【正文】 中通過調(diào)用子程序來(lái)是實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)只有一臺(tái)變頻泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，對(duì)連 續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行判斷，超過 3h 則自動(dòng)倒泵變頻運(yùn)行。由于各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進(jìn)行說明。而試燈按鈕按下時(shí)，各指示燈會(huì)一直點(diǎn)亮。由于在圖 運(yùn)行控制做詳細(xì)介紹，因此圖 和圖 對(duì)其作了完整的補(bǔ)充。假設(shè)所選變頻 器的輸出頻率范圍為 0~100HZ，則上下限給定值分別為 16000 和 6400。 32 圖 初始化子程序 SBR_0梯形圖 (2) PID 控制中斷子程序 首先將由 AIW0 輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，經(jīng)過 PID 運(yùn)算后，再將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成輸出值，由 AQW0 輸出模擬信號(hào)。 PID 控制 器各個(gè)部分的作用及其在控制中的調(diào)節(jié)規(guī)律如下： 比例增益部分 (P)用于保證控制量的輸出含有與系統(tǒng)偏差成線性關(guān)系的分量，能夠快速反應(yīng)系統(tǒng)輸出偏差的變化情況。因此積分作用主要是用來(lái)消除系統(tǒng)的靜態(tài)偏差， 提高精度，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。它是用來(lái)控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，減小調(diào)節(jié)時(shí)間，用來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特特性。顯 然，對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)來(lái)說，單獨(dú)使用上面任意一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。當(dāng)供水能力 36 和用水需求之間不能平衡時(shí)，必然引起壓力的變化。其具體調(diào)節(jié)過程如下： 1）穩(wěn)態(tài)運(yùn)行：當(dāng)供水能力等于用水需求，目標(biāo)壓力信號(hào) r 和壓力反饋信號(hào)y相當(dāng)，偏 差 e=yr=0， PID 輸出的控制增量Δ u=0，變頻器輸出頻率不變，水泵轉(zhuǎn)速不變，處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。 37 軟件型，使用離散形式的 PID 控 制算法在可編程序控制器 (或單片機(jī) )上做 PID 控制器。采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng) 3臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行與調(diào)速。由西門子 S7 200 系列 PLC、變頻器和壓力傳感器等組成的恒壓供水系統(tǒng) ,充分發(fā)揮了 PLC 內(nèi)置的 PID 運(yùn)算模塊 ,自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸 出頻率、投入使用泵數(shù) ,達(dá)到恒壓供水的目的 。隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會(huì)越來(lái)越普及，當(dāng)然對(duì)恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。 39 。另外本文的設(shè)計(jì)、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵的能耗大約占整個(gè)電能能耗的三分之一左右。同時(shí)通過變頻器自帶保護(hù)功能可輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷。 采用模塊化的編程方式進(jìn)行了 PLC 程序的設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能、程序控制算法都基本達(dá)到系統(tǒng)工藝的要求。 38 第五章 總 結(jié) 全文總結(jié) 本 文針對(duì)我國(guó)中小城市水廠供水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于 PLC 的變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。 3）當(dāng)用水量減小時(shí)：當(dāng)用水量減小時(shí)，用水需求小于供水能力，水壓上升，壓力反饋信號(hào) y增大，偏差 e=yr0， PID 輸出的控制增量Δ u0，變頻器輸出頻率下降，水泵轉(zhuǎn)速降低，減弱 供水能力，最后達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，使壓力回復(fù)，維持供需平 。 在供水系統(tǒng)中，變頻器、 PID 控制器 、壓力變送器、水泵等構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以對(duì)供水能力實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。一般來(lái)說，系統(tǒng)是使用它們的組合，如 PI控制算法， PD控制算法和 PID 控制算法。 PID 的三種作用是各自獨(dú)立的，互不影響的。然而，單純的積分作用速度太慢，無(wú)法及時(shí)對(duì)系統(tǒng)的偏差變化做出快速反應(yīng)。 積分部分 (I)表明控制器的輸出不僅與輸入控制的系統(tǒng)偏差的大小有關(guān)，還與偏差持續(xù)的時(shí)間有關(guān)，即與偏差對(duì)時(shí)間的積分成線性關(guān)系。 33 34 圖 PID控制中斷子程序 INT_0梯形圖 PID 設(shè)計(jì) PID 控制 PID 控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣泛的反饋控制方式之一。最后再設(shè)置定時(shí)中斷和中斷連接。 3泵的運(yùn)行控制情況與 2泵相似，在此就不再重復(fù)。 由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復(fù)雜，不方便全部畫出，在此僅畫出其控制過程的流程圖。 (6) 報(bào)警及故障處理程序 本系統(tǒng)中包括水池水位越限報(bào)警指示燈、變頻器故 障報(bào)警指示燈白天模式運(yùn)行指示燈以及報(bào)警電鈴。當(dāng)?shù)谝淮紊想姟⒐收舷蛘弋a(chǎn)生 1泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)并且系統(tǒng)無(wú)故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位 1水泵變頻運(yùn)行信號(hào)、 1泵未工作在工頻狀態(tài)時(shí)， 置 1， KM2常開觸點(diǎn)閉合接通變頻器，使 1水泵變頻運(yùn)行，同時(shí) KM2 常閉觸點(diǎn)打開防止 KM1線圈得電，從而在變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖， KM2 的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。 (2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序 當(dāng) PID 調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率（或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí) 5min（以便消除水壓波動(dòng)的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺(tái)數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)。 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) PLC 主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動(dòng)程序、水泵電機(jī)變頻 /工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量 (壓力、頻率 )比較計(jì)算程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。 語(yǔ)句表 (STL)語(yǔ)言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。 圖 只是簡(jiǎn)單的表明 PLC 及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號(hào)S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋ －壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號(hào)輸 入 變 頻 器 圖 PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個(gè)輸入量，其中包括 4個(gè)數(shù)字量和 1個(gè)模擬量。 (5) 系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)水泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過 3h，則要切換下一臺(tái)水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)水泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。同理， 3水泵的控制原理也是如此。 （ 2）自動(dòng)控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)下。單刀雙擲開關(guān) SA 打至 1 端時(shí)開啟手動(dòng)控制模式，此時(shí)可以通過開關(guān)分別控制三臺(tái)水泵電機(jī)在工頻下的運(yùn)行和停止。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位是只提供一個(gè)干觸發(fā)點(diǎn)信號(hào)，本系統(tǒng)通過一個(gè)中間繼電器 KA 的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)頻控制。 如圖 為電控系統(tǒng)控制電路圖。當(dāng)采用手動(dòng)控制時(shí)，必須采用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)或軟啟動(dòng)的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)器。初始運(yùn)行時(shí)，必須觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時(shí)，也必須先將工頻接觸器斷開，才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以 KM1 和 KM KM3 和KM KM5 和 KM6 絕對(duì)不能同時(shí)動(dòng)作，相互之間必須設(shè)計(jì)可靠的互鎖。當(dāng)電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，連接至變頻器的隔離開關(guān)及變頻器輸出端的接觸器斷開，接通工頻運(yùn)行的接觸器和隔離開關(guān)。接觸器 KM KM KM5 分別控制 MM M3 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運(yùn)行；FR FR FR3 分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器； QS QS QSQS4 分別為變頻器和三臺(tái)水泵 電機(jī)主電路的隔離開關(guān)； FU 為主電路的熔斷器。 圖 遠(yuǎn)傳壓力表 用途說明： 電阻遠(yuǎn)傳壓力表適用于測(cè)量對(duì)銅及銅合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質(zhì)的壓力。 設(shè)計(jì)中需要測(cè)量管道出口處的壓力值，故采用遠(yuǎn)傳壓 力表。絕對(duì)壓力與大氣壓力之差稱為表壓力，用 PI 表示。絕對(duì)壓力是指被測(cè)介質(zhì)作用在單位面積上的全部壓力，用 PA 表示。 變頻器與 PLC 的連接 V V V FRSTUVWMY 2Y 1C M EY 5 CX 1F W D1 2C M頻 率 到 達(dá) 5 0 H Z頻 率 到 達(dá) 5 H Z1 1Y 5 AQ FK MK A 3K A 42 4 VF R 圖 變頻器 18 圖 變頻器與 PLC 的連接 19 變頻器與 PLC 的連接如 圖 所示，其中變頻器各端子功能如下： R,S,T 端子為主電路的電源輸入端子，連接三相電源，不需考慮連接相序；U,S,W 端子為變頻器輸出連接端子，連接三相電機(jī)水泵，如電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不對(duì)，則可交換其中的任意兩相； G 端子為接地端子；端子 11 為模擬輸入信號(hào)的公共端子；端子 12 為設(shè)定電壓輸入端，輸入 PID 控制的反饋信號(hào)，以此來(lái)設(shè)定頻率；FWD 端子為正轉(zhuǎn)運(yùn)行 /停止命令端子，端 子 FWDCM 間：閉合（ ON），正轉(zhuǎn)運(yùn)行；斷開（ OFF），減速停止，此端子有 PLC 輸出點(diǎn)控制；接點(diǎn)輸入公共端 CM 為接點(diǎn)輸入信號(hào)的公共端子； X1為選擇輸入 1端子，作為報(bào)警復(fù)位命令信號(hào)端子； YY2 為晶體管輸出 1 端子與晶體管輸出 2 端子，為水位上限與下限報(bào)警端子；晶體管輸出公共端 CME，為晶體管輸出信號(hào)的公共端子，端子 CM和 11在變頻器內(nèi)部相互絕緣；可選信號(hào)輸出繼電器端子 Y5A,Y5C,為變頻器報(bào)警輸出端子 [5]。使用繼電器接點(diǎn)時(shí)，常因接觸不良而帶來(lái)誤動(dòng)作 。 P11S 系列是風(fēng)機(jī)泵用標(biāo)準(zhǔn)系列，采用 高性能和多功能的理想結(jié)合動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩矢量控制 ， 能在各種運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的最佳控制。 這個(gè)方式用于改造工程，對(duì)于原來(lái)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)處于大馬拉小車的情況，可以選擇功率比較合適的變頻器以節(jié)省投資： Ievf≥K 2Id (32) 式中， K2 是電流裕量系數(shù)，考慮到測(cè)量誤差，可取 K2=～ ，在頻繁啟動(dòng)停止時(shí)應(yīng)該取大值； Id 是電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)運(yùn)行電流，指的是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電流，不包括啟動(dòng)、停止和負(fù)載突變的動(dòng)態(tài)電流，實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)該針對(duì)不同工況作多次測(cè)量，取其中最大值。作為估算依據(jù)，在 16 一般恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用時(shí)可以放大一級(jí)估算，例如， 90KW 電動(dòng)機(jī)可以選擇 110KW變頻器。 EM235 模塊可以針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。 PLC和上位機(jī)的通信采用 PC/PPI 電纜，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 (PPI)協(xié)議，PC/PPI 電纜可以方便實(shí)現(xiàn) PLC 的通信接口 RS4