【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 1 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第一章 緒論 恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí) ,出口壓力保持恒定的供水方式，供水網(wǎng)出口壓力根據(jù)用戶需求設(shè)定。傳統(tǒng)供水方式采用水塔、高位水箱、氣壓罐等設(shè)施實(shí)現(xiàn)，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)恒壓供水提供了可靠的技術(shù)保障。利用變頻器與可編程控制器及 PID 調(diào)節(jié)器相結(jié)合而構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)水泵輸出量，取代水塔，水箱、氣壓罐等，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 變頻恒壓供水是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，并取得了極其可觀的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。 變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能原理 變頻供水變頻調(diào)速系統(tǒng)原理 說(shuō)明：圖中水泵是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制，實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。變頻器接受 PID 調(diào)節(jié)器的電流信號(hào)對(duì)水泵進(jìn)行速度控制，綜合給定信號(hào)與反饋信號(hào)后，經(jīng) PID 調(diào)節(jié)，向變頻器輸出運(yùn)轉(zhuǎn)頻率指令。壓力傳感器監(jiān)測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為控制器可接受的模擬信號(hào)，系統(tǒng)接受信號(hào)后自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析及系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 經(jīng)濟(jì)效益分析 根據(jù)流體力學(xué)原理可知：變量泵的功率 P供水量 Q1 與泵轉(zhuǎn)速 n1三者的關(guān)系如下式： P1/Q1=(n1/n)3 Q1/Q=n1/n 變 頻 器 水泵電機(jī) 變頻器 PID 壓力傳感器 頻率指令 運(yùn)行指令 給定 + 反饋 — 出口水壓 檢測(cè)口 最終用水 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制原 理圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 2 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 式中： Q為額定流量； Q1Q； P1為額定流量時(shí)的電機(jī)軸功率； n為水泵的額定轉(zhuǎn)速。 額定流量 Q=100%時(shí)， n=100%，若 n1=90%n 時(shí)， Q1=90%Q； P1=%P，即可節(jié)電%。若 n1=80%n 時(shí)， Q1=100%Q； P1=%P，即可節(jié)電 %。 當(dāng)然以上的公式和計(jì)算方法為理論值，在實(shí)際運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)影響節(jié)能效率的因素有很多如：管損、水泵運(yùn)行狀態(tài)、變頻器選型情況（變頻器輸出頻率精度、變頻器控制方式等）、控制程序合理性、 PID 參數(shù)穩(wěn)定性等。在以上 因素為正常合理的情況下，全自動(dòng)根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，變流量恒壓供水控制系統(tǒng)的節(jié)能效率一般在 30％以上。 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電機(jī)的電源頻率而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速?gòu)亩淖兯贸隹趬毫?，這種方式比靠調(diào)節(jié)閥門控制水泵出口壓力的方式具有節(jié)能效果顯著、降低管道阻力、大大減少截留損失的優(yōu)點(diǎn)。 由于變量泵工作在變頻運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)其出口流量小于額定流量時(shí)，泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速，這樣就減少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長(zhǎng)了泵和電機(jī)的機(jī)械使用壽命，大大減少了設(shè)備的維護(hù)工作量和費(fèi)用。 系統(tǒng)由于實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng) 恒壓控制，無(wú)需專門的操作人員操作，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力資源，同時(shí)大大提升了系統(tǒng)自動(dòng)化控制和管理的水平。 每一臺(tái)水泵的啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)方式，按照變頻器設(shè)定的加減速時(shí)間進(jìn)行升降速避免了電機(jī)工頻啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊而造成的對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也避免了電機(jī)突然加速致使泵產(chǎn)生“喘振”現(xiàn)象。 由于變量泵工作在變頻控制狀態(tài)，其運(yùn)行轉(zhuǎn)速是由供水量所決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可節(jié)約相當(dāng)可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的。由于全自動(dòng)恒壓變流量供水控制系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，因此系統(tǒng)投資回收期短（一般在 18 個(gè)月以 下），而系統(tǒng)的長(zhǎng)期收益和其帶來(lái)的社會(huì)效益也是非?？捎^的。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 3 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 PLC 簡(jiǎn)介 PLC 即可編程控制器（ Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義： PLC英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是 :一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專 為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程 .PLC 是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語(yǔ)言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說(shuō)有半導(dǎo)體的地方就有 PLC PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸 出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 國(guó)際電工委員會(huì) (IEC)在其標(biāo)準(zhǔn)中將 PLC 定義為 : 「可程式邏輯控制器是一種數(shù)位運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等 面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？沙淌竭壿嬁刂破骷? 其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè) 整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC 的特點(diǎn) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F系列 PLC 平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá) 30 萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 帶有硬件故 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 4 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC等各 種工業(yè)控制中。加上 PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同 ． 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(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 39 頁(yè) 第 5 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài) 或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 PLC的可 *性，近年來(lái)對(duì)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(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可 *得電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般 交流電壓波動(dòng)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。 PLC 的工作原理 掃描技術(shù) 當(dāng) PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程 序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)