【正文】 — G9 變頻器，根據(jù)系統(tǒng)中水泵電機的功率，選用變頻器的具體型號為： AMB— G9— 110T3，“ 110”表示最大適用電機功率為 110 千瓦。 1810用于高速計數(shù)。 控制鍵 (黃色 )： 12 個，用于編輯，寫入或修改程序。模擬量范圍是 010V 或 020mA,數(shù)字量是 8 位二進制數(shù)。 CPU 單元也稱為主機。 （ 1） 面板 每個 I/O 點都有對應的接線端子。在此情況下， PLC 的選擇應著重考慮 PLC 的性能價格比，選擇可靠性高，功能相當，負載能力合適，經濟實惠的 PLC。 分析控制要求 確定系統(tǒng)總體 確定 PLC 分配 I/O 點 編制流程圖 設計控制臺 編制程序 現(xiàn)場連線 調試程序 滿足要求 調試程序 滿足要求 完成 修改改 是 否 否 是 是 第 24 頁 共 47 頁 3 水位控制系統(tǒng)中 PLC 硬件電路設計 在眾多生產領域中，經常需要對貯槽、貯罐、水池等容器中的液位進行監(jiān)控 。 （ 4）用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶存儲器中，并檢查鍵入的程序是否正確。應該注意的是，這種響應滯后不僅是由于 PLC 掃描工作方式造成，更主要是 PLC 輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設計 有關。 在用戶程序中如果對輸出結果多次賦值 ， 則最后一次有效。當遇到程序跳轉指令時，則根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序是否跳轉。當 PLC 處于運行（ RUN）狀態(tài)時，除完成內部處理和通信服務工作 外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新 的 工作。 PLC 的掃描時間對于一般工業(yè)調和通常是可以接受的。 PLC 的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。 第 18 頁 共 47 頁 圖 PLC 邏輯結構 圖 PLC 的工作原理 PLC 實質上是一類工業(yè)控 制專用的計算機， 它的 結構原理與微型計算機相似，皆由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成 ， 所以它的工作原理也是建立在計算機的工作原理基礎上 。最簡單、最普遍的人 /機接口裝置由安裝在控制臺上的按鈕、轉換開關、撥碼開關、指示燈、 LED 顯示器、聲光報警器等器件構成。與計算機連接，可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結合。 PLC 的其它組成部分 （ 1） 電源 PLC 配有開關電源，以供內部電路使用。 常用的開關量 輸出接口按輸出開關器件不同有三種類型：繼電器輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。 I/O 接口一般都具有光電隔離和濾波功能，以提高 PLC 的抗干擾能力。存放在 RAM 中，以適應隨機存取的要求。在 PLC 中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。 對于整體式 PLC，所有部件都裝在同一機殼內；對于模塊式 PLC，各部件獨立封裝成模塊，各模塊通過總線連接，安裝在機架或導軌上。高檔PLC 機具有更強的通信聯(lián)網 功能 ，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化 [14]。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨立的 模塊 ，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各 模塊 可以一層層地疊裝?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。 PLC 的分類 及 組成 PLC 的分類 PLC 產品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。 PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。 （ 3） 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦 。近年來 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 通信能力的增強及 人機界面 技術的發(fā)展，使 PLC 組成 的 各種控制系統(tǒng)變得非常容易。一些使用冗余 CPU的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。目前，世界上有 200 多廠家生產300 多種 PLC 產品，主要應用在汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學 /制藥（ %）、金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)。今天的可編程控制器正在 成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用 [8]。 課題研究內容 變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)主要由變頻器 、 可編程序控制器（ PLC） 、顯示器、 傳感器等組成，其設計目 的 是 對水位進行微機監(jiān)控。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調節(jié)的自動控制系統(tǒng)， 本 設計說明書 所 研究的就是這方面的課題。 供水領域中變頻調速技術的運用，改變了上述供水狀況，極大 地 改善了給水管網的供水環(huán) 境。其功能是通過遙訊系統(tǒng)，把應保證的供水系統(tǒng)關鍵點的實際壓力值遙測采集到監(jiān)控中心，利用計算機進行計算、預測和決策，然后遙控調 節(jié) 供水，來保證供水系統(tǒng)的關鍵點達到水量保證值。變頻恒壓供水系統(tǒng)不僅具有供水質量高，靈活性強， 占地面積小，設備投資少，噪聲低等優(yōu)點，而且提高了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，節(jié)水節(jié)能效果顯著，具有很好的社會效益和經濟效益 [3]。水塔供水需要專門的泵房，要有人值班，在用水高峰期要開備用泵，而且只能人工調 節(jié) 壓力。重力供水方式有水箱和水塔供水，壓力供水方式有氣壓供水。把先進的自動化技術、通訊技術、網絡技術等應用到供水領域，成為對供水企業(yè)新的要求。計算機和自動控制技術不斷進步使得高性能的供水系統(tǒng)的開發(fā)成為可能。 本 設計 對其控制原理、硬件選擇、軟件設計、報警電路進行重點闡述， 使軟件程序的設計簡單化，硬件接口簡易可行，特別是提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。特別是在供水行業(yè)中，由于生產安全和供水質量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴格要求，變頻調速技術也得到了更加深入的應用 。缺點是需用金屬制造，其體積和投資大，壓力變化大，運行效率低，還需使用張力膜或設置空氣壓縮機充氣，維護費用高。 因此，采用傳統(tǒng)的供水方式操作落后，人為 因素很大，管理落后，無法建立嚴格的科學管理體制，在維護和升級系統(tǒng)方面非常昂貴。國外發(fā)達國家雄厚的經濟實力與技術基礎促使供水系統(tǒng)的自動控制 廣泛應用。現(xiàn)在國內大多數(shù)供水企業(yè)采取現(xiàn)場手動操作、人工抄表、電話報數(shù)等方式調度第 7 頁 共 47 頁 供水。根據(jù)壓力設定值使供水壓力保持恒定，有效地防止水路管網湍振而出現(xiàn)管路爆裂現(xiàn)象。在傳統(tǒng)水位控制中，一般只能實現(xiàn)自動補液，而不能顯示塔內水位，更不能對水位問題 作出反應。 本 設計 采用 PLC 作為主體，分為水 位測量和電氣控制兩大部分 。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，使得電氣控制功能實現(xiàn)程序化，這就是第一代可編程序控制器，英文名字叫 Programmable Controller（ PC）。 它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出 ， 控制各種類型的 機械或生產過程。在應用軟件中，應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 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。 （ 1） 開關量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn) 邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及 自動化 流水線。世界上各主要 PLC廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、 機器人 、電梯等場合。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。 整體式 PLC 是將電源、 CPU、 I/O 接口等部件都集中裝在一個機箱內， 具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。 模塊 式 PLC 由框架或基板和各種 模塊 組成。 低檔 PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本 功能 ，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等 功能 。 中型 PLC—— I/O 點數(shù) 256～ 2048 點；雙 CPU，用戶存儲器容量 2～ 8K。 PLC 中所配置的 CPU隨機型不同而不同，常用有三類：通用微處理器（如 Z80、 808 80286 等）、單片微處理器（如 803 8096 等）和位片式微處理器 (如 AMD29W 等 )。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。 用戶程序是隨 PLC 的控制對象而定的，由用戶根據(jù)對象生產工藝的控制要求而編制的應用程序。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在 PLC 產品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量是指用戶程序存儲器。 I/O 接口的主要類型有：數(shù)字量（開關量）輸入、數(shù)字量（開關量）輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。 模擬量按信號類型分，有電源型（ 420mA， 020mA）、電壓型（ 010V， 05V， 1010V）等； 按精度分，有12bit,14bit,16bit 等。15% 的范圍內波動。它作為 PLC 系統(tǒng)的一個模塊 ， 通 過總線與 PLC 相連，進行數(shù)據(jù)交換 ， 并在 PLC 的協(xié)調管理下獨立地進行工作。 3） 輸入輸出設備：用于永久性的存儲用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 （ 1） 掃描工作原理 當 PLC 運行時，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU 不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí) 行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。 （ 2） PLC 掃描工作過程 PLC 的掃描工作過程除了執(zhí)行用戶程序外，在每次掃描工作過程中還要完成內部處理、通信服務工作。影響 I/O 滯后的主要原因有：輸入濾波器的特性，輸出畸電器接點的慣性，程序執(zhí)行的時間，程序設計不當?shù)母郊佑绊懙取? 第 20 頁 共 47 頁 圖 PLC 掃描過程圖 （ 3） PLC 執(zhí)行程序的過程及特點 PLC 執(zhí)行程序的 過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段 。 內部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 運行 停止 第 21 頁 共 47 頁 3） 輸出刷新階段 當所有程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。這種方式稱為集中輸出。 在對一個控制系統(tǒng)進行設計之前，最重要的工作是深入了解系統(tǒng)的控制要求，只有這樣才可能提出標準的合理的系統(tǒng)總體設計方案，進而實現(xiàn)各個階段的設計任務。 （ 7）編制技術文件 [20]。 本文在此介紹采用可編程控 制器（ PLC） 來 完成對 數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設備的控制任務 ，實現(xiàn)對水位進行監(jiān)控的一種方法。 第 25 頁 共 47 頁 圖 系統(tǒng)整體結構框圖 系統(tǒng)硬件配置 為實現(xiàn)液位的手動 /自動控制，需要輸入口 12 點，輸出口 8 點，選用 C20P20點 I/O 單元的 PLC，輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，負載能力強；液位檢測采用干簧管傳感器，手動 /自動轉換、運行 /試驗轉換和液位設定采用雙位旋鈕，手動啟泵、停泵和確認、試驗采用常開按鈕；輸出選用電子音響報警器和 24V 直流指示燈、繼電器。顯 示部分有反映 PLC 工作情況的各種指示燈，如運行，出錯，報警等。擴展單元名稱上要加一個 E。 圖 編程器面板 RUN此位置使 PLC 執(zhí)行程序，編程器在此狀態(tài)下不能修改程序，可監(jiān)控PLC 工作。其中編程是最基本的操作。 開始掃描時， ON一 個掃描周期，作初始化處理。水泵分別由變頻器軟 啟 動，第 29 頁 共 47 頁 旁路工頻運行，進行恒壓控制 。控制系統(tǒng)通過控制變頻調速器，將 50Hz 的交流電調到以 0～ 50Hz 之間任意頻率輸出 ，實現(xiàn)交流電機的無極調速， 最終達到生產過程的定量控制及最優(yōu)化控制。 第 30 頁 共 47 頁 圖 PID 指令的表達式及操作數(shù) 變頻器與其外圍設備之間的接線如圖 。 LOCAL 操作方式下，通過 LOCAL START/STOP 開關啟停變頻器，通過 REF LOCAL INPUT0 輸入端口的電位開關人工調節(jié)變頻器工作頻率；通過 LOCAL/REMOTE 輸入點可以將變頻器切換到 REMOTE 操作方式下，在 REMOTE 方式下，通過 REMOTE START/STOP 輸入點進行PLC 遠程啟停變頻器，通過 REF REMOTE INPUT0 端口輸入頻率控制信號（百分比）控制變頻器工作頻率。 系統(tǒng)整體硬件電路如圖 示。水位上升高于 c 時，燈 Lc 亮，顯示較高水位，預警， 水泵不工作。 第 33 頁 共 47 頁 圖 系統(tǒng)整體硬件電路圖 小結 本章 詳細介紹了