【正文】 表 14 表示了 S7300 模擬量值所有可能的精度，標有 “ ” 的位就是不用的位，一般填入 “0” 。 (3)數(shù)字量 I/O 模塊 SM323 SM323 模塊有兩種類型，一種是帶有 8 個共地輸入端和 8 個共地輸出端，另一種是帶有 16 個共地輸入端和 16 個共地輸出端，兩種特性相同。 ? 模塊的每個輸入點有一個綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開關閉合即有輸入電壓時，二極管點亮。 S7300 有多種型號的數(shù)字量 I/O 模塊供選擇。它根據(jù)系統(tǒng)程序的要求完成以下任務：接收并存儲用戶程序和數(shù)據(jù)，接收現(xiàn)場輸入設備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，診斷 PLC 內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤，完成用戶程序規(guī)定的運算任務，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，實現(xiàn)輸出控制或數(shù)據(jù)通信等功能。 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 21 頁 的環(huán)境適應性 由于 PLC 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設計成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。 對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維 修量較小的場合，選用模塊式結構的可編程控制器。如圖 19 所示。 PLC 每掃描一次，執(zhí)行一次 自診斷檢查，確定 PLC 自身的動作是否正常。 PLC工作的整個過程可分為三部： 1． 上電處理。其 PID 閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 有些 PLC 還可以配有 EPROM 寫入器、存儲器卡等其他外部設備。 為了實現(xiàn)人機對話， PLC 配有多種通信接口。輸入 /輸出單元從廣義上包含兩部分：一是與被控設備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的印象寄存器。通過用戶解釋程序，將 PLC 的編程語言變成機械語言指令，再由 CPU 執(zhí)行這些指令。其主要功能是進行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設備運行狀態(tài)監(jiān)測以及水質(zhì)監(jiān)測等 PLC 的組成 (CPU) 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 16 頁 中央處理單元一般由控制器、運算器和寄存器組成， CPU 是 PLC 的核心，主要任務有控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接受與存儲；用掃描的方式通過 I/O 部件接受現(xiàn)場信號的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入印象寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中；診斷 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中語法錯誤等； PLC 進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務進行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算數(shù)運算；根據(jù)運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出印象寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 4)編程簡單易學。據(jù)“美國市場信息力的世界 PLC以及軟件市場報告稱， 1995年全球 PLC及 其軟件的市場經(jīng)濟規(guī)模約 50億美元，隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展， PLC的 功能得到大大的增強，具有以下特點： 1)可靠性高。 1969年，美國數(shù)字設備公司 (DEC)研制出世界上第一臺可編程控制器。若管網(wǎng)水壓仍高于設定值，則又將 2 號泵停止 運行且將運行在工頻的 3 號泵工頻態(tài)切除，由 3 號泵運行在變頻態(tài)，繼續(xù)調(diào)節(jié)水壓，逐漸使其穩(wěn)定在設定值，最后一直到全部泵都停止運行。假設首先用 1 號泵供水，開始用變頻運行。通過流體力學的基本定律可知：風機、泵類設備均屬平方轉矩負載，其轉速 n 與流量 Q ，壓力 H 以及軸功率 P 具有如下關系： ,Qn? 2,Hn? 3,Pn? 即，流量與轉速成正比，壓力與轉速平方成正比，軸功率與轉速立方成正比。運動系統(tǒng)中所存儲的動能經(jīng)逆變器回饋到直流側，中間直流回路的濾波電容器的電壓會因吸收這部分回饋能量而提高。 （ 6）制動電阻單元 R 用于吸收電動機再生制動的再生電能。如果需要進行接地保護，也可以 采用漏電保護式斷路器。 ，它將信號傳送給整流器、中間電路和逆變器，同時它也接收來自這些部分的信號。論文介紹了計算機和 PLC通信系統(tǒng)的組成和通信協(xié)議，給出了通信程序，并提出供水系統(tǒng)監(jiān)控軟件設計方法。 2)降低水泵平均轉速，減小工作過程中的平均轉矩，從而減小葉片承受的應力，減小軸承的磨損，使水泵的工作壽命大大延長。 6)可擴充性：水泵的電氣控制柜，具有遠程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號或控制軟件相連，能對供水的相關數(shù)據(jù)進行實時傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報表打印等。 (3)減少生產(chǎn)機 械的體積和重量，減少金屬耗量和成本，增加產(chǎn)品競爭力。交流電機的負 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 4 頁 載主要是風機、泵類平方根轉矩電動設備、恒 轉矩 電動設備、以及倒數(shù)轉矩類電動設備，雖然這幾類設備節(jié)能潛力不同，但一般都在 20％以上。該技術目前雖尚未成熟，但仍吸引著眾多的學者深入研究。目前，該技術已成功地應用在電力機車牽引的大功率交流傳動系統(tǒng)上。 VVVF變頻器的控制相對簡單，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領域得到廣泛應用。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方 式，其優(yōu)、缺點如下： l、恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。為了解決這些問題，本文采用控制技術和變頻調(diào)速技術相結合的方法來研究恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)與現(xiàn)場液位傳感器、壓力傳感器一起組成了兩個獨立的閉環(huán)控制子系統(tǒng)。通過對計算機和 PLC 之間通信協(xié)議的研究，完成了上、下位機的通信設置，給出了計算機監(jiān)控程序編寫方法，通過通信模塊實現(xiàn)了對供水系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和故障報警。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。隨著變頻技術的發(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)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，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，通過設置指令代碼實現(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，可構成最多 7臺電機 (泵 )的供水系統(tǒng)。 變頻調(diào)速 的發(fā)展概況 變頻技術是應交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。然而在實際應用中，由于轉子磁鏈難以準確觀測，系統(tǒng)特性受電動機參數(shù)的影響較大， 且在等效直流電動機控制過程中所用矢量旋轉變換較復雜，使得實際的控制效果難以達到理想分析的結果。為此，矩陣式交一交變頻應運面生。后者如風機、泵類電機，應用量很大，節(jié)電效果很可觀，可達 30％ 40％。 (2)節(jié)能和環(huán)保意義。 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 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 5 頁 括定量泵的停止和運行 )是時時發(fā)生的，同時定量泵的運行狀態(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，因此可以認為：變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是時變的。此 外，水錘效應還可 能損壞閥門和固定件。 3)論文就變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的設計做了詳細的分析和研究。 。變頻器效率可取 ，變頻器輸出功率應 為所接電動機的總功率。 （ 5）交流電抗器 1ACL 和 2ACL 1ACL 用于抑制變頻器輸入側的諧波電 流，改善功率因數(shù)。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?？紤]到這一點，可用 下式來計算 U2C RBO = (TB )n1 UC—直流回路電壓（ V） TB—制動轉矩 (N?m) TM—電動機額定轉矩 N1—開始減速時的速度 遼寧科技 大學本科生 畢業(yè)設計 (論文 ) 第 10 頁 如果系統(tǒng)所需制動轉矩 TB TM,時，系統(tǒng)就有需要另外的制動電阻，僅電 動機內(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的動 作水平以下 （ 3）制動時平均消耗功率的計算 如前所述，制動中電動機自身損耗的功率相當于 20%額定值的制動轉矩，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 變頻器硬件設計 變頻器選用日本安川變頻器 CIMRP5A 45P5產(chǎn)品 , 適配電機 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)壓力給定和實測壓力 , 調(diào)節(jié)輸出頻率 , 改變水泵轉速 , 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 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位按鍵 , 輕故障用復位按鍵復位 , 可重新啟動變頻器 . S1和 S3短接 , 并與 Sc 連接到 PLC 的輸出點上 , 由 PLC 控制變頻器的運行與關斷 。通常采用水泵定速運行，調(diào)節(jié)出口閥門開度控制流量。如果仍不能達到恒壓的控制目的，則說明系統(tǒng)設計的有問題，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，相應增加水泵臺數(shù)或對管壓參數(shù)作相應的修 改。他將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體，具有功能強、通用靈活、可靠性強、環(huán)境適應性好、編程簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。進入 80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得 PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。 3)采用模塊化結構。由于采用模塊化結構，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)迅速恢復運行。 第一部分為系統(tǒng)管理程序。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務用規(guī)定的 PLC 編程語言編寫的各種用戶程序。 PLC 一般使用 220V 的交流電源，內(nèi)部的開關電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V、177。簡易型的編程器只能聯(lián)機編程，且往往需 要將梯形圖轉化成機器語言助記符后，才能輸入。 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 的工作方式 PLC 是一種工業(yè)控制計算機，所以它的工作原理是建立在計算機工作原理基礎之上，即通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。當 CPU 進入 STOP 方式是轉入執(zhí)行自診斷檢查。 PLC 工作過程 PLC 有比計算機更強的工業(yè)過程接口，可視為一種特殊的工業(yè)控制計算機。 (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，再去驅動用戶設備。 對于控制比較復雜、控制功能要求較高的工程項目，如要求實現(xiàn) PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)絡等，可根據(jù)控制規(guī)模及復雜的程度，選用中檔 機或高檔機。各種模塊能以不同方式組合在一起，從而可使控制系統(tǒng)設計更加靈活，滿足不同的應用需求。 ? 信號模塊面板上的 LED 用來顯示各數(shù)字量輸入 /輸出點的信號狀態(tài)，模塊安裝在DIN 標準導軌上，通過總線連接器與相鄰的模塊連接。輸入信號進入模塊后，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。從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器響應最慢；從安全