【正文】 1 章 緒論 5 常用的存貯器形式有 CMOSROM、 EPROM 和 EEPROM。用戶不能訪問和修改存貯器這部分的內(nèi)容用戶存貯器主要用來存放用戶的應 用程序。為確保 PLC 機控制系統(tǒng)的可靠性 ,CMOSRAM 存貯器有預防電源掉電故障的鏗電池保護措施 ,以防電源掉電后破壞它的存貯內(nèi)容。 ⑶ 輸入 /輸出模塊 :輸入 /輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口。可編程控制器有多種輸入 /輸出模塊 ,其類型有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量 數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 ,即 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是 05V和 O10V 兩種 ,模擬 電流主要是 020mA和 420mA 兩種。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號 ,提供給執(zhí)行機構(gòu)。 ⑸ 編程器 :它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。用于 IBM 一 PC 及其兼容機的編程器。圖形編程器還可與打印機、錄音機、繪畫儀等設備連 接 ,有較強的監(jiān)控功能。 監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤 ,一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視 ,也可以對成組器件 的工作狀態(tài)進行監(jiān)視 ,還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài) ,除搜索、監(jiān)視、跟蹤外 ,還可以對一些器件進行操作。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵 ,在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵 ,以選第 1 章 緒論 7 擇其中一種方式工作。擴展模板的外形一般也小巧、堅固 ,有易于接線的端子排 ,帶有擴展總線或通過總線連接器與 CPU 相連。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能 ,專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能 ,而且將進一步提高控制質(zhì)量與可靠性。通常 ,一個 PLC 機架只能容納一定數(shù)量的模塊插件 ,這種包含主機模塊和部分 I/O 模塊的機架稱為基本控制單元。當用戶程序己裝入 PLC 的存儲器 ,編程器就可以被分離 ,基本控制單元將自動進入執(zhí)行用戶程序狀態(tài)。這種編程方法是在傳統(tǒng)繼電器梯形圖基礎(chǔ)上進行一定演變而形成的 ,突出了各編程原件之間的邏輯關(guān)系。 ⒉ 分析了變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能的原理，確定變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制方案，給出了變頻恒壓供水的控制流程和工作原理；分析了在變頻恒壓供水中水泵切換的工作狀況。 從式 可知，三相異步電動機的調(diào)速方法有： ⑴ 改變 電源頻率； ⑵ 改變電機極對數(shù)； ⑶ 改變轉(zhuǎn)差率； 改變電機極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，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，而且級差比較大即變速時轉(zhuǎn)速變化較大，轉(zhuǎn)矩也變化大，因此只適用于特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機械。目前 風機泵類節(jié)能型變頻器大多采用了改變輸出頻率和輸出電壓的比例關(guān)系的控制方式。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起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。 ⒉ 通用變頻器 +單片機 (包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制 )+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。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)。 通過對以上這幾種方案的比較和分析 ,可以看出“通用變頻器 +PLC+人機界面+壓力變送器”的控制方式更適合于本系統(tǒng)。而高水 位區(qū)選擇使用一臺變頻器對多臺水泵進行循環(huán)控制。 供水系統(tǒng)框圖如下圖 所示 ： 圖 恒壓供水系統(tǒng)框圖 選用三 臺可調(diào)速泵由一臺變頻器控制，在一臺可調(diào)速泵可以滿足供水要求時，只開啟一臺水泵，由變頻器調(diào)速，當該臺水泵無法滿足供水要求時將其由變頻轉(zhuǎn)為工頻，變頻器轉(zhuǎn)而控制另一臺水泵，以此類推，從而實現(xiàn)小區(qū)的恒壓供水。 為了減少對泵組、管道所產(chǎn)生的水錘 ,泵組配置電動蝶閥 ,開啟水泵后打開電動碟閥 ,當水泵停止時先關(guān)電動碟閥后停機。 通過 PID控制算法對變頻器進行實時控制。供水系統(tǒng)的增容和減容容易 ,無需更換水泵 ,只要再增加恒速泵即可 。水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值 ,它是恒壓供水控制的主要反饋信號。 ⑶ 控制機構(gòu) :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 (PLC系統(tǒng) )、變頻器和電控設備三個部分。 根據(jù)水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同 ,變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式 ,變頻循環(huán)式即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 。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域 ,所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行 ,防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷造成故障 ,因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測 ,由 PLC 判斷報警類別 ,進行顯示和保護動作控制 ,以免造成不必要的損失。如果用水量繼續(xù)增加 ,滿足增加水泵的條件 ,將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換 ,并有新的水泵投入并聯(lián)運行。而最后一臺變頻泵則絕對不會關(guān)閉。 0400Hz 范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié) ,但當它用在供水系統(tǒng)中 ,其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的 ,不可能無限地增大和減小。通過水泵機組切換 ,增加運行機組數(shù)量來實現(xiàn) 恒壓。當變頻器輸出頻率低于該值時，則關(guān)閉該變頻泵，并進行壓力比較以決定是否啟動上一變頻泵。由于在變頻運行狀態(tài)下 ,水泵機組中電機的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定 ,這個頻率仍遠高于設定的水泵切換所需下限頻率。減小了系統(tǒng)負擔。同時 ,在切換過程和變頻器從啟動到穩(wěn)定的過程中 ,系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的 ,實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。相應的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的 ,其實質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應用和判別條件的延時成立。如果變頻器的輸出為下限頻率 ,則只有當實際的供水壓力比設定壓力大 2Pd 的時候才允許進行機組的增加。根據(jù)這個特點 ,在判別條件中加入延時的判斷就顯得尤為必要了。 華北理工大學機械工程學院 18 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)主要裝備選型 參照華北地區(qū)人均用水量及 所選 居民小區(qū)進行需水量計算 ，數(shù)據(jù)如下： 8棟樓，供水目標為 6~15 層，每層 8戶，每戶 4 人，人均用水 190L/日則 高峰期流量 =8 10 8 4 190 247。 故以此為依據(jù)進行主要設備選型如下： 表 31 設備選型及功能參數(shù)表 設備 型號 功能參數(shù) 水泵 長沙工業(yè)泵總廠 100D16 4 流量 錯誤 !未找到引用源。因此我們在選第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 19 擇 PLC 時 ,要考慮 PLC 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編 程軟件的方便與否等多方面因素 ,以日本三菱 PLC例 ,該 PLC有 FX。依據(jù)控制任務 ,從 PLC 的輸入 /輸出點數(shù)、存儲器容量、輸入 /輸出接口模塊類型等方面等來選 PLC型號。由于 FX2N 系列具備如下特點 :最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊 ,它可以在實際自動化工程應用中提供最大的靈活性和控制能力。 水泵機組的選型 水泵機組的選型基本原則 ,一是要確保平穩(wěn)運行 。 /h,揚程 60 米左右 ,出水口水壓大小為 ； ⑵ 系統(tǒng)能自動可靠運行 ,為方便檢修和應急 ,應具備手動功能 ,各主泵均能可靠地實觀軟啟動； 華北理工大學機械工程學院 20 ⑶ 具有完善的保護和報警功能 ,系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟運行性能。 這三個公式是統(tǒng)一的 ,選擇變頻器容量時 ,應同時滿足三個算式的關(guān)系 ,尤其變頻器電流是一個較關(guān)鍵的量。為風機、泵用 P11S 系列 ,標準設有風機、泵最佳第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 21 自動節(jié)能運行方式，泵用容量 。 壓力變送器的選型 壓力變送器是將水管中的壓力信號變成 15V 或 420mA 的模擬量信號 ,作為模擬輸入模塊 (A/D 模塊 )的輸入 ,在選擇時 ,為了防止傳輸過程中的干擾與損耗 ,我們采用 420mA 輸出壓力變送器。用于閉式水循 環(huán)系統(tǒng)中，起到了平衡水量及壓力的作用，避免安全閥頻繁開啟和自動補水閥頻繁補水，當外界有壓力的水進入膨脹罐氣囊內(nèi)時，密封在罐內(nèi)的氮氣被壓縮，體積變小壓力升高，直到膨脹罐內(nèi)氣體壓力與水的壓力達到一致時停止進水。觸摸屏具有堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間、易于交流 等許多優(yōu)點。 在工業(yè)控制上 POD 作為 PLC 的前端設備在用戶和機器（例如變頻器）之間架設了一條橋梁，可以用一種簡單明了而又靈活的方式來取代傳統(tǒng)設備大量的觸華北理工大學機械工程學院 22 控按鈕、指示燈、選擇開關(guān)等。 本例中選擇 三菱公司生產(chǎn)的 GT1155QTBD，其屬于三菱推出的 GOT1000 系列中的 GT11 基本功能機型，屬于經(jīng)濟性設備。變頻器的主電路輸出端子 (U,V,W)經(jīng)接觸器接至三相電動機上 ,當旋轉(zhuǎn)方向與工頻時電機轉(zhuǎn)向不一致時 ,需要調(diào)換輸出端子(U,V,W)的相序 ,否則無法工作。供水系統(tǒng)電氣控制主回路的主要聯(lián)線關(guān)系如圖 所示： 第 3 章 系統(tǒng)硬件設計 23 M1 M2 M3 M4變頻器ABCQF1QF2KM1 KM2KM3 KM4 KM5 KM6 KM7 KM8FR1 FR2 FR3FR4圖 系統(tǒng)控制電路分析及設計 在控制電路的設計中 ,必須要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。變頻器的輸出端嚴禁和工頻電源相連 ,也就是說不允許一臺電機同時接到工頻電源和變頻電源的情況出現(xiàn)。在自動狀態(tài)時 ,系統(tǒng)執(zhí)行 PLC 的控制程序 ,自動控制泵的起停。輸出類型為繼電器型 ,其擴展輸出模塊 Fx2N 一 16EYR 有 16個輸出點。 PLC 的 I/O 端口分配及變頻器接線圖 系統(tǒng)中 PLC 型號為三菱 FXZN32MR 的 PLC,它表示的含義包括如下幾部分 :它是基本單元 ,內(nèi)部包括 CPU、存儲器、輸入輸出口及電源 。通過轉(zhuǎn)換開關(guān)及 相應的電路來實現(xiàn) , 圖 ,SA為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān) ,打在①位置為手動狀態(tài) ,打在②位置為自動狀態(tài)。通過隔離 ,可延長系統(tǒng)的使用壽命 ,增強系統(tǒng)工作的可靠性。為 了改善變頻器的功率因素 ,還應在變頻器的 (P1,P2)端子之間接入需相應的 DC 電抗器。連線時一定要注意保證水泵旋向正確 ,接觸器的選 擇依據(jù)電動機制容量來確定。 POD 還具有完善易用 的通信功能。這種技術(shù)極大方便了那些不懂電腦操作的用戶。 觸摸屏的選型 觸摸屏英文名稱為 Programmable Operation Display(簡稱 POD)，即可編程序操作顯示器。 根據(jù)以上的分析 ,本文選用 CJ800D 通用型壓力變送器。內(nèi)置 PID 模塊與 A/D轉(zhuǎn)換模塊。供水系統(tǒng)屬泵類負載 ,低速運行時的轉(zhuǎn)矩小 ,可選用價格相對便宜的 U/f控制變頻器。三臺運行，一臺備用 變頻器的選型 要對系統(tǒng)所用的變頻器進行選型 ,首先 得確定變頻器的容量 ,方法是依據(jù)所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。要使泵組常處于高效區(qū)運行 ,則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。定位控制達到 16 軸 ,脈沖串輸出為 J和 K型熱電偶或 Pt 傳感器開發(fā)了溫度模塊。三菱 FXZN32MR 的主要參數(shù)為 : I/0 點數(shù) :16/16； 基本指令 :27 條； 功能指令 :298 條； 基本指令執(zhí)行時間 : 微秒； 用戶程序步驟 :4K； 通信功能 :強； 輸出形式 :繼電型； 輸出能力 :2A/點； 擴展模塊 FXZN16ER: 8 點輸入， 8 繼電器輸出。Q三大系列 ,在 FX系列中又有 FX15。 轉(zhuǎn)速： 2930r/min 變頻器 富士變頻器 FRENIC 5000P11S 15KW 額定容量 1000= 錯誤 !未找到引用源。如果切換條件不能夠維持延時時間的要求 ,說明判別條件的滿足只是暫時的 ,如果進行機組切換將可能引起一系列多余的切換操作。但這個判別條件的滿足也不能夠完全證明當前確實需要進行機組切換 ,因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題 :際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰 ,這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個第 2 章 系統(tǒng)理論分 析及控制方案確定 17 比較短的時間內(nèi)滿足 ,造成判斷上的失誤 ,引起機組切換的誤操作。 考慮到只有當變頻器的輸出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換 ,并且上限頻率時不可能減泵 ,下限頻率時不可能增泵 ,所以 ,可以采用回滯環(huán)思想進行判別。對于第二個判別條件 ,通過相同的討論方法也能夠得到類似的結(jié)論。在這種情況下 ,如果按照上面的判別條件 ,只要條件一滿足就進行機組切換 ,很可能由于新增加了一臺機組運行 ,供水壓力一下就超過了設定壓力。