【正文】 編程器主要有以下三種類型：便攜式編程器 (也叫簡(jiǎn)易編程器 )；圖形編程器；用于 IBM— PC及其兼容機(jī)的編程器。另外還有 O． 50mV，O． 1V、． 5+5V、一 10lOV， 010mA等。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有 不同的參數(shù)等級(jí) 主要有數(shù)字量輸入／輸出模塊和模擬量輸入／輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。 數(shù)據(jù)存貯器用來存放 PLC的數(shù)據(jù)。所謂系統(tǒng)程序是指控制和完成 Pc機(jī)各種功能的程序，如控制器的監(jiān)控程序、基本指令和功能指令翻譯程序、系統(tǒng)診斷程序、通信管理程序等。常用的 cPU有通用微處理器，如 MOTOROLA 6800，單片機(jī)有 803l， 8051和雙極型位式微處理器，如 AMD2903。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。在軟件方面， PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。 可編程控制器 (PLC)的特點(diǎn)及應(yīng)用 可編程序控制器 (program logical controller)，簡(jiǎn)稱 PLC，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展 起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國家自動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。當(dāng)時(shí)，在機(jī)械工業(yè)部屬下建立了我國第一個(gè)電氣傳動(dòng)成套公司，即現(xiàn)在的天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所的前身。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換 而是直接在電動(dòng)機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能 H3。 1964年，最先提出把通信技術(shù)中的脈寬調(diào)制 P刪技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中的是德國人。 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。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。通過對(duì)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)算機(jī)監(jiān)控程序編寫方法，通過通信模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障報(bào)警。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。并和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的結(jié)合，提升了系統(tǒng)的總體性能。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 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(dòng)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。從 20世紀(jì) 80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國家的基于 VVVF技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。 國外在交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展方面特點(diǎn)為：市場(chǎng)需求量大；功率器件發(fā)展迅速；控制理論和微電子技術(shù)的支持?？傊?，雖然國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱， 對(duì)國外公司的依賴還很嚴(yán)重。 早期的可編程序控制器 (Pfogrammable Logic Controller， PLC)，主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。在發(fā)達(dá)工業(yè)國家， PLC己經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。 PLC的各個(gè)部件，包括 CPU、電源、 I／ O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 PLC在水工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)加氯、自動(dòng)加礬、水泵變頻調(diào)速、 SCADA系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息管 理系統(tǒng)等。字處理器是 CPU這個(gè)核心的核心，常由通用的 8位、 16位或 32位微處理器擔(dān)任，位處理器也稱布爾處理機(jī)，如美國 TI公司的 TI一 530等，它不僅使 PLC增加了功能，提高了速度，也加強(qiáng)了 PLC的保密性能。 用戶存貯器主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。 3)輸入／輸出模塊：輸入／輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生 產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接口。模擬量輸入／輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A／ D或 D／ A轉(zhuǎn)換。 4)擴(kuò)展模塊：當(dāng)一個(gè) PLC中心單元的 I／ O點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括 地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。 當(dāng)己運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時(shí)， PLC可以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)或改版，所作 的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件?？紤]到 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，系統(tǒng)軟件應(yīng)有專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般用戶不允許直接設(shè)計(jì)系統(tǒng)的內(nèi)部操作。 4)時(shí)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 (包括定量泵的停止和運(yùn)行 )是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)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(duì)象是時(shí)變的。此外，水錘效應(yīng)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(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析和研究。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流 動(dòng)阻力的變化規(guī)律。因此，供水系統(tǒng)變頻的實(shí)質(zhì)是異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。其實(shí)質(zhì)是通過 改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚(yáng)程特性不變。此時(shí)水泵輸出功率用圖形表示為 （ 0， Q2,D,H0)圍成的矩形面積，其值為： （ 25） 可見，改用調(diào)速控制，節(jié)能量為（ H0,D,F,H1)圍成的矩形面積，其值為： （ 26） 所以，當(dāng)用閥門控制流 量時(shí)，有 功率 被浪費(fèi)掉， 并且隨著閥 門 的不斷關(guān)小，閥 門的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是 H1增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實(shí)際供水壓力提高，在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù)，直到 實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。它雖然微化了電路結(jié)構(gòu)，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 降低了設(shè)備成本，但在壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示方面比較麻煩，無法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)， PID調(diào)節(jié)參數(shù)尋優(yōu)困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能不易保證。同時(shí)由于 PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。這類型用水需求在較長時(shí)間段表現(xiàn)為低流量，t（時(shí)） 流量 Q 100% 50% 流量 Q 100% 50% t（時(shí)） 流量 Q 100% 50% t（時(shí)） 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 相對(duì)于設(shè)計(jì)流量有較大的余量，采用變頻調(diào)速方式來實(shí)現(xiàn)低流量時(shí)的恒壓供水節(jié)能效果比較明顯，與通常的工頻氣壓給水設(shè)備相比平均節(jié)能可達(dá) 30％。 供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、 PID調(diào)節(jié)器和變頻 器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入 PLC時(shí)，需進(jìn)行 A／ D轉(zhuǎn)換。 作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。在 50Hz頻率下運(yùn)行 60S管網(wǎng)水壓未達(dá)到給定值 ，此時(shí)，該臺(tái)水泵需切換到工頻運(yùn)行。待實(shí)際壓力再次低于設(shè)定壓力后，重復(fù)上述過程。 3)當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未 達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件 (在下文有詳細(xì)的闡述 )時(shí)，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電機(jī) M1切換至工頻電網(wǎng)供電后， M1恒速運(yùn)行，同時(shí)使第二臺(tái)水泵 M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。 3)控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器 (PLC系統(tǒng) )、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。 綜上所述，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為： 1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由變頻泵和附屬小泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以 維持管網(wǎng)的水壓恒定；附屬小泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下 (例如：夜間 )對(duì)管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補(bǔ)充。多泵并聯(lián)代替一、二臺(tái)大泵單獨(dú)供水不會(huì)增加投資，而其好處是多方面 的。確定供水系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的基本依據(jù)是設(shè)計(jì)供水能力能滿足系統(tǒng)最不利點(diǎn)的用水需求，同時(shí)還需要結(jié)合用戶用水量變化類型，考慮方案適用性、節(jié)能性及其它技術(shù)要求。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始?jí)毫﹂_始啟動(dòng)水泵運(yùn)行， 至管網(wǎng)壓力達(dá)到穩(wěn)定要求時(shí)經(jīng)歷兩個(gè)過程：首先是水泵將水送到管網(wǎng)中，這個(gè)階段管網(wǎng)壓力基本保持初始?jí)毫?，這是一個(gè)純滯后的過程；其次是水泵將水充滿整個(gè)管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的慣性過程；然而系統(tǒng)中其他控制和檢測(cè)環(huán)節(jié)，例如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉(zhuǎn)換、壓力檢測(cè)等的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間與供水系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)和滯后時(shí)間相比，可忽略不計(jì)，均可等效為比例環(huán)節(jié)。由公式 (2． 7)可以看出，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗功率與流量成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著，所以本文供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速恒壓供水方式。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。變頻調(diào)速時(shí)，從高速到低速都可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而變頻調(diào)速具有高效率、高精度、調(diào)速范圍廣、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)速性能可與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相媲美。揚(yáng)程特性曲線和管阻特性曲線的交點(diǎn)，稱為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖 2． 1中 A點(diǎn)。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 第 2 章 系統(tǒng)的理論分析及方案的確定 變頻恒壓供水系統(tǒng)理論分析 變頻恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理 供水系統(tǒng)的基本特性和工作點(diǎn)揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程 H與流量 Q之間的關(guān)系曲線 f(Q)如圖 2． 1所示。 3)變頻調(diào)速的軟啟動(dòng)器避免了電機(jī)和水泵的硬起動(dòng)，可大大延長聯(lián)軸器壽命。 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(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從 0到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊的同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長了設(shè)備的使用壽蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 命。與硬接線的梯形圖不同， PLC梯形圖邏輯是由軟件實(shí)現(xiàn)的，因此既形象直觀便于編寫，又易于擴(kuò)展和修改功能。另外，一些特殊功能模塊也帶有自己的操作系統(tǒng)軟件。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，就需對(duì)系統(tǒng)做 出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。編程器工作方式主要 有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在 PLC機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在 磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入 PLC?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是 o． 5伏和 o． 10伏兩種，模擬電流主要是 4． 20mA兩種。可編程控制器有多種輸入／輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入／輸出模塊和模擬量 輸入／輸出模塊。為確保 PLC機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性， CMOS RAM存貯器有預(yù)防電源掉電故障的鏗電池保護(hù)措施，以防電源掉電后破壞它的存貯內(nèi)容。 系統(tǒng)存貯器用以存貯制造廠家編寫的系統(tǒng)程序。 PLC可分為以下幾個(gè)部分： 1） 中央處理單元 (CPU)：同一般微處 理機(jī)一樣，中央處理單元是可編程 控制的核心部件， 它通過輸入裝置將外設(shè)的狀態(tài)讀入并按照用戶程序去處理，根據(jù)處理結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。 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。 4)產(chǎn)品可靠性及工藝水平低。我國電氣傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)始于 1954年。 1985年，德國人提出了基于六邊形乃至圓形磁鏈軌跡的直接轉(zhuǎn)矩控制理論 (DSC)。 國內(nèi)外變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)及電機(jī)控制理論的發(fā)展。 水塔高位水箱供水具有控制方式簡(jiǎn)單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理、短時(shí)間維修或停電可不停水等優(yōu)點(diǎn)，