【正文】 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 S 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 機(jī)柜的選型與安裝 對于大型設(shè)備的運(yùn)行或安裝環(huán)境中有干擾或污染時，應(yīng)該將 S7300 安裝在一個機(jī)柜中。 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 25 頁 本節(jié)闡述 S7300 中模擬量值的表示方法，簡單介紹模擬量輸入模塊 SM33模擬量輸出模塊 SM33模擬量 I/O 模塊 SM334 的原理、性能參數(shù)等內(nèi)容。圖 17 是 8 個共地的輸入端、輸出端 SM323 模塊的端子連接及電氣原理圖，端子 1～ 10 用于輸入，端子 11～ 20 用于輸出。從響應(yīng)速度上看，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢；從安全隔離效果及應(yīng)用靈活性角度來看，以繼電器觸點(diǎn)輸出型最佳。 (2)數(shù)字量輸出模塊 SM322 數(shù)字量輸出模塊 SM322將 S7300內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機(jī)、燈和電動機(jī)啟動器等。輸入信號進(jìn)入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后才送至輸入緩沖器等待 CPU 采樣。本節(jié)主要介紹數(shù)字量輸入模塊SM32數(shù)字量輸出模塊 SM322 、數(shù)字量 I/O 模塊 SM323 和仿真模塊 SM374。 ? 信號模塊面板上的 LED 用來顯示各數(shù)字量輸入 /輸出點(diǎn)的信號狀態(tài)，模塊安裝在DIN 標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，通過總線連接器與相鄰的模塊連接。 S7300 CPU 有 20 種不同型號，各種 CPU 按性能等級劃分，可以涵蓋各種應(yīng)用范圍。各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加靈活，滿足不同的應(yīng)用需求。盡管如此，每種 PLC 都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時，特別是在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要進(jìn)行充分的考慮。 對于控制比較復(fù)雜、控制功能要求較高的工程項(xiàng)目，如要求實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)絡(luò)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔 機(jī)或高檔機(jī)。 、弱適當(dāng) 對于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的 PLC。 (3) 輸出刷新階段 在執(zhí)行完用戶所有程序后， PLC 將輸出映像區(qū)中的內(nèi)容送到寄存輸出狀態(tài)的輸出鎖存器中，再去驅(qū)動用戶設(shè)備。 (1) 輸入采樣階段 PLC 以掃描工作方式，按順序?qū)⑺行盘栕x入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像區(qū)中 現(xiàn)場輸入 輸入模板 輸入映像區(qū) 執(zhí)行用 戶程序 輸出映像區(qū) 輸出模板 輸出裝置 輸出采樣階段 程序執(zhí)行階段 輸出刷新階段 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20 頁 存儲，這一過程稱為采樣。 PLC 工作過程 PLC 有比計(jì)算機(jī)更強(qiáng)的工業(yè)過程接口，可視為一種特殊的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。如檢查出異常時， CPU 面板上的 LED 及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼 。當(dāng) CPU 進(jìn)入 STOP 方式是轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。機(jī)器上電后對 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，包括硬件初始化， I/O 模塊配置檢測，停電保持范圍設(shè)定及其它初始化處理等。 PLC 的工作方式 PLC 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，所以它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 用“與”、“或”、“非”等邏輯指令來實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)和電路的串、并連，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需 要將梯形圖轉(zhuǎn)化成機(jī)器語言助記符后，才能輸入。 PLC 通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的 PLC 或計(jì)數(shù)機(jī)相連。 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V、177。 輸入單元接受來自用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其它一些傳感器的信號。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的各種用戶程序。 第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。 第一部分為系統(tǒng)管理程序。 存儲器包括：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通 過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 3)采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。進(jìn)入 80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得 PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。他將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有功能強(qiáng)、通用靈活、可靠性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，系統(tǒng)的大部分時間應(yīng)該是工作在2 工頻 1 變頻的狀態(tài)，轉(zhuǎn)速跟隨供水管網(wǎng)壓力的變化。如果仍不能達(dá)到恒壓的控制目的，則說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有問題，或者是水泵的總供水量滿足不了用戶的需求，或者是管壓參數(shù)的定位有問題，需 重新調(diào)整，相應(yīng)增加水泵臺數(shù)或?qū)軌簠?shù)作相應(yīng)的修 改。如果 供水管網(wǎng)欠壓，其轉(zhuǎn)速由零逐步增加，管網(wǎng)水壓升高。通常采用水泵定速運(yùn)行，調(diào)節(jié)出口閥門開度控制流量。 以一臺水泵為例，它的出口壓頭為 0H (出口壓頭即泵入口和管路出口的靜壓力差 )。考慮到這一點(diǎn)，可用 下式來計(jì)算 U2C RBO = (TB )n1 UC—直流回路電壓（ V） TB—制動轉(zhuǎn)矩 (N?m) TM—電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 N1—開始減速時的速度 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 10 頁 如果系統(tǒng)所需制動轉(zhuǎn)矩 TB TM,時，系統(tǒng)就有需要另外的制動電阻，僅電 動機(jī)內(nèi)部的有功損耗的作用，就可使中間直流回路電壓限制在過壓保護(hù)的動 作水平以下 （ 3）制動時平均消耗功率的計(jì)算 如前所述，制動中電動機(jī)自身損耗的功率相當(dāng)于 20%額定值的制動轉(zhuǎn)矩，因此制動電阻器上消耗的平均功率 Pro（ KW）可以求出： N1+n2 Pro=() X 103 (KW) 2 變頻器硬件設(shè)計(jì) 變頻器選用日本安川變頻器 CIMRP5A 45P5產(chǎn)品 , 適配電機(jī) 5. 5 kW , 該變頻器基本配置中帶有 P ID 功能 . 通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給 定 值 , 壓力傳感器反饋來的壓力信號 (0～ 10 V ) 接至變頻器的輔助輸入端 FI、 FC, 作為壓力反饋 , 變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測壓力 , 調(diào)節(jié)輸出頻率 , 改變水泵轉(zhuǎn)速 , 控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上 [ 1 ]. 如圖 3所示 . M M2為變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端 , 該信號進(jìn) PLC, 作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一 , 變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設(shè)定 .MA、 MC 為變頻器發(fā)生故障的輸出信號 , 該兩端連接信號燈 , 以顯示變頻器故障 , 變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵 , 輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位 , 可重新啟動變頻器 . S1和 S3短接 , 并與 Sc 連接到 PLC 的輸出點(diǎn)上 , 由 PLC 控制變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷 。如果回饋能量較 大，則有可能使變頻器的過壓保護(hù)功能動作。一旦出現(xiàn)變頻器輸出端誤接到工頻電網(wǎng)的情況，將損壞變頻器?？梢钥s 短大慣量負(fù)載的自由停車時間。 （ 5）交流電抗器 1ACL 和 2ACL 1ACL 用于抑制變頻器輸入側(cè)的諧波電 流，改善功率因數(shù)。使用變頻器無例外地都應(yīng)采用 QF。變頻器效率可取 ，變頻器輸出功率應(yīng) 為所接電動機(jī)的總功率。其主要 組成部分是：輸出驅(qū)動電路、操作控制電路。 。 定義 變頻器是把工頻電源 (50Hz 或 60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行的設(shè)備。 3)論文就變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析和研究。 3)變頻調(diào)速的軟啟動器避免了電機(jī)和水泵的硬起動，可大大延長聯(lián)軸器壽命。此 外，水錘效應(yīng)還可 能損壞閥門和固定件。 7)節(jié)能性： 系統(tǒng)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對每臺水泵進(jìn)行軟啟動，啟動電流可從 0到電機(jī)額定電流，減少了啟動電流對電網(wǎng)的沖擊的同時減少了啟動慣性對設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速沖擊，延長了設(shè)備的使用壽命。 4)時變性：在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制 (包 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 5 頁 括定量泵的停止和運(yùn)行 )是時時發(fā)生的，同時定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為：變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時變的。 (4)變頻調(diào)速容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)的頻繁起動及軟啟動，對電機(jī)沖擊小，不需電機(jī)降額使用，延長驅(qū)動部件的壽命 。 (2)節(jié)能和環(huán)保意義。 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是可以做到無級并精確調(diào)速，調(diào)速范圍大，變頻調(diào)速系統(tǒng)可同時滿足調(diào)速精度和節(jié)能兩個要求，達(dá)到高性能、高動態(tài)、高品質(zhì)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。后者如風(fēng)機(jī)、泵類電機(jī)，應(yīng)用量很大，節(jié)電效果很可觀，可達(dá) 30％ 40％。現(xiàn)在，變頻調(diào)速技術(shù) 已被國內(nèi)外公認(rèn)為交流調(diào) 速領(lǐng)域里最理想調(diào)速方式，特別是高壓大功率的變頻調(diào)速器的研制，具有廣闊的市場前景和重要的理論研究價(jià)值，在工業(yè)應(yīng)用各相關(guān)領(lǐng)域，對原有傳動系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造也是勢在必行，無疑會優(yōu)化資源配置，改善原有系統(tǒng)的運(yùn)行并產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。為此，矩陣式交一交變頻應(yīng)運(yùn)面生。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大， 且在等效直流電動機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故造成輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。 變頻調(diào)速 的發(fā)展概況 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無級調(diào)速的需要而誕生的。原深圳華為 (現(xiàn)己更名為艾默生 )電氣公司和成都希望集團(tuán) (森蘭變頻器 )也推出了廈壓供水專用變頻器 (． 22kw)，無需外接 PLC和 PID調(diào)節(jié)器，可完成最多 4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻 恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本 Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式 、“變頻泵循環(huán)方式一兩種模式，它將 PID調(diào)節(jié)器和 PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn) PLC和 PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多 7臺電機(jī) (泵 )的供水系統(tǒng)。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻恒 壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。 水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn)，但存在基建投資大，占地面積大，維護(hù)不方便，水泵電機(jī)為硬起動 ，啟動電流大等缺點(diǎn)，頻繁起動易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。通過對計(jì)算機(jī)和 PLC 之間通信協(xié)議的研究，完成了上、下位機(jī)的通信設(shè)置，給出了計(jì)