基于PLC恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設計（帶調試視頻及CAD圖紙）

基于PLC恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設計（帶調試視頻及CAD圖紙）,基于,PLC,供水,變頻,控制系統(tǒng),設計,調試,視頻,CAD,圖紙 畢業(yè)設計任務書 姓名 專業(yè) 機械工程 指導教師 姓名 類別 學號 班級 職稱 外聘、√本校 一、畢業(yè)設計題目 基于PLC恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設計 二、畢業(yè)設計提供的原始數(shù)據(jù)資料 例如一幢樓宇供水系統(tǒng)，正常供水20m3/小時，最大供水量35m3/小時，揚程45m。采用變頻調速技術組成一個閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)，控制水泵的運行，保證用戶水壓恒定。當用水量增大或減小時，水泵電動機速度發(fā)生變化，改變流量，以保證水壓恒定。本恒壓供水系統(tǒng)，要求以1.0Mpa的恒定壓力對用戶進行供水。水泵由一臺變頻器驅動。PLC 按照壓力變送器(PIT) 的信號，調節(jié)變頻器的輸出，使水泵的轉速變化，從而保證供水壓力的恒定。 三、畢業(yè)設計應完成主要內容： 1.開題報告 包括：1）完成本題的目的和意義；2）國內外研究動態(tài)；3）主要研究目標和內容；4）準備工作情況和主要工作措施；5）進度安排及預期達到研究成果。 2.畢業(yè)設計 (l)提供設計方案論證 首先要闡明選題的背景和意義，說明在什么樣的情況下，引發(fā)研究的問題，解決問題后能起什么作用。在此基礎上根據(jù)設計指標，對幾種可行性方案進行全面的分析，以確定最佳方案。 (2)系統(tǒng)硬件電路設計 首先給出系統(tǒng)硬件電路的總體框架，然后分別介紹子模塊電路的構成，元器件選擇的依據(jù)，元器件的參數(shù)和型號等，電路圖用繪圖工具繪制。 (3)系統(tǒng)軟件設計 從程序框圖到具體子程序，應有詳細的設計思路說明，程序應在計算機上編譯通過。 (4)提供仿真結果或實物制作步驟 模擬實際情況進行程序仿真并將仿真結果附入設計中，有條件的最好親自做實物或部分實物，對設計產品進行驗證。 (5)提供設計總結 回顧設計所做工作，指也設計不足之處和未來努力的方向。 四、畢業(yè)生應提交的畢業(yè)設計資料要求 1.開題報告 按照指導設計任務書要求撰寫，符合學院教務處和系部的相關要求，須做到內容完備，格式正確。 2.畢業(yè)設計 設計依據(jù)任務書要求，合理選型、步驟齊全、計算精確、獨立設計、方案可行。設計說明書中要求必需的插圖和必要的表格。畢業(yè)設計說明書正文在25000字左右。格式符合學院教務處及系部的畢業(yè)設計說明書相關規(guī)定。 嚴格按照工程制圖的要求繪制圖紙，內容全面，要求以CAD繪圖為主，有部分手工繪圖，圖紙總合不少于A0圖紙4張。 五、畢業(yè)設計進度安排 序號 時間 周次 畢業(yè)論文任務完成的內容及質量要求 1 2月17日~2月23日 第1周 熟悉設計任務，收集設計資料，撰寫開題報告 2 2月24日~3月1日 第2周 設計方案的分析、討論 3 3月2日~3月8日 第3周 確定設計方案、總體設計 4 3月9日~3月15日 第4周 結構說明及計算 5 3月16日~3月22日 第5周 結構說明及計算 6 3月23日~3月29日 第6周 中期檢查 7 3月30日~4月5日 第7周 繪制工程圖 8 4月6日~4月12日 第8周 繪制工程圖 9 4月13日~4月19日 第9周 編寫設計說明書 10 4月20日~4月26日 第10周 指導老師檢查后修改錯誤 11 4月27日~5月3日 第11周 打印裝訂、準備答辯 12 5月4日~5月10日 第12周 畢業(yè)設計答辯 六、 主要參考文獻資料 1、參考書： （1）CAD應用技術 （2）可編程控制器原理及應用 （3）可編程控制器應用技術 （4）PLC編程及應用 2、參考資料： （1）許徐偉，CAD應用技術[C]，機械工業(yè)出版社，2009 （2）吳中俊，可編程控制器原理及應用[M]，機械工業(yè)出版社，2004 （3）陳金華，可編程控制器（PC）應用技術[M]，電子工業(yè)出版社，1995 （4）吳建強，可編程控制器原理及應用[M]，哈爾濱工業(yè)大學出版社，1998 （5）廖常初，PLC編程及應用[M]，機械工業(yè)出版社，2005 七、審核簽字 簽 字 欄 學生姓名 專業(yè) 班級 撰寫工作起止日期 2020年2月17日——2020年 月 日 教師審核 指導教師（簽字） 日期 2020年 月 日 教研室主任審查（簽字） 日期 2020年 月 日 系部負責人（簽字） 日期 2020年 月 日 其他需要說明的情況： 第2頁 共 3頁 基于PLC恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設計 摘 要 隨著社會經濟的迅速發(fā)展，人們對供水質量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術、控制技術以及通訊技術，設計高性能、高節(jié)能、能適應不同領域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。 基于水泵供水流量和水泵轉速的三次方成正比，設計分析了采取變壓變頻調速方式實現(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。通過對變頻器內置PID模塊參數(shù)的預置，利用遠傳壓力表的水壓反饋量，構成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)用水量的變化，采取PID調節(jié)方式，在全流量范圍內利用變頻泵的連續(xù)調節(jié)和工頻泵的分級調節(jié)相結合，實現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。 本設計依據(jù)供水要求，設計了一套由PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵機組等主要設備構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。系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問題，并具有多種輔助功能，增強了系統(tǒng)的可靠性。 設計分析了多泵供水方式的各種供水狀態(tài)及轉換條件，分析了電機由變頻轉工頻運行方式的切換過程及存在的問題。給出了實現(xiàn)有效狀態(tài)循環(huán)轉換控制的電氣設計方案和PLC控制程序設計方案。 設計還提出了一些增強系統(tǒng)運行可靠性的措施。 關鍵詞：可編程序控制器；變壓變頻調速；恒壓供水；PLC PLC-BASED INVERTER CONTRL CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY SYSTEM DESIGN ABSTRACT With the rapid socio-economic development of water quality and water supply systems to improve reliability requirements. In addition, the current energy shortage, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, the design of high performance, high energy, able to adapt to different areas of constant pressure water supply system has become an inevitable trend. Pumps based on water flow and pump speed is directly proportional to the third power, to take paper analyzes the way VVVF speed control constant pressure water supply compared with the traditional way of constant pressure water supply valve to control the energy-saving mechanism. Converter built by the preset parameters of PID module, using the hydraulic pressure gauge feedback Far Eas Tone volume, constitute a closed-loop system, in accordance with changes in water consumption, the way to take PID regulator, the flow in the whole range of the continuous use of pump-conditioning pump frequency and adjust the combination of the classification, to achieve constant pressure water supply and effective energy conservation. In this paper, based on water requirements, the design of a set by the PLC, frequency converter, Far EasTone pressure, multi-pump unit consisting of major equipment such as automatic frequency conversion constant pressure water supply, with automatic constant frequency operation, automatic frequency run and on-site features such as manual control. System to effectively solve the traditional way of water supply problems, and have a variety of auxiliary functions, and enhance the reliability of the system. Paper analyzes the various ways water pump the state water supply and conversion conditions, analysis of the motor to change jobs by the frequency of the switching frequency operation and problems of the process. Given the state of the cycle to achieve an effective change of control of the electrical design and PLC control program design. Also made a number of papers to enhance system reliability measures. KEY WORDS： programmable logic controller；VVVF speed control；constant pressure water supply；PLC 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 IV 概 述 1 1 恒壓供水原理及工藝 2 1.1 任務 2 1.2 工藝要求 2 1.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 2 2 PLC概述 4 2.1 PLC組成 4 2.1.1 PLC的輸入 4 2.1.2 PLC的輸出 4 2.1.3 PLC的控制機制 4 2.1.4 PLC的定義 6 2.1.6 PLC的性能指標 7 2.1.7 PLC的分類 8 2.2 PLC工作原理 8 2.1.5 PLC的特點 8 2.2.1 循環(huán)掃描 8 2.2.2 I/O響應時間 10 2.2.3 PLC中的存儲器 11 3 變頻器概述 12 3.1 變頻器原理 12 3.2 變頻器的參數(shù)設置 13 3.2.1 加減速時間 14 3.2.2 轉矩提升 14 3.2.3 電子熱過載保護 14 3.2.4 頻率限制 14 3.2.5 偏置頻率 15 3.2.6 頻率設定信號增益 15 3.2.7 轉矩限制 15 3.2.8 加減速模式選擇 16 3.2.9 轉矩矢量控制 16 3.2.10 節(jié)能控制 16 3.3 變頻器內部PID調節(jié) 18 3.3.1 預置PID功能預置的內容是： 18 3.3.2 目標值XT的預置PID調節(jié) 18 4 系統(tǒng)硬件設計 19 4.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構成 21 4.2 系統(tǒng)控制要求 23 4.3 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配 23 4.4 系統(tǒng)選型 26 4.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應用 26 4.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標 26 4.5.2 校準及配置 27 4.5.3 EM235的安裝使用 27 4.5.4 EM235工作程序編制 27 4.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖 29 4.6 控制面板的設計思路 31 4.7 控制系統(tǒng)接線布置 32 5 系統(tǒng)程序設計 33 5.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 33 5.2 泵組泵站泵組管理規(guī)范 33 5.3 程序的結果以及程序功能的實現(xiàn) 33 6 系統(tǒng)故障處理 44 6.1 工頻與變頻切換跳閘分析及處理 44 6.2 系統(tǒng)震蕩分析及處理 45 6.3 其他故障及處理 46 結 論 47 參考文獻 48 附錄：編譯程序 50 外文資料 58 中文翻譯 68 v 山西工程技術學院----畢業(yè)設計 概 述 隨著各住宅小區(qū)的宿舍樓等一座座高樓拔地而起，相應的生活用水量也大幅度增加。人們對提高供水質量的要求越來越高，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技術實現(xiàn)的無塔恒壓供水系統(tǒng)，不僅能提高供水質量，而且在節(jié)約能源和運行可靠性具有較好的改善。其中，采用變頻調速的主要目的是通過調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)的技術改造實踐中，根據(jù)盡量保留原有設備的原則設計的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設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優(yōu)勢，同時有效的節(jié)省了資金。 應用PLC技術是為了實現(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。下面筆者根據(jù)這方面的工作經驗談談在恒壓供水系統(tǒng)設計和實踐過程中的一些思路和做法。 1 恒壓供水原理及工藝 1.1 任務 隨著社會的發(fā)展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。以方面要求提高供水質量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災時能可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應運而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。恒壓無塔供水系統(tǒng)包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制——即雙恒壓系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質量，以PLC為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 1.2 工藝要求 對三水泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： 1. 生活供水時，系統(tǒng)應低恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)應高恒壓值運行； 2. 三臺水泵可以根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出； 3. 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過3H，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長； 4. 三臺泵在啟動時又要軟啟動功能； 1.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 以一個三水泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，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。為了保障供水的持續(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)，關閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，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；當有火災發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關閉生活用水管網(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。火災結束后將三臺泵再改為生活供水使用。 2 PLC概述 2.1 PLC組成 2.1.1 PLC的輸入 通過對繼電器控制特點的介紹和最初通用汽車公司提出的要求分析。PLC要想取代繼電器控制，首先要解決外部設備的直接輸入問題。由于當時主要集中在開關量控制，也就是開關量（觸點的開閉狀態(tài)）如何直接接入PLC并被PLC所識別，對此就需要解決以下幾個問題：有源接入，無源接入，絕緣問題，隔離問題和互相干擾問題。PLC就是一個計算機控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過程，人們曾將計算機直接用于工業(yè)控制，但是由于以下兩大問題沒有解決好而難以發(fā)展：一是I/O（輸入/輸出）問題，計算機不能直接和工業(yè)現(xiàn)場設備連接現(xiàn)在了應用；二是計算機的I/O功能，開關邏輯處理不夠豐富和強大。現(xiàn)在的PLC成功的解決了這兩個方面的問題，可以讓PLC和外部設備直接進行物理的連接。計算機的內部提供了豐富的從位邏輯到雙字運算的強大的運算功能，使其能夠完成復雜的控制功能，這也是PLC能夠迅速發(fā)展的原因[1]。 2.1.2 PLC的輸出 輸出問題主要是接點的驅動能力問題，或者說是帶負載能力和輸出方式的問題。輸出動作次數(shù)的限制，是保證PLC的輸出接點能否驅動接觸器、電磁閥這樣的控制執(zhí)行元器件的問題至少要能直接驅動中間繼電器?，F(xiàn)在的PLC產品已經完全有能力驅動這些元器件,并提供了多種輸出方式且動作次數(shù)可保證萬次無故障的產品。 2.1.3 PLC的控制機制 PLC已經完全取代繼電器控制系統(tǒng)。只要對其控制機制有了準確的理解，才能對其持續(xù)的開發(fā)并創(chuàng)造性的使用它。I/O電路已經保證了PLC與現(xiàn)場設備的直接連接，并在內部寄存器存儲了這些狀態(tài)。但是，為了取代繼電器的控制，更重要的是如何組織和使用這些開關量，從而達到軟件程序代替硬件連線的目的。在這里通過對繼電器的控制的電路的特點的介紹，已經知道繼電器控制電路的特點在于各個控制單元是否動作是由其接點條件控制的，并不受其前后位置的影響。同一時刻，可有多個不同的控制單元繼電器的動作（翻轉），控制的結果、邏輯動作順序也是由接點條件來控制的。這于計算機順序執(zhí)行的工作的特點是矛盾的。主要體現(xiàn)在：一是亂序，只要條件滿足就執(zhí)行；而另一個是順序執(zhí)行。PLC充分利用了計算機存儲程序的思想和高速的特點，采用了控制系統(tǒng)中的離散控制方式，使它的控制能夠完全代替繼電器的控制。具體的說就是將連續(xù)的控制用離散的控制代替，如下式： Y(n)=f(x(n-1) , y(n-1)) 式中，Y（n）為某一時間段的輸出值； Y（n-1）為上一時間段的輸出值； X（n-1）為上一時間段某一時刻的輸入值； F為他們應滿足的控制關系。 即某一時間段的輸出完全取決于上一時間某一時刻的輸入和上一時間段的輸出。 至于上一時間段的輸出，在參加計算的時候，只是存儲在映像寄存器中的輸出結果，執(zhí)行運算過程中并不修改端子的輸出值。真實的輸出已表現(xiàn)在端子的接點上，并要保持一個時間段，也就是采取集中輸出的方式，在計算的過程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會對現(xiàn)階段的輸出產生影響。這樣只要時間段足夠短，并且PLC周而復始的運行著就完全可以模仿繼電器的控制并且取代它[2]。 由于采用集中I/O的思想，其I/O狀態(tài)存儲在寄存器中，可以充分發(fā)揮計算機的強大邏輯家能力，以完成更復雜的控制功能。 如圖2-1所示，PLC與通用計算機沒有什么區(qū)別，只是一臺增強了I/O功能的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質是按一定算法進行I/O變換，并將這個變換物理實現(xiàn)，應用與工業(yè)現(xiàn)場。 1. 輸入寄存器 輸入寄存器可按為進行尋址，每一為對應一個開關量，其值反映了開關量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關量驅動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但是不可以寫或進行修改。 2. 輸出寄存器 輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值，表明的是上一時間段的真實輸出值，在程序執(zhí)行過程中，CPU可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產生影響。 3. 存儲器 存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能修改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復雜的控制功能。 4. CPU單元 CPU單元控制著I/O寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。 5. 其他單元接口 其他單元接口用語提供PLC與其他設備和模塊進行連接通信的物理條件。 圖2-1 PLC的組成 2.1.4 PLC的定義 最初，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。只能進行計數(shù)、定時及開關量的邏輯控制。1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術操作等面向擁護的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機械和生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設計[3]。 2.1.6 PLC的性能指標 1. 存儲容量 這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB~~2MB。 2. I/O點數(shù) I/O點數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個數(shù)。I/O點數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標之一。 3. 掃描速度 掃面速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個重要的性能指標，體現(xiàn)了計算機控制取代繼電器控制的吻合程度。從自動控制的觀點來看，決定了系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。 4. 指令的多少 它是衡量PLC能力強弱的標志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強弱。限定了計算機發(fā)揮運算功能、完成復雜控制的能力。 5. 內部寄存器的配置和容量 它直接對用戶編制程序提供支持，對PLC指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提供直接的支持。 6. 擴展能力 擴展能力包括I/O點數(shù)的擴展和PLC功能的擴展兩方面的內容。 7. 特殊功能單元 特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能[4]。 2.1.7 PLC的分類 不同的分類標準會造成不同的分類結果，PLC常用的分類方式有如下兩種。 按其I/O點數(shù)一般分為微型（32點以下）、小型（128點以下）、中型（1024點以下）、大型（2048點以下）、超大型（從2048點以上可達8192點以上）5種。 按結構可分為箱體式、模塊式和平板式3種。 2.2 PLC工作原理 2.1.5 PLC的特點 1. 可靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用EPROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。 2. 控制功能強。PLC采用的CUP一般是具有較強位處理功能的為處理機，為了增強其復雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以采用雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的增強。 3. 編程方便易學。第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學習。 4. 使用于惡劣的工作環(huán)境。采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。 5. 與外部設備連接方便。采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。 6. 體積小、重量輕、功耗底。 7. 性價比高。 8. 模塊化結構，擴展能力強。根據(jù)現(xiàn)場的需要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個I/O點到幾百個I/O點的控制系統(tǒng)。 9. 維修方便，功能更靈活。程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的改變非常靈活。 2.2.1 循環(huán)掃描 CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等等內容。 PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設備。他意識周而復始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內容。典型的PLC在一個周期中可以完成以下5個掃描過程。 1. 自診斷測試掃描過程。為保證設備的可靠行，及時放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。 2. 與網(wǎng)絡進行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。 3. 用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期內都包含該掃描過程。該過程在機器運行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進行設定。用戶程序的長短會影響過程所用的時間。 4. 讀輸入、寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都包含這個掃描過程。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的，運算的結果也不直接送到實際輸出點，而是在內存中設置了兩個映象寄存器：一個為輸入映象寄存器，另一個為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運算結果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過程中CPU把輸出映像寄存器的值的輸出點[5]。 循環(huán)掃描有如下特點： 1. 掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 2. 輸入映像寄存器的內容是由設備驅動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。 3. 對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結果。 4. 各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點。 在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內容也不會改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。 輸入/輸出采用映象寄存器的優(yōu)點： 1. 集中采用I/O，程序掃描期間輸入值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。用集中I/O的方式保證的程序的順序執(zhí)行與外部電路亂序執(zhí)行的統(tǒng)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。 2. 程序執(zhí)行時，存取映象寄存器要比讀寫I/O端點快的多，這樣可以加快程序執(zhí)行速度。 3. I/O點必須按位存取，而映象寄存器可按位、字節(jié)、字、雙字靈活的存取，增加了程序的靈活性。 2.2.2 I/O響應時間 由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對輸入和輸出信號只在沒個掃描周期的固定時間集中輸入/輸出，所以必然會產生輸出信號相對輸入信號滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴重。 響應時間有輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時間部分決定。 1. PLC輸入電路設置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強。輸入延遲是由硬件決定的，有的PLC濾波器時間常數(shù)可調。 2. 從輸出鎖存器到輸出端子所經歷的時間稱為輸出延遲，對于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對于不同信號的PLC可以通過查表得到。 3. 程序執(zhí)行時間主要由程序長短來決定，對于一個實際的控制程序，編程人員須對此進行現(xiàn)場測算，使PLC的響應時間控制在系統(tǒng)允許的范圍內。 在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經過一個掃描周期在輸出得到響應的時間，稱為最小I/O響應時間。在最不利的情況下，輸入點的狀態(tài)恰好錯過了輸入的鎖入時刻，造成在下一個輸出鎖定才能被響應，這就需要兩個掃描周期時間，稱為最大I/O響應時間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行方式決定的，與編程方法無關。 2.2.3 PLC中的存儲器 PLC中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數(shù)據(jù)存儲器。 1. 系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內容。 2. 用戶程序存儲器用來存儲根據(jù)控制要求而編制的用戶應用程序。 3 變頻器概述 3.1 變頻器原理 具有節(jié)能，供水壓力可調等突出優(yōu)點，在國內外獲得了愈來愈廣泛的應用。在消防給水中對穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時最好采用變頻控制，但在消防泵滅火控制中應采用直接啟動或降壓啟動控制方式。 三相交流 電動機的轉速與頻率、極數(shù)及轉差率之間的關系如下： n=60f(1-s)/p其中： n——每分鐘的轉速； F——交流電的頻率； S——轉差率。 P——磁極對數(shù)； 在三相電動機中對轉速的調節(jié)有多種方法，如通過調整交流電的頻率、電動機的極數(shù)以及轉差率來實現(xiàn)。主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。整流器，最近大量使用的是工二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。平波回路，在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。逆變 器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。控制電路，是給異步電動機供電(電壓、頻率可調)的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”組成。 (1)運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 (2)電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 (3)驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。 (4)速度檢測電路：以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg 等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉。 (5)保護電路：檢測主電路的電壓、電流等，當發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 3.2 變頻器的參數(shù)設置 變頻器主要設置參數(shù)： 1．運行方式：主要是帶編碼器和不帶編碼器(編碼器比較精確一些)，其中分別還有是矢量控制還是V/F控制(力矩大時最好用矢量控制比較穩(wěn)定)。 2．控制方式：有變頻器自帶的那個操作面板控制正反轉還是用端子控制正反轉這個是必須要設定的參數(shù)。 3．頻率來源設定：是面板直接給還是模擬量給。 4．再有是停車方式：自由停車一般用于帶抱閘的電機，減速停車相反。 5．其他還需要設電機的一些參數(shù)進行自學習，保證電機的最佳狀態(tài)。有些變頻器在最開始需要設定電機的一些參數(shù)，使所有參數(shù)都允許改寫和高級菜單功能。 變頻器功能參數(shù)很多，一般都有數(shù)十甚至上百個參數(shù)供用戶選擇。實際應用中，沒必要對每一參數(shù)都進行設置和調試，多數(shù)只要采用出廠設定值即可。但有些參數(shù)由于和實際使用情況有很大關系，且有的還相互關聯(lián)，因此要根據(jù)實際進行設定和調試。 因各類型變頻器功能有差異，而相同功能參數(shù)的名稱也不一致，為敘述方便，本文以富士變頻器基本參數(shù)名稱為例。由于基本參數(shù)是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。 3.2.1 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,減速時間是指從最大頻率下降到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。加減速時間可根據(jù)負載計算出來，但在調試中常采取按負載和經驗先設定較長加減速時間，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。 3.2.2 轉矩提升 轉矩提升又叫轉矩補償，是為補償因電動機定子繞組電阻所引起的低速時轉矩降低，而把低頻率范圍f/V增大的方法。設定為自動時，可使加速時的電壓自動提升以補償起動轉矩，使電動機加速順利進行。如采用手動補償時，根據(jù)負載特性，尤其是負載的起動特性，通過試驗可選出較佳曲線。對于變轉矩負載，如選擇不當會出現(xiàn)低速時的輸出電壓過高，而浪費電能的現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)電動機帶負載起動時電流大，而轉速上不去的現(xiàn)象。 3.2.3 電子熱過載保護 本功能為保護電動機過熱而設置，它是變頻器內CPU根據(jù)運轉電流值和頻率計算出電動機的溫升，從而進行過熱保護。本功能只適用于“一拖一”場合，而在“一拖多”時，則應在各臺電動機上加裝熱繼電器。 電子熱過載保護設定值(%) =[電動機額定電流(A) /變頻器額定輸出電流(A) >x 100%。 3.2.4 頻率限制 即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設備的一種保護功能。在應用中按實際情況設定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機，由于輸送物料不太多，為減少機械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅動，并將變頻器上限頻率設定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機運行在一個固定、較低的工作速度上。 3.2.5 偏置頻率 有的又叫偏差頻率或頻率偏差設定。其用途是當頻率由外部模擬信號(電壓或電流)進行設定時，可用此功能調整頻率設定信號最低時輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當頻率設定信號為0%時，偏差值可作用在0~fimax范圍內，有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對偏置極性進行設定。如在調試中當頻率設定信號為0%時，變頻器輸出頻率不為0 Hz,而為x Hz，則此時將偏置頻率設定為負的x Hz即可使變頻器輸出頻率為0 Hz。 3.2.6 頻率設定信號增益 此功能僅在用外部模擬信號設定頻率時才有效。它是用來彌補外部設定信號電壓與變頻器內電壓(+10v)的不一致問題；同時方便模擬設定信號電壓的選擇，設定時，當模擬輸入信號為最大時(如10v、5v或20mA)，求出可輸出f/V圖形的頻率百分數(shù)并以此為參數(shù)進行設定即可；如外部設定信號為0~5v時，若變頻器輸出頻率為0~ 50Hz，則將增益信號設定為200%即可。 3.2.7 轉矩限制 可分為驅動轉矩限制和制動轉矩限制兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值,經CPU進行轉矩計算，其可對加減速和恒速運行時的沖擊負載恢復特性有顯著改善。轉矩限制功能可實現(xiàn)自動加速和減速控制。假設加減速時間小于負載慣量時間時，也能保證電動機按照轉矩設定值自動加速和減速。 驅動轉矩功能提供了強大的起動轉矩，在穩(wěn)態(tài)運轉時，轉矩功能將控制電動機轉差，而將電動機轉矩限制在最大設定值內，當負載轉矩突然增大時，甚至在加速時間設定過短時，也不會引起變頻器跳閘。在加速時間設定過短時，電動機轉矩也不會超過最大設定值。驅動轉矩大對起動有利，以設置為80~ 100%較妥。 制動轉矩設定數(shù)值越小，其制動力越大，適合急加減速的場合，如制動轉矩設定數(shù)值設置過大會出現(xiàn)過壓報警現(xiàn)象。如制動轉矩設定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動機在減速時，不使用制動電阻也能減速至停轉而不會跳閘。但在有的負載上，如制動轉矩設定為0%時，減速時會出現(xiàn)短暫空轉現(xiàn)象，造成變頻器反復起動，電流大幅度波動，嚴重時會使變頻器跳閘，應引起注意。 3.2.8 加減速模式選擇 又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉矩負載，如風機等；S曲線適用于恒轉矩負載，其加減速變化較為緩慢。設定時可根據(jù)負載轉矩特性，選擇相應曲線，但也有例外，筆者在調試一臺鍋爐引風機的變頻器時，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動運轉變頻器就跳閘，調整改變許多參數(shù)無效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動前引風機由于煙道煙氣流動而自行轉動，且反轉而成為負向負載，這樣選取了S曲線，使剛起動時的頻率.上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當然這是針對沒有起動直流制動功能的變頻器所采用的方法。 3.2.9 轉矩矢量控制 矢量控制是基于理論上認為：異步電動機與直流電動機具有相同的轉矩產生機理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場電流和轉矩電流，分別進行控制，同時將兩者合成后的定子電流輸出給電動機。因此，從原理上可得到與直流電動機相同的控制性能。采用轉矩矢量控制功能，電動機在各種運行條件下都能輸出最大轉矩，尤其是電動機在低速運行區(qū)域。 現(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無反饋矢量控制，由于變頻器能根據(jù)負載電流大小和相位進行轉差補償，使電動機具有很硬的力學特性，對于多數(shù)場合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設置速度反饋電路。這一功能的設定，可根據(jù)實際情況在有效和無效中選擇一項即可。 與之有關的功能是轉差補償控制，其作用是為補償由負載波動而引起的速度偏差，可加上對應于負載電流的轉差頻率。這一功能主要用于定位控制。 3.2.10 節(jié)能控制 風機、水泵都屬于減轉矩負載，即隨著轉速的下降，負載轉矩與轉速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設計有專用V/f 模式，這種模式可改善電動機和變頻器的效率，其可根據(jù)負載電流自動降低變頻器輸出電壓，從而達到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設置為有效或無效。 要說明的是，九、十這兩個參數(shù)是很先進的，但有一些用戶在設備改造中，根本無法啟用這兩個參數(shù)，如表3-1所示，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有： 1.原用電動機參數(shù)與變頻器要求配用的電動機參數(shù)相差太大。如表3-2所示。 2.對設定參數(shù)功能了解不夠，如節(jié)能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。 3.啟用了矢量控制方式，但沒有進行電動機參數(shù)的手動設定和自動讀取工作，或讀取方法不當。 表3-1 變頻器參數(shù)復位 序號 參數(shù)及設定 功能 1 P0003=1 設置用戶參數(shù)訪問等級 2 P0010=30 工廠設定值 3 P0970=1 開始參數(shù)復位 表3-2 設置電機參數(shù) 序號 參數(shù)及設定 參數(shù)功能 1 P0010=1 開始快速測試 2 P0304=220 電動機額定電壓 3 P0305=1.93 設定電機額定電流 4 P0307=0.37 設定電機額定功率 5 P0310=50 設定電機額定頻率 6 P0311=1400 設定電機額定轉速 7 P3900=1 結束快速調試 3.3 變頻器內部PID調節(jié) 3.3.1 預置PID功能預置的內容是： 變頻器的PID功能是否有效。當變頻器的PID調節(jié)功能有效后，其升、降速過程將完全取決于由P、I、D數(shù)據(jù)所決定的動態(tài)響應過程，而原來預置的“升速時間”和“降速時間”將不再起作用。 3.3.2 目標值XT的預置PID調節(jié) 目標值XT的預置PID調節(jié)的根本依據(jù)是反饋量XF與目標值XT之間進行比較的結果。因此，準確地預置目標值XT是十分重要的。主要有以下兩種方法： 1.面板輸入式只需通過鍵盤輸入目標值XT。其確定方法通常是：目標壓力與傳感器量程之比的百分數(shù)。例如，某供水系統(tǒng)要求的壓力(目標壓力)為2MPa，所用壓力表的量程是0~5MPa時，則目標值為40%。 2.外接給定式由外接電位器進行預置，但顯示屏上仍顯示目標值的百分數(shù)。在此例中選用第一種方法， 此法易懂、操作簡單、直觀。結合ABB變頻說明書PID參數(shù)設置如表一所示，其實際設定值應根據(jù)工藝要求以實際為依據(jù)。 4 系統(tǒng)硬件設計 學習PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對于設計一個較大的PLC控制系統(tǒng)時，要全面考慮多種因素，不管所設計的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設計步驟來進行系統(tǒng)設計。 隨著PLC功能的不斷完善和提高，PLC幾乎可以完成工業(yè)領域的所以控制任務。但是PLC還是有最適合它的應用場合，所以接到一個控制任務以后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設備來完成該任務最合適。其實現(xiàn)在的可編程不僅處理開關量，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)，控制邏輯復雜的部分都由PLC控制來完成。 當某一個控制任務決定由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。 對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O模擬量I/O以及這些I/O點的性質。I/O點是性質主要是指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關鍵，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。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；或對PLC的計算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或對PLC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 不同廠家的PLC產品價格相差很大，有些功能類似、質量相當、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接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設計的基礎。對軟件設計來說，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制柜。 系統(tǒng)調試分模擬調試和聯(lián)機調試 硬件部分的模擬調試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動控制部分是否正確。 軟件部分的模擬調試可借助于模擬開關和PLC輸出端的輸出指示燈進行。需要模擬量信號I/O時，可用電位器和萬用表配合進行。調試時?？衫蒙显V外圍設備模擬各種現(xiàn)場開關和傳感器狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯誤則修改后反復調試。現(xiàn)在PLC的主流產品都可以在P機上編程，并可以在電腦上直接進行模擬調試。 聯(lián)機調試時，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場的PLC中。有時PLC也許只有這一臺，這時就要把PLC安裝到控制柜相應的位置上。調試時一定要先將主電路斷電，只對控制電路進行聯(lián)調即可。通過現(xiàn)場聯(lián)調信號的接入常常還會發(fā)現(xiàn)軟件以及硬件中的一些問題，有時廠家還需要對某些控制功能進行改進，這種情況下，都要經過反復測試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。 產生水壓的設備是水泵，水泵轉動的越快，產生的水壓就越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開者時將水打到水塔中，水泵休息時借助水塔的水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能夠維持供水管路中水呀的基本恒定。 但是建造水塔需花費財力，水塔還會造成水的二次污染。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問題。通常的辦法是：用水量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉動速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需作出相反的調節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動機速度調節(jié)技術不發(fā)達的年代是不可設想的，但是今天辦到這一點已經變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉速的平滑連續(xù)調節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。 建造水塔需要花費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么可不可以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題。通常的辦法是：用水量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉動速度以保持管網(wǎng)中水壓的不變，用水量小時又需要做出相反的調節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路，這在電動機速度調節(jié)技術不發(fā)達的年代是不可以想象的，但是在今天辦到這一切已經邊的很容易了。 4.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構成 恒壓供水泵站一般需設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵及電機節(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，但用水量少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網(wǎng)水管壓的恒定，水泵電機的轉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)臺電機陪一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余水泵共頻運行，以滿足不同用水兩的需求。 下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖4-1所示，圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設在泵站的出水口。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變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調節(jié)器。 圖4-1 變頻恒壓供水站的基本組成 調節(jié)器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能： 1. 設定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設定。供水距離越遠，用水地點越高，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，水壓的設定值可能不只一個，一般消防用水的水壓要高一些，調節(jié)器具有給定值設定功能，可以以數(shù)字量進行設定，也有的調節(jié)器以模擬量方式設定。 2. 接受傳感器送來的管網(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，依一定的調節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調節(jié)信號。調節(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速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機的轉速。這些都是由調節(jié)器的輸出信號控制。為了實現(xiàn)調節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調節(jié)工作中還有個調節(jié)規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調節(jié)器的調節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調節(jié)，俗稱PID調節(jié)。調節(jié)器的調節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者設定的，PID調節(jié)過程視調節(jié)器的的內部構成由數(shù)字式調節(jié)及模擬量調節(jié)兩類，以微型計算機調節(jié)器多為數(shù)字調節(jié)器。 調節(jié)器的輸出信號一般式模擬信號，4~20mA變化的電流信號或0~10V間變化的電壓信號。信號的量值與前面提到的差值成正比，用于驅動執(zhí)行設備工作。 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4-2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。為了保障供水的持續(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)，關閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，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；當有火災發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關閉生活用水管網(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?；馂慕Y束后將三臺泵再改為生活供水使用 圖4-2生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構成圖 4.2 系統(tǒng)控制要求 對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： 1. 生活供水時，系統(tǒng)應低恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)應高恒壓值運行； 2. 三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先停”的原則介入和退出； 3. 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過3H，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長； 4. 三臺泵在啟動時又要軟啟動功能； 5. 要有完整的報警功能； 6. 對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。 4.3 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配 PLC要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設備的開關量，同時要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設備，以便對現(xiàn)場設備進行控制。PLC是通過I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC與外部設備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅動能力的信號，以實現(xiàn)被控設備與PLC的I/O接口之間的電平轉換、電氣隔離、串/并轉換、A/D與D/A轉換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場設備向PLC提供信號，包括人為的控制信號和能描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關量信號，例如由按鈕、限位開關、繼電器觸點、接近開關、撥碼器等提供的開關量。這些信號經過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉換等處理后，變成CUP能夠接受和處理的信號。輸出單元將經過CUP處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅動各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節(jié)閥、調速裝置等。 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、代碼及地址編號如下表4-1及4-2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4-1 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱 代 碼 地址編號 輸入信號 手動和自動消防信號 SA1 I0.0 水池水位下限信號 SLL I0.1 水池水位上限信號 SLH I0.2