【正文】 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。 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(jiǎn)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。 4 系統(tǒng) 控制原理 S7300控制原理 控制原理 基于 S7300 的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的工作原理，是利用 S7300 型的可編程控制 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 27 頁 。在額定輸入電壓下，輸入延遲為 ～ ms。按輸出開關(guān)器件的種類不同，它又可分為晶體管輸出方式、可控硅輸出方式和繼電器觸點(diǎn)輸出方式。數(shù)字量輸入模塊有直流輸入方式和交流輸入方式。 ? S7300 的輸入 /輸出模塊外部連線接在插入式的前連接器的端子上，前連接器插在前蓋后面的凹槽內(nèi)。 環(huán)境 周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體，對(duì)于需要應(yīng)用在特殊環(huán)境下 PLC，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行合理的選擇。 對(duì)于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目，可選用含有 A/D 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有 D/A 轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔 PLC。 (2) 程序執(zhí)行階段 PLC 按順序進(jìn)行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映 像區(qū)和輸出映像區(qū)中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像區(qū)中保存。 PLC 正常運(yùn)行時(shí)，掃描周期的長(zhǎng)短與 CPU 的運(yùn)算速度、與 I/O 點(diǎn)的情況、與用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短及編程情況等有關(guān)。 PLC 上電處理完成以后進(jìn)入掃描工作過程。 PLC 的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺(tái) PLC 之間的通信 、 PLC 與其他智能控制設(shè)備之間的通信。 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 18 頁 PLC 使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、 3 軸和多軸位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)的結(jié)合在一起。 編程器的作用是供用戶進(jìn)行編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。運(yùn)行時(shí) CPU 從印象寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出印象寄存器。 PLC 的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少也決定了 PLC 性能的高低。它使 PLC 具有基本的功能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，有相應(yīng)的 I／ O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I／ O模塊和各種特殊功能模塊 。 3 PLC 系統(tǒng)的基本知識(shí)及選型 PLC 的定義 可編程控制器 (PLC)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。如果管網(wǎng)水壓仍低于設(shè)定值，先延時(shí)切除泵 2 的變頻運(yùn)行，將泵 2 轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，同時(shí)將泵 3啟動(dòng)為變頻運(yùn)行。流量 —— 轉(zhuǎn)速 —— 壓力關(guān)系曲線如圖 所示。 制動(dòng)電阻的選擇，可按如下步驟進(jìn)行： （ 1）制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TB 可由下式算出： (GD2M+GD2L)(n1― n2) TB= TL (N?m) 375ts 式中 GD2M— 電動(dòng)機(jī)的 GD2(N?m178。 （ 7）電磁接觸器 2KM 和 3KM 用于變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換運(yùn)行。對(duì)于電網(wǎng)停電后的復(fù)電，可以防止自 動(dòng)再投入以保護(hù) 設(shè)備的安全及人身安全。 。對(duì)于如矢量控制變頻器這種需要大量運(yùn)算的變頻器來說，有時(shí)還需要一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算的 CPU 以及一些相應(yīng)的電路 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁 主要結(jié)構(gòu) ，它與單相或三相交流電源相連接，產(chǎn)生脈動(dòng)的直流電壓。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 本文主要通過對(duì)現(xiàn)有供水系統(tǒng)的調(diào)研和分析，依據(jù)用戶對(duì)供水系統(tǒng)的要求，確定以 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 6 頁 可靠性高、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和 PLC作為主要控制設(shè)備來設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，并引入計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。水錘效應(yīng)具有極大的破壞性。 2)非線形：用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。當(dāng)今微電子技術(shù)迅速發(fā)展，器件質(zhì)量好，也為能供應(yīng)高性能，高可靠性，高控制精度的變頻器創(chuàng)造了條件。這類生產(chǎn)工藝要求的調(diào)速，調(diào)速的指標(biāo)較高，即要求有寬的調(diào)速范圍，小的靜差率，快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 Ir、 F變頻、矢量控制變頻、直接轉(zhuǎn)矩控制變頻都是交一直一交變頻中的 一種。矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁 流電流 Im Itl(Iml相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流， nl相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流 )，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制?？梢钥闯?，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性 (EMC)，的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，維修方便。 論文論述了采用多泵并聯(lián)供水方案的合理性，分析了多泵供水方式的各種供水狀態(tài)及轉(zhuǎn)換條件，分析了電機(jī)由變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行方式的切換過程及存在的問題。通過該項(xiàng)目的研制和應(yīng)用，不僅能夠節(jié)約寶貴的水、電資源，降低了生產(chǎn)成本，減少設(shè)備維護(hù)，降低維修成本；而且提高了整個(gè)水廠的生產(chǎn)調(diào)度管理水平，減 輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)率。 氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁，對(duì)電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流 電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜 計(jì)算；它不需要模 仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)意義 交流調(diào)速從用途上可以分為工藝調(diào)速和節(jié)能調(diào)速，前者如軋鋼機(jī)、造紙機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、機(jī)床、電梯等。并且正日益 向著智能化、自適應(yīng)化、自診斷的方向發(fā)展，給各種實(shí)際應(yīng)用帶來很大的方便和經(jīng)濟(jì)效益。 變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)及其安全性討論 變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場(chǎng)合，在本文中主要應(yīng)用于生活小區(qū)生活用水，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)： 1)滯后性：供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量 (如：溫度、流量、濃度等 )一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性，同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯 后效應(yīng)。影響供水系統(tǒng)安全性的一大因素便是水錘效應(yīng)，所謂的水錘效應(yīng)就是在極短時(shí)間內(nèi)，因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強(qiáng)過高或過低的沖擊，并產(chǎn)生空化現(xiàn)象，使管道受壓產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣的現(xiàn)象。 4)減少了起動(dòng)電流，也就減少了系統(tǒng) 對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了自身系統(tǒng)的可靠性。其中控制電路完成對(duì)主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電 。主要功能是： 信號(hào)來開關(guān)逆變器的半導(dǎo)體器件。 （ 3）電磁接觸器 1KM 用于電源的開閉，在變頻器保護(hù)功能起作用 時(shí)，切斷電源。還可以在位能負(fù)載下放時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生 運(yùn)行。利用制動(dòng)電阻可耗散這部分能量，使電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能力提高。額定轉(zhuǎn)速 0n ，閥門全開時(shí)的管阻特性為 0r ，額定工況下與之對(duì)應(yīng)的壓力 為 1H ，出口流量為 1Q 。若用水量大，則管網(wǎng)水壓達(dá)不到設(shè)定值，經(jīng)過一定的延時(shí)后，將 1 號(hào)泵由變頻運(yùn)行切換為工頻運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)泵 2 變頻，通過壓力傳感器的壓力信號(hào)反饋控制轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)跟隨供水壓力的變化。在以上的控制流程中，水泵的啟動(dòng)和運(yùn)行都需考慮延時(shí)的問題，一方面防止發(fā)生切換振蕩，另一方面保證水泵的順序投入和切除。 70年代初期，體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于 PLC，使得 PLC的功能大大增強(qiáng)。 2)具有豐富的 I／ O接口模塊。 5)安裝簡(jiǎn)單，維修方便。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放有 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接改變。它包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運(yùn)算等的子程序。通過接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí) 別和處理的信號(hào)，并存到輸入印象寄存器。 當(dāng) PLC 與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打??；當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí)，可將過程圖像顯示出來；當(dāng)與其他的 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)數(shù)機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合控制。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng) 生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁 2． 掃描過程。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)， CPU 被強(qiáng)制為 STOP 方式，所有的掃描便停止。在整個(gè)工作周期內(nèi)，這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，而且這個(gè)采樣結(jié)果將在 PLC 執(zhí)行程序時(shí)被使用。如西門子公司的 S7200 系列。一般 PLC 及其外部電路 (I/O 模塊、輔助電源等 )都能在下列環(huán)境條件下可靠工作： 溫度 工作溫度 0~55℃ ，最高為 60℃ 儲(chǔ)存溫度 － 40~+85℃ 濕度 相對(duì)濕度 5%~95%(無凝結(jié)霜 ) 振動(dòng)和沖擊 滿足國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 電源 交流 200V，允許變化范圍為－ 15% ~ +15%，頻率為 47~53Hz，瞬間停電保持 10ms。 S7300 的各款 CPU 都有非常詳盡的性能數(shù)據(jù)表（具體參數(shù)可查閱相關(guān)資料），其中最值得關(guān)注的 CPU 性能有以下五方面： ? I/O 擴(kuò)展能力 ? 指令執(zhí)行速度 ? 工作內(nèi)存容量 ? 通訊能力 ? CPU 上的集成功能 SM 模塊 ? 信號(hào)模塊（ SM）也叫輸入 /輸出模塊，是 CPU 模塊與現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出元件和設(shè)備 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23 頁 連接的橋梁，用戶可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入 /輸出設(shè)備選擇各種用途的 I/O模塊。 （ 1）數(shù)字量輸入模塊 SM321 ? 數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)送來的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成 S7300 內(nèi)部信號(hào)電平。按負(fù)載回路使用的電源不同，它可 分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。 I/O 額定負(fù)載電壓 24 V DC，輸入電壓 “1” 信號(hào)電平為 11～30 V， “0” 信號(hào)電平為－ 3～＋ 5 V， I/