【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 重過(guò)載。 可編程控制器 PLC簡(jiǎn)介可編程控制器是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[4]?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和發(fā)展與繼電器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)，但在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除非常困難，不適應(yīng)于工藝要求發(fā)生變化的場(chǎng)合。由此，產(chǎn)生了可編程控制器，它是以微處理器為基礎(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?？删幊炭刂破骶哂胸S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)。 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖可編程邏輯控制器，采用的是計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，最初主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算。隨著微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來(lái)愈高的需求，PLC無(wú)論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高?，F(xiàn)在的PLC已不只是開(kāi)關(guān)量控制，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍,具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)將其 [4]鐘肇新，范建東，馮太合．：華南理工大學(xué)出版社. 正式命名為可編程控制器(Programmable Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)PC，但是為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(Persona1 Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC。事實(shí)上與所有的器件一樣，PLC本身也有其局限性，它無(wú)法向操作者顯示動(dòng)態(tài)的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，無(wú)法進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)的存貯與轉(zhuǎn)化，尤其是當(dāng)系統(tǒng)工藝改變時(shí)，無(wú)法方便、快速地改變相關(guān)參數(shù)、配方。因此，在現(xiàn)今的稍微復(fù)雜一些的控制系統(tǒng)中，PLC通常與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配合使用，實(shí)現(xiàn)完整的控制功能。 PLC的特點(diǎn)現(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)。(4）無(wú)觸點(diǎn)免配線，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。(5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少。(6）維修工作量小，維修方便 ，體積小，能耗低。 PLC輸入輸出端子分配表 輸入分配表輸入端子輸入設(shè)備輸入端子輸入設(shè)備輸入端子輸入設(shè)備X0SB1X4SB5X10SB9X1SB2X5SB6X11SB10X2SB3X6SB7X15FUX3SB4X7SB8X16OLX0接SB1啟動(dòng)按鈕，X1接SB2停止按鈕，X2接SB3電動(dòng)機(jī)M1變頻啟動(dòng)，X3接SB4電動(dòng)機(jī)M1工頻啟動(dòng)，X4接SB5電動(dòng)機(jī)M2變頻啟動(dòng)，X5接SB6電動(dòng)機(jī)M2工頻啟動(dòng)，X6接SB7電動(dòng)機(jī)M3變頻啟動(dòng)，X7接SB8電動(dòng)機(jī)M3工頻啟動(dòng)，X10接SB9自動(dòng)啟動(dòng)，X11接SB10手動(dòng)啟動(dòng)，頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)OL和FU輸出至PLC的X15與X16輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào) 輸出分配表輸出端子輸出設(shè)備輸出端子輸出設(shè)備輸出端子輸出設(shè)備Y0KM0Y5KM5Y13HL4Y1KM1Y6KM6Y14HL5Y2KM2Y10HL1Y15HL6Y3KM3Y11HL2Y16HL7Y4KM4Y12HL3Y20STFKM0接通電動(dòng)機(jī)M1變頻啟動(dòng)，KM1接通電動(dòng)機(jī)M1工頻啟動(dòng)，KM2接通電動(dòng)機(jī)M2變頻啟動(dòng)，KM3接通電動(dòng)機(jī)M2工頻啟動(dòng)，KM4接通電動(dòng)機(jī)M3變頻啟動(dòng)，KM5接通電動(dòng)機(jī)M3工頻啟動(dòng)，KM6接通變頻器，HL1指示電動(dòng)機(jī)M1變頻啟動(dòng)，HL2指示電動(dòng)機(jī)M1變工頻啟動(dòng)，HL3指示電動(dòng)機(jī)M2變頻啟動(dòng)，HL4指示電動(dòng)機(jī)M2工頻啟動(dòng)，HL5指示電動(dòng)機(jī)M3變頻啟動(dòng)，HL6指示電動(dòng)機(jī)M3工頻啟動(dòng)。 PLC的接線圖 PLC的接線圖 變頻器 變頻器的構(gòu)成通常由變頻器主電路（IGBT、BJT、或GTO作逆變?cè)┙o異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源。此電源輸出的電壓或電流及頻率，由控制回路的控制指令進(jìn)行控制[5]。而控制指令則根據(jù)外部的運(yùn)轉(zhuǎn)指令進(jìn)行運(yùn)算獲得。對(duì)于需要更精密速度或快速響應(yīng)的場(chǎng)合，運(yùn)算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)和保護(hù)電路信號(hào)，即防止因變頻器主電路的過(guò)電壓、過(guò)電流引起的損失外，還應(yīng)保護(hù)異步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)等。給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱(chēng)為主電路。，其主電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸引在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)要附加“制動(dòng)回路”。(1)整流器最近大量使用的是二極管的交流器，它把工頻電源變換為直流電源?？捎脙山M晶體管交流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)[6]。(2）平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電壓吸收脈動(dòng)電壓（電流）。[5]韓安榮. ，1999: 1535[6]王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)第四版. 機(jī)械工業(yè)出版社，：4366裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。(3）逆變器同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所需要頻率的交流功率，根據(jù)PWM控制信號(hào)使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率可變的交流輸出。(4）制動(dòng)回路異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說(shuō)來(lái)，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲(chǔ)存的能量大，需要快速制動(dòng)時(shí)，可用由逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路（開(kāi)關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。 典型的電壓型逆變器一例給異步電動(dòng)機(jī)供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號(hào)的回路，稱(chēng)為控制電路。，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”。，僅以控制電路A部分構(gòu)成控制電路時(shí)，無(wú)速度檢測(cè)電路，為開(kāi)環(huán)控制。在控制電路B部分增加了速度檢測(cè)電路，即增加了速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制更精確的閉環(huán)控制?？刂齐娐分饕ǎ?1）運(yùn)算電路將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、功率。(2）電壓/電流檢測(cè)電路與主電路電位隔離，檢測(cè)電壓、電流等。(3）驅(qū)動(dòng)電路為驅(qū)動(dòng)主電路 器件的電路。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。(4）速度檢測(cè)電路以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（TG、PLG等）的信號(hào)為速度信號(hào)送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)電路檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。保護(hù)回路主要包括：(1）瞬時(shí)過(guò)電壓保護(hù)由于逆變器負(fù)載側(cè)短路等，流過(guò)逆變器器件的電流達(dá)到異常值（超過(guò)容許值）時(shí)，瞬時(shí)停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)，切斷電流。交流器的輸出電流達(dá)到異常值，也同樣停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。(2）過(guò)載保護(hù)逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續(xù)流通達(dá)規(guī)定的時(shí)間以上，為了防止逆變器器件、線路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子電路）。過(guò)負(fù)載是由于負(fù)載的GD2（慣性）過(guò)大或因負(fù)載過(guò)大使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。(3）再生過(guò)電壓保護(hù)采用逆變器使電動(dòng)機(jī)快速減速時(shí)，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時(shí)超過(guò)容許值?？梢圆扇⊥Ｖ鼓孀兤鬟\(yùn)轉(zhuǎn)或停止快速減速的辦法，防止過(guò)電壓。(4）瞬時(shí)停電保護(hù)對(duì)于數(shù)毫秒以?xún)?nèi)的瞬時(shí)停電，控制電路工作正常。但瞬時(shí)停電時(shí)間在10ms以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。(5）接地過(guò)電流保護(hù)逆變器負(fù)載側(cè)接地時(shí)，為了保護(hù)逆變器，有時(shí)要有接地過(guò)電流保護(hù)功能。但為了確保人身安全，需要轉(zhuǎn)設(shè)漏電斷路器。(6）冷卻風(fēng)機(jī)異常有冷卻風(fēng)機(jī)的裝置，但風(fēng)機(jī)異常時(shí)裝置內(nèi)溫度將上升，因此采用風(fēng)機(jī)熱繼電器或器件散熱片溫度傳感器，檢出異常后停止逆變器。(1）過(guò)載保護(hù)過(guò)載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度傳感器，或者利用轉(zhuǎn)在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。動(dòng)作頻繁時(shí)可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。(2）超頻（超速）保護(hù)逆變器的輸出頻率或者異步電動(dòng)機(jī)的速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，停止逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)。(1）防止失速過(guò)電流急加速時(shí)，如果異步電動(dòng)機(jī)跟蹤遲緩，則過(guò)電流保護(hù)電路動(dòng)作，運(yùn)轉(zhuǎn)就不能繼續(xù)進(jìn)行（失速）。所以，在負(fù)載電流減小之前要進(jìn)行控制，抑制頻率上升或使頻率下降。對(duì)于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)中的過(guò)電流，也進(jìn)行同樣的控制。 (2）防止失速再生過(guò)電壓減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過(guò)電壓。 變頻器的特點(diǎn)變頻器具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、短路、失速等自動(dòng)保護(hù)功能。能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，減小電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)節(jié)能：變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備使整個(gè)供水系統(tǒng)始終保持最優(yōu)工作狀態(tài)節(jié)電率可達(dá)35%—60% ，這一特點(diǎn)已被廣大用戶(hù)所認(rèn)識(shí)并帶來(lái)效益(2)占地面積小，投人少，效率高：設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊占地面積少維護(hù)方便維護(hù)費(fèi)用低投資省安裝快如僅供幾棟居民樓生活用水的小型供水設(shè)備在樓梯間樓梯下幾平方米的地方即可安裝(3)配置靈活，功能齊全，自動(dòng)化程度高。(4)由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，大大降低水質(zhì)污染的可能性：眾所周知南方氣候炎熱潮濕細(xì)菌和微生物極易繁殖和滋生尤其是高位水箱很容易生紅蟲(chóng)必須定期清洗改用變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備后只需一個(gè)低位水箱原來(lái)也有將水質(zhì)污染降到最低限度。(5)通過(guò)通信控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)省了人力物力。 變頻器的選型與接線根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用FRA540系列變頻器管腳STF接PLC的Y16管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。X15接變頻器的FU接口，X16接變頻器的OL接口。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)FU和OL輸出至PLC的X15與X16輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。 變頻器接線圖 PID調(diào)節(jié)器僅用P動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動(dòng)作的PI控制。用PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。但是， I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動(dòng)作控制。對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來(lái)抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載。利用I動(dòng)作消除偏差作用和用D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動(dòng)作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)(即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)程控制系統(tǒng)一般都是此類(lèi)系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié))效果比較好。 PID控制框圖通過(guò)對(duì)被控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過(guò)此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過(guò)程量的控制。在恒壓供水中常見(jiàn)的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機(jī))上做PID控制器。此次使用硬件型控制形式。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。 PID控制接線圖 壓力傳感器接線圖壓力傳感器使用CYYZ1001型絕對(duì)壓力傳感器。該傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換[7]。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿(mǎn)足技術(shù)指標(biāo)的要求。該傳感器的量程為0～，工作溫度為5℃～60 ℃，供電電源為28177。3V（DC）。 壓力傳感器的接線圖 元器件選擇水泵電機(jī)：MMM3選用小型號(hào)為40250，,。 Inp=(～)Inm式中：Inp為熔斷器