【正文】 ........................................... 26 IV 第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ......................................................................................... 30 恒壓供水系統(tǒng)軟件部分總體分析設(shè)計 ............................................................... 30 系統(tǒng)軟件部分分析 .................................................................................... 30 系統(tǒng)軟件部分總體設(shè)計 ............................................................................ 30 恒壓供水系統(tǒng)程序流程圖 ........................................................................ 32 子程序和中斷程序 ............................................................................................... 34 子程序的調(diào)用指令和返回指令 ................................................................ 34 子程序調(diào)用過程的特點 ............................................................................ 34 中斷程序的調(diào)用原則 ................................................................................ 35 中斷調(diào)用指令 ............................................................................................ 35 供水壓力采集程序 ............................................................................................ 36 壓力采集的平移式平均值濾波法 ............................................................ 36 壓力采集程序的編制 ................................................................................ 38 控制系統(tǒng) PID 整定部分程序設(shè)計 ...................................................................... 40 PID 回路指令及使用 ............................................................................... 40 PID 指令在系統(tǒng)中的使用 ....................................................................... 40 第六章 PLC 程序仿真及調(diào)試 ............................................................................ 42 仿真軟件調(diào)試 ...................................................................................................... 42 實驗室調(diào)試 .......................................................................................................... 46 第七章 結(jié)論 ................................................................................................................... 49 論文總結(jié) .............................................................................................................. 49 主要工作及結(jié)論 ......................................................................................... 49 存在的問題 ................................................................................................ 49 個人收獲 .............................................................................................................. 50 致謝 ................................................................................................................................... 51 參考文獻 .......................................................................................................................... 52 附錄 A：電氣接線圖 .................................................................................................. 53 附錄 B： PLC 外圍接線圖 ........................................................................................ 54 附錄 C PLC 梯形圖 ................................................................................................. 55 1 第一章 緒論 引言 水是人類最寶貴的資源，是人類賴以生存的基本條件，也是國民經(jīng)濟的生命線。下面對幾種供水方式進行介紹 (1) 一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)：這種供水方式下，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶。 相對于水塔供水方式，高位水箱供水方式占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但其必然提高建筑物的總體造價，且影響設(shè)計風(fēng)格對，同時水箱受到建 筑物的限制，容積不能太大，所以供水的范圍必然較小。在早期，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時均采用一臺變頻器帶動一臺水泵機組的方式，幾乎 沒有一臺變頻器拖動多臺水泵機組工作的情況，因而投資成本很高。雖 然 說 單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計簡 單 可靠，但由于單泵電機深度調(diào)速造成水泵、 電機運行效率 偏 低，而多泵型產(chǎn)品 因 投資更為節(jié)省，運行效率更 高， 經(jīng) 實際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計， 必將快速 發(fā)展成為 供水的 主導(dǎo)產(chǎn)品。 結(jié)合以上要求可知此次設(shè)計宜采用 PLC 控制變頻恒壓 的 供水系統(tǒng) ， 主要 由 變頻器、可編程控制器、壓力 傳感器 和現(xiàn)場的水泵機組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計中有 4 臺水泵 （ 3 臺水泵為常規(guī)供水泵， 1 臺為輔助泵） ，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即 3 臺水泵中只有 1 臺水泵在變頻器控制下 做 變速運行，其余水泵做恒速運行。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足的情況下，對供水量進行定量補充。變頻器根據(jù)供水控制器送來的控制信號來改變調(diào)速泵的運行頻率，實現(xiàn)對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。由于本系統(tǒng)在不同的供水領(lǐng)域均可適用，所以為實現(xiàn)系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)、安全 的運行，防止因為電機過載、變頻器運行報警、電網(wǎng)波動過 大、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等原因造成的故障，因此系統(tǒng)需要對各種報警量進行監(jiān)測，然后通過 PLC判斷報警類別，進 7 行報警顯示和保護動作控制，以免造成本可避免的損失 [5]。 這樣保證系統(tǒng)的每臺泵運行時間接近，防止個別供水泵運行時間過長損耗，而有的泵因長時間不用而銹死，從而有效的延長了設(shè)備的壽命。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速中為確保其較大的調(diào)速范圍在一般情況下采用串級調(diào)速方式，它的最大優(yōu)點在于可回收轉(zhuǎn) 差功率，具有良好的節(jié)能效果，且其調(diào)速性能好，但是其線路過復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)的電能損耗增加，由于成本較高而影響了其推廣使用價值。管阻特性則是以水泵的轉(zhuǎn)速恒定為前提的，表示揚程 H 與流量 Q 之間的關(guān)系曲線（閥門在某一開度下），如圖 所示。所以，異步電動機的變頻調(diào)速是供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)。變頻調(diào)速的供水方式為轉(zhuǎn)速控制。 變頻恒壓 供水 系統(tǒng)的 變頻 原理 在本次變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)上文提及的電動機調(diào)速原理可知， 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在改變電動機頻率方面出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速裝置，它們促進了變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，變頻器在其中扮演著舉足輕重的角色。 變頻器頻率 給定方式 有 3 種方式可以完成變頻器的頻率設(shè)定： （ 1）面板設(shè)定方式 通過面板上的按鍵完成頻率給定。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用 Proportional (比例 )、Integral (積分 )、 Derivative (微分 )控制方式，即 PID 控制。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù) Ti， Ti 越大，積分作用則越弱，引起系統(tǒng)超調(diào)量增大，反之越強，引起系統(tǒng)振蕩。 2）逐漸增大比例增益 Kc，直到控制系統(tǒng)達到穩(wěn)定邊界達到等幅振蕩，此時的比例增益為臨界比例增益 Kcr，振蕩周期稱為臨界振蕩周期 Tcr。 PLC 及其擴展模塊選型 PLC 特點及性能指標(biāo) （ 1） PLC 的定義 可編程控制器，簡稱 PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。 、重量輕、功耗低。 。 (2) 功能強弱適當(dāng) 對于開關(guān)量控制的工程項目， 由于現(xiàn)代 PLC 具有足夠高的速度處理大量的 I/O數(shù)據(jù)和解算梯形圖邏輯，因此對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說， PLC 的響應(yīng)時間并不是主要的問題，所以對 速度要求不高，一般選用低檔的 PLC， 如西門子公司的 S7200 系列機。 (4) 具有 13KB 的程序和數(shù)據(jù)存儲空間、 6 個獨立的 30kHZ 的高速計數(shù)器、兩路獨立的 20kHZ 的高速脈沖輸出、 PID 控制器、 1 個 RS485 通信 /編程口、點 對點接口 PPI 通信協(xié)議、多點接口 MPI 通信協(xié)議和自由通信口，絕對滿足設(shè)計需求。 (1) EM231： 4 路 12 位模擬量輸入（ AI）模塊 1) 差分輸入，輸入范圍：電壓： 0~10V、 0~5V、 ? 和 ? 5V；電流： 0~20mA。 19 3) 轉(zhuǎn)換時間小于 250us。根據(jù)不同控制功能，變頻器可分為三種類型：普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/f 控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。 （ 1） PLC 部分設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)使用 CPU226（此部分暫不做分析）和模擬量擴展模塊 EM235 AIW0 EM235 模擬量輸入通道 1，接一精密電位器； 20 AQW0 EM235 模 擬量輸出通道 1，接 MM440 的端口 3 和 4。選擇水泵時應(yīng)使銘牌上的揚程最好與所需揚程接 近，一般偏差不超過 20％，這樣的情況下，水泵的效率最高，也比較節(jié)能，使用會更經(jīng)濟。 （ 6） 同一個供水系統(tǒng)所配用的水泵揚程要相同，主泵之間的供水流量最好相同，副泵供水流量與主供水泵的流量之比最好不大于 1/3。 23 供水壓力傳感器的選型 壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器，一般由彈性敏感元件（或應(yīng)變計）組成。 由此可知 ，即 便連續(xù) 在額定壓力以上使用也不會損壞。 壓力傳感 器的選型 變頻恒壓供水的壓力傳感器的選型有以下兩個步驟： （ 1）按測量介質(zhì)及使用環(huán)境要求選用 傳感器介質(zhì)接觸材料包括陶瓷、 316 不銹鋼、哈氏合金、蒙耐爾合金、鉭等防腐材料，但對于恒壓供水的凈水系統(tǒng)來說， 316 不銹鋼