第一篇：PLC變頻的教案
定義：PLC = Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。相當于人的大腦，機器怎么運行就靠這個PLC。
plc目前的主要品牌
美國AB，北京和利時，瑞士ABB，松下，西門子，匯川，三菱，臺達，富士，施耐德，等
基本構(gòu)成為：PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，： a、電源
PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去
b.中央處理單元(CPU)
中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。
c、存儲器
存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。
存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。
d、輸入輸出接口電路
1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。
2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。
e、功能模塊
如計數(shù)、定位等功能模塊。
f、通信模塊
如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。
3、PLC的工作原理（P253 順序
1、）
2、看看PLC是怎么接收輸入信號，怎么輸出相應的指令的。P250 輸入電路分析： 錯誤點指出
光耦合器（英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號，不適合傳輸模擬信號。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應用領(lǐng)域大為拓寬。
反向并聯(lián)的作用：
從COM（公共端子）端子流回24V電源的負極，使光耦合器中兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管中的一個亮，R1串接電阻對輸入信號進行限流，以保證光耦合器不致?lián)p壞。
阻容吸收的作用
用于吸收和消耗電路斷開時感性負載產(chǎn)生的自感電動勢,可防止過電壓造成的負載絕緣擊穿
它可有效抑制操作過電壓的瞬間振蕩和高頻電流，使過電壓的波形變緩，陡度和幅值降低，再加上電阻的阻尼作用，使高頻振蕩迅速衰減。
輸出電路分析：
雙向晶閘管加觸發(fā)電路：在微機控制系統(tǒng)中，大量應用的是開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量一般經(jīng)過微機的I／O輸出，而I／O的驅(qū)動能力有限，一般不足以驅(qū)動一些點磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動介面電路，為避免微機受到干擾，須采取隔離措施。如可控硅所在的主電路一般是交流強電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機直接相連，可應用光耦合器將微機控制信號與可控硅觸發(fā)電路進行隔離。電路實例如圖7所示。
PLC注意事項：
1）PLC掃描周期是指PLC從主程序第一行一直執(zhí)行到最后一行后重回到第一行所需要的時間。主要取決于程序的多少。如果程序中使用了比較多的條件跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用，那么這個時間是可變的。
變頻器：
變頻器的英文譯名是VFD（Variable-frequency Drive），變頻器是應用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。
1、V/f模式是什么意思？
頻率下降時電壓V也成比例下降
2、矢量控制 具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量(勵磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。
3、直接轉(zhuǎn)矩控制
這種“直接自控制”的思想以轉(zhuǎn)矩為中心來進行綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。目前被應用于通用變頻器的控制方法是一種改進的、適合于高開關(guān)頻率逆變器的方法。1995年ABB公司首先推出的ACS600系列直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器，動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應速度已達到<2ms，在帶速度傳感器PG時的靜態(tài)速度精度達土0.001%，在不帶速度傳感器PG的情況下即使受到輸入電壓的變化或負載突變的影響，同樣可以達到±0.1％的速度控制精度。其他公司也以直接轉(zhuǎn)矩控制為努力目標，脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。
變頻空調(diào)
所謂的“變頻空調(diào)”是與傳統(tǒng)的“定頻空調(diào)”相比較而產(chǎn)生的概念。眾所周知，我國的電網(wǎng)電壓為２２０伏、５０赫茲，在這種條件下工作的空調(diào)稱之為“定頻 空調(diào)”。由于供電頻率不能改變，傳統(tǒng)的定頻空調(diào)的壓縮機轉(zhuǎn)速基本不變，依靠其不斷地“開、?！眽嚎s機來調(diào)整室內(nèi)溫度，其一開一停之間容易造成室溫忽冷忽 熱，并消耗較多電能。而與之相比，“變頻空調(diào)”變頻器改變壓縮機供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機轉(zhuǎn)速。依靠壓縮機轉(zhuǎn)速的快慢達到控制室溫的目的，室溫波動小、電能消 耗少，其舒適度大大提高。而運用變頻控制技術(shù)的變頻空調(diào)，可根據(jù)環(huán)境溫度自動選擇制熱、制冷和除濕運轉(zhuǎn)方式，使居室在短時間內(nèi)迅速達到所需要的溫度并在低 轉(zhuǎn)速、低能耗狀態(tài)下以較小的溫差波動，實現(xiàn)了快速、節(jié)能和舒適控溫效果。
變頻空調(diào)”采用了比較先進的技術(shù)，啟動時 電壓較小，可在低電壓和低溫度條件下啟動，這對于某些地區(qū)由于電壓不穩(wěn)定或冬天室內(nèi)溫度較低而空調(diào)難以啟動的情況，有一定的改善作用。由于實現(xiàn)了壓縮機的 無級變速，它也可以適應更大面積的制冷制熱需求。不過，“變頻空調(diào)”的價位通常較“定頻空調(diào)”高
第二篇：PLC與變頻調(diào)速技術(shù)培訓總結(jié)
PLC技術(shù)聽課總結(jié)
羅雪佳
受學校的安排，我和同事于2012年5月11日去清新縣職業(yè)技術(shù)學校參加校驗交流活動的PLC技術(shù)課程聽課學習，通過這次的的聽課，我認識到其他學校的老師在教學上的不同分析和參考了他們教學上的方式方法，現(xiàn)將我的心得體會總結(jié)如下：
此次聽課主要內(nèi)容是參照PLC編程與應用手冊，教學內(nèi)容是讓學生掌握計數(shù)器、特殊標志位等指令能熟悉其編程格式及方法，進一步熟悉基本指令的應用。授課教師張曉龍利用投影輔助講解，實物模型示范操作，讓學生更直觀的體驗PLC技術(shù)的實用性，使學生在老師的講解及示范過程中有問題可以及時解答，讓學生更直觀的了解本課題的重要性以及操作性。除此之外，授課教師張曉龍還在巡回指導過程中簡單重復一次，強調(diào)注意事項，詢問學生有沒有存在問題，如有及時解答，必要時進行講解示范操作，讓學生在思考編程過程中遇到不能解決的問題可以即可幫學生解決并強調(diào)，也可以時刻劉奕學生對設備的違規(guī)操作，并及時給予指正。這是我最欣賞的地方，編程操作過程中遇到不能解決的文體可以讓老師與自己共同解決，可以讓學生能迅速將理論知識轉(zhuǎn)化為實際操作。
整節(jié)課主要講授計數(shù)器指令在PLC編程中的應用，了解正握計數(shù)器的功能，還有在實際編程操作過程中應注意的一些問題以及怎樣去解決遇到的問題，授課教師對學生編程操作過程中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)并講解，讓學生對自己在實際編程操作中遇到的問題金星反省及改正。
通過這次的聽課學習，我對變頻器的原理重要知識點有了初步了解，由于以前接觸變頻器相關(guān)的知識很少，而且時間有限，所以還有很多地方都似懂非懂，以后還要結(jié)合筆記和培訓教材進一步的深入學習。
我參加此次培訓的主要目的是學習PLC的相關(guān)知識，通過此次學習，通過張曉龍老師示范性的講解，結(jié)合我們學校的設備和學生特性，使我找到了今后教學的方向。
第三篇：PLC與變頻調(diào)速技術(shù)培訓總結(jié)
PLC與變頻調(diào)速技術(shù)培訓總結(jié)
受公司委派，我和同事于2011年6月10日至17日去邯鄲參加了為期七天的PLC與變頻調(diào)速技術(shù)培訓，通過七天的上課培訓，時間雖短，我還是覺得自己學到了很多東西，現(xiàn)將培訓內(nèi)容及我的心得體會總結(jié)如下：
此次培訓分兩個部分，第一部分為
PLC，前四天由青島大學的劉華波老師主講，內(nèi)容包括：西門子S7-300/400和組態(tài)WinCC的相關(guān)知識。首先劉老師講了PLC的結(jié)構(gòu)、硬件、編程指令、組織塊、數(shù)據(jù)塊，以及PLC的最高級應用組態(tài)組網(wǎng)。著重為我們講解了S7-300、400系列編程軟件STEP7-Micro/WIN的使用方法。其次講解了組態(tài)軟件WinCC的使用方法，以及WinCC與PLC的結(jié)合應用。在學習理論的基礎(chǔ)上，我們用自帶的計算機做了一些針對性練習，加深了對理論知識的理解掌握。
第二部分為變頻器調(diào)速技術(shù)與應用，由有15年變頻器維修經(jīng)驗的鄒少明老師主講。
主要包括以下內(nèi)容：
1、變頻器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，及在交流傳動的應用領(lǐng)域等；
2、電機的知識，異步電機的簡單原理，異步電機對變頻器的要求，變頻器的原理；
3、變頻器的主電路，驅(qū)動電路，保護電路等；
4、電動機和變頻器的選擇，包括容量的選擇，形式的選擇；
5、變頻器的安裝要求；
6、變頻器的功能，全面的講了變頻器的各種功能及參數(shù)的設定。
7、IGBT模塊的測量
通過這三天的聽課學習，我對異步電機的原理、變頻器的原理重要知識點有了初步了解，由于以前接觸變頻器相關(guān)的知識很少，而且時間有限，鄒老師也沒有仔細講解，所以還有很多地方都似懂非懂，以后還要結(jié)合筆記和培訓教材進一步的深入學習。
我們參加此次培訓的主要目的是學習PLC的相關(guān)知識，由于新區(qū)投產(chǎn)，引進許多新設備，為保證順利生產(chǎn)，我們機電修人員要加強自身解決問題的能力。而通過此次學習，通過兩位老師提綱挈領(lǐng)式的講解，結(jié)合我們廠的設備，使我找到了今后學習的方向。
總裝車間機電修
史登科
2011年6月19日
第四篇：PLC變頻調(diào)速畢業(yè)論文及制作
PLC控制變頻器調(diào)速系統(tǒng)設計與調(diào)試
論文系列 2007-04-16 17:41:25 閱讀2292 評論9 字號：大中小
緒 論
可編程控制器（PLC）是在計算機技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產(chǎn)過程。
如今，PLC在我國各個工業(yè)領(lǐng)域中的應用越來越廣泛。在就業(yè)競爭日益激烈的今天，掌握PLC設計和應用是從事工業(yè)控制研發(fā)技術(shù)人員必須掌握的一門專業(yè)技術(shù)。
任何生產(chǎn)機械電氣控制系統(tǒng)的設計，都包括兩個基本方面：一個是滿足生產(chǎn)機械和工藝的各種控制要求，另一個是滿足電氣控制系統(tǒng)本身的制造、使用以及維修的需要。因此，電氣控制系統(tǒng)設計包括原理設計和工藝設計兩個方面。前者決定一臺設備使用效能和自動化程度，即決定著生產(chǎn)機械設備的先進性、合理性，而后者決定著電氣控制設備生產(chǎn)可行性、經(jīng)濟性、外觀和維修等方面的性能。
在現(xiàn)代控制設備中，機-電、液-電、氣-電配合得越來越密切，雖然生產(chǎn)機械的種類繁多，其電氣控制設備也各不相同，但電氣控制系統(tǒng)的設計原則和設計方法基本相同。
在最大限度滿足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)要求的前提下，力求運行安全、可靠，動作準確，結(jié)果簡單、經(jīng)濟，電動機及電氣元件選用合理，操作、安裝、調(diào)試和維修方便。
要完成好電氣控制系統(tǒng)的設計系統(tǒng)，除要求我們掌握必要的電氣設計基礎(chǔ)知識外，還要求我們必須經(jīng)過反復實踐，深入生產(chǎn)現(xiàn)場，將我們所學的理論知識和積累的經(jīng)驗技術(shù)應用到設計中來。本次課程設計正是本著這一目的而著手實施的實踐性環(huán)節(jié)，它是一項初步的模擬工程訓練。通過這次課程設計，我感到更深地了解一般電氣控制系統(tǒng)的設計要求、設計內(nèi)容和設計方法。
目 錄
課程設計任務書-------------1 緒論-----------------------2 課程設計內(nèi)容---------------5 一.設計要求---------------5 二.設計任務和目的---------5 三.課題要求---------------5 四.控制要求---------------5 五.總體設計方案-----------6 六．硬件部分設計-----------9 七．軟件部分設計-----------13 八．調(diào)試過程和結(jié)果---------17 心得體會------------------18 參考文獻------------------19
課程設計內(nèi)容
一.設計要求 1.確定控制方案，選擇PLC和變頻器及電動機型號。2.畫出電氣控制線路原理圖。3.設計程序
4.完成PLC控制系統(tǒng)梯形圖軟件的編制任務。
5.在實驗室條件下，通過試驗調(diào)試初步驗證其程序的正確性。
二.設計任務和目的
1.了解PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。
2.了解OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模擬量I/0模塊和ID模塊。3.了解電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則、內(nèi)容與一般步驟。掌握PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試基本過程及方法。
三.課題要求
1.按題意要求，畫出PLC端子接線圖及控制梯形圖；
2.完成PLC端子接線工作，并利用編程器輸入梯形圖控制程序，完成調(diào)試； 3.完成課程設計說明書
電氣控制系統(tǒng)設計的基本原則：在最大限度滿足生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)要求的前提下，力求運行安全、可靠、動作準確、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、電動機及電氣元件選用合理，操作、安裝、調(diào)試和維修方便。
四.控制要求
1.變頻調(diào)速器受0~10V輸入電壓控制；
0V輸出頻率為0HZ，對應同步轉(zhuǎn)速為0 r/min； 5V輸出頻率為18HZ，對應同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min； 10V輸出頻率為36HZ，對應同步轉(zhuǎn)速為3000 r/min； 輸入電壓與輸出頻率按線性關(guān)系變化。
2.要求輸出轉(zhuǎn)速按函數(shù)變化，請編寫梯形圖控制程序，并完成調(diào)試。
3.改變輸出轉(zhuǎn)速~時間的變化函數(shù)，重復上述過程.五.總體設計方案
本次設計是實現(xiàn)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)，選用PLC和變頻器的組合可完成數(shù)字量的輸入，實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量的輸出控制?？梢酝ㄟ^對頻率的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對速度的控制，使得速度變化更加平滑和實現(xiàn)精確調(diào)速。
1.選擇機型
本次設計PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設計系統(tǒng)中可以用OMRON-CPM2A PLC加模擬量擴展單元,也可以用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模擬量I/0模塊.在這里選用OMRON-CS系列CPU加CS1W-MAD44模擬量I/0模塊和ID模塊.變頻器采用歐姆龍公司的變頻器，電機選擇380V,3000W，3000r/min。
2.確定系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 由PLC和變頻器組成的開環(huán)控制系統(tǒng)，模擬量輸入端由兩輸入，開始與停止按鈕；PLC輸出端是從0—10V的模擬量作為變頻器的輸入。
實現(xiàn)如下控制：
0V輸出頻率為0Hz，對應同步轉(zhuǎn)速為0r/min;5V輸出頻率為18Hz，對應同步轉(zhuǎn)速為1500r/min;10V輸出頻率為36Hz，對應同步轉(zhuǎn)速為3000r/min。
當PLC模擬量輸出0—10V變化時，變頻器輸出頻率為36Hz；電機經(jīng)過20s速度由0—3000r/min；電機以最大速度運行10s，PLC模擬量輸出由10V將到5V，變頻器輸出頻率為18Hz，對應同步轉(zhuǎn)速降為1500 r/min經(jīng)歷10s達到一定值速度運行20s后，PLC模擬量輸出由5V降到0V，變頻器輸出為0Hz，電機轉(zhuǎn)速為0r/ min。
3.系統(tǒng)流程圖
4.系統(tǒng)原理接線圖
5.設計步驟
(1)使用PLC的OD模塊的兩個輸入點作為系統(tǒng)的啟動和停止信號的輸入點；(2)使用PLC的ID模塊的一個輸出點作為使電機正轉(zhuǎn)啟動的輸出信號，接到變頻器的S0端子上；
(3)連接CS1W-MAD44模擬量I/0模塊的A1+、A2-至變頻器的電壓輸入端；(4)調(diào)節(jié)變頻器使其輸出頻率受模擬量輸入電壓控制；(5)然后編制輸出按時間函數(shù)循環(huán)的梯形圖程序；(6)最后調(diào)試并運行。
六.硬件部分設計
1.CS1W-MAD44模擬量I/0模塊圖
2.CS1W-MAD44模擬量I/0功能塊
3.模擬量輸出回路
4.輸出規(guī)格
如果設臵值超過下面提供的規(guī)定，將發(fā)生輸出設臵錯誤，并將輸出有輸出保持功能規(guī)定的輸出量。
根據(jù)設計要求選取輸出范圍:0~10 V： 5.標度轉(zhuǎn)換
輸出范圍:0~10V所對應的16進制數(shù)為:0000H~0FA0H 6.模擬量輸出接線圖
7.數(shù)據(jù)交換概要
數(shù)據(jù)通過特殊I/O單元區(qū)域(用來操作單元的數(shù)據(jù))和特殊I/O單元DM區(qū)域(用來進行初始設臵的數(shù)據(jù))在CPU單元和CS1W-MAD44模擬量I/O單元之間交換。
8.I/O刷新數(shù)據(jù)
模擬輸入轉(zhuǎn)換值，模擬輸出設臵值，和其它用來操作單元的數(shù)據(jù)根據(jù)單元號在CPU單元的特殊I/O單元區(qū)域里分配，并在I/O刷新過程中交換.9.固定數(shù)據(jù)
單元的固定數(shù)據(jù)，如模擬量輸入信號范圍和模擬量輸出信號范圍，根據(jù)單元號在CPU單元的特殊I/O單元DM區(qū)域里分配，并在電源接通或單元重啟動時交換。
10.設臵單元號開關(guān)
每個模擬量I/O單元占據(jù)的特殊I/O單元區(qū)域和特殊I/O單元DM區(qū)域字地址是通過單元前板上的單元號開設臵的。11.模擬量I/0模塊的軟件設臵過程
在此系統(tǒng)中單元號設臵成4.(1)根據(jù)下表，特殊I/0單元域地址CIO2040-CIO2049, 特殊I/0單元DM區(qū)域地址D20400-D20499.(2)根據(jù)系統(tǒng)原理接線圖，A1 A2電壓輸出1和CIO區(qū)中轉(zhuǎn)換可用字表設臵2040為: 0001H
(3)根據(jù)輸入使用設臵表，設臵D20400為: 0001H
(4)根據(jù)輸入信號范圍表，設臵D20401為: 0001H
上面的所有設臵在程序的1~3條完成。
七.軟件部分設計
系統(tǒng)的軟件設計是根據(jù)系統(tǒng)給定的時間函數(shù)運行的，所以軟件的設計主要是以時間原則來設計。
1.程序的主體主要由以下三部分組成(1)控制字的設臵(2)時間段設計(3)數(shù)據(jù)的增減 2.I/0分配表
3.系統(tǒng)設計程序 PLC梯形圖
4.程序助記符
LD
啟動按鈕 LD
停止按鈕 KEEP(011)啟動保持 LD
啟動保持 MOV(021)#000F 2040 //
轉(zhuǎn)換可用位臵1 LD
啟動保持
MOV(021)#000F D20400 //
輸出使用位臵1 LD
啟動保持
MOV(021)#0055 D20401 // 輸出信號范圍臵0101.0-10V LD
啟動保持 ANDNOT T0004
@MOV(021)#0000 D0
//
一個循環(huán)開始時臵#0000 LD
啟動保持
MOV(021)D0 20
//
送D0 值至輸出通道 LD
啟動保持
ANDNOT T0004
TIM 0000#0200
//
時間變化流程 TIM 0001 #000 TIM 0002 #0400 TIM 0003 #0600 TIM 0004 #0650
LD
啟動保持 AND P_0_02s ANDNOT T0000
@+(400)D0 #0004 D0
// D0值增加,使輸出值連續(xù)增加 LD
啟動保持 AND P_0_02s AND T0001 ANDNOT T0002
@-(410)D0 #0004 D0
// D0值減小,使輸出值連續(xù)減小 LD 啟動保持 AND P_0_02s AND T0003 ANDNOT T0004
@-(410)D0 #0008 D0
// D0值減小,使輸出值連續(xù)減小 LD 啟動保持
OUT 0.00 //
變頻器正轉(zhuǎn)啟動信號 END(001)5.程序說明
第0條：起動和停止信號，用KEEP保持在2100.00中，表示程序啟動運行。
第1條：程序啟動運行過程中，根據(jù)接線圖A1 A2電壓輸出1和CIO區(qū)中轉(zhuǎn)換可用字表設臵2040為: 000FH
第2條：程序啟動運行過程中，根據(jù)輸入使用設臵表設臵D20400為: 000FH 第3條：程序啟動運行過程中，根據(jù)輸入信號范圍表設臵D20401為: 0055H
第4條：程序啟動時并且每個循環(huán)的開始時D0臵#0000，所以輸出電壓每次都是從0V開始
第5條：只要是在運行過程中，在程序每次掃描過程中D0中的值臵入2040通道中轉(zhuǎn)換成電壓輸出。
第6條：程序啟動運行過程中，每次循環(huán)中設臵成五個時間段T0000—T0004，T0004為復位信號。
第7條：程序啟動運行過程中，從0—20秒，D0中的數(shù)在每個0.02秒脈沖的上升沿時加#0004，則20秒時剛好D0值為#0FA0，即10V。
第8條：程序啟動運行過程中，從30—40秒，D0中的數(shù)在每個0.02秒脈沖的上升沿時減#0004，則10秒后剛好D0值為#07D0，即為5V。
第9條：程序啟動運行過程中，從60—65秒，D0中的數(shù)在每個0.02秒脈沖的上升沿時減#0008，則5秒時剛好D0值減為#0000，即0V。
第10條：程序啟動運行過程中電機正轉(zhuǎn)信號保持為ON。第11條：程序結(jié)束標志。
八.調(diào)試過程及結(jié)果
調(diào)試過程：
1.先將PLC程序傳入OMRON-CS PLC中，只連接啟動與停止開關(guān)，先不與變頻器相連接，以免輸出電壓不正確導致變頻器出錯。
2.按下啟動按鈕，然后用萬用表測CS1W-MAD44模擬量I/0模塊的A1、A2兩點間的電壓，看是否按照規(guī)定曲線運行，如果運行正確則證明PLC部分調(diào)試成功。3.連接PLC的輸出點與變頻器的輸入點，并且調(diào)試好變頻器的參數(shù)設臵，最后把變頻器的輸出與電機接好。
4.最后打開啟動按鈕，電機正常運行，并且按照給定的時間函數(shù)循環(huán)運行。顯示的最大頻率是36HZ。
調(diào)試結(jié)果：
系統(tǒng)按照給定的時間函數(shù)連續(xù)循環(huán)運行，如圖所示，由此說明系統(tǒng)設計合理可靠，此設計完全符合設計要求。
心得體會
通過本次課程設計，對歐姆龍系列PLC的特點有了更深的理解。利用了歐姆龍系列PLC的特點，對按鈕、開關(guān)等輸入/輸出進行控制，實現(xiàn)了變頻器在控制作用下的自動化。
在本次課程設計的實踐環(huán)節(jié)中，我更深刻地理解和掌握了電器控制及可編程控制器(PLC)的理論知識和動手技能。參閱了大量的電器控制及可編程控制器(PLC)系統(tǒng)設計的書籍資料，查詢了大量的圖表、程序和數(shù)據(jù)，使得課程設計的方案和數(shù)據(jù)更為翔實和準確，力求科學嚴謹，使本次以變頻器為主題的課程設計精益求精。
經(jīng)歷一周的方案設計、比較、論證、探討等步驟，經(jīng)過不懈的努力和反復的驗證，積聚了同組同學的一致討論并通過，再加上指導老師的細心點撥和教誨，終于成功地完成了本次課程設計。但是，由于學識淺薄和資歷膚淺，對待解決問題還不成熟，望老師不吝糾正，深感謝意！
參考文獻
電器控制及可編程控制器
祖龍起 主編
輕工業(yè)出版社 可編程控制器原理與程序設計
謝客明 主編 日本OMRON公司CPM2A編程手冊 張立科 主編
電子工業(yè)出版社 2003
第五篇：基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)
畢 業(yè) 設 計 任 務 書
指導老師 ；
張繼濤
基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 引言
在供水系統(tǒng)中，恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時，出口壓力保持不變的供水方式。本文采用計算機(PC)、可編程控制器(PLC)、變頻器組成變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)，通過變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水、滿足節(jié)能降耗的要求，而且有利于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化及遠程監(jiān)測。用水量變化具有隨機性，用水高峰時水壓不足，低谷時又造成能量浪費。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)公共管網(wǎng)的壓力變化，通過PLC和變頻器自動調(diào)節(jié)水泵的增減、水泵電機的運行方式及電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水，既防止了能量空耗，又避免出現(xiàn)電機啟動時沖擊電流對設備的影響。工作原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動兩臺大功率電動機，可在變頻和工頻兩種方式下運行;一臺低功率的電機，作為輔助泵電機
啟動方式:為避免啟動時的沖擊電流，電機采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復位。
變頻調(diào)速:根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動機和水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。如設備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發(fā)出指令1號泵自動切換到工頻電源運行，待1號泵完全退出變頻運行，對變頻器復位后，2號泵投入變頻運行。
多泵切換:根據(jù)恒壓的需要，采取無主次切換，即“先開先停”的原則接入和退出。在PLC的程序中，通過設置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數(shù)，由給定頻率是否達到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運行超過3小時。當工頻泵臺數(shù)為零，有一臺運行于變頻狀態(tài)時，啟動計時器，當達到3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當有泵運行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動時，計時器停止計時并清零。
故障處理:能對水位下限，變頻器、PLC故障等報警。PLC故障，系統(tǒng)從自動轉(zhuǎn)入手動方式。PLC控制電路
系統(tǒng)采用S7-200PLC作下位機。S7-200PLC硬件系統(tǒng)包含一定數(shù)量的輸入/輸出(I/O)點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能模塊。輸入點為6個，其中水位上、下限信號分別為I0.0、I0.1。輸出點為10個，O0.0-O1.0對應PLC的輸出端子。對變頻器的復位是由輸出點O1.0通過一個中間繼電器KA的觸點來實現(xiàn)的。根據(jù)控制系統(tǒng)I/O點及地址分配可知，系統(tǒng)共有5個開關(guān)量輸入點，9個開關(guān)量輸出點;1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點?？梢赃x用CPU224PLC(14DI/10DO)，再擴展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AO)。PLC通信程序
S7-200PLC硬件功能完善，指令系統(tǒng)豐富?？蔀橛脩籼峁┒喾N通訊方式:PPI方式，MPI方式，自由通訊口方式等。應用自由通訊口方式，使S7-200PLC可以與任何通信協(xié)議已知，具有串口通訊的智能設備和控制器(如打印機、變頻器、上位PC機等)進行通信，也可以用于兩個CPU之間簡單的數(shù)據(jù)交換。該通信方式使可通信的范圍大大增大，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。
采用PLC自由通訊口方案，PLC工作于從站，PC處于主站模式，PLC從站只響應來自主站的申請。主站向PLC從站發(fā)送指令格式的報文，讀指令00為向從站PLC申請產(chǎn)生于PLC的數(shù)據(jù)，讀取水壓，頻率，變頻泵號，工頻臺數(shù)，輔助泵狀態(tài)等數(shù)據(jù);寫指令01為向PLC傳送產(chǎn)生于主站的數(shù)據(jù)，包括壓力設定值和控制器輸出值。在自由口通信模式下，通信協(xié)議完全由用戶程序控制。通過設定特殊存儲字節(jié)SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允許自由口模式，用戶程序可以通過使用發(fā)送中斷、接收中斷、發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)對通信口操作。
馬勇 2010-4-27
第1章 緒論
目錄
1.1 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義 1.2 恒壓供水的特點
1.2.1 恒壓供水方式討論 1.2.2 恒壓供水的實現(xiàn)
1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況
1.3.1 國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀 1.3.2 變頻供水系統(tǒng)應用范圍 1.3.3 變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
第2章 變頻調(diào)速恒壓供水分析
2.1 變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹
2.2 調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建 2.2.1 調(diào)速原理
2.2.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計算方法
2.2.3 變頻恒壓供水頻率變化分析
2.3 節(jié)能分析
2.3.1 水泵的基本參數(shù)和特性 2.3.2 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理
第3章 恒壓供水系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)概述
3.2 控制系統(tǒng)的組成
3.2.1 供水系統(tǒng)的組成 3.2.2 系統(tǒng)功能說明
3.3 恒壓供水系統(tǒng)的機理及調(diào)速泵的調(diào)速原理 3.3.1 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理 3.3.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成
3.4 變頻器
3.4.1 變頻器輸入輸出接口 3.4.2 變頻器外圍設備的選擇及保養(yǎng)
3.5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點
第4章 可編程控制器PLC
4.1 的定義
4.2 的發(fā)展階段及發(fā)展方向 4.3 的特點與應用領(lǐng)域
4.3.1 可編程序控制器的特點
4.3.2 可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較 4.3.3 可編程序控制器的應用領(lǐng)域
4.3.4 在現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)應用中所面臨的問題
4.4 我國常用 的性能比較研究
4.4.1 的一般結(jié)構(gòu) 4.4.2 基本工作原理
4.5 我國常用 的性能特點
4.5.1 SIMATIC S7系列
4.5.2 S7-200系列可編程序控制器 4.5.3 控制系統(tǒng)設計內(nèi)容 4.5.4 控制系統(tǒng)設計步驟 4.5.5 控制系統(tǒng)的硬件設計
4.6 控制系統(tǒng)的軟件設計
4.6.1 軟件設計概述 4.6.2 軟件設計
4.6.3 程序設計的常用方法 4.6.4 程序設計步驟
第5章 PLC控制系統(tǒng)的設計
5.1 概述
5.2 輸入輸出 分配
5.2.1 輸入口 5.2.2 輸出口 5.2.3 輔助觸點
5.3 控制系統(tǒng)功能介紹
5.4 恒壓供水系統(tǒng)的流程圖 5.5 控制系統(tǒng)的可靠性及應用程序設計
5.5.1 程序的優(yōu)化設計 5.5.2 應用程序的設計
5.5.3 故障檢測程序的設計
第6章 系統(tǒng)調(diào)試
6.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設定
6.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試
參考文獻··········································
附錄··········································
第一章
緒論
水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠供水站的電動機帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的自來水送給用戶。但供水機泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機泵的效率、確保供水機泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能 耗，將具有重要經(jīng)濟意義。
我國供水機泵的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術(shù)水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，有一定的差距。
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)的可靠性要求不斷提 高。衡量供水質(zhì)量的重要標準之一是供水壓力是否恒定，因為水壓恒定于某些工 業(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不 能迅速滅火，會造成更大的經(jīng)濟損失或人員傷亡.但是用戶用水量是經(jīng)常變動的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上: 用水多而供水少，則供水壓力低;用水少而供水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的 水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機運行的安全可靠性。
對于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機泵存在日常運行費用太高，供水 成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價比，是困擾企業(yè)的一個長期問題。目前各供水廠的供水機泵設計按最大揚程與最大流 量這一最不利條件設計，水泵大多數(shù)時間在設計效率以下運行。導致電動機與水 泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題(如圖 1.1)。因此，如何解決供水與能耗之間的 不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水解水企業(yè)關(guān)心的焦點問題 之一。
變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設備上廣泛應用。利用變頻技術(shù)與自動控制技 術(shù)相結(jié)合，在中小型供水企業(yè)實現(xiàn)恒壓供水，不僅能達到比較明顯的節(jié)能效果，提高供水企業(yè)的效率，更能有效保證從水系統(tǒng)的安全可靠運行.變頻恒水壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣傳動技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。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，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的 集中管理與監(jiān)控;同時可達到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以研究設計基于PLC變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水，如圖1.2)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。
1.1PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的目的和意義
我國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，工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于 需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應求的現(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，此時會造成能量的浪費，同時還有可能 造成水管爆裂和用水設備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電。
機控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負荷造成影響，設備不斷啟停會影響設備壽命;后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。
1.2恒壓供水的特點
恒壓供水是指用戶段不管用水量大小，總保持管網(wǎng)水壓基本恒定，這樣，既可滿足各部位的用戶對水的需求，又不使電動機空轉(zhuǎn)，造成電能的浪費。而變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程特點； 1.2.1 恒壓供水方式討論
泵組的切換開始時，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時有效時硬件優(yōu)先），1＃泵變頻啟動，轉(zhuǎn)速從 開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達，而此時水壓還在下限值，延時一段時間（由 內(nèi)部時間繼電器控制，目的是避免由于干擾而引起誤動作）后，1＃泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由 滑停至，2＃泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則依次啟動3＃、4＃泵；若開始時1＃泵備用，則直接啟2＃變頻，轉(zhuǎn)速從０開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達，而此時水壓還在下限值，延時一段時間后，2＃泵切換至工頻運行，同時變頻器頻率由 滑停至，3＃泵變頻啟動，如水壓仍不滿足，則啟動4＃泵；若1＃、2＃泵都備用，則直接啟3＃變頻，具體泵的切換過程與上述類同。1.2.2 恒壓供水的實現(xiàn)
同樣，如水壓在上限值，若３臺泵（假設為1＃、2＃和3＃）運行時，3＃泵變頻運行降到，此時水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1＃泵停止，3＃泵變頻器頻率從 迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使2＃泵停止。這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調(diào)節(jié)。這種切換的方式，理論上要比直接切工頻的方式先進，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設備的使用壽命。而我們這次的設計的系統(tǒng)中，要求直接停工頻泵，同時由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象，提高供水品質(zhì)。
1.3 變頻恒壓供水的現(xiàn)況
1.3.1
國內(nèi)外變頻供水系統(tǒng)現(xiàn)狀
變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒 壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進。國外變頻供水系統(tǒng)在設計時主 要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式 更靈活。此方式的缺點必是電機數(shù)量和變頻的數(shù)量一樣多，因而投資成本高。國外生產(chǎn)的變頻器，特別是供水廠用變頻器，相對于國產(chǎn)變頻器而言，價格明顯偏高，維護成本也高于國內(nèi)產(chǎn)品。
1.3.2
變頻供水系統(tǒng)應用范圍
變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區(qū)供水(加壓泵站)變頻恒壓供水系統(tǒng)
這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓 站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在135kw以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這
一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣最多的方式.如希望集團(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專用變頻器(5.sk認嘆22kw)。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)
這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機功率在135kV沐320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為ZOOV或380V。受中小水廠
規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)
這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大(一般都大于
犯OKW)、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較
高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器 在本文中，研究和設計的變頻器是以第二種應用范圍為基礎(chǔ)。
目前國內(nèi)，除了高壓變頻供水系統(tǒng)，多數(shù)恒壓供水變頻系統(tǒng)均聲稱只要改變 容量就可以通用于各種供水范圍，但在實際運用中，不同供水環(huán)境對變頻器的要 求和控制方式是不一致的，大多數(shù)變頻器并不能真正實現(xiàn)通用。以中小水廠供水 環(huán)境來說，由于其包括了自來水生產(chǎn)系統(tǒng)，其溫濕度及腐蝕程度都大于常見小區(qū) 和加壓泵站，在水泵組搭配上、需要處理的信號(如水質(zhì)信號停機管理)也多于小 區(qū)供水系統(tǒng)，所以在部分條件復雜的中小水廠，采用通用的恒壓供水變頻系統(tǒng)并 不能完全滿足實踐要求，現(xiàn)部分中小水廠已認識到這一情況，并針對實際情況對 變頻恒壓供水系統(tǒng)加以改進和完善.1.3.3變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護操作簡單化方向發(fā)展
目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要 采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的 優(yōu)勢占領(lǐng)了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國 產(chǎn)變頻器有待于進一步改進和完善r仆網(wǎng)
第二章
變頻調(diào)速恒壓供水分析
2.1變頻恒壓供水的工藝調(diào)節(jié)過程介紹
變頻恒壓供水所用水泵主要是離心泵，而普通離心泵如圖2.1所示:葉輪安裝在泵殼2內(nèi)，并緊固在泵軸3上，泵軸由電機直接帶動，泵殼中央有一液體吸入口4與吸入管5連接，液體經(jīng)底閥6和吸入管進入泵內(nèi)，泵殼上的液體排出口8排出管9連接。
在泵啟動前，泵殼內(nèi)灌滿被輸送的液體:啟動后，葉輪由軸帶動高速轉(zhuǎn)動，葉片間的液體也必須隨著轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣 并獲得能量，以高速離開葉輪外緣進入蝸形泵殼。在蝸殼中，液體由于流道的逐 漸擴大而減速，又將部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，最后以較高的壓力流入排出管道，送至需要場所。液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心形成了一定的真空，由 于貯槽液面上方的壓力大于泵入口處的壓力，液體便被連續(xù)壓入葉輪中?？梢?，只要葉輪不斷地轉(zhuǎn)動，液體便會不斷地被吸入和排出。
2.2 調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建
水泵的調(diào)速運行構(gòu)建，是指水泵在運行中根據(jù)運行環(huán)境的需要，人為的改變運行工作狀況點(簡稱工況點)的位置，使流量、揚程、軸功率等運行參數(shù)適應新的工作狀況的需要。水泵的工況點是由水泵的性能曲線和管網(wǎng)的特性曲線的交點確定的。因此，只要這兩條曲線之一的形狀或位置有了改變，工況點的位置也就隨之改變。所以，水泵的調(diào)節(jié)從原理上講是通過改變水泵的性能曲線或管網(wǎng)特性曲線或二者同時改變來實現(xiàn)的。
水泵的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能的關(guān)系非常密切，過去普遍采用改變閥門或擋板開度 的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，即改變裝置管網(wǎng)的特性曲線進行調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式雖然簡便 易行，但往往造成很大的能量損失。大量的統(tǒng)計調(diào)查表明，一些在運行中需要進 行調(diào)節(jié)的水泵，其能量浪費的主要原因，往往是由于采用不合適的調(diào)節(jié)方式。因 此，研究并改進它們的調(diào)節(jié)方式，是節(jié)能最有效的途徑和關(guān)鍵所在[l0]41氣
水泵的調(diào)節(jié)方式可分為恒速調(diào)節(jié)與變速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。詳細劃分如下:
目前常見的調(diào)節(jié)方法有節(jié)流調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)、改變泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié)、液力 禍合器調(diào)節(jié)、繞線式異步電動機的串極調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等
2.2.1 調(diào)速原理
水泵的恒速調(diào)節(jié)主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、動葉調(diào)節(jié)、改變泵的運行臺數(shù)調(diào)節(jié)三種.(1)節(jié)流調(diào)節(jié)
節(jié)流調(diào)節(jié)是在水泵的出口或進口管路上裝設閥門或擋板，通過改變閥門或擋板的開度，使裝置需要揚程曲線發(fā)生變化，從而導致水泵工作點位置的變化。
節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)點是調(diào)節(jié)簡單、可靠、方便，且調(diào)節(jié)裝置的初投資很少，故以前各種離心泵多采用這種調(diào)節(jié)方式。缺點是能量損失很大，目前正逐漸被其它調(diào)節(jié)方式所取代。
(2)動葉調(diào)節(jié)
采用動葉調(diào)節(jié)的水泵，在泵的輪毅內(nèi)部安裝動葉調(diào)節(jié)機構(gòu)，從而使動葉調(diào)節(jié)得以實現(xiàn)。對于大型的泵，可以采用液壓傳動調(diào)節(jié).動葉調(diào)節(jié)的優(yōu)點是:在調(diào)節(jié)過程中其效率變化很小，能在較大范圍保持高效率。缺點是:動葉調(diào)節(jié)機構(gòu)復雜，控制自動化程度低;成本高，通常適用大容量水泵，對中小供水廠的水泵通常不適用。
(3)改變機泵運行臺數(shù)調(diào)節(jié)
改變機泵運行臺數(shù)調(diào)節(jié)是根據(jù)不同的流量要求，采用不同數(shù)量和型號的機泵進行并聯(lián)運行，來滿足供水量要求.優(yōu)點是:它不改變電機和水泵的電氣及機械結(jié)構(gòu)，在水泵臺數(shù)眾多、搭配合理的情況下，可以達到較好的調(diào)節(jié)效果。缺點是:不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)、需要大量的機泵進行合理搭配、隨著供水量的變化要不斷啟停電機;電能損失較大。因此，目前此種方法雖大量使用，但正逐步被新的流量調(diào)節(jié)方式取代。
從恒速調(diào)節(jié)的分析可以看出，由于恒速調(diào)節(jié)要不結(jié)構(gòu)復雜，要不能量損失很大，因此，正逐步被變速調(diào)節(jié)所取代.這里所指的速度是水泵的轉(zhuǎn)速.水泵的變速調(diào)節(jié)可分為變速傳動裝置調(diào)節(jié)和變電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
(1)變速傳動裝置
定速電動機驅(qū)動的水泵可以通過傳動裝置來實現(xiàn)變速調(diào)節(jié)。變速傳動裝置按其工作特性可分為兩類。一類是有級變速裝置，如齒輪變速等;另一類是無級變速裝置，主要有液力禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器等。液力禍合器、油膜轉(zhuǎn)差離合器及電磁轉(zhuǎn)差離合器在傳動變速時具有一個共同的特點:傳動裝置產(chǎn)生的傳動損失在其所傳遞功率中所占的比例與水泵的轉(zhuǎn)速變化的大小成正比，轉(zhuǎn)速變化越大，傳動損失所占的比例也越大，因此，這類變速調(diào)節(jié)方式也被稱為低效變速調(diào)節(jié)方式。
1)液力禍合器
水泵通過液力禍合器實現(xiàn)變速調(diào)節(jié)，從液力藕合器的特性來看，其調(diào)節(jié)效率等于轉(zhuǎn)速比，故當調(diào)節(jié)量越大，其轉(zhuǎn)速比越低，傳動效率也越低。
調(diào)速型液力禍合器用于葉片式水泵的變速調(diào)節(jié)時，主要具有以下優(yōu)點:可以輸出連續(xù)的、無級的、變化的轉(zhuǎn)速;可以平穩(wěn)的啟動、加速;電動機能空載或輕載啟動，降低啟動電流，節(jié)約電能;液力禍合器是無級調(diào)速，故便于實現(xiàn)自動控制，適用于各伺服系統(tǒng)控制:與閥門節(jié)流調(diào)節(jié)相比較，節(jié)能效果顯著。
液力禍合器的缺點:在電動機額定轉(zhuǎn)速較低的場合，要求同樣的轉(zhuǎn)矩而采用較小的轉(zhuǎn)速時，液力禍合器的工作腔直徑將加大，這不但增加了造價，而且還會使禍合器調(diào)速的延遲時間增加;大功率的液力禍合器設備復雜;在運轉(zhuǎn)中隨著負載的變化，轉(zhuǎn)速比也相應變化，因此不可能有精確的轉(zhuǎn)速比:液力禍合器一旦產(chǎn)生故障，水泵也不能繼續(xù)工作。
2)電磁轉(zhuǎn)差離合器
電磁轉(zhuǎn)差離合器又稱電磁離合器、渦流聯(lián)軸器等。電磁調(diào)速電動機的主要優(yōu)點是:可靠性高，只要把絕緣處理好，就能長期無檢修運行;控制裝置的容量小;結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，價格便宜。
電磁調(diào)速電動機的缺點是:存在轉(zhuǎn)差損失，尤其是對凡較低的電磁調(diào)速電動機，運行經(jīng)濟性較低;調(diào)速時響應時間較長:噪聲較大。
(2)變電動機轉(zhuǎn)速
由電機學得知，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速n，與電源頻率fl、極對數(shù)p之間的關(guān)系式為: 由式2.4可以看出，要實現(xiàn)交流電動機的調(diào)速，可以通過改變磁極對數(shù)p和改變電源頻率fl實現(xiàn)，下面就兩種變速調(diào)節(jié)方式進行比較1161一即氣1)異步電動機的變極調(diào)速
變極調(diào)速原理:異步電動機在正常運行時，通常其轉(zhuǎn)差率5很小，則由式2.4知，在電源頻率fl不變的情況下，改變電動機繞組的極對數(shù)，就可改變同步轉(zhuǎn)速n: 從而改變異步電動機的轉(zhuǎn)速no 變極調(diào)速的主要優(yōu)點是:調(diào)速效率高，僅是因在設計變極電動機時要兼顧不同轉(zhuǎn)速時的性能指標，與普通的全速電動機相比較，其效率和功率因數(shù)要稍低一些:調(diào)速控制設備簡單，僅用轉(zhuǎn)換開關(guān)或接觸器;初投資低，特別是中小型變極電動機價錢和定速電動機相差不是很大:維護方便，除軸承外，不需要特別的維修，可靠性較高，在相當惡劣的環(huán)境下可使用。
變極調(diào)速的主要缺點是:有級調(diào)速，不能進行連續(xù)調(diào)速。此外，變極電動機在變速時電力必須瞬間中斷，不能進行熱態(tài)變換，因此在變速時電動機有電流沖擊現(xiàn)象發(fā)生.高壓電動機若需進行頻繁地切換變速時，則其切換裝置的安全可靠性尚需進一步完善提高。因此，變極調(diào)速目前應用較少。
2)異步電動機的變頻調(diào)速
由式2.4可知，極對數(shù)p一定的異步電動機，在轉(zhuǎn)差率變化不大時，轉(zhuǎn)速基本上與電源頻率成正比。因此，只要能設法改變fl.即可改變n。基于這個原理，變頻調(diào)速就是用晶閘管等變流元件組成的變頻器作為變頻電源，通過改變電源頻率的辦法，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。圖2.2為變頻調(diào)速系統(tǒng)的示意圖。
在對變速傳動裝置和變電動機調(diào)節(jié)方式進行比較時，我們以兩者的代表，也是目前運用最廣的兩種變速方式:液力禍合器調(diào)速和變頻器調(diào)速進行對比，如表21，從中可以看出，采用變頻器進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，具有較大的優(yōu)勢。
2.2.3調(diào)節(jié)系統(tǒng)的計算方法 在供水系統(tǒng)中，最根本的控制對象是流量。因此，要討論節(jié)能問題，必須從 考察調(diào)節(jié)流量的方法入手。常見的方法有閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法兩種。供水系統(tǒng)中對水壓流量的控制，傳統(tǒng)上采用閥門調(diào)節(jié)實現(xiàn)。由于水泵的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，因此水泵用變頻器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速能實現(xiàn)壓力或流量的自動控制，同時可獲得大量節(jié)能。閉環(huán)恒壓供水系統(tǒng)正越來越多地取代高位水箱、水塔等設施及閥門調(diào)節(jié)。(l)閥門控制法:即通過關(guān)小或開大閥門來調(diào)節(jié)流量，而轉(zhuǎn)速保持不變(通常為額定轉(zhuǎn)速)。閥門控制法的實質(zhì)是:水泵本身的供水能力不變，而是通過改變水路中的阻力大小來強行改變流量，以適應用戶對流量的要求。這時，管阻特性將隨閥門開度的改變而改變，但是揚程特性不變。
如圖24所示，設用戶所需流量為Ox為額定流量的印喊即Ox=60%QN)，當通過關(guān)小閥門來實現(xiàn)時，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點移至E點，這時: 流量減小為Q以=Ox);揚程增加為H。;由式(26)知，供水功率Pa與面積。DEJ成正比，其中Cp為比例常數(shù)，Q為流量。
恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達到的目的。據(jù)有關(guān)資料介紹，水泵工作效率相對值
(1)水泵工作效率的近似計算公式 丫的近似計算公式如(2.17): 流量和轉(zhuǎn)速的相對值:
(2)不同控制方式時的工作效率 由式(2.1刀可知，當通過關(guān)小閥門來減小流量時，由于轉(zhuǎn)速不變，n’=1，比值，可見，隨著流量的減小，水泵工作的效率降低十分明顯。
在轉(zhuǎn)速控制方式時，由于在閥門開度不變的情況下，流量Q*和轉(zhuǎn)速n’是成正比的，比值Q’/n’不變。就是說，采用轉(zhuǎn)速控制方式時，水泵的工作效率總是處于最佳狀態(tài)。
所以，轉(zhuǎn)速控制方式與閥門控制方式相比，水泵的工作效率要大得多.這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的方面之一121沖3].從電動機的效率看節(jié)能
在設計供水系統(tǒng)時，由于:(1)對用戶的管路情況無法預測:(2)管阻特性難 以精確計算:(3)必須對用戶的需求留有足夠的余地。因此，在決定額定揚程和額定流量時，通常裕量較大。
所以，在實際的運行過程中，即使在用水流量的高峰期，電動機也常常處于輕載狀態(tài)，其效率和功率因數(shù)都較低。采用了轉(zhuǎn)速控制方式后，可將排水閥完全打開而適當降低轉(zhuǎn)速。由于電動機在低頻運行時，變頻器具有能夠根據(jù)負載輕重調(diào)整輸入電壓的功能，從而提高了電動機的工作效率。這是變頻調(diào)速供水系統(tǒng)具有節(jié)能效果的另外一個方面1川4311.圖 2.5“兩種常見調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和常見變頻器的效率一轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低(例如: 額定轉(zhuǎn)速時效率0.95，75%轉(zhuǎn)速時效率約0.72，20%轉(zhuǎn)速時效率約019)，而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高(例如:額定轉(zhuǎn)速時效率住97，了5%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.95，20%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.9)。
從曲線數(shù)據(jù)看，當輸出轉(zhuǎn)速降低時，液力偶合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特性比液力禍合器要好。當然，有一點我們應該看到，就是用于水泵(風機)類負載時，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當轉(zhuǎn)速下降時，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動機綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節(jié)能作用。
2.2.3 變頻恒壓供水頻率變化分析
由于變頻恒壓供水基本上都采用了變頻啟動，啟動頻率低，啟動電流小，因 此，除了對供水機泵和供水管網(wǎng)有保護作用，對供水電機和電網(wǎng)也有良好的保護作用。供水系統(tǒng)電機直接啟動與變頻啟動的對比表如表2.2所示。
2.3 節(jié)能分析
恒壓供水系統(tǒng)的基本特性。根據(jù)揚程特性曲線和管阻特性曲線可以看 出用水流量和供水流量處于平衡狀態(tài)時系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速是由于水泵的功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式節(jié)能效果顯著.最后從理論上分析了采取變頻恒壓供水方式對供水安全積極作用:可以消除水錘效應，減少電機電網(wǎng)沖擊，延長系統(tǒng)的運行壽命。
2.3.1 水泵的基本參數(shù)和特性
在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，供水壓力是通過對變頻器輸出頻率的控制來實現(xiàn)的。
確定供水壓力和輸出頻率的關(guān)系是設計控制環(huán)節(jié)控制策略的基礎(chǔ)，是確定控制算法的依據(jù)。送水泵站所采用的水泵是離心泵，它是通過裝有葉片的葉輪高速旋轉(zhuǎn)來完成對水流的輸送，也就是通過葉輪高速旋轉(zhuǎn)帶動水流高速旋轉(zhuǎn)，靠水流產(chǎn)生的離心力將水流甩出去。離心泵也因此而得名。在給水排水工程中，從使用水泵的角度來看，水泵的工作必然要和管路系統(tǒng)以及許多外界條件聯(lián)系在一起.在給水排水工程中，把水泵配上管路以及一切附件后的系統(tǒng)稱為 “裝置”，在控制系統(tǒng)的設計中，真正對系統(tǒng)的分析和設計有價值的也是這種成為系統(tǒng)的裝置，而不是單單的孤立水泵。在水泵結(jié)構(gòu)和理論中，有一些評價水泵性能的參數(shù)，供水系統(tǒng)的主要參數(shù)如下:流量(Q):單位時間內(nèi)流過管道內(nèi)某一截面的水流量，在管道截面不變的情況下，其大小決定于水流的速度。常用單位是時/m訪。
供水系統(tǒng)把水從一個位置上揚到另一位置時水位的變化量，數(shù)值上等于對應的水位差。其常用單位是m。軸功率(幾):水泵軸上的輸入功率(電動機的輸出功率)，或者說是水泵取用的功率。
供水功率(幾):供水系統(tǒng)向用戶供水時所消耗的功率幾你叨，供水功率與流量和揚程的乘積成正比:
式中Cp一 比例常數(shù)。
工作效率為，):水泵的供水功率Pc和軸功率界之比，如式2.6所示。這里所說的水泵工作效率，實際上包含了水泵本身的效率和供水系統(tǒng)的效率。其根據(jù)實際供水的揚程和流量算得的功率，是供水系統(tǒng)的輸出功率。
其中有效功率是指單位時間內(nèi)通過水泵的液體從水泵那里得到的能量叫做有效功率。轉(zhuǎn)速(n卜水泵葉輪的轉(zhuǎn)動速度。
根據(jù)水泵理論，如圖2.3所示.2.3.2 水泵調(diào)速運行的節(jié)能原理
由于水泵在送水過程中，清水池水位一般高于水泵的測量點，所以不存在進水口抽真空，所以在進水口的真空值為0.水泵進水口與出水口都沿水平方向放置，位置差為0。水泵在正常工作時，動能的變化相對較小?？紤]這些具體情況，上式可以改寫為:
由于水泵是由一臺交流感應電動機帶動運行的，電機的轉(zhuǎn)速與水泵的轉(zhuǎn)速相同。電機的輸出有效功率與水泵的軸功率相等。在電機理論中，感應電機的機械
功率為:
在變頻調(diào)速時，由于磁通中m不變，從電機公式(212)可以看出，要使主磁 通中m保持不變，則UI/fl必須保持不變。
因此在變頻調(diào)速過程中.電壓應該與頻率成正比例變化，設 代入式(2.n)得
根據(jù)能量守恒定律，有
水泵裝置在變頻調(diào)速的工作狀態(tài)下運行時，有: 其中杯為電機的效率。所以，從上式可以看出，當變頻器的輸出頻率一定的情況下，當用戶用水量增大，從而Q增大時，壓力表的讀數(shù)將會變小，即管網(wǎng)供水壓力將會降低。為了保持供水壓力，就必須增大變頻器的輸出頻率以提高水泵機組的轉(zhuǎn)速;當用戶的用水量減小時，Q減小，在變頻器輸出頻率不變的情況下，管網(wǎng)的供水壓力將會增大，為了減小供水的壓力，就必須降低變頻器的輸出頻率.由于用戶的用水量是始終在變化的，雖然在時段上具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，但對精度要求很高的恒壓控制來講，在每個時刻它都是一個隨機變化的值。這就要求變頻器的輸出頻率也要在一個動態(tài)的變化之中，依靠對頻率的調(diào)節(jié)來動態(tài)地控制管網(wǎng)的供水壓力，從而使管網(wǎng)中的壓力恒定。
第3章
恒壓供水系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)概述
從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設計任務是利 用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設計任務要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，有以下幾種方案可供選擇。
(1)有供水基板的變頻器+水泵機組+壓力傳感器
這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將Pm調(diào)節(jié)器和P比 可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設置指令代碼實現(xiàn)PLC 和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設備成本，但在壓力設定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。
(2)通用變頻器十單片機(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機界面+壓力傳感器;這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價格比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。
(3)通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制卜人機界面+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換;通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設計上，只需確定P比 的硬件配置和拍 的外部接線，當控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于P比 的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。3.2 控制系統(tǒng)的組成
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(P比 系統(tǒng))、變頻 器和電控設備三個部分:(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)中的壓力、液位、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù) 信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和 接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵成行控制.(2)變頻器:它是對水泵進行轉(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。根據(jù)水泵機組中 水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有如下兩種工作方式: 1)變頻循環(huán)式:變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該 水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機。
2)變頻固定式:變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行50Hz 時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇。
3.2.1 供水系統(tǒng)的組成
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(P比 系統(tǒng))、變頻 器和電控設備三個部分組成。
3.3 恒壓供水系統(tǒng)的機理及調(diào)速泵的調(diào)速原理
恒壓供水系統(tǒng)的控制方案有多種，有1臺變頻器控制1臺水泵的簡單控 制方案，也有1臺變頻器控制幾臺水泵的方案，下面將分別加以敘述.(l)單臺變頻器控制單臺水泵
單臺變頻器控制單臺水泵的控制方案在國內(nèi)通常是指是一臺變頻器控制一臺水泵。由于全部變頻系統(tǒng)中，變頻器、控制器、電機均無備份設備，出現(xiàn)問題無法切換，故目前多適用于用水量不大，對供水的可靠性要求不高的場合。該控制方案的控制原理框圖見圖3.2，電路見圖3.3。
值得一提的是，在國外或國內(nèi)少數(shù)大企業(yè)，也有一種每臺變頻器只帶一 臺水泵的運行方式，但它的控制方式與上面是不同的，這些泵站往往是同時配備了多臺變頻器配多臺水泵，采用集中控制的辦法，這種變頻系統(tǒng)與國內(nèi)水泵站常用的一臺變頻器控制單臺水泵的工作方式是完全不一樣的。在這種系統(tǒng)中，由于有多臺變頻器，各水泵既可以同時變頻運行，也可以分別工頻運行，使其可靠性、安全性、可調(diào)節(jié)性大大優(yōu)于國內(nèi)常見的各種控制方式，不過在成本上，也遠遠高于目前國內(nèi)的常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)。(2)單臺變頻器控制多臺水泵
利用單臺變頻器控制多臺水泵的控制方案適用于大多數(shù)供水系統(tǒng)，是目前應用中比較先進的一種方案。下面以單臺變頻器控制2臺水泵的方案來說明。該控制方案的控制原理見圖3.4。
3.2.2 系統(tǒng)功能說明
控制系統(tǒng)的工作原理如下:根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1一2一3一4一1的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號泵在變頻器控制下運行，2號泵處于停止狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動
3.3.1 恒壓供水系統(tǒng)的工作原理
根據(jù)系統(tǒng)用水量的變化，控制系統(tǒng)控制2臺水泵按1一2一3一4一1的順序運行，以保證正常供水。開始工作時，系統(tǒng)用水量不多，只有 1號泵在變頻器控制下運行，2號泵處于停止狀態(tài)，控制系統(tǒng)處于狀態(tài) 1。當用水量增加，變頻器輸出頻率增加，則1號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作己不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，1號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動。2號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)2.當系統(tǒng)用水高峰過后，用水量減少時，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻
率時，表示只有 1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)，可將 1號泵電機停運，2號泵電機仍由變頻器電源供電，這時，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)3。
當用水量再次增加，變頻器輸出頻率增加，則2號泵電機的轉(zhuǎn)速也增加，當變頻器增加到最高輸出頻率時，表示只有1臺水泵工作已不能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動1號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4.當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)供水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，2號泵從變頻器電源轉(zhuǎn)換到普通的交流電源，而變頻器電源啟動1號泵電機，控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4。
當控制系統(tǒng)處于狀態(tài)4時，用水量又減少，變頻器輸出頻率減少，若減至設定頻率時，表示只有1臺水泵工作已能滿足系統(tǒng)用水的要求，此時，通過控制系統(tǒng)的控制，可將2號泵電機停運，1號泵電機仍由變頻器供電，這時，控制系統(tǒng)又回到了狀態(tài)1。如此循環(huán)往復的工作，以滿足系統(tǒng)用水的需要。(3)單臺變頻器控制單臺水泵以及其他水泵
單臺變頻器控制單臺水泵以及其他水泵啟停的控制方案與控制方案2有許多相同之處，只是方案2中，變頻器可在水泵電機間輪換工作，而控制方案3則不同，變頻器只控制某1臺泵，不能去控制其它泵，其它泵工作在普通電源的控制下.下面以2臺泵中的1臺由變頻器供電，另外1臺由普通交流電源供電的恒壓供水系統(tǒng)來加以說明。
2臺水泵中，1臺是由變頻器供電的變速泵，另外 1臺為普通交流電壓供電的定速泵。當系統(tǒng)用水量較小時，可以只用變頻器供電的變速泵，當變頻器供電的頻率達到最大時，表明1臺水泵己不能滿足系統(tǒng)用水要求，此時需要啟動1臺定速泵，由1臺變速泵與1臺定速泵同時工作。當系統(tǒng)用水量減小到使變頻器的輸出頻率低于某一設定值時，此時控制系統(tǒng)就將定速泵停運，只應用變速泵工作。當變頻器供電的頻率再次達到最大時，又表明1臺水泵已不能滿足系統(tǒng)用水要求。
此時又需要啟動1臺定速泵，由1臺變速泵與1臺定速泵同時工作，循環(huán)往復。這種控制方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便.但在整個供水過程中由變頻器供電的變速水泵總在工作，該水泵一旦出現(xiàn)故障將會影響整個系統(tǒng)的供水。
采用變頻恒壓供水，如果變頻器出現(xiàn)故障，應及時報替，并使整個供水過程中由變頻器供電的水泵改又普通交流電壓供電，使水泵全速運行。為了應付這種事情的發(fā)生，在選用水泵時就應考慮到用水系統(tǒng)管網(wǎng)的承受壓力，選用流量揚程曲線平緩型的水泵，使管網(wǎng)能夠承受水泵全速運行時的全揚程水壓.當由多臺水泵組成恒壓供水系統(tǒng)時，對于控制系統(tǒng)也有一定的要求，應選用功能強大的控制器如Pm調(diào)節(jié)器及用可編程序控制器進行控制。按照先啟動先停止，后啟動后停止的原則運行，使水泵能循環(huán)運行，通過可編程序控制器的編程，使各臺水泵的運行概率相同，避免出現(xiàn)某臺水泵經(jīng)常工作，而其他水泵經(jīng)常停歇，甚至受潮和生銹的情況I32H3slo
3.3.2 調(diào)速泵系統(tǒng)構(gòu)成
從變頻恒壓供水的原理分析可知，該系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成.系統(tǒng)主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進行傳輸。
(2)通用變頻器十單片機(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機界面+壓力傳感器;通過變頻恒壓供水系統(tǒng)我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)信 號檢測、控制系統(tǒng)、人機界面、通訊接口以及報警裝置等部分組成。如圖3.1.3.1供水泵系統(tǒng)組成
3.4 變頻器
變頻器是一種改變交流頻率的儀器。變頻器的電控設備它是由一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成.用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換及就地集中等工作。3.4.1 變頻器輸入輸出接口
(1)有供水基板的變頻器+水泵機組+壓力傳感器(2)通用變頻器十單片機(3)通用變頻器+PLC 3.4.2 變頻器外圍設備的選擇及保養(yǎng)
在停機過程中，同樣可以通過對降速時間的預置來延長停機過程，使動態(tài)轉(zhuǎn) 矩大為減小，從而徹底消除了水錘效應。
此外，由于水泵平均轉(zhuǎn)速下降、工作過程中平均轉(zhuǎn)矩減小的原因是(1)葉片承受的應力大為減小。(2)軸承的磨損也大為減小。
(3)克服電動機的慣性而使系統(tǒng)急劇地停止。
3.5 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的特點
這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將Pm調(diào)節(jié)器和P比 可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設置指令代碼實現(xiàn)PLC 和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設備成本，但在壓力設定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時，PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。
(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)十人機界面+壓力傳感器;這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價格比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。
具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換;通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設計上，只需確定P比 的硬件配置和拍 的外部接線，當控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于P比 的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合，并且與供水機組的容量大小無關(guān)。
第四章
可編程控制器PLC
4.1 的定義
可編程控制器PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它可以采用可以編程的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并能通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，PLC 及其有關(guān)的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于拓展其 功能的原則而設計。
4.2 的發(fā)展階段及發(fā)展方向
全世界幾乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一個品牌就要使用對應的編程器。有多少種品牌的PLC，就要有多少種編程器。（國內(nèi)現(xiàn)在出了一些國產(chǎn)PLC，是仿制國外一些品牌PLC的，這些是可以使用被仿制品牌的編程器的。）
手提編程器價格昂貴，而且編程使用指令操作（不能用梯形圖），可讀性不高，非常不方便。
所以，做工程的人大多會使用電腦來對PLC編程。需要說明的是，使用電腦編程還需要有配套的程序下載連線。也是每個品牌都有專門線的（互不通用）。但是這種連線比起手持編程器來說，不知道便宜多少。
任何一款手提電腦都可以用來做PLC編程，前提是 1 支持串行通訊安裝相應品牌PLC的編程軟件。
4.3 的特點與應用領(lǐng)域
最基本、最廣泛的應用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。
4.3.1
可編程序控制器的特點 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。它具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學易用、體積小，重量輕，價格便宜的特點。
4.3.2
可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較
維修方便，可在現(xiàn)場修改程序；維修方便，最好是插件式；可靠性高于繼電器控制柜；體積小于繼電器控制柜；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；在成本上可與繼電器控制競賽；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V/2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲容量至少能擴展到4K字節(jié)。
4.3.3
可編程序控制器的應用領(lǐng)域
PLC已經(jīng)廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。例如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
4.3.4
在現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)應用中所面臨的問題
全世界幾乎80%以上不同品牌的PLC是不能通用的。一個品牌就要使用對應的編程器。有多少種品牌的PLC，就要有多少種編程器。（國內(nèi)現(xiàn)在出了一些國產(chǎn)PLC，是仿制國外一些品牌PLC的，這些是可以使用被仿制品牌的編程器的。）
手提編程器價格昂貴，而且編程使用指令操作（不能用梯形圖），可讀性不高，非常不方便。
所以，做工程的人大多會使用電腦來對PLC編程。需要說明的是，使用電腦編程還需要有配套的程序下載連線。也是每個品牌都有專門線的（互不通用）。但是這種連線比起手持編程器來說，不知道便宜多少。
4.4
我國常用的性能比較研究
目前我國主要使用和研究用松下，西門子，三菱，歐姆龍，臺達，富士等。各個應用PLC的廠家都會保護自己的程序不被別人抄寫，和設備廠家為了能控制使用和回收貨款.在程序內(nèi)設定一些參數(shù)進行控制。各廠家都有各自的加密方式：三菱PLC的解密最簡單，其中以西門子S7-200CN的加密最復雜，只有拆機從芯片破解。
4.4.1 的一般結(jié)構(gòu)
從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。
CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。
CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。
在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。
CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。
I/O模塊
PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。
常用的I/O分類如下：
開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。
電源模塊
PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。
底板或機架
大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。
PLC系統(tǒng)的其它設備
編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。
人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。
PLC的通信聯(lián)網(wǎng)
依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡就是控制器”的觀點說法。
PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。
4.4.2
基本工作原理
最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。它采用可以編制的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。
4.5
我國常用的性能特點
具有高可靠性、抗干擾能力強、功能強大、靈活，易學易用、體積小，重量輕，價格便宜的特點。
4.5.1
SIMATIC S7系列
SIMATIC S7系列主要有S7—200、S7—300、S7--400、m7等。
4.5.2
S7-300系列可編程序控制器
S7--300周而復始地執(zhí)行應用程序，控制一個任務或過程。利用STEP 7--Micro/WIN可以創(chuàng)建一個用戶程序并將它下載到S7--300中。STEP 7--Micro/WIN軟件中提供了多種工具和特性用于完成和調(diào)試應用程序。
4.5.3
控制系統(tǒng)設計內(nèi)容
? EN/ENO的定義 EN（使能輸入）是LAD和FBD中盒的布爾輸入。要使盒指令執(zhí)行，必須使能流到達這個輸入。在STL中，指令沒有EN輸入，但是要想使STL指令執(zhí)行，堆棧頂部的邏輯值必須是“1”。
ENO（使能輸出）是LAD和FBD中盒的布爾輸出。如果盒的EN輸入有能流并且指令正確執(zhí)行，則ENO輸出會將能流傳遞給下一元素。如果指令的執(zhí)行出錯，則能流在出錯的盒指令處被中斷。
在STL中沒有使能輸出，但是STL指令象相關(guān)的有ENO輸出的LAD和FBD指令一樣，置位一個特殊的ENO位。這個位可以用AND ENO（AENO）指令訪問，并且可以產(chǎn)生與盒的ENO位相同的作用。
4.5.4
控制系統(tǒng)設計步驟
1．熟悉被控對象，制定控制方案 分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，確定被控對象對 PLC控制系統(tǒng)的控制要求。
2．確定I／O設備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入(如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等)和輸出設備(如接觸器、電磁閥、信號指示燈等)由此確定PLC的I／O點數(shù)。
3．選擇PLC 選擇時主要包括PLC機型、容量、I／O模塊、電源的選擇。
4．分配PLC的I／O地址
根據(jù)生產(chǎn)設備現(xiàn)場需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號列出輸入／輸出設備與PLC輸入輸出端子的對照表，以便繪制PLC外部I／O接線圖和編制程序。
5．設計軟件及硬件進行PLC程序設計，進行控制柜（臺）等硬件的設計及現(xiàn)場施工。由于程序與硬件設計可同時進行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設計出全部的電氣控制線路后才能進行施工設計。
6．聯(lián)機調(diào)試 聯(lián)機調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進行在線統(tǒng)調(diào)。開始時，先不帶上輸出設備（接觸器線圈、信號指示燈等負載）進行調(diào)試。利用編程器的監(jiān)控功能，采分段調(diào)試的方法進行。各部分都調(diào)試正常后，再帶上實際負載運行。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部分程序即可，全部調(diào)試完畢后，交付試運行。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改則應將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。
7．整理技術(shù)文件 包括設計說明書、電氣安裝圖、電氣元件明細表及使用說明書等。4.5.5
控制系統(tǒng)的硬件設計
本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由6臺水泵、17個遠程I／O分站、1個控制柜(包括變頻器、PLC、4個16點DI模塊、2個16點DO模塊、3個8點AI模塊、1個8點AO模塊和1個以太網(wǎng)模塊等)、1套壓力傳感器、各種保護裝置以及供電主回路等構(gòu)成。其中，PI。C模塊和變頻器模塊是系統(tǒng)的控制核心。
4.6
控制系統(tǒng)的軟件設計
根據(jù)功能要求, PLC控制系統(tǒng)的軟件設計方案主要采用順序控制繼電器指令,軟件設計主要包括加速、恒速、減速三段梯形圖。其中主程序流程圖如圖6所示,加速部分流程圖如圖7所示;恒速部分采用P ID算法,減速部分與加速部分類似。
4.6.1 軟件設計概述
網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)采用環(huán)型拓撲型式，總體結(jié)構(gòu)采用三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)模式，分別為調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)、1 000 M工業(yè)以太網(wǎng)及接入系統(tǒng)網(wǎng)絡。系統(tǒng)由主干千兆光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、調(diào)度指揮控制中心骨干路由網(wǎng)關(guān)、工業(yè)以太網(wǎng)交換機以及連接用光纖、光配等組成。
4.6.2
軟件設計 系統(tǒng)軟件設計主要包括上位機監(jiān)控軟件設計和下位機PI。C控制軟件設計。上位機與下位機之間通過以太網(wǎng)方式通信，共同完成整個控制系統(tǒng)的現(xiàn)場流程控制和遠程監(jiān)測管理功能。上位機控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)遠程監(jiān)測和管理功能，利用組態(tài)軟件進行組態(tài)，通過具體運行工況動態(tài)顯示、實時數(shù)據(jù)獲取及顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲與打印、故障報警等功能，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的集中監(jiān)測和控制。由于供水系統(tǒng)是一個慣性較大的系統(tǒng)，不需要過高的響應速度，因而在PI。C程序的設計思想上查詢方式為主，中斷方式為輔。其具體程序流程如圖3所示。核心技術(shù)
該恒壓系統(tǒng)采用PID控制，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。其流程如下所述：當系統(tǒng)開始工作時，首先接通變頻器，然后通過接觸器把水泵電機接入變頻輸出電路，實現(xiàn)電機軟啟動；同時，安裝在供水管網(wǎng)出水I：1的壓力傳感器將水壓轉(zhuǎn)換為4～20 mA的電信號，PLC根據(jù)給定值與測量值的偏差大小，按照
PID控制器的控制策略選擇原則，在壓力允許范圍內(nèi)，由變頻器調(diào)整電機轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)壓力的目的。在超出壓力允許的范圍內(nèi)，通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，再結(jié)合變頻達到調(diào)節(jié)壓力的目的。
當用戶用水量增加時，使得水管壓力下降，此時PLC輸出相應控制信號，使變頻器帶動水泵電機升速，直至變頻器輸出至工頻，把更多的水送往出水管網(wǎng)。電機由變頻到工頻的轉(zhuǎn)換時間應盡可能短。而電機脫離變頻后，在水壓的作用下，電機轉(zhuǎn)速下降很快，轉(zhuǎn)換時間過長，會導致電機啟動電流增加。因此，應在電路設計與軟件設計中，考慮變頻與工頻接觸器的互鎖。通常，PID連續(xù)控制算法表達式為
具體到本例中，K。一0．18，K．=o．08，Kd=1，壓強設定值為0．32 MPa，則其控制效果曲線如圖5所示。
此外，根據(jù)日用水量變化情況，用水高峰集中在早、中、晚3個時段，而在深夜用水量處于低谷。因此，如果改變不同時段的壓力給定值，就能更進一步地起到節(jié)能的作用。
4.6.3
程序設計的常用方法
主干網(wǎng)絡的布置以調(diào)度室和水廠的交換機為核心，其它子系統(tǒng)交換機為系統(tǒng)以后的改造、信號的上傳預留接口，所有交換機形成環(huán)網(wǎng)，并通過光纖彼此相連，從而使得各個子系統(tǒng)的信號可以匯總傳送到調(diào)度室交換機上，系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1
4.6.4 程序設計步驟
初始化程序: LD SM0.0 // 開機始終為ON MOVB
16#9,SMB30
file://自由口通信，選擇9600波特，8位數(shù)據(jù)位，無校驗 MOVB
16#2, VB0 file://預設PLC地址 MOVD
&VB1000, VD20
file://設置接收緩沖區(qū)，將其首地址傳給指針VD20 MOVD
&VB1200, VD30
file://設置發(fā)送緩沖區(qū)，將首地址傳給VD30 MOVD
VD20, VD24 file://指針值保存 MOVD
VD30, VD34 MOVB
8, SMB34
file://設置8ms的定時器0時基中斷
ATCH
0,8
file://接收字符連接到中斷0，連接靜止線定時器和接收器 ATCH
1,10 file://定時中斷0，連接到中斷1 ENI
file://開中斷
為了保證通訊接收的可靠性，程序采用前導符，PLC地址，靜止線接收，結(jié)束字符。首字符的確認可通過設置前導符來完成，并且通過比較還可以剔除部分干擾字符。首字符確認: Network 1
file://判斷前導符 LD
SM0.0 AB<>
SMB2, 16#40
file://不是前導符則跳出中斷 RETI Network 2
file://終止定時中斷 LD
SM0.0 DTCH
file://斷開時基中斷 Network 3
file://是前導符則連接中斷3 LD
SM0.0 AB=
SMB2, 16#40 ATCH
3, 8 靜止線是通訊過程中的一個檢測用時間，即設定的數(shù)據(jù)傳輸過程中無任何數(shù)據(jù)的任意2點的間隔時間。靜止線的設計和處理包括長度的確定及定時器和接收器的設計。INT_
// 靜止線定時器 LD
SM0.0 ATCH 1, 10
file://靜止線定時器采用8ms的時基中斷。INT_1
// 靜止線接收器 LD
SM0.0 ATCH 2, 8 file://開始接收字符 尾字符的確認和校驗處理: Network 1 // 接收及計算校驗碼 LDN M0.0 LDB<>
SMB2, 16#2A
// 判斷是否為第一個結(jié)束符 MOVB
SMB2，*VD24
file://不是則保存數(shù)據(jù)并計算異或值 XORW
SMW1, AC0 INCD
VD24 INCD
VB40 Network 2
file://如果是第一個結(jié)束符，則對M0.0置位，并跳出中斷，file://接收下一個字符，看是否為第二個結(jié)束符 LDN
M0.0 AB＝
SMB2,16#2A S M0.0, 1 MOVB
SMB2, AC1 RETI Network3 LD M0.0 AB<> SMB2, 16#0A
file://判斷第二個結(jié)束符，如不是則繼續(xù)執(zhí)行
AB<> SMB2,16#2A
file://判斷又是第一個結(jié)束符？不是則執(zhí)行保存數(shù)據(jù)，file://異或運算，并對M0.0復位。XORW
AC1, AC0 MOVB
VB300, *VD24 INCD
VD24 MOVB
SMB2, *VD24 XORW
SMW1, AC0 INCD
VD24 INCD
VB40 INCD
VB40 R M0.0, 1 RETI Network 4
file://如果又是第一個結(jié)束符，則上一個是有用的數(shù)據(jù)，需要保存 LD M0.0 AB= SMB2, 16#2A XORW AC1, AC0 MOVB VB1300, *VD24 INCD VD24 MOVB SMB2, AC1 RETI Network 5
file://如前一個為2A，現(xiàn)在接收到0A，則接收完畢，啟動延時中斷 LD
M0.0 AB= SMB2, 16#0A DTCH
file://斷開接收狀態(tài)，準備組織發(fā)送 MOVB
20, SMB34 ATCH
5, 10
第5章 PLC控制系統(tǒng)的設計
5.1 概述
與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，控制柔性，維修方便性，隨著PLC的普及和推廣，其應用領(lǐng)域越來越廣泛。特別是在許多新建項目和設備的技術(shù)改造中，常常采用PLC作為控制裝置。
5.2 輸入輸出分配
PLC輸入端子板是將機床外部開關(guān)的端子連接轉(zhuǎn)換成I/O模塊所需的針形插座連接，從而使外部控制信號輸入至PLC中。同樣，PLC輸出端子板是將PLC的輸出信號經(jīng)針形插座轉(zhuǎn)換外部執(zhí)行原件的端子連接。
5.2.1 輸入口
其輸入口I模塊組的的輸入元件組成是由;控制按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、壓力開關(guān)、玩控開關(guān)組成。輸入又分為如圖5-15；
5.2.2 輸出口
其輸入口O模塊組的的輸入元件組成是由；接觸器、繼電器、來組成的。而輸出方式又分為如圖；
5.2.3 輔助觸點
主要用于二次回路中，容量小，分常開觸電和常閉觸電兩種，主要用于控制、測量、儀表、信號、保護等回路。我們在進行操作時，就是利用小小的輔助觸電去接通和斷開主觸點去接通和斷開主觸點的線圈，從而控制主回路。
5.3 控制系統(tǒng)功能介紹 最大限度的滿足被控對象的控制要求。
在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護方便。
保證控制系統(tǒng)安全可靠。考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進在選擇PLC容量時應適當留有余量。
5.4 恒壓供水系統(tǒng)的流程圖
5.5 控制系統(tǒng)的可靠性及應用程序設計
該系統(tǒng)邏輯控制采用PLC控制變頻器實現(xiàn)恒壓調(diào)速供水，使用方便，工作可靠，系統(tǒng)壓力恒定，具有較好的控制效果。
5.5.1 程序的優(yōu)化設計
增加主泵是將當前主泵由變頻轉(zhuǎn)工頻，同時變頻起動一臺新水泵的切換過程。當變頻器輸出上限頻率，水壓達到壓力下限時，PLC 給出控制信號，PLC 的Y0 失電，變頻器的FWD端子對CM 短接，變頻器的自由制動停車，切斷變頻器輸出，延時500ms 后，將主水泵與變頻器斷開，延時300ms(防止變頻器輸出對工頻短路)，將其轉(zhuǎn)為工頻恒速運行，再延時200～300ms PLC 的Y0 得電，變頻器以起始頻率啟動一臺新的主水泵。這段程序設計時要充分考慮動作的先后關(guān)系及互鎖保護。
5.5.2 應用程序的設計
在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進行初始化，即在開始啟動的時 候，先對系統(tǒng)的各個部分的當前工作狀態(tài)進行檢測，如出錯則報警，接著對模擬量(管網(wǎng)壓力、液位等)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進行初始化處理，賦予一定的初值。
5.5.3 故障檢測程序的設計
對水位過低、水壓上下限報警、變頻器故障等故障給出報警，并做出相應的故障處理。
(1)欠水位故障：進入P0 處理模塊，停止全部的電機運行，防止水泵空轉(zhuǎn)。當欠水位信號解除后，延時一段時間，自動執(zhí)行以下程序。
(2)壓力上下限報警：輸出報警信號，報警信號30s 內(nèi)未解除，則進入P0 處理模塊，停止全部的電機運行。信號解除則自動運行以下程序。
(3)變頻器故障：變頻器出現(xiàn)故障時，對應PLC 輸入繼電器X5 動作，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入自動工頻運行模塊。此時變頻器退出運行，三臺主泵電機均工作于工頻狀態(tài)。該方式下的水泵的投入和切除順序和自動變頻恒壓運行方式時的大致相同，只是原來運行在變頻狀態(tài)下的電機改為了工頻運行。由于沒有了變頻器的調(diào)速和PID 調(diào)節(jié)，水壓無法恒定。為防止出現(xiàn)停開一臺水泵水壓不足而增開一臺水泵又超壓造成系統(tǒng)的頻繁切換，通過增加延時的方法來解決。設定延時時間為20 分鐘。
第6章 系統(tǒng)調(diào)試
6.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)的設定
運用變頻器加減速時間—加速時間就是輸出頻率從0上升到最大頻率所需時間，減速時間是從最大頻率下降到0所需時間。通常頻率下降到0所需時間。通常用頻率設定信號上升、下降來確定加減速時間。在電動機加速時須限制頻率設定的上升率以防止過電流，減速時則限制下降率以防止過電壓。
加速時間設定要求；將加速電流限制在變頻器過電流容量以下，不使過流失速而引起變頻器跳閘；減速時間設定要點是；防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。減速時間設定要點是；防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使變頻器跳閘。加減速時間可根據(jù)負載計算出來，但在調(diào)試中常采取按負載和經(jīng)驗先預定較長加減速時間，通過起、停電動機觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設定時間逐漸縮短，以運轉(zhuǎn)中不發(fā)生報警為原則，重復操作幾次，便可確定出最佳的加減速時間。
6.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試
(1)對五臺供水系統(tǒng)進行PLC自動控制改造，實現(xiàn)供水的遠程控制和生產(chǎn)設備的集中控制。
(2)在改造原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將供水系統(tǒng)電機的直接啟動控制方式改為變頻控制，減小對系統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊和節(jié)約能源。
(3)制定具體實施的控制方式、設備啟停步驟、軟件功能、通訊方式、功能擴充、報警系統(tǒng)（故障診斷、顯示、排除）。
(4)采用相應的控制算法，實現(xiàn)供氣的恒定，提高供氣質(zhì)量和效率，保證供水系統(tǒng)的安全供水。
（二）系統(tǒng)控制功能要求如下：
(1)實現(xiàn)調(diào)度指揮操作生產(chǎn)自動化；
(2)實現(xiàn)設備順序控制，減少供水起、停時間，并對各設備的運行狀態(tài)進行自動檢測，實現(xiàn)設備的故障自動診斷和保護，從而提高生產(chǎn)效率；(3)實現(xiàn)供水組的自動控制，這主要包括：單臺供水系統(tǒng)的自動啟停，電機組的順序啟停控制，空壓機組的集中控制和保護，提高生產(chǎn)效率；
(4)增強軟、硬件功能，保證整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，并具有一定的先進性和代表性。
（三）集控系統(tǒng)要求如下：
1、集控系統(tǒng)的基本功能
1)系統(tǒng)的控制方式
為方便靈活地對所有設備進行控制，主要工藝流程設備的運行采用五種控制方式：
遠程自動控制：由集控室開啟設備起、關(guān)閉命令，實現(xiàn)現(xiàn)場相關(guān)設備的按流程變頻恒壓供水控制；
遠程單遙控：由集控室發(fā)出單臺設備起、關(guān)閉命令，實現(xiàn)設備之間單個切換運行，用于特殊設備的單個起、關(guān)閉控制；
緊急關(guān)閉：當現(xiàn)場或集控室出現(xiàn)故障，需要立即對分系統(tǒng)停車關(guān)閉時，由程序或現(xiàn)場實現(xiàn)緊急停車控制，在現(xiàn)場操作與在集控室操作PLC的執(zhí)行是等價的。需在集控室進行復位后才能重新開啟。
2)集控系統(tǒng)的順序啟、停控制步驟
開啟前的操作
a、控制方式選擇：集控方式下，PLC執(zhí)行用戶程序的全部控制功能。單個方式下，PLC僅執(zhí)行模擬顯示功能。
b、流程選擇：當選定自動控制流程后，PLC將檢測有關(guān)輸入狀態(tài)，判斷參與該流程控制的恒壓供水系統(tǒng)，設備工作方式，以及保護點狀態(tài)等是否滿足開啟條件，若條件具備，則先發(fā)出信號“系統(tǒng)準備開啟”。否則將對所檢測出的故障點，作出多方位報警。
c、遠動設備：對不需參予時序起動，或難以進入順序開啟過程的設備，可以在開啟前按閉鎖關(guān)系遠動控制起動該設備。開啟過程控制
a、當前述指令操作完畢，系統(tǒng)準備就緒，發(fā)出開啟指令，所選PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)在指定的開啟方式下進入供水控制過程。
b、在供水過程中出現(xiàn)故障時，供水指令自動撤除并報警，已起設備保持運行，在短時間排除故障后，可從故障設備繼續(xù)起車；否則可全部停車。c、對供水過程的時間累計并顯示。
系統(tǒng)運行的閉鎖控制
a、在運行過程中出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)閉鎖保護、報警。b、對系統(tǒng)有效工作時間自動統(tǒng)計，顯示。c、對各種保護、運行參數(shù)實時檢測。
供水過程控制
a、當系統(tǒng)對任一流程供水停車指令后，PLC將按用戶程序完成停車功能控制。b、對供水過程累計時間及總停車時間顯示。
3)故障報警系統(tǒng)
a.當設備發(fā)生故障或運行條件不滿足時，能根據(jù)閉瑣關(guān)系控制設備供水，并在監(jiān)控操作站上顯示故障原因。b.報警方式：現(xiàn)場使用電笛報警、集控室內(nèi)使用語音報警，并能夠即時顯示報警清單。如圖;
結(jié)束語
傳統(tǒng)恒壓控制系統(tǒng)的供水管網(wǎng)能耗大、設備損耗快、對電網(wǎng)要求高，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展與應用及PLC技術(shù)的應用普及，PLC控制的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)已成為供水系統(tǒng)網(wǎng)絡應用的主流，恒壓供水系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)高壓供水系統(tǒng)與水塔式供水系統(tǒng)的不足。
采用變頻調(diào)速和可編程控制器控制的恒壓供水系統(tǒng)可以根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)設定壓力自動調(diào)整水泵電機轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)水泵流量，利用其控制系統(tǒng)可以優(yōu)化泵組的調(diào)速運行，自動調(diào)整供水水泵的臺數(shù)，完成供水系統(tǒng)的自動控制。致謝；
感謝老師對我們的指導以及對變頻恒壓供水系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑中普遍采用的一種水處理系統(tǒng)的了解和認識。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們節(jié)能意識的不斷增強，變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統(tǒng)。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持網(wǎng)管中水壓的基本恒定。變頻恒壓供水系統(tǒng)利用PLC、傳感器、變頻器及水泵機組組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)壓力保持恒定，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動化程度高，高效節(jié)能的優(yōu)點，在高速科技發(fā)展的今天使得小區(qū)供水和工廠供水控制中得到廣泛應用，并取得了明顯的經(jīng)濟效益。
此致
敬禮
參考文獻··········································
《變頻調(diào)速技術(shù)與應用》
編著丁斗章
機械工業(yè)出版社
《變頻器調(diào)速系統(tǒng)設計與應用》
編著 王樹
機械工業(yè)出版社
《典型自動化設備及生產(chǎn)線應用與維護》
編著鮑風雨
機械工業(yè)出版社 《可編程控制器原理于應用》
編著 史增芳
中國林業(yè)出版社
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