【正文】 ...................... 7 變頻器的分類及工作原理 ...................................... 9 變頻器選擇的方法 ............................................ 9 變頻器硬件選擇 .............................................. 9 壓力傳感器的選型 ........................................... 10 本章小結(jié) .................................................... 11 第 4 章 PLC 選型及應(yīng)用 ........................................... 12 PLC 在恒壓供水泵站中的作用 .................................. 12 PLC 選型方法 ................................................ 12 PLC 模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用 .............................. 16 模擬量輸入模塊的功能及與 PLC 系統(tǒng)的連接 ................ 16 模擬量輸入模塊緩沖存儲(chǔ)器（ BFM）的分配 ................. 17 模擬量輸出模塊的功能及 PLC 系統(tǒng)連接 ................... 18 模擬量輸出模塊的偏置、增益及分配 ...................... 19 本章小結(jié) .................................................... 19 第 5 章 PID 控制器的設(shè)計(jì) ........................................ 20 PID 控制參數(shù)計(jì)算 ............................................ 20 PID 參數(shù)整定的原則 .......................................... 22 PID 指令的使用注意事項(xiàng) ...................................... 22 PID 回路類型的選擇 .......................................... 23 正作用或反作用回路 ......................................... 23 本章小結(jié) .................................................... 23 第 6 章 供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................... 24 控制系統(tǒng)的 I/O 及地址分配 .................................... 24 系統(tǒng)基本要求 ................................................ 24 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) IV PLC 系統(tǒng)選型 ................................................ 25 電氣控制系統(tǒng)原理圖 ......................................... 25 主電路圖 .............................................. 25 工作泵組數(shù)量管理 ...................................... 29 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 ................................ 29 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn) ............................ 29 系統(tǒng)的運(yùn)行分析 ........................................ 32 本章小結(jié) .................................................... 32 結(jié)論 .............................................................. 33 參考文獻(xiàn) ......................................................... 34 致謝 .............................................................. 35 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1章 緒 論 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水對(duì)人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強(qiáng)，人民對(duì)供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。以下就逐一分析。這種供水方式，水泵工作在額定流量額定揚(yáng)程的條件下，水泵處于高效區(qū)。高層建筑還可分層設(shè)立水箱 。氣壓罐方式依靠壓力罐中的壓縮空氣送水，氣壓罐配套水泵運(yùn)行時(shí)，水泵在額定轉(zhuǎn)速、額定流量的條件下工作。 目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的 節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)等高 能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng)和居民生活用水的 恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水 泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在：一是節(jié)能 顯著；二是在開(kāi)、停機(jī)時(shí)能減小電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊以及供水水壓對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的沖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 擊；三是能減小水泵、電機(jī)自身的機(jī)械沖擊損耗。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng) (如 BA系統(tǒng) )和組態(tài)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制。 目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 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。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需沒(méi)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比沒(méi)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律問(wèn)題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例 積分 微分調(diào)節(jié)，俗稱 PID調(diào)節(jié) 器。達(dá)到恒壓供水的目的。因而，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說(shuō)變頻對(duì)于交流電機(jī)的調(diào)運(yùn)來(lái)說(shuō)是十分合適的。因此，在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換。變頻器的控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路及保護(hù)電路等幾個(gè)部分。 圖 電壓型變頻器和電流型變頻器主電路基本結(jié)構(gòu) （ 1）電壓型變頻器主電路； (2)電流型變頻器主電路 電源 M~ 電動(dòng)機(jī) 平 滑 電 容 + M~ 電動(dòng)機(jī) 平滑電感 電源 （ 1） （ 2） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 變頻器的分類及工作原理 變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力控制設(shè)備。因而實(shí)際變頻器中采用 fE 控制。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別控制啟發(fā)而設(shè)計(jì)的一種控制方式。該黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 產(chǎn)品可以和三菱 PLC 工作協(xié)調(diào)。圖 33為變頻器在電路中的接線圖。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣 就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 4章 PLC選型及應(yīng)用 PLC 在恒 壓供水泵站中的作用 (1)代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值與反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式 PID調(diào)節(jié)一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實(shí)現(xiàn)一路 PID設(shè)置，用 PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路 PID設(shè)置在多功能供水泵站的各類情況中 PID參數(shù)可能不一樣，使用 PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器就十分方便。輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng) PID處理后得出的模擬量控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。 PLC 的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（ RS2232C/422A/423/485）、 RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS 接口等；大中型 PLC 通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng) 1： 1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則 PLC 將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。 圖 FXN2 4AD模塊的連接方法 24+ 地 24 FG VI I+ V+ FG VI I+ V+ 24VDC 電流輸入 4～ 20mA 電壓輸入 10～ +10V 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 FX N2 4AD的寬及高與 FX N2 相同，在安裝時(shí)裝在 FX N2 基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的 總線插孔中。 4個(gè)通道的模擬輸入信號(hào)范圍用 4位 16進(jìn)制數(shù)表示。 1～ 4通道的采樣當(dāng)前值。 （ 7） BFM21。 BFM23為偏置值與增益值存儲(chǔ)單元，單位為 mV，或 μA。它具有 2個(gè)模擬量輸出通道。 模擬量輸出模塊的偏置、增益及分配 FX N2 2DA 模塊在出廠時(shí)，其偏置和增益是經(jīng)過(guò)調(diào)整的，數(shù)字值為 0~4000，電壓輸出為 0~10V。 為了敘述方便，突出重點(diǎn)，我們選擇了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)作為示例，其硬件電路和梯形圖軟件都較為簡(jiǎn)單明了。 PLC 的 I/O 模塊選好后，要進(jìn)行地址分配，這個(gè)地址應(yīng)與 I/O 表及梯形圖程序一一對(duì)應(yīng)，才能 將整個(gè)系統(tǒng)各部分正確地聯(lián)系在一起。在恒壓供水中常見(jiàn)的 PID控制器的控制形式主要有兩種：如圖 圖 PID控制原理圖 硬件型，即通用 PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和 P， I， D 參數(shù)及目標(biāo)值的設(shè)定。只包含第一、三項(xiàng)的是 PD作用 。偏差小時(shí)， P動(dòng)作的作用減小。下面簡(jiǎn)單列舉一些的準(zhǔn)則： 如果廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)是 )1/( 00 0 ?? sTeK s? ，調(diào)節(jié)器的比例增益是 Kc 整個(gè)系統(tǒng)總的開(kāi)環(huán)增益是 0KKC 。由這一點(diǎn)出發(fā)，可從兩條途徑之一進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)湊試： (1)先用單純的 P作用，選出合適的值 CK ，作為基礎(chǔ)，然后適當(dāng)引入 iT 和 dT ， Ti和 Td值進(jìn)行挑選。即使如此，在引入 I作用后， CK 應(yīng)比單純 P作用時(shí)減小 10%左右。對(duì)要控制的過(guò)程類型沒(méi)有限制，遲延系統(tǒng)（溫度、液位等）和快速系統(tǒng)（流量、電機(jī)轉(zhuǎn)速等）都可以作為被控對(duì)象。對(duì)于增益為正的積分或微分控制來(lái)說(shuō)，如果指定積分時(shí)間、微分時(shí)間為正，就是正作用回路；指定為負(fù)，則 為反作用回路。水位上下限信號(hào)分別為 X X2 它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為 0，時(shí)為 1 表 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱 代碼 地址編號(hào) 輸入信號(hào) 手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 X0 水池水位下限信號(hào) SLL X1 水池水位上限信號(hào) SLH X2 變頻器報(bào)警信號(hào) SU X3 消鈴按鈕 SB9 X4 試燈按鈕 SB10 X5 遠(yuǎn)程壓力表模擬量電壓值 Up 模擬量輸入模塊電流通道 輸出信號(hào) 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM1,HL1 Y0 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2,HL2 Y1 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3,HL3 Y2 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM4,HL4 Y3 3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM5,HL5 Y4 3泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM6,HL6 Y5 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報(bào)警指示燈 HL7 Y11