【文章內(nèi)容簡介】 定的規(guī)律使其輸出變化，并通過執(zhí)行器改變控制參數(shù)，使被控參數(shù)回到給定值，從而抵消干擾對被控參數(shù)的影響。所以控制器具有把在干擾作用下偏離給定值的被控參數(shù)重新拉回到給定值上的功能。DDZⅢ型控制器的作用是輸出4～20mA DC信號，然后通過執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的自動(dòng)控制。一臺DDZⅢ型工業(yè)控制器除能實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算外，還具有如下功能，以適應(yīng)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的需要。(1)獲得偏差并顯示其大小(2)顯示控制器的輸出(3)提供內(nèi)給定信號并能進(jìn)行內(nèi)外給定選擇(4)進(jìn)行正反/作用選擇(5)進(jìn)行手動(dòng)操作 ，并具有良好的手動(dòng)/自動(dòng)雙向切換性能　變頻器的選型通常把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作變頻器，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電。然后再把直流電變換為三相或單相交流電。變頻器同時(shí)改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機(jī)運(yùn)行曲線上的N0，使電機(jī)運(yùn)行曲線平行下移。因此變頻器可以使電機(jī)以較小的啟動(dòng)電流，獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動(dòng)重載負(fù)荷。變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，直流中間電路將直流電進(jìn)行平滑濾波，逆變器最后將直流電再轉(zhuǎn)換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會(huì)在電路內(nèi)加入CPU等部件，來進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)矩運(yùn)算。變頻器的誕生源于交流電機(jī)對無級調(diào)速的需求，隨著晶閘管、靜電感應(yīng)晶體管、耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管等部件的出現(xiàn)，電氣技術(shù)有了日新月異的變化，變頻器調(diào)速技術(shù)也隨之發(fā)展，特別脈寬調(diào)制變壓變頻調(diào)速技術(shù)更是讓變頻器登上了新的臺階。變頻器的工頻電源一般是50Hz或60Hz，無論是在家用領(lǐng)域或生產(chǎn)領(lǐng)域，工頻電源的頻率和電壓都是恒定不變的。以工頻電源工作的電機(jī)在調(diào)速時(shí)可能會(huì)造成功率的下降，而通過變頻器的調(diào)整，電機(jī)在調(diào)速時(shí)就可以減少功率損失。變頻器的種類繁多，按照變頻器的用途不同可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等；按照變頻器工作原理分類可分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等。變頻器具有調(diào)壓、調(diào)頻、穩(wěn)壓、調(diào)速等基本功能。 變頻器，它是三相380V變頻器。使用正弦波PWM控制方式，～400HZ，可以滿足要求。　系統(tǒng)接線圖 圖31 系統(tǒng)接線圖　水泵和熔斷器的選型由于恒壓供水是要靠水泵抽水來實(shí)現(xiàn)的，所以選擇水泵是非常重要的。水泵選型依據(jù)應(yīng)從五個(gè)方面加以考慮，既液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)、管路布置以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件等。根據(jù)泵選型原則和選型基本條件，具體操作如下：(1)根據(jù)裝置的布置、地形條件、水位條件、運(yùn)轉(zhuǎn)條件，確定選擇臥式、立式和其它型式(管道式、潛水式、液下式、無堵塞式、自吸式、齒輪式等)的泵。(2)根據(jù)液體介質(zhì)性質(zhì)，確定清水泵，熱水泵還是油泵、化工泵或耐腐蝕泵或雜質(zhì)泵，或者采用無堵塞泵。安裝在爆炸區(qū)域的泵，應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū)域等級，采用相應(yīng)的防爆電動(dòng)機(jī)。(3)根據(jù)流量大小，確定選單吸泵還是雙吸泵；根據(jù)揚(yáng)程高低，選單級泵還是多級泵，高轉(zhuǎn)速泵還是低轉(zhuǎn)速泵(空調(diào)泵)、多級泵效率比單級泵低，如選單級泵和多級泵同樣都能用時(shí)，首先選用單級泵。(4)確定泵的具體型號。確定選用什么系列的泵后，就可按最大流量，(在沒有最大流量時(shí)，)，取放大5%—10%余量后的揚(yáng)程這兩個(gè)性能的主要參數(shù)，在型譜圖或者系列特性曲線上確定具體型號。操作如下：利用泵特性曲線，在橫坐標(biāo)上找到所需流量值，在縱坐標(biāo)上找到所需揚(yáng)程值，從兩值分別向上和向右引垂線或水平線，兩線交點(diǎn)正好落在特性曲線上，則該泵就是要選的泵，但是這種理想情況一般很少，通常會(huì)碰上下列兩種情況：第一種：交點(diǎn)在特性曲線上方，這說明流量滿足要求，但揚(yáng)程不夠，此時(shí)，若揚(yáng)程相差不多，或相差5%左右，仍可選用，若揚(yáng)程相差很多，則選揚(yáng)程較大的泵?；蛟O(shè)法減小管路阻力損失。第二種：交點(diǎn)在特性曲線下方，在泵特性曲線扇狀梯形范圍內(nèi)，就初步定下此型號，然后根據(jù)揚(yáng)程相差多少，來決定是否切割葉輪直徑，若揚(yáng)程相差很小，就不切割，若揚(yáng)程相差很大，就按所需Q、H，根據(jù)其ns和切割公式，切割葉輪直徑，若交點(diǎn)不落在扇狀梯形范圍內(nèi)，應(yīng)選揚(yáng)程較小的泵。選泵時(shí)，有時(shí)須考慮生產(chǎn)工藝要求，選用不同形狀QH特性曲線。(5)泵型號確定后，對水泵或輸送介質(zhì)的物理化學(xué)介質(zhì)近似水的泵，需再到有關(guān)產(chǎn)品目錄或樣本上，根據(jù)該型號性能表或性能曲線進(jìn)行校改，看正常工作點(diǎn)是否落在該泵優(yōu)先工作區(qū)。(6)對于輸送粘度大于20mm2/s的液體泵(或密度大于1000kg/m3)，一定要把以水實(shí)驗(yàn)泵特性曲線換算成該粘度(或者該密度下)的性能曲線，特別要對吸入性能和輸入功率進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算或較核。(7)確定泵的臺數(shù)和備用率：對正常運(yùn)轉(zhuǎn)的泵，一般只用一臺，因?yàn)橐慌_大泵與并聯(lián)工作的兩臺小泵相當(dāng)(指揚(yáng)程、流量相同)，大泵效率高于小泵，故從節(jié)能角度講寧可選一臺大泵，而不用兩臺小泵，但遇有下列情況時(shí)，可考慮兩臺泵并聯(lián)合作：流量很大，一臺泵達(dá)不到此流量；對于需要有50%的備用率大型泵，可改兩臺較小的泵工作，兩臺備用(共三臺)；對某些大型泵，可選用70%流量要求的泵并聯(lián)操作，不用備用泵，在一臺泵檢修時(shí)，另一臺泵仍然承擔(dān)生產(chǎn)上70%的輸送。我選擇的是10Sh9A型水泵，該水泵進(jìn)口直徑是250毫米，這臺水泵的葉輪是“雙面”都進(jìn)水的，比轉(zhuǎn)數(shù)是90。它的流量可以在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化流量變化時(shí)，揚(yáng)程也就跟著變化，這臺水泵的各項(xiàng)系數(shù)可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。熔斷器選擇的型號是RC1A–30。第4章 水儲罐恒壓系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)　PLC程序流程圖開始如圖4–1所示。手動(dòng)運(yùn)行模式，根據(jù)要求，手動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)操作是否自動(dòng)運(yùn)行 否初始化子程序及PID參數(shù)的初始化 是運(yùn)行PLCPID指令及算法控制控制量的輸出75%水壓計(jì)算變頻器改變頻率變速泵變速控制注水速度壓力值周期采樣及數(shù)值處理圖 41 程序流程圖　PID控制器PLC的模擬量輸入/輸出的本質(zhì)是進(jìn)行A/D與D/A轉(zhuǎn)換，這一功能除了用來對速度、壓力、流量等模擬量進(jìn)行測量﹑顯示與轉(zhuǎn)換外，其更重要的作用是用來實(shí)現(xiàn)模擬量控制系統(tǒng)的閉環(huán)自動(dòng)控制。為此，S7200PLC集成有專門的PID(比例、積分、微分)軟件，可用于閉環(huán)控制的工業(yè)設(shè)計(jì)中[6]。在工業(yè)控制中，常常需要用閉環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)壓力、溫度、流量等連續(xù)變化的模擬量的控制。無論使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)，還是使用計(jì)算機(jī)(包括PLC)的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制系統(tǒng)都得到了極為廣泛的使用。過程控制系統(tǒng)在對模擬量進(jìn)行采樣的基礎(chǔ)上，一般還對采樣值進(jìn)行PID(比例+積分+微分)運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，形成對模擬量的控制作用。PID運(yùn)算中的積分作用可以消除系統(tǒng)的靜態(tài)誤差，提高對系統(tǒng)參數(shù)變化的適應(yīng)能力；微分作用可以克服慣性滯后，提高抗干擾能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，改變系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；比例作用可對系統(tǒng)偏大做出及時(shí)響應(yīng)。因此，對于快過程和慢過程，PID都有良好的實(shí)際效果。如果可以將這三種的強(qiáng)度做適當(dāng)?shù)呐浜?，可以使PID回路快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確的運(yùn)行，從而獲得滿意的控制效果。PID控制器的輸出量=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)+輸出的初始值，即 (41)數(shù)字計(jì)算機(jī)要處理這個(gè)函數(shù)函數(shù)關(guān)系式，必須將連續(xù)函數(shù)離散化，對偏差周期采樣后，計(jì)算輸出值得到 (42)式中，積分項(xiàng)是包括從第1個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的積累值。計(jì)算中，沒有必要保留所有采樣周期的誤差項(xiàng)。只需保留積分項(xiàng)前值MX即可 (43)式中MX——積分項(xiàng)前值(在第n1采樣時(shí)刻的積分項(xiàng))；MPn——第n采樣時(shí)刻的比例項(xiàng)；MIn——第n采樣時(shí)刻的積分項(xiàng)；MDn——第n采樣時(shí)刻的微分項(xiàng)。比例項(xiàng)是是增益Kc和偏差e的乘積。增益Kc決定輸出對偏差的靈敏度。增益為正的回路為正作用回路，反之為反作用回路。選擇正、反作用的目的是使系統(tǒng)處于負(fù)反饋控制。 (44)式中SPn為第n采樣時(shí)刻的給定值；PVn為第n采樣時(shí)刻的過程變量值。積分項(xiàng)MIn與偏差的和成正比 (45)式中Ts為采樣周期；Ti為積分時(shí)間常數(shù)積分項(xiàng)前值MX是第n采樣周期前所有積分之和。在每次計(jì)算出Min之后，都要用Min去更新MX。第一次計(jì)算時(shí)MX的初值被設(shè)置為Minitial(初值)。采樣周期Ts是重新計(jì)算輸出的時(shí)間間隔，而積分時(shí)間常數(shù)Ti控制積分項(xiàng)在整個(gè)輸出結(jié)果中影響的程度。本次設(shè)計(jì)中用的是PI控制，因此關(guān)閉微分作用，即微分時(shí)間為0。根據(jù)題意，PID回路參數(shù)表如下：表41 PID回路參數(shù)表地址參數(shù)數(shù)值VD100過程變量當(dāng)前值PVn水位檢測計(jì)提供的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值VD104給定值SPnVD108輸出值MnPID回路的輸出值(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值)VD112增益KCVD116采樣時(shí)間TSVD120積分時(shí)間TI30VD124微分時(shí)間TD0VD128上一次積分值MX根據(jù)PID運(yùn)算結(jié)果更新VD132上一次過程變量PVn1最近一次的PID的變量值　程序給定值為滿水量的75%，被控水位值由液位計(jì)檢測后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入PLC,用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制量信號由PLC執(zhí)行PID指令后以單極性信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后送出。采用PI控制，其增益、采樣周期和積分時(shí)間分別為：Kc=，T=，Ti=30min。通過首次掃描調(diào)用子程序的方式，初始化PID參數(shù)并為PID運(yùn)算設(shè)置時(shí)間間隔(定時(shí)中斷)。PID參數(shù)表的首地址為VD100，定時(shí)中斷時(shí)間為I0，子程序編號為0。通過定時(shí)中斷每隔100ms調(diào)用一次中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，采樣被控制量的水位值并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后送入PID參數(shù)表若系統(tǒng)處于手動(dòng)工作狀態(tài)，則將手動(dòng)時(shí)水泵轉(zhuǎn)速的給定值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后送PID參數(shù)表作為輸出值及積分和，將手動(dòng)時(shí)水位值標(biāo)準(zhǔn)化后送PID參數(shù)表作為反饋量前值；若系統(tǒng)為自動(dòng)工作狀態(tài)，則執(zhí)行PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成工程量后送模擬量輸出寄存器，通過D/A轉(zhuǎn)換以控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)水位恒定的控制要求。該系統(tǒng)的控制程序由主程序、子程序和中斷程序3部分組成。采用定時(shí)中斷來定時(shí)采樣，設(shè)置定時(shí)時(shí)間為100ms，并寫入SMB34，標(biāo)準(zhǔn)化采用單極性(取值范圍為032000)?！≈噶詈妥⑨尅≈鞒绦虿糠? LD CALL SBR＿0 首次掃描調(diào)用初始化子程序0 ID = ，將變頻器接入電源 　子程序部分 LD MOVR ，VD104 填寫PID參數(shù)表，設(shè)置給定水位值75% MOVR ，VD112 MOVR ，VD116 MOVR ，VD120 設(shè)置積分時(shí)間為30min MOVR ，VD124 設(shè)置微分時(shí)間常數(shù)為0，即關(guān)閉微分作用 MOVB 100，SMB34 設(shè)定定時(shí)中斷的時(shí)間間隔為100ms ATCH INT＿0，10 每次定時(shí)時(shí)間到調(diào)用中斷程序0 ENI 全局開中斷　中斷服務(wù)子程序部分 LD XORD AC0，AC0 清累加器 MOVW AIW0，AC0 讀入(采集)連接在模擬量通道0上的水位值 DTR AC0，AC0 將采集到的水位值轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)(即浮點(diǎn)數(shù)) /R ，AC0 MOVR AC0，AC0 對單極性的實(shí)數(shù)水位值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 MOVR AC0，VD100 將水位值的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果填入PID回路表 LD PID VB100，0 若為自動(dòng)方式，則調(diào)用PID功能，取環(huán)路編號0 MOVR VD108，AC0 *R ，ACO 取PID運(yùn)算結(jié)果的控制量，進(jìn)行逆標(biāo)準(zhǔn)化(即轉(zhuǎn)換為工程量) TRUNC AC0，AC0 取整 MOVW AC0，AQW0 將工程量輸出給模擬量輸出通道0進(jìn)行D/A變換　中斷服務(wù)子程序 LD 若為手動(dòng)方式則將手動(dòng)的控制量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并填入 NOT 回路表，以便實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)的切換 XORD AC0，AC0 清累加器 MOVW AIW2，AC0 讀入連接在模擬量通道2上的速度給定值 DTR AC0，AC0 /R ，AC0 對單極性的實(shí)數(shù)速度給定值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 MOVR AC0，VD108 將標(biāo)準(zhǔn)化后的手動(dòng)速度給定值作為PID回路表的輸出值 MOVR AC0，VD128 將標(biāo)準(zhǔn)化后的手動(dòng)速度給定值作為PID回路表的積分和 MOVR VD100，AC0 取標(biāo)準(zhǔn)化后的水位值 MOVR AC0，VD132 將標(biāo)準(zhǔn)化后的水位值作為PID回路表中的反饋量前值第5章　結(jié)論與展望　結(jié)論本論文研究的是水儲罐恒壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。恒壓系統(tǒng)以PLC和變頻器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助于PLC強(qiáng)大而靈活的控制功能和內(nèi)置PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)了恒壓的控制。該系統(tǒng)采用PCL控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)整水泵的工作情況，使水泵調(diào)速入水。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)把軟件和