【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 運(yùn)行。(2)信號(hào)檢測(cè)整個(gè)系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)主要是管網(wǎng)水壓的檢測(cè)，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)。(3) 控制系統(tǒng)PLC作為系統(tǒng)的控制器，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，數(shù)據(jù)處理中心，當(dāng)壓力傳感器將管網(wǎng)水壓信號(hào)傳輸過(guò)來(lái)以后PLC的PID模塊進(jìn)行運(yùn)算后得出一個(gè)輸出結(jié)果到變頻器，完成恒壓的控制，同時(shí)，PIC程序指令還將完成泵之間的循環(huán)切換，增泵減泵等功能，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，根據(jù)收集到的條件，告訴執(zhí)行機(jī)構(gòu)如何操作。（4）通訊接口在自動(dòng)化項(xiàng)目中，通信永遠(yuǎn)是重要的一環(huán)，通過(guò)通信，能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)或監(jiān)控軟件之間的數(shù)據(jù)交換，更加方便的了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及控制[4]。 工作原理合上空氣開(kāi)關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將自動(dòng)開(kāi)關(guān)SB0閉合，再按下SB3啟動(dòng)，SB2確認(rèn)后系統(tǒng)正式開(kāi)始運(yùn)行。PLC首先接通KM4，第一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，并接通KM7起動(dòng)變頻器。通過(guò)壓力傳感器傳來(lái)的管網(wǎng)水壓與設(shè)定的值以下PID運(yùn)算，控制變頻器改變水泵電源頻率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。同時(shí)PID模塊能提供高低限報(bào)警，當(dāng)PID控制變頻器的輸出達(dá)到設(shè)定高值（設(shè)定為變頻器輸出頻率50HZ），表示一臺(tái)泵不能滿(mǎn)足供水功率需要，此時(shí)PLC程序會(huì)自動(dòng)執(zhí)行增泵程序，當(dāng)PID控制變頻器的輸出達(dá)到設(shè)定低值（設(shè)定為變頻器輸出20HZ），自動(dòng)化程序會(huì)自動(dòng)執(zhí)行減泵程序。增泵工作過(guò)程為假定開(kāi)始時(shí)二號(hào)泵變頻運(yùn)行，則二號(hào)泵電機(jī)在PLC控制下先投入工頻運(yùn)行，三號(hào)泵變頻啟動(dòng)，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時(shí)變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。減泵工作過(guò)程為假定開(kāi)始時(shí)二號(hào)泵工頻運(yùn)行，三號(hào)泵變頻運(yùn)行，當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時(shí)，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，把三號(hào)水泵停機(jī)，二號(hào)變頻運(yùn)行。 變頻恒壓供水系統(tǒng)中增減水泵過(guò)程分析工作原理介紹中講到的PID模塊高限報(bào)警表示運(yùn)行的水泵已經(jīng)達(dá)到額定頻率額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)如果在提高電源頻率就會(huì)降低電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，但是此時(shí)系統(tǒng)管網(wǎng)水壓還達(dá)不到我們的要求，所以必須啟動(dòng)下一臺(tái)泵來(lái)增加整個(gè)供水系統(tǒng)的功率，以便保持系統(tǒng)水壓恒定。反過(guò)來(lái)講，當(dāng)因?yàn)楦呦迗?bào)警后執(zhí)行了增泵程序，用戶(hù)用水量降下來(lái)以后，兩臺(tái)泵運(yùn)行的功率過(guò)剩，此時(shí)就需要將其中一臺(tái)泵停下來(lái)，另一臺(tái)泵變頻運(yùn)行。那么什么情況下增哪一臺(tái)？怎么增？減泵又是減哪一臺(tái)？怎么減？這些問(wèn)題在后面的程序及仿真中再一一介紹。就變頻器本身而言，它的變頻范圍是很廣的，一般都是0到幾百赫茲，但我們?cè)诖讼到y(tǒng)中應(yīng)用卻不能使頻率過(guò)大或過(guò)小，頻率過(guò)大將導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足等問(wèn)題，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)中電機(jī)可能在工頻與變頻之間切換，當(dāng)變頻切工頻時(shí)只能是工頻頻率在50Hz時(shí)進(jìn)行。如果變頻頻率已經(jīng)達(dá)到50HZ，依舊達(dá)不到設(shè)定的壓力值，此時(shí)延時(shí)2S后就需要增加一臺(tái)泵以滿(mǎn)足供水需要。相對(duì)的，當(dāng)用水量比較少時(shí)，變頻頻率就會(huì)降低，但也不能無(wú)限將至0HZ甚至以下，在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)楣芫W(wǎng)中是存在水壓的，所以會(huì)施加一個(gè)反向力給水泵，同時(shí)也會(huì)阻止水池的水進(jìn)入管網(wǎng)，所以變頻頻率不可能降至0HZ，甚至在10～20HZ時(shí)水泵已經(jīng)無(wú)法將水送入管網(wǎng)，所以PID模塊低限報(bào)警設(shè)定值一般就為水泵不能送水的臨界值，此值更加管網(wǎng)水壓以及其他原因會(huì)有所不同，此系統(tǒng)中低限報(bào)警值設(shè)為20HZ。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換。即在接到高低限報(bào)警時(shí)不是立即執(zhí)行增減泵操作，而是進(jìn)行一定時(shí)間的延時(shí)，防止因偶然情況導(dǎo)致不必要的增減泵，這樣不僅會(huì)影響管網(wǎng)水壓穩(wěn)定，還使得泵起停頻繁，使用壽命減短。在本系統(tǒng)中定時(shí)為30S，為了程序仿真方便，在仿真時(shí)此值設(shè)為2S。 主電路接線圖電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。KM KM KM3 分別為電動(dòng)機(jī)M1 、M2 、M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器，KM KM5 、KM6 分別為電動(dòng)機(jī)MM M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。熔斷器（FU）是電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過(guò)允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過(guò)載[5]。工頻電 QS FU1 FU2 FU3 KM7 KM1 KM2 KM3 R S T 變 頻 器U V WKM4 FR1 KM5 FR2 KM6 FR3M3M2M1 水泵主回路接線圖攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 恒壓供水系統(tǒng)硬件配置攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 恒壓供水系統(tǒng)硬件配置3 恒壓供水系統(tǒng)硬件配置 可編程控制器選型可編程控制器是60年代末在繼電器系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的，當(dāng)時(shí)稱(chēng)作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC?？删幊炭刂破魇且晕⑻幚砥鳛榛A(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)的簡(jiǎn)單編程語(yǔ)句，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，是簡(jiǎn)單易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制器，是當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。可編程控制器具有豐富的輸入/輸出接口，并具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，但它的產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，其靈活標(biāo)準(zhǔn)的配置能夠適應(yīng)工業(yè)上的各種控制。在實(shí)際應(yīng)用中，其硬件可根據(jù)實(shí)際需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)[6]。CPU模塊存儲(chǔ)器模塊電源模塊通信模塊輸出模塊輸入模塊操作模塊編程器智能模塊控制對(duì)象 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖初期的PLC只能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量的控制，比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的限制比較多隨著自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能越來(lái)越完善，順序控制，模擬量處理讓PLC在自動(dòng)化領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色[7]?，F(xiàn)代可編程控制器不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)學(xué)處理、運(yùn)動(dòng)控制、模擬量PID控制、通信網(wǎng)絡(luò)等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國(guó)家，可編程控制器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)，其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測(cè)試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。歸納可編程控制器主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)2）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高3）硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC是在系統(tǒng)軟件的控制和指揮下，采用循環(huán)順序掃描的工作方式，其工作過(guò)程就是程序的執(zhí)行過(guò)程，它分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 掃描周期 輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出刷新元件寄存器輸入寄存器輸入端輸出寄存器輸出端 程 刷新 輸出 . ..... . ..... 讀 序 寫(xiě) ........ PLC的掃描工作過(guò)程 PLC的選型首先是選擇PLC的品牌，根據(jù)供水系統(tǒng)要求，結(jié)合可靠性，市場(chǎng)認(rèn)可度及成本，泵課題選用西門(mén)子S7系列PLC作為控制器，因控制電路I/O點(diǎn)較少，選用小型PLC西門(mén)子200PIC即可[8]。水泵MM2，M3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需PLC的6個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷需由PLC的1個(gè)輸出點(diǎn)，三臺(tái)泵的運(yùn)行反饋停止反饋共需6個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)的起停控制共需7個(gè)輸入點(diǎn)，三臺(tái)泵的工頻開(kāi)關(guān)需3個(gè)輸入點(diǎn)，壓力檢測(cè)需一個(gè)模擬量輸入點(diǎn)，變頻器的PID調(diào)節(jié)需一個(gè)模擬量輸出點(diǎn)一個(gè)，所以本系統(tǒng)數(shù)字輸入點(diǎn)共19個(gè)，數(shù)字輸出點(diǎn)共7個(gè)，模擬輸入點(diǎn)1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)[9]。圖 系統(tǒng)符號(hào)表由于西門(mén)子224XP包含2個(gè)模擬量輸入和1個(gè)模擬量輸出，不必額為添加模擬量出來(lái)模塊，所以本系統(tǒng)選用門(mén)子224XP作為控制器，技術(shù)參數(shù)如下： CPU常規(guī)參數(shù)訂貨號(hào)模塊名稱(chēng)模塊描述尺寸（mm）重量功耗6ES7 2142BD230XB8CPU224XP AC/DC/繼電器14輸入/10繼電器輸出140*80*62440g11W CPU22X相同的參數(shù)PID控制器位處理數(shù)據(jù)標(biāo)志/定時(shí)器/計(jì)數(shù)器集成通信端口電源電壓數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出最多8個(gè)256/256/256RS 485 接口支持下列工 作模式：PPI 主站或從站/MPI 從站/自由口85264VAC24V DC5 – 30 V DC 或 5–250 V AC，最大 2 A（繼電器） CPU 特定數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)范集成I/O數(shù)字量輸入/輸出/使用擴(kuò)展模塊的最多通道數(shù)量模擬量輸入/輸出/使用擴(kuò)展模塊的最多通道數(shù)量程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通信接口 RS 48514 DI/10 DO114/110/2242 AI/1 AO integrated32/28/4412/16 KB10 KB2由于本系統(tǒng)共數(shù)字量輸入點(diǎn)19個(gè)，輸出點(diǎn)為7個(gè)，224XP自身集成的I/O點(diǎn)不能滿(mǎn)足系統(tǒng)需要，需增加一個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊[10]?？紤]到系統(tǒng)以后的擴(kuò)展需要，對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)增加20%的擴(kuò)展余量，所以本系統(tǒng)共需輸入點(diǎn)為19*（1+20%）=23，輸出點(diǎn)為7*（1+20%）=9。因此選用EM221作為系統(tǒng)擴(kuò)展模塊，參數(shù)如下： EM221參數(shù)訂貨號(hào)模塊名稱(chēng)模塊描述尺寸（mm）功耗輸入電壓6ES72211BF220XA8EM 221DI8 x 24V DC46 x 80