【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計(jì)，列出清單。適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計(jì)，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)型（小、中、大形機(jī)器）。并且結(jié)合市場(chǎng)情況，考察PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價(jià)格性能比較好的PLC機(jī)型。 3．硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)所選用的PLC產(chǎn)品，了解其使用的性能。按隨機(jī)提供的資料結(jié)合實(shí)際需求，同時(shí)考慮軟件編程的情況進(jìn)行外電路的設(shè)計(jì)，繪制電器控制系統(tǒng)總裝配圖和接線圖。 4．軟件設(shè)計(jì) （1）在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)可以同時(shí)著手軟件的設(shè)計(jì)工作。軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC應(yīng)用的最關(guān)鍵的問題，程序的編寫是軟件設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)。在程序設(shè)計(jì)的時(shí)候建議將使用的軟繼電器（內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）列表，標(biāo)明用途以便于程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)，檢修時(shí)候查閱。 （2）程序初調(diào)也成為模擬調(diào)試。將設(shè)計(jì)好的程序通過程序編輯工具下載到PLC控制單元中。由外接信號(hào)源加入測(cè)試信號(hào)，通過各種狀態(tài)指示燈了解程序運(yùn)行的情況，觀察輸入/輸出之間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，并及時(shí)修改和調(diào)整程序，消除缺陷，直到滿足設(shè)計(jì)的要求為止。 5．現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 在初調(diào)合格的情況下，將PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接。在正式調(diào)試前全面檢查整個(gè)PLC控制系統(tǒng)，包括電源、接地線、設(shè)備連接線、I/O連線等。在保證整個(gè)硬件連接的正確無誤的情況下即可送電。把PLC控制單元的工作方式布置為“RUN”開始運(yùn)行。反復(fù)調(diào)試消除可能出現(xiàn)的各種問題。在調(diào)試過程中也可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)硬件作適當(dāng)修改老配合軟件的調(diào)試。應(yīng)保持足夠長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間使問題充分暴露并加以糾正。試運(yùn)行無問題后可將程序固化在具有長(zhǎng)久記憶功能的存儲(chǔ)器中，并做備份（至少應(yīng)該作2份）。 軟件PLC軟件PLC（簡(jiǎn)稱軟PLC）是相對(duì)于硬件PLC（簡(jiǎn)稱硬PLC）而言的。軟PLC克服了硬PLC的一些缺點(diǎn)。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接受并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 PLC程控系統(tǒng)PLC程控是通過可編程序控制器對(duì)供水系統(tǒng)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，其外部設(shè)備與強(qiáng)電集控基本相同，室內(nèi)設(shè)備比強(qiáng)電集控多了PC主機(jī)及配套設(shè)備。由于它可通過軟件對(duì)系統(tǒng)所需的不同運(yùn)行方式進(jìn)行排列組合。所以不僅能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)電集控的所有控制要求，而且還可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電集控很難實(shí)現(xiàn)的一些較高的控制要求。它可以設(shè)置多種閃光頻率，使同一信號(hào)顯示不同的運(yùn)行狀態(tài)，因此比強(qiáng)電集控有更多的控制功能和顯示功能，更能適應(yīng)輸煤系統(tǒng)復(fù)雜的工藝過程變化。況且它操作簡(jiǎn)便（只要通過鍵盤或開關(guān)、按鈕即可實(shí)現(xiàn)各種控制要求），不容易引起誤操作，從而大大提高了供水系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。 本章小結(jié)本章對(duì)PLC的發(fā)展史、未來趨勢(shì)進(jìn)行了詳細(xì)論述。細(xì)致闡述了PLC在現(xiàn)在工業(yè)上的優(yōu)勢(shì)，并解答了PLC的構(gòu)成原理、運(yùn)行方式和特點(diǎn)。通過描述PLC的設(shè)計(jì)對(duì)后續(xù)有關(guān)PLC硬件和軟件設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了鋪墊。第3章 供水系統(tǒng)恒壓控制與硬件設(shè)計(jì) 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法及選擇轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓供水，供水質(zhì)量好、能耗低、效率高，并可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提高系統(tǒng)的安全性。通過轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓供水，需要調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。水泵通過聯(lián)軸器由三相異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)，因此水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)質(zhì)就是需要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 (31)式中：—異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，r／min；n—異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r／min；P—異步電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)；f—異步電動(dòng)機(jī)定子電壓頻率，即電源頻率；s—轉(zhuǎn)速差，s=x100％。 可知調(diào)速方法有：變極調(diào)速、變轉(zhuǎn)差調(diào)速和變頻調(diào)整。 變極調(diào)速在電源頻率一定的情況下，改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。磁極對(duì)數(shù)的改變通過改變電機(jī)定子繞組的接線方式來實(shí)現(xiàn)。這種調(diào)速方式只適用于專門的變極電機(jī)，而且是有極調(diào)速，級(jí)差大，不適用于供水系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。該損耗和電機(jī)的轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差功率，以電阻發(fā)熱方式消耗。電動(dòng)機(jī)工作在額定狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率很小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子銅損耗小，電機(jī)效率高。但適應(yīng)流量的變化，電機(jī)一般難以工作于額定狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速值往往遠(yuǎn)低于額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)差功率增大，電機(jī)運(yùn)行效率降低。雖然變轉(zhuǎn)差調(diào)速中的串級(jí)調(diào)速法能將增加部份的轉(zhuǎn)差功率通過整流、逆變裝置回饋給電網(wǎng)，但其功率因數(shù)較低，低速時(shí)過載能力低，還需一臺(tái)與電動(dòng)機(jī)相匹配的變壓器，成本高，且增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓供水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。 變轉(zhuǎn)差調(diào)速通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子銅損耗為 (32)該損耗和電機(jī)的轉(zhuǎn)差率成正比，又稱為轉(zhuǎn)差功率，以電阻發(fā)熱方式消耗。電動(dòng)機(jī)工作在額定狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率很小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子銅損耗小，電機(jī)效率高。但在供水系統(tǒng)中由轉(zhuǎn)速控制法實(shí)現(xiàn)恒壓供水時(shí)，為適應(yīng)流量的變化，電機(jī)一般難以工作于額定狀態(tài)，其轉(zhuǎn)速值往往遠(yuǎn)低于額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)差功率增大，電機(jī)運(yùn)行效率降低。雖然變轉(zhuǎn)差調(diào)速中的串級(jí)調(diào)速法能將增加部份的轉(zhuǎn)差功率通過整流、逆變裝置回饋給電網(wǎng)，但其功率因數(shù)較低，低速時(shí)過載能力低，還需一臺(tái)與電動(dòng)機(jī)相匹配的變壓器，成本高，且增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗。因此變轉(zhuǎn)差調(diào)速方法不適用于恒壓供水系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速控制法。 變頻調(diào)速1．變頻調(diào)速機(jī)械特性通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電源頻率來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方式。這種調(diào)速方式需要專用的變頻裝置，即變頻器。最常用的變頻器采取的是變壓變頻方式的，簡(jiǎn)稱為VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）。在改變輸出頻率的同時(shí)也改變輸出電壓，以保證電機(jī)磁通mΦ基本不變，其關(guān)系為常數(shù)式中：U1—變頻器輸出電壓、f1—變頻器輸出頻率變頻調(diào)速方式時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式 (33)式中：—定子電阻；—定子漏電抗；—轉(zhuǎn)子漏電抗折算值。頻率f從額定值fN往下調(diào)時(shí)，由電機(jī)機(jī)械特性變化情況如圖3—1所示，圖中fNf1f2f3f4。a) b) c)圖31電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性a)變頻調(diào)速機(jī)械特性 b)全壓起動(dòng) c)變頻起動(dòng)2．變頻調(diào)速過程的特點(diǎn)：效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)；調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)檢修困難。本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場(chǎng)合。 供水系統(tǒng)的方案確定變頻恒壓供水系統(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)。(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)。(3)多變性:變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性,面向各種各樣的供水系統(tǒng),而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異,因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。(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。(5)容錯(cuò)性:當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí),系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài),電網(wǎng)狀況及水源水位,管網(wǎng)壓力等工況自動(dòng)進(jìn)行投切,保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定，在故障發(fā)生時(shí),執(zhí)行專門的故障程序,保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。(6)可擴(kuò)充性:水泵的電氣控制柜,具有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口,能與控制信號(hào)或控制軟件相連,能對(duì)供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送,以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等。(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(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，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)象水錘效應(yīng)具有極大的破壞性壓強(qiáng)過高,將引起管子的破裂，壓強(qiáng)過低又會(huì)導(dǎo)致管子的癟塌，此外,水錘效應(yīng)還可能損壞閥門和固定件而采用變頻調(diào)速,對(duì)系統(tǒng)的安全性有一系列的好處:l)產(chǎn)生水錘效應(yīng)的根本原因是:水泵在起動(dòng)和制動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩太大,短時(shí)間內(nèi)流量的巨大變化而引起的，采用變頻調(diào)速,通過減少動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩,可以實(shí)現(xiàn)消除水錘效應(yīng),減少了對(duì)水泵及管道系統(tǒng)所受的沖擊,可大大延長(zhǎng)水泵及管道系統(tǒng)的壽命。2)降低水泵平均轉(zhuǎn)速,減小工作過程中的平均轉(zhuǎn)矩,從而減小葉片承受的應(yīng)力,減小軸承的磨損,使水泵的工作壽命大大延長(zhǎng)。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(zhǎng)聯(lián)軸器壽命。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。 對(duì)泵站供水系統(tǒng)總體要求1．由多臺(tái)水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水，最大流量3200/h，揚(yáng)程45米左右。2．設(shè)置一臺(tái)小泵作為輔助泵，用于小流量時(shí)的供水。3．供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動(dòng)要小。4．系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動(dòng)功能。5．各主泵均能可靠地實(shí)觀軟啟動(dòng)。6．具有完善的保護(hù)和報(bào)警功能。7．系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。 供水系統(tǒng)的流量類型確定供水系統(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。根據(jù)用戶的用水時(shí)段特點(diǎn)，可將用戶的用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型兩大類，根據(jù)流量的變化特點(diǎn)，還可以進(jìn)一步的細(xì)分為高流量變化型、低流量變化型、全流量變化型等。不同季節(jié)、不同月份，用戶用水量流量的變化類型也會(huì)改變。連續(xù)型是指一天內(nèi)很少有流量為零的時(shí)候，或本身管網(wǎng)的正常泄漏就保持有一定的流量。間歇型指一天內(nèi)有多段用水低谷時(shí)間，流量很小或?yàn)榱?。各種類型的水流量變化關(guān)系曲線如圖32。 總體設(shè)計(jì)方案確定1．調(diào)速方式泵站供水系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)市區(qū)用戶的用水，屬連續(xù)型高流量變化型。這類型用水需求雖然在較長(zhǎng)時(shí)間段表現(xiàn)為高流量，但低流量時(shí)，采用變頻調(diào)速方式來實(shí)現(xiàn)的恒壓供水節(jié)能效果比較明顯，與通常的工頻給水設(shè)備相比平均節(jié)能可達(dá)20%。水泵變頻軟起動(dòng)沖擊電流小，也有利于電機(jī)泵的壽命，此外水泵在低速運(yùn)行時(shí)，噪聲小。特別是隨著現(xiàn)代大功率電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能日新月異，有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高、功率因數(shù)高、操作方便并且便于同其他設(shè)備接口等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此恒壓供水系統(tǒng)中采取變頻調(diào)速方式可以獲得優(yōu)良的運(yùn)行特性和明顯的節(jié)能效果，是實(shí)現(xiàn)恒壓供水轉(zhuǎn)速控制最佳方案。圖32城區(qū)用水量變化類型a)連續(xù)型(全流量變化型) b)連續(xù)型(高流量變化型)c)連續(xù)型(低流量變化型) d)間歇型2．泵水方式由于用水呈高流量變化型的特點(diǎn)，采用多臺(tái)水泵并聯(lián)供水，根據(jù)用水量大小調(diào)節(jié)投入水泵臺(tái)數(shù)的方案。在全流量范圍內(nèi)靠變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合，使供水壓力始終保持為設(shè)定值。多泵并聯(lián)代替一、二臺(tái)特大泵單獨(dú)供水不會(huì)增加投資，而其好處是多方面的。首先是節(jié)能，每臺(tái)泵都可以較高效率運(yùn)行，長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用少；其二，供水可靠性好，一臺(tái)泵故障時(shí)，一般并不影響系統(tǒng)供水，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動(dòng)電流小，不要求增加電源容量；其四，只須按單臺(tái)泵來配置變頻器容量，減少投資。處于供水低谷小流量或夜間小流量時(shí)，為進(jìn)一步減少功耗，采用一臺(tái)小流量泵來維持正常的泄漏和水壓。供水系統(tǒng)如圖33所示。2．電氣控制電路：成對(duì)主電路的繼電控制，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或自動(dòng)控制的切換，以及對(duì)電路或非電路現(xiàn)象進(jìn)行切換、控制、保護(hù)、檢測(cè)、變換和調(diào)節(jié)電路的任務(wù)。3．變頻控制電路：根據(jù)壓力設(shè)定及壓力傳感器的壓力檢測(cè)信號(hào)，由變頻器輸出變頻電源；提供最高頻率、上下限頻率及啟動(dòng)頻率等信號(hào)；并能實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)。4．PLC控制系統(tǒng)：包括硬件線路和軟件控制程序，完成對(duì)恒壓供水系統(tǒng)壓力設(shè)定、順序控制、信號(hào)指示報(bào)警及與上位機(jī)的通訊聯(lián)絡(luò)。保證供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、高效性，并通過反饋系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。泵站恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及控制方案如圖34所示。圖33供水系統(tǒng)圖1－水位上限檢測(cè) 2—水位下限檢測(cè) 3—閘閥 4—止回閥 5一壓力檢測(cè)PLC變頻器PID調(diào)節(jié)器通信模版上位機(jī)故障自動(dòng)報(bào)警工頻輸入變頻輸出 壓力變送器3~1清水池電動(dòng)閥門3~2用戶管網(wǎng)進(jìn)水管3~33~輔圖34 恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及控制方案 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與選型 主電路設(shè)計(jì)三臺(tái)大容量的主水泵（3）根據(jù)供水狀態(tài)的不同，具有變頻、工頻、停泵三種運(yùn)行方式