯)小組意見及成績成績: 評審小組老師簽名: 年 月 日系答辯委員會審核意見綜合成績: 主任(
16、簽名): 年 月 日畢業(yè)論文(設(shè)計)答辯記錄(jl)及成績評定學(xué)生姓名專業(yè)班級畢業(yè)論文(設(shè)計)題目答辯時間 年 月 日 時答辯地點一、答辯小組組成答辯小組組長:成 員:二、答辯記錄摘要答辯小組提問(分條摘要列舉)學(xué)生回答情況評判三、答辯小組對學(xué)生答辯成績的評定(百分制):_ 分答辯小組組長(簽名) : 秘書(簽名): 年 月 日系答辯委員會主任(簽名): 系 (部)(蓋章) 年 月 日第 頁 (共39頁)摘 要摘 要隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展,人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。再加上目前能源緊缺(jn qu),利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù),設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)
17、域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。論文分析了采取變頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓供水相對于傳統(tǒng)的閥門控制恒壓供水方式的節(jié)能機理。通過對變頻器內(nèi)置PID模塊參數(shù)的預(yù)置,利用遠傳壓力表的水壓反饋量,構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng),根據(jù)用水量的變化采取PID調(diào)節(jié)方式,在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合,實現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。依據(jù)供水要求,設(shè)計了一套由PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵機組等主要(zhyo)設(shè)備構(gòu)成的全自動變頻恒壓供水,具有全自動變頻恒壓運行、自動工頻運行和現(xiàn)場手動控制等功能。關(guān)鍵詞 可編程序控制器(PLC) 變壓變頻(bin pn)調(diào)速 恒壓供水第1章 緒論(xln)隨著(su zhe)各
18、住宅小區(qū)的宿舍樓等一座座高樓拔地而起,相應(yīng)的生活用水量也大幅度增加。人們對提高供水質(zhì)量的要求越來越高,另外人們的節(jié)能意識及對運行的可靠性的要求越來越強。采用變頻器及PLC技術(shù)實現(xiàn)的無塔恒壓供水系統(tǒng),不僅能提高供水質(zhì)量,而且在節(jié)約能源和運行可靠性具有較好的改善。其中,采用變頻調(diào)速的主要目的是通過調(diào)速來恒定用水管道的壓力以達到節(jié)能的目的,恒壓供水則是為了滿足用戶對流量的要求。變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而,由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備(如水泵),在對原有供水系統(tǒng)進行變頻改造的實踐中,往往會出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文
19、介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng),是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實踐中,根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的,該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題,既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢,同時(tngsh)有效的節(jié)省了資金。 應(yīng)用PLC技術(shù)是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動,減少手動操作或撫慰操作,同時替代部分繼電器減少機械觸點的故障,增強可靠性。1.1 本課題設(shè)計的背景隨著變壓器調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高,變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng),然而,由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備(水泵),在對原有供水系統(tǒng)進行變頻改造的實
20、踐中,往往會出現(xiàn)一些理論上意想不到的問題。本課題介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題,既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢,同時有效的實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力,最終達到高效率的運行目的。 PLC是集自動(zdng)控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置,已躍居工業(yè)自動化三大支柱(PLC、ROBOT、CAD/CAM)的首位。有如下特點:1可靠性高、抗干擾能力強2設(shè)計、安裝容易(rngy)、維護工作量少3通用性好,組合(zh)靈活4功能完善,適應(yīng)面廣5體積小、功耗低6開發(fā)周期短、成功率高等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域,并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支
21、柱產(chǎn)品,與繼電器、接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠;占位空間小;價格上能于繼電器、接觸器控制系統(tǒng)競爭;易于在現(xiàn)場變更程序;便于使用、維護和維修;能直接推動電磁閥、接觸器于之相當?shù)膱?zhí)行機構(gòu);能向中央執(zhí)行機構(gòu)、重要數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。因此,進行變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計,可以推動變頻恒壓供水系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展,擴大PLC在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用,具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。1.2 本課題設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計將在以下幾個方面對恒壓供水控制系統(tǒng)進行研究和論證。1.2.1 恒壓供水系統(tǒng)的選型 該系統(tǒng)是由儲水系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、回水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)(手動控制、自動控制)組成,對象系統(tǒng)由三臺不同功率的水泵機
22、組組成,都為常規(guī)變頻循環(huán)泵,用于模擬正常模式下的生活供水動力系統(tǒng),回水系統(tǒng)采用有機玻璃材料結(jié)構(gòu),以使實驗系統(tǒng)具有可觀察性。1.2.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PLC變頻恒壓供水控制系統(tǒng)由3臺水泵,一臺智能型電控柜(包括變頻器、PLC、交流接觸器、繼電器等),一套壓力傳感器、缺水(qu shu)保護器,斷相保護裝置以及供電主回路等構(gòu)成。1.2.3 系統(tǒng)(xtng)的軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括PLC的程序設(shè)計和變頻器的功能參數(shù)設(shè)定,這里主要討論PLC的程序設(shè)計,PLC的程序設(shè)計包括手動控制和自動控制的程序設(shè)計,手動部分是通過按鈕控制水泵在工頻下運行和停止,主要考慮(kol)系統(tǒng)調(diào)試或檢修時用。當選擇開關(guān)打
23、到“自動”時,系統(tǒng)能夠進入自動工作狀態(tài),由PLC和變頻器聯(lián)合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式。供水系統(tǒng)共有3臺泵組電機,在根據(jù)水壓決定投入泵組臺數(shù)后,只有最初投入的電機進行變頻調(diào)速,其它后投入的電機則在工頻下全速運行,泵組電機的切換過程由邏輯控制單元PLC實現(xiàn)。 1.3 系統(tǒng)控制的原理通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PLC的端口進行PID調(diào)節(jié),經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較,得出一調(diào)節(jié)參數(shù),送給變頻器,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上;當用水量超過一臺泵的供水量時,通過PLC控制切換器進行加減
24、泵。根據(jù)用水量的大小量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速,實現(xiàn)恒壓供水。當供水負載變化時,輸入電機的電壓和頻率也隨之變化,這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。此外,系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能,尤其是硬件/軟件備用水泵功能,充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。第2章 系統(tǒng)(xtng)的硬件設(shè)計學(xué)習(xí)PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后,對于設(shè)計一個較大(jio d)的PLC控制系統(tǒng)時,要全面考慮多種因素,不管所設(shè)計的控制系統(tǒng)的大小,一般都要用以下設(shè)計步驟來進行系統(tǒng)設(shè)計。 隨著PLC功能的不斷完善和提高,PLC幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。但是PLC還是有最適
25、合它的應(yīng)用場合,所以接到一個控制任務(wù)以后,要分析被控對象的控制過程和要求,看看用什么控制設(shè)備來完成該任務(wù)最合適。其實現(xiàn)在(xinzi)的可編程不僅處理開關(guān)量,而且對模擬量的處理能力也很強。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計算機(IPC)作為主控器。控制對象以及控制裝置確定后,還要進一步確定PLC的控制范圍。一般來說,能夠反映生產(chǎn)過程的運行情況,能用傳感器直接測量的參數(shù),控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC控制來完成。當某一個控制任務(wù)決定由PLC來完成后。選擇PLC就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的PLC,另一方面是選擇什么公司的PLC以及外設(shè)。對第一個問題,首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析,把
26、所有的I/O點找出來,包括開關(guān)量I/O模擬量I/O以及這些I/O點的性質(zhì)。I/O點是性質(zhì)主要是指他們是直流信號還是交流信號,它們的電源電壓。控制系統(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵,如果它們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥,又有直流24V的指示燈,則最后選用的PLC的輸出點有可能大于實際點數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端,這一組的輸出只能有一個電源的種類和等級。對于第二個問題,則有以下幾個方面要考慮: 1. 功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能,但是對于某些特殊要求,就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表以及上位機之間靈活方便的通訊要求
27、;或?qū)LC的計算速度、用戶程序容量有特殊要求的;或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解,以便做出正確的選擇。 2. 價格方面 不同(b tn)廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大,有些功能類似、質(zhì)量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下,這樣的差價必須是需要考慮的。輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址(dzh)分配是進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計來說,I/O地址分配以后才可以進行編程;對控制柜和PLC的外圍接線來說,只有I/O地址確定以后,才可以繪制電氣接線圖、裝配圖,讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控
28、制柜。 2.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本(jbn)構(gòu)成恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵及電機,這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。配單臺電機和水泵時,它們的功率必須足夠的大,在用水量少時開一臺大電機肯定是浪費,電機選小了用水量大時供水不足。而且水泵和電機都有維修的時候,備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標是保持管網(wǎng)水壓的恒定,水泵電機的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化,這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式,一是為每臺水泵電機配一臺變頻器,這當然方便,電機與變頻器間不需要切換,但是購買變頻器的費用較高。另一種方案是數(shù)臺電機配一臺變頻器,變頻器與電機見可以切換,供水運行時,一臺水泵變頻運行,其余水泵工頻運行,
29、以滿足不同用水量的需求。恒壓供水泵站的示意圖,如圖2-1所示,圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓,常裝設(shè)在泵站的出水口。當用水量大時,水壓降低;用水量小時,水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 圖2-1 變頻恒壓供水站的基本組成調(diào)節(jié)器是一種(y zhn)電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能: 1. 設(shè)定水管壓力的給定值,恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠,用水地點(ddin)越高,系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時的恒壓值,另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的,如將生活用水與消防用水共用一個泵站,水壓的設(shè)定值可能不只一個,一般消防用水的水壓要高一些
30、,調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能,可以以數(shù)字量進行設(shè)定,也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。 2. 接受(jishu)傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置稱為反饋,調(diào)節(jié)器實反饋的接受點。 3. 根據(jù)給定值和實測值的綜合,依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。調(diào)節(jié)器接受了實測水壓的反饋信號后,將它與給定值比較,得到給定值與實測值之差。如果給定值大于實測值,說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓,要加大水泵電機的轉(zhuǎn)速,如果水壓高于理想水壓,要降低水泵電機的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)工作中還有個調(diào)節(jié)規(guī)律的問題,傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調(diào)節(jié)
31、,俗稱PID調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù),如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的,PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類,以微型計算機調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般式模擬信號,420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號。信號的量值與前面提到的差值成正比,用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備(shbi)工作。下面以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程,如圖2-2所示,市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥TV1,它們自動把水注滿儲水池,只要水位低于高水位,則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC,作為低水位報警用。為了(wi le)保障供水的
32、持續(xù)性,水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺泵,平時電磁閥YV2處于失電狀態(tài),關(guān)閉消防管網(wǎng),三臺泵根據(jù)生活用水量的多少,按一定的控制邏輯運行,使生活用水的恒壓狀態(tài)(生活用水底恒壓值)下進行;當有火災(zāi)發(fā)生時,電磁閥YV2得電,關(guān)閉生活用水管網(wǎng),三臺泵供消防用水使用,并根據(jù)用水量的大小,使消防供水也在恒壓狀態(tài)(消防用水高恒壓值)下進行。火災(zāi)結(jié)束后三臺泵再改為生活供水使用。圖2-2生活消防(xiofng)雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖2.2 可編程控制器(PLC)的選型2.2.1 PLC概述(i sh) 可編程控制器,英文稱Programmable Controller,簡稱(ji
33、nchng)PLC,本文中用PLC作為它的簡稱。PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場(xinchng)的電控制器,它源于繼電器控制技術(shù),但基于電子計算機,它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序,把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息,變換為所要求的輸出信息,進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。PLC基于電子計算機,但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時,大多只考慮信息本身,信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。 PLC有豐富的指令系統(tǒng),有各種各樣的I/O接口、通信接口,有大容量的內(nèi)存,有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng),因而具
34、有以下基本功的功能:1. 邏輯處理功能; 2. 數(shù)據(jù)運算功能; 3. 準確定時功能; 4. 高速計數(shù)功能; 5. 中斷處理(可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷)功能;6. 程序與數(shù)據(jù)存儲功能;7. 聯(lián)網(wǎng)通信功能;8. 自檢測,自診斷功能。可以說,凡普通小型計算機功能實現(xiàn)的功能,PLC幾乎也都有可以做到。像PLC這樣,集豐富功能于一身,是別的電控器所沒有的,更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能,同時,也為節(jié)水行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。 2.2.2 PLC的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時,首先應(yīng)確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求
35、是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此,工程設(shè)計選型和估算時,應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求,明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作,然后根據(jù)控制要求,估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等,最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。1輸入輸出(I/O)點數(shù)的估算( sun)I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮(kol)適量的余量,通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù),在增加10%20%的可擴展余量后,作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。2存儲器容量(rngling)的估算存儲器容量是PLC本身能提供的硬件存儲單元大小,程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小,因此程序容量小于存儲器容
36、量。設(shè)計階段,由于用戶應(yīng)用程序還未編制,因此,程序容量在設(shè)計階段是未知的,需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算,通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式,許多文獻資料中給出了不同公式,大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍,加上模擬I/O點數(shù)的100倍,以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)(16位為一個字),另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲2000條梯形圖,這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 3控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本文設(shè)計的變頻調(diào)速恒壓控
37、制的需要,主要介紹以下幾種功能的選擇。. 控制功能PLC主要用于順序邏輯控制,因此,大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制,有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能,提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。. 編程功能離線編程方式:PLC和編程器共用一個CPU,編程器在編程模式時,CPU只為編程器提供服務(wù),不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后,編程器切換到運行模式,CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制,不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本,但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式:CPU和編程器各有自己的CPU,主機CPU負責(zé)現(xiàn)場控制,并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換,編程器把在線編制
38、的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機,下一掃描周期,主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高,但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便,在大中型PLC中常采用。五種標準編程語言:順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標準,同時,還應(yīng)支持多種語音編程序形式,以滿足特殊控制場合(chng h)的控制要求。. 診斷(zhndun)功能PLC的診斷功能硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置,軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能(xngnng)和功能進行診斷是內(nèi)診斷,通過軟件對PLC的CPU
39、與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求,并影響維修時間。 4機型的選擇目前,國內(nèi)眾多的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種系列功能各異的PLC產(chǎn)品,使用戶眼花繚亂、無所適從,通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲容量的選擇、對I/O響應(yīng)時間的選擇以及輸出負載的特點選型的分析,決定使用西門子公司生產(chǎn)的S7 200系列的CUP222型號的可編程控制器作為變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制器。S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)德一種小型PLC,其許多功能達到大、中型PLC的水平,而價格卻和小型PLC一樣,因此,它一經(jīng)退出,即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-2
40、00CUP22*系列PLC。由于它具有多種功能模塊和人機界面(HMI)可供選擇,所以系統(tǒng)的集成非常方便,并且可以很容易的組成PLC網(wǎng)絡(luò)。2.3 PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用 PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口,了使PLC能完成模擬量的處理,常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴展單元。模擬量擴展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)化為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機外可以使用的模擬量。模擬量擴展單元有單獨用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的,單獨用于數(shù)/轉(zhuǎn)換的,也兼有模/數(shù)和數(shù)/模兩種功能的,以下介紹S7-200系列(xli)PLC的模擬量擴展模塊EM235,它具有四路模擬量輸入及一路模擬量
41、輸入,可以用于恒壓供水控制中。 EM235模擬量工作(gngzu)單元性能指標為能適用各種規(guī)格的輸入、輸出兩,模擬量處理模塊都設(shè)計成可編程,而轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量一般具有固定的長度(chngd)及格式。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標準電流量或標準電壓量以方便與其他控制接口。上表中,輸入、輸出信號范圍欄給出了EM235的輸出、輸入信號規(guī)格,以供選用。校準及配置模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準,配置指根據(jù)實際需接入的信號類型對模塊進行一些設(shè)定。校準可以簡單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿度。 EM235的安裝使用 1. 根據(jù)輸入信號的類型及變化范圍設(shè)置DIP開關(guān),完成模塊的配
42、置工作。必要時進行校準工作。 2. 完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號的類型不同,采用不同的接入方式。為防止空置端對接線端的干擾,空置端應(yīng)短接。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能短,且應(yīng)使用屏蔽雙絞線,要保證24VDC傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。 3. 確定模塊安裝入系統(tǒng)時的位置,并由安裝位置確定模塊的編號。S7-200擴展單元安裝時在主機的右邊依次排列,并從模塊0開始編號。模塊安裝完畢后,將模塊自帶的接線排插入主機上的擴展總線插口。 4. 為了在主機中進行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字處理及為了輸出需要在模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量,要在主機中安排一定的存儲單元。一般使用模擬量輸入AIW及模擬量輸
43、出AQW單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。而在主機的變量存儲區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。工作(gngzu)程序編制EM235的工作程序編制包括(boku)以下的內(nèi)容: 1. 設(shè)置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數(shù)(csh)餓預(yù)置頂及采樣和單元清零的工作,為開始工作做好準備。 2. 設(shè)置模塊檢測子程序。該子程序檢查模塊的連接的正確性以及模塊工作的正確性。 3. 設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計算工作。 4. 工程所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。 S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和積木式,即主機包含一定數(shù)量的輸入/輸出(I/O)點,同時還可以擴展I
44、/O模塊和各種功能的模塊。一個完整的系統(tǒng)組成如圖2-3所示。圖2-3 S7-200 PLC 系統(tǒng)組成(1)基本單元 基本單元(Basic Unit)有時又稱CUP模塊,也有的稱之為主機或本機。它包括CUP、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等,是PLC的主要部分。實際上它就是一個完整的控制系統(tǒng),可以單獨完成一定的控制任務(wù)。(2)擴展單元 主機(zhj)I/O點數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時,用戶可以根據(jù)需要擴展各種I/O模塊,所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能使用的I/O點數(shù)時由多種因素共同決定的。(3)特殊(tsh)功能模塊當需要完成某些特殊功能(gngnng)的控制任務(wù),需要擴展功能模塊。它們是
45、完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。(4)相關(guān)設(shè)備相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備,主要有編程設(shè)備、人機操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。(5)工業(yè)軟件工業(yè)軟件是為了更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序,它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機借口軟件等幾大類構(gòu)成。2.4 供水系統(tǒng)主要器件選型1.供水泵的選擇根據(jù)我們設(shè)計的需要,并結(jié)合它所具有的特點,我們選用滬龍公司的ISG型立式離心泵,它供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其他液體之用,適用于工業(yè)和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠距離輸送、暖通制冷循環(huán)、浴室等冷暖水循環(huán)增壓及設(shè)備配套,
46、使用溫度T:80。 2.變頻器的選型在傳統(tǒng)的變頻控制系統(tǒng)中,變頻器的啟動/停止由PLC通過開關(guān)量輸出控制,變頻器頻率是由PLC通過模擬量輸出端口輸出05(10)V或420mA信號控制的,這需要購買PLC比較昂貴的模擬量輸出端口模塊。對變頻器故障的檢測是只是由PLC讀取變頻器的故障報警觸點,只是知道變頻器出現(xiàn)故障,但具體什么故障并不清楚,需操作人員查詢變頻器報警信息后再閱讀變頻器說明書才知道,這對于一般值班人員來說太難了。因此在本系統(tǒng)中PLC對變頻器的控制是通過串行通訊的方式實現(xiàn)的,西門子變頻器MicroMaster430是全新一代標準變頻器中的風(fēng)機和泵類變轉(zhuǎn)矩負載專家。功率范圍7.5kW至25
47、0kW。它按照專用要求設(shè)計,并使用內(nèi)部功能互聯(lián)(Bicol)技術(shù),具有高度可靠性和靈活性。控制軟件可以實現(xiàn)專用功能:多泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。 PLC通過自由通訊口方式與變頻器通訊,控制變頻器的運行(ynxng),讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、累計運行時間和過壓、過流、過負荷等全部報警信息等參數(shù)。2.5 PLC及變頻器控制電路2.5.1 供水系統(tǒng)電氣(dinq)主電路該系統(tǒng)有三臺水泵,如圖3-1所示,合上空氣開關(guān)QS后,當交流接觸器KM1、KM3、KM5主觸點閉合時,水泵為工頻運行;當KM2、KM4、KM6主觸點閉合時,水泵為變頻運行。三個熱繼電器
48、FR1FR3分別對三臺電動機進行保護,避免電動機在過載時可能產(chǎn)生的過熱(u r)損壞。圖2-4 恒壓供水的主電路2.5.2 供水系統(tǒng)控制電路如圖2-5所示,0.00.5為PLC輸出軟電器觸點,其中0.1、0.3、0.5控制變頻運行電路;0.2、0.4、控制工頻運行電路。SAC為轉(zhuǎn)換開關(guān),實現(xiàn)手動、自動控制切換。當SAC切換在手動位時,通過(tnggu)1SB23SB2按鈕分別起動三臺水泵工頻運行;當SAC在自動位時,由PLC控制水泵進行變頻或工頻狀態(tài)的起動、切換、停止運行。圖2-5 恒壓供水系統(tǒng)的控制電路KA1為缺水保護電路的中間繼電器觸點,當水池缺水或水位(shuwi)不足時,配合缺水保護裝
49、置斷開控制電路,切斷主電路,實現(xiàn)缺水保護作用。1缺水(qu shu)保護當水池缺水或水位不足時,若不及時切斷電源就會損壞水泵,甚至發(fā)生事故。本系統(tǒng)設(shè)置了缺水自動保護電路。如圖2-5所示。利用液位繼電器等裝置時刻檢測水池里的水位,經(jīng)電路轉(zhuǎn)換及處理后對控制回路電源進行控制。水池水位正常時,控制回路電源接通,系統(tǒng)正常工作。水池缺水或水位不足時,液位繼電器K1釋放,系統(tǒng)報警、指示燈亮并通過KA1切斷系統(tǒng)控制電路和主電路,水泵停止,水位正常后,液位繼電器K1吸合,重新啟動系統(tǒng)。2缺相相序保護(boh)水泵工作在三相交流電下,電源發(fā)生缺相時,電動機中某一相無電流(dinli),而另外兩相電流會增大,容易燒
50、壞電動機;另外,為了避免電源相序相反,電動機反轉(zhuǎn)水泵抽空的現(xiàn)象,設(shè)置了缺相相序保護電路,采用缺相相序保護電路繼電器KP接在主電路電源進線空氣開關(guān)之后,三相正常時,KP得電吸合,控制電路中KP的1-2觸點吸合,接通PLC控制電路。反之,缺相或反向時,KP的1-2觸點斷開,會切斷PLC控制電路,系統(tǒng)停止工作,缺相相序保護指示燈亮。2.6 硬件(yn jin)接線圖系統(tǒng)的硬件連接圖即PLC和系統(tǒng)中各個硬件的連線。其輸入通道數(shù)字分辨率為8位,A/D的轉(zhuǎn)換時間為100us,在模擬量與數(shù)字信號之間采用光電隔離,適用于S7-200CUP22*系列PLC。由于PLC為6個輸出點為一組共用一個COM端,而本系統(tǒng)
51、又沒有剩下單獨的COM端輸出組,所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復(fù)位控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.0Q1.5為PLC輸出繼電器觸點,它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號,可結(jié)合PLC外圍接線圖一起讀圖。圖2-6 PLC接線圖圖2-7 變頻器接線圖2.7 控制系統(tǒng)的I/O點及地址(dzh)分配PLC要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量,同時要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設(shè)備,以便對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。PLC是通過I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道,能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動能力的信號,以實現(xiàn)被控設(shè)備與PLC的I/O接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/
52、并轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場設(shè)備向PLC提供信號,包括人為的控制信號和能描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關(guān)量信號,例如由按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量。這些(zhxi)信號經(jīng)過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后,變成CPU能夠接受和處理(chl)的信號。根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱(mngchng)、代碼及地址編號如表2-1及2-2所示。水位上下限信號分別位I0.1、I0.2,它們在水淹沒時為0,露出時為1。表2-1 輸入輸出點代碼及地址(dzh)編號名稱代碼地址編號輸入信號手動和自動消防信號SA1I0.0水池水位下限信號SLLI
53、0.1水池水位上限信號SLHI0.2變頻器報警信號SUI0.3消鈴按鈕SB9I0.4試燈按鈕SB10I0.5遠程壓力表模擬量變壓值UAIW0輸出信號1#泵工頻運行接觸器及指示燈KM1,HL1Q0.01#泵變頻運行接觸器及指示燈KM2,HL2Q0.12#泵工頻運行接觸器及指示燈KM3,HL3Q0.22#泵變頻運行接觸器及指示燈KM4,HL4Q0.33#泵工頻運行接觸器及指示燈KM5,HL5Q0.43#泵變頻運行接觸器及指示燈KM6,HL6Q0.5生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Q1.0水池水位下限報警指示燈HL7Q1.1變頻器故障報警指示燈HL8Q1.2火災(zāi)報警指示燈HL9Q1.3報警電鈴HAQ1
54、.4變頻器頻率復(fù)位控制KAQ1.5控制變頻器頻率用電電壓UFAQW0表2-2 模擬量擴展模塊(m kui)EM235輸入/輸出技術(shù)規(guī)范輸入技術(shù)規(guī)范輸出技術(shù)規(guī)范最大輸出電壓30VDC隔離(現(xiàn)場到邏輯)無最大輸入電壓32mA信號范圍電壓輸出電流輸出10020 mA輸入濾波衰減-3dB,3.1kHz分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器隔離否分辨率,滿量程電壓電流12位11位輸入類型差分輸入范圍電壓單極性010V,05V01V,0500mV電壓電流-32000+320000+32000電壓雙極性電流0100Mv,050mV10V,5V,2.5V1V500mV250Mv100mV, 50mV,25mv 020mA精
55、度最差情055電壓輸出電流輸出2%滿量程2%滿量程輸入分辨率精度最差情況055電壓輸出電流輸出典型,25電壓輸出電流輸出2%滿量程2%滿量程5%滿量程5%滿量程AD轉(zhuǎn)換時間250 s模擬輸入階躍響應(yīng)1.5 ms到95%共模抑制4dB,DC到60Hz共模電壓信號電壓加共加模電壓12V24VDC電壓范圍20.428.8V設(shè)置時間,電壓輸出,電流輸出100s2ms數(shù)據(jù)字格式雙極性,滿量程單極性,滿量程-32000+32000032000第3章 系統(tǒng)(xtng)的軟件設(shè)計 3.1 PLC梯形圖設(shè)計(shj)梯形圖是使用(shyng)的最多的圖形編程語言,被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)
56、的電路圖很相似,具有直觀易懂的優(yōu)點,很容易被工廠電氣人員掌握,特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序,梯形圖的設(shè)計稱為編程。PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱,如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等,但是它們不是真實的物理繼電器,而是一些(yxi)存儲單元(軟繼電器),每一軟繼電器與PLC存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng),該存儲單元如果為“1”狀態(tài),則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”,其常開觸點接通,常閉觸點斷開,稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“0”狀態(tài),對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反,稱該軟繼電器為“0”或
57、“OFF”狀態(tài),使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線,在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時,為了借用繼電器電路圖的分析方法,可以想象左右兩側(cè)母線(左母線和右母線)之間有一個左正右負的直流電源電壓,母線之間有“能流”從左向右流動,右母線可以不畫出。3.1.1 梯形圖繪制根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系,求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài),稱為梯形圖的邏輯解算,梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序見大圖,子程序見下圖,對該程序有幾點說明: 1. 因為程序較長,所以讀圖時請按照網(wǎng)絡(luò)標號的順序進行; 2. 本程序的控制邏輯設(shè)計針對的
58、是較少泵數(shù)的供水系統(tǒng)。圖3-1 梯形圖的子程序3.1.3 程序的結(jié)果以及程序功能(gngnng)的實現(xiàn)由于PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多,本程序可分為3部分:主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)的一些初始化的工作放在初始化子程序中完成,這樣可以節(jié)省掃描時間。主程序的功能最多,如泵切換(qi hun)信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合以及報警處理都在主程序。邏輯運算及報警處理等放在主程序。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID控制的定時采樣及輸出控制。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%。在本系統(tǒng)中,只是用比例(P)和積分(I)控制,其回路增益和時間常數(shù)可以通過工
59、程計算初步(chb)確定,但還要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制效果。程序中使用的PLC元器件及其功能如表3-2所示。表3-2 PLC 元器件及其功能器件地址功能器件地址功能VD100過程變量標準化值T38工頻/泵減泵濾波時間控制VD104壓力給定值T39工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD108PI計算值M0.0故障結(jié)束脈沖信號VD112比例系數(shù)M0.1泵變頻啟動脈沖VD116積分時間M0.3復(fù)位當前變頻運行泵脈沖VD120積分時間M0.4復(fù)位當前變頻運動泵脈沖VD124微分時間M0.5當前泵工頻運動啟動脈沖VD204變頻起運動頻率下限值M0.6新泵變頻啟動脈沖VD208生活供水變頻器運動頻率上限值M2.0泵
60、工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD212消防供水變頻器運動頻率上限值M2.1泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD250PI調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元M2.2泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD300變頻工作泵的泵號M3.0故障信號總匯VD301工頻運行的泵的總臺數(shù)M3.1水池水位下限故障邏輯VD310倒泵時間存儲器M3.2水池水位下限故障消鈴邏輯T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.3變頻器故障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.4火災(zāi)消鈴邏輯T37工頻泵增泵濾波時間控制3.2 系統(tǒng)(xtng)工作流程圖1開始(kish)2初始化程序(chngx)3PLC檢測給水池液位保護開關(guān)是否動作4啟動第一臺水泵進行變頻工作5變頻輸出率
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