【正文】 .............29 PLC 應(yīng)用的開發(fā)步驟 ...........................................................................................29 PID 調(diào)節(jié) ................................................................................................................30 PID 調(diào)節(jié)原理 ..................................................................................................30 PID 參數(shù)設(shè)置 ..................................................................................................31 PID 設(shè)定值的調(diào)整及控制算法 ......................................................................31 PLC 程序 ...............................................................................................................33 基 本步驟 .........................................................................................................33 程序中使用的繼電器 .....................................................................................34 PLC I/O 表 ......................................................................................................37 程序流程 .........................................................................................................37 PLC 程 序的運(yùn)行和模擬調(diào)試 .........................................................................436 調(diào)試 ..............................................................................................................................44 硬件功能調(diào)試 ........................................................................................................44 系統(tǒng)總體調(diào)試 ........................................................................................................44結(jié) 論 .........................................................................................................................45致 謝 .........................................................................................................................46參考文 獻(xiàn) .........................................................................................................................47附錄 PLC 梯形圖 ........................................................................................................481 / 62前 言據(jù)報(bào)道，目前國(guó)內(nèi)在用的水泵和風(fēng)機(jī)約 5000 萬(wàn)臺(tái)，年消耗的電量可達(dá)約1000 億度。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表的資料顯示：中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國(guó)、德國(guó)等的 4 倍左右，消耗的水是他們的 2 倍左右。我國(guó)的大量用電設(shè)備中，風(fēng)機(jī)和水泵類電機(jī)的耗電量占全國(guó)發(fā)電量 50%左右，若推廣新型電機(jī)調(diào)速技術(shù)，可節(jié)電 40%左右，即可以節(jié)約全國(guó)發(fā)電量的 1/5。由于我國(guó)人均占有水、電資源相對(duì)于別國(guó)又少很多，因此，在我國(guó)一方面水電供應(yīng)緊張，而另一方面，水電的浪費(fèi)又十分驚人。節(jié)電節(jié)水，不僅潛力巨大，而且意義深遠(yuǎn)。恒壓供水是指供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時(shí)，其出口壓力保持不變的供水方式。供水系統(tǒng)的主要參數(shù)有：流量、揚(yáng)程、管阻和壓力。采用變頻器后可以節(jié)能有三個(gè)方面：管阻特性曲線保持不變(閥門全開)，揚(yáng)程特性曲線下降(轉(zhuǎn)速下降)，使流量下降與用戶需求量下降平衡，以保持水壓大致恒定；轉(zhuǎn)速控制方式使水泵的工作效率一直處于最佳狀態(tài)；不處于滿載狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)因?yàn)檩斎腚妷旱慕档?，它的效率也將相?duì)于不采用變頻降壓有所提高。在本次設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)基于PLC 生活給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)三菱 FX2N32MR PLC 和 ATV38(施耐德) 變頻器進(jìn)行對(duì)生活給水控制系統(tǒng)的手動(dòng)、自動(dòng)控制，達(dá)到變頻恒壓的理想狀態(tài)。通過(guò)在三菱的 PLC GX Developer7 上進(jìn)行編程，通過(guò)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室提供的設(shè)備上進(jìn)行一定的檢查和調(diào)試。由于本人設(shè)計(jì)水平有限，所以設(shè)計(jì)中多少有些錯(cuò)誤，請(qǐng)予批評(píng)指正。謝謝！2 / 621 緒論 項(xiàng)目的意義及應(yīng)用背景變頻控制技術(shù)的進(jìn)步不僅僅是異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的特性。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點(diǎn)，因此人們才有可能按照實(shí)際要求，自行構(gòu)成一個(gè)適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從 90 年代初開始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義 [1]。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要有 [2]：①帶 PID 回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器(PLC)的控制系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，變頻器的作用是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部 PID 控制程序的計(jì)算，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入 PID 回路調(diào)節(jié)器，由后者進(jìn)行運(yùn)算后，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或 PID 回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)講，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊 PWM 調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。這樣，可編程控制器的成本沒有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開關(guān)量輸入/ 輸出的可編程控制器和一個(gè)PID 回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PID 控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。3 / 62②新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新產(chǎn)品，如華為的 TD2100，施耐德公司的 Altivar58 泵切換卡，SANKEN 的 SAMCOI 系列，ABB 公司的 ACS600、ACS400 系列，富士公司的G11S/P11S 系列等。這些產(chǎn)品將 PID 調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于 PID 運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì) PID 算法的編程，而且 PID 參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的 PID 調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。這類變頻器的價(jià)格僅比通用變頻器略高一點(diǎn)，但功能卻強(qiáng)很多，所以采用帶有內(nèi)置 PID 功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間。在滿足工藝要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。③供水專用變頻器供水專用變頻器是將普通變頻器和 PLC 控制器集成在一起，是集供水管控一體化的系統(tǒng)，內(nèi)置供水專用 PID 調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻器自帶的 PID 調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定即可使用變頻器的鍵盤設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運(yùn)行，以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定日供水壓力。面板可以直接顯示壓力反饋值(MPa) 。系統(tǒng)供水有兩種基本運(yùn)行方式：變頻泵固定方式和變頻泵循環(huán)方式。變頻泵固定方式最多可以控制 7 臺(tái)泵，可選擇“先開先關(guān) ”和“ 先開后關(guān)”(適用泵容量不同場(chǎng)合) 兩種水泵關(guān)閉順序；變頻泵循環(huán)方式最多可以控制 4 臺(tái)泵，系統(tǒng)以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵。供水系統(tǒng)采用變頻供水技術(shù)可改善供水水質(zhì)，且自動(dòng)化程度高，又是國(guó)家節(jié)能推廣技術(shù)，但若選擇使用不當(dāng)，又會(huì)造成電能 浪費(fèi) ，因此設(shè)計(jì)人員在方案確定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點(diǎn)、用水規(guī)模、設(shè)備投資等因素綜合考慮，在保證可靠供水前提下，充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力。 課題的方案設(shè)計(jì)根據(jù)該題目的要求：有四臺(tái)水泵電機(jī)構(gòu)成次基于 PLC 的生活給水控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩種工作模式，即手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。①手動(dòng)模式：自由操作，可以只啟動(dòng)水泵電機(jī)組的任何水泵電機(jī)；4 / 62②自動(dòng)模式：1）自動(dòng)輪換2）備用自投3）先啟先停4）故障檢測(cè)和指示方案 1：這四臺(tái)水泵電機(jī)直接啟動(dòng)，無(wú)變頻調(diào)節(jié)作用。 按照“先啟先?！?、“備用自投”運(yùn)行，這個(gè)方案主要沒有變頻調(diào)節(jié)作用，這對(duì)水資源不能合理的分配利用，浪費(fèi)電力，這個(gè)方案僅對(duì)用戶需求流量較為穩(wěn)定的情況應(yīng)用。方案 2：由三臺(tái)主泵和一個(gè)變頻泵構(gòu)成，三臺(tái)主泵按照“先啟先?！?、 “備用自投”運(yùn)行，具有變頻調(diào)節(jié)作用，相對(duì)地合理的分配利用水資源，相對(duì)節(jié)約了電力，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)較為合理的解決方案。本課題采用方案 2。 本文研究的內(nèi)容本文介紹可編程控制器(PLC)為控制核心，施耐德公司的 ATV38 系列帶內(nèi)置PID 功能的變頻器為執(zhí)行元件，采用 PID 算法控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)出口管網(wǎng)壓力，使之達(dá)到用戶期望的恒定壓力。其中主要內(nèi)容包括恒壓供水原理，PLC 原理，變頻調(diào)速原理，通過(guò)設(shè)置幾個(gè)主要器件 I/O 參數(shù)，實(shí)現(xiàn) PLC，變頻器，壓力傳感器之間的通訊、控制功能。5 / 622 恒壓供水原理及工藝 系統(tǒng)的組成和基本工作原理變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由供水控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓泵組、穩(wěn)壓氣壓罐等組成。系統(tǒng)控制示意圖如圖 2. 1： 變 頻 器4DAPLC FX2N執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 隔 膜 式氣 壓 罐泵 組供 水 控 制 系 統(tǒng)浮球液位開關(guān) 至用戶水 源圖 2. 1 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制示意圖供水控制系統(tǒng) 主要由交流變頻調(diào)速器、可編程控制器、外圍操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)及保護(hù)電路、壓力傳感器、蓄水池液位控制器（水源缺水保護(hù)用）等組成。穩(wěn)壓泵組 穩(wěn)壓泵組主要由三臺(tái)主泵和一個(gè)變頻泵構(gòu)成，三臺(tái)主泵按照“先啟先?！?、 “備用自投”運(yùn)行，其變頻泵供水揚(yáng)程大于或等于主泵的供水揚(yáng)程。它只在管網(wǎng)用戶流量需求變化時(shí)自動(dòng)投入變頻運(yùn)行，維持管網(wǎng)的壓力，補(bǔ)充小流量用水或管網(wǎng)的滲漏，同時(shí)使主泵在管網(wǎng)小流量和零流量時(shí)處于停機(jī)狀態(tài)。氣壓罐 氣壓罐是一種密閉容器。大流量供水時(shí)，由水泵加壓，罐內(nèi)貯存的氣體被壓縮；在小流量或零流量供水時(shí)，被壓縮氣體泄壓膨脹，將貯存在罐內(nèi)的水壓輸入配水管網(wǎng)，補(bǔ)充用戶的小流量用水或管網(wǎng)的滲漏，同時(shí)使主泵在小流量和零流量用水時(shí)處于停機(jī)狀態(tài)。6 / 62系統(tǒng)由水泵機(jī)組、變頻柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。變頻柜由變頻器，PLC 低壓電器等構(gòu)成。系統(tǒng)控制 25KW 水泵 4 臺(tái)。變頻恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理如下：PLC 的數(shù)據(jù)寄存器給出供水壓力設(shè)定值，由 FX2N4DA 轉(zhuǎn)換為模擬量的形式送入變頻器 PID 調(diào)節(jié)器輸入口 AI1+、 AI1，壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻器自帶的 PID 調(diào)節(jié)器輸入口 AI2+、AI2，變頻器根據(jù) PID 調(diào)節(jié)器調(diào)整變頻水泵電機(jī)的電源頻率，進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速 [3]。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)用戶的用水水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采