【文章內(nèi)容簡介】 程中，具有輸出恒定轉(zhuǎn)矩的能力。由于恒定控制能在一定調(diào)速范圍內(nèi)近似維持磁通恒定，因此恒定控制屬于恒轉(zhuǎn)矩控制。恒定控制是異步電動機變頻調(diào)速的最基本控制方式，它在控制電動機的電源頻率變化的同時控制變頻器輸出電壓，并使之二者之比為恒定，從而使電動機的磁通基本保持恒定。恒定控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，突出優(yōu)點是可以進行電動機的開環(huán)速度控制。2）基頻以上調(diào)速當(dāng)電動機的電壓隨著頻率的增加而升高時，若電動機的電壓已經(jīng)達到電動機的額定電壓時，繼續(xù)增加電壓有可能破壞電動機的絕緣。為此，在電動機達到額定電壓后，即使頻率增加扔維持電動機電壓不變。這樣，電動機所能輸出的功率由電動機的額定電壓和額定電流的乘積所決定，不隨頻率的變化而變化，具有恒功率特性。在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從基頻往上增加，但電壓卻不能超過額定電壓，此時的電動機調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。 變頻器的作用變頻調(diào)速能夠應(yīng)用在大部分的電機拖動場合，由于它能提供精確的速度控制，因此可以方便地控制機械傳動的提升、下降和變速運動。變頻應(yīng)用還可以大大地提高工藝的高效性，同時可以比原來的定速運行電動機更加地節(jié)能。變頻器主要有以下作用：1） 控制電動機的啟動電流。2） 降低電力線路的電壓波動。3） 啟動時需要的功率更低。4） 可控的加速功能。5） 可調(diào)的運行速度。6） 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限。7） 受控的停止方式。8） 節(jié)能。9） 可逆運行控制。10）減少機械傳動部件。第二章 基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計 項目控制要求本系統(tǒng)一般應(yīng)用在住宅或大樓頂樓設(shè)置的水塔或水箱。用戶用水量不穩(wěn)定，有時用水量多有時用水量少，但是水塔必須提供充足的水壓供用戶使用。水塔的進水可由水泵泵入，另備有地下水槽儲存自來水公司提供的水源并給頂樓水塔供水使用。本系統(tǒng)設(shè)計的目的是對水塔中水位進行恒液位控制。本系統(tǒng)可用一個模型來模擬水塔水位的恒液位控制。水箱的高度為200cm，水箱中的液位高度可在0～200cm范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。如設(shè)定水箱水位值為100cm，則不論水箱的出水量如何，調(diào)節(jié)進水量，都要求水箱水位都能保持在100cm的位置，如出水量少，則要控制進水量少，相反如果出水量大則要求控制進水量也大，水箱示意圖如圖21所示。水塔水位控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、變頻器、壓力變送器及水泵等組成。圖21 水箱水位控制示意圖 控制系統(tǒng)設(shè)計思路系統(tǒng)基本工作原理:因為液位高度與水箱底部的水壓成正比，所以可以用一個壓力傳感器來檢測水箱底部的壓力，從而可以確定水箱液位的高度。要控制水位恒定，需要用PID算法對水位進行自動調(diào)節(jié)。把壓力傳感器檢測到的水位信號4～20mA送入至PLC中，在PLC中對設(shè)定值與檢測值的偏差進行PID運算，運算的結(jié)果輸出至變頻器，變頻器去調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)進水量的多少來保持水箱水位的恒定。本系統(tǒng)設(shè)計還應(yīng)遵循以下的原則：① 蓄水池容量應(yīng)大于最大用水量； ② 水泵揚程應(yīng)大于水箱最高點的高度；這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換；通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變PLC存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒液位控制場合。 控制系統(tǒng)的元件選型 PLC及其模塊選型S7200 PLC是小型模塊式的PLC，整機I/O點數(shù)從10～40點，在小型自動化設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。S7200 PLC在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了充分的應(yīng)用，它可以用于開關(guān)量控制，如邏輯、定時、計數(shù)、順序等功能?？捎糜谀M量控制，具有PID控制功能，可實現(xiàn)過程控制，也可以用于運動控制，具有發(fā)送高速脈沖功能。根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用的S7200型PLC的主模塊為CPU224，其開關(guān)量輸出為10點，輸出形式為DC24V輸出；開關(guān)量輸入CPU224為14點，輸入形式為DC24V輸入。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號能夠轉(zhuǎn)換成一個字長(16bit)的數(shù)字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成D/A的轉(zhuǎn)換，一個字長(16bit)的數(shù)字信號能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過DIP開關(guān)進行設(shè)置。表21 控制系統(tǒng)I/O分配表輸入輸出啟動SB1控制水泵運行停止SB2M0、V0、I0PLC控制變頻信號RA、A+、A壓力變送器信號本系統(tǒng)中PLC選用S7200 CPU224，為了能接受壓力傳感器的模擬量信號和調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，特選擇一塊EM235的模擬量輸入輸出模塊。 變頻器選型為了能調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)進水量，選擇西門子G110的變頻器。用于基本驅(qū)動系統(tǒng)的高性價比變頻器西門子G110變頻器是一種使用靈活、結(jié)構(gòu)小巧、價位適中的變頻調(diào)速裝置，可用于各種速率的驅(qū)動系統(tǒng)，功率范圍可從120W3kW不等。西門子G110 系列變頻調(diào)速裝置操作簡便，加之西門子G110 變頻器與價位適中的標(biāo)準(zhǔn)電動機相組合的系統(tǒng)所具有的良好性價比，使之成為大多數(shù)應(yīng)用對象驅(qū)動裝置的首選。G110變頻器總共有10個控制端子，端子編號分別為1～10。2號端子為一數(shù)字輸出信號，可用來輸出某開關(guān)信號；3～5號端子為數(shù)字量輸入信號，各端子都可往變頻器輸入一開關(guān)信號；6號端子為輸出24V電源正極；7號端子為輸出0V（電源負(fù)極）；8～10號端子的功能按控制方式來確定，在模擬控制方式下，8號端子為輸出+10V，9號端子為模擬量輸入信號，變頻器按此信號大小決定輸出頻率；10號端子為0V。 觸摸屏選型為了能對水位值進行設(shè)定并對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控，特選擇用西門子人機界面TP170B觸摸屏。人機界面裝置是操作人員與PLC之間雙向溝通的橋梁，很多的工業(yè)被控對象要求控制系統(tǒng)具有人機界面功能，用來實現(xiàn)操作人員與計算機控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交換。人機界面裝置用來顯示PLC的I/O狀態(tài)和各種系統(tǒng)信息，接收操作人員發(fā)出的各種命令和設(shè)置參數(shù)，并將它傳送到PLC中。、藍色或16色STNLCD，有2個RS232接口、1個RS422/485接口和1個CF卡插槽，支持位圖、圖標(biāo)、背景圖畫和矢量圖形對象，動態(tài)對象有圖表、柱形圖和隱藏按鈕，有配方功能。使用Microsoft Windows ，用組態(tài)軟件WinCC flexible來組態(tài)。 壓力變送器選型一般意義上的壓力變送器主要由測壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4～20mA DC等）， 以供給指示報警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。將水壓這種壓力的力學(xué)信號轉(zhuǎn)變成4～20mA這樣的電子信號，壓力和電壓或電流的大小成線性關(guān)系，一般是正比關(guān)系。所以，變送器輸出的電壓或電流隨壓力增大而增大，由此得出一個壓力和電壓或電流的關(guān)系。CYYB120系列壓力變送器為兩線制4～20mA電流信號輸出產(chǎn)品。它采用CYYB105系列壓力傳感器的壓力敏感元件。經(jīng)后續(xù)電路給電橋供電，并對輸出信號進行放大、溫度補償及非線性修正、V/I變換等處理，對供電電壓要求寬松，具有4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。一對導(dǎo)線同時用于電源供電及信號傳輸，輸出信號與環(huán)路導(dǎo)線電阻無關(guān)，抗干擾性強、便于電纜鋪設(shè)及遠距離傳輸，與數(shù)字顯示儀表、A/D轉(zhuǎn)換器及計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接方便。 水泵選型水泵選用凌波1ZDB65自吸旋渦清水泵。泵體材料為鑄鐵，該泵采用優(yōu)質(zhì)機械材料密封。產(chǎn)品具有運行平穩(wěn)、性能可靠、全揚程運行、經(jīng)久耐用的優(yōu)點；該泵的特點是小流量、高揚程、體積小、容易安裝。適用范圍：輸送清水，液體溫度≤45℃。家庭主管增壓供水、高層建筑增壓。農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水。工作條件：輸送介質(zhì)溫度：常溫型 +5℃～+45℃。最高環(huán)境溫度：+50℃。最大吸程：8米。三相 380V/50Hz。表22 1ZDB65自吸旋渦清水泵參數(shù)表型號最大流量(L/min)最大流量(m3/h)最大揚程(m)最大吸程(m)功率(KW)口徑(mm)重量(KG)1ZDB65586582512 EM235 模塊 EM235的端子與接線SIEMENS S7200模擬量擴展模塊EM235含有4路輸入和1路輸出，為12位數(shù)據(jù)格式，它的端子及其接線圖如圖22所示。圖22 EM235端子接線圖其中RA、A+、A為第一路模擬量輸入通道的端子，RB、B+、B為第二路模擬量輸入通道的端子，RC、C+、C為第三路模擬量輸入通道的端子，RD、D+、D為第四路模擬量輸入通道的端子。M0、V0、I0為模擬量輸出端子，電壓輸出大小為10～+10V，電流輸出大小為0～20mA。L+、M接EM235的工作電流。 EM235的技術(shù)規(guī)范表23 EM235技術(shù)規(guī)范表模擬量輸入特性模擬量輸入點4輸入范圍電壓（單極性）信號類型：0～10V、0～5V、0～1V、0～500mV、 0～100 mV、0～50 mV電壓（雙極性）信號類型：177。10V、177。5V、177。、177。1V、177。500mV、 177。250mV、177。100mV、177。50mV、177。25mV電流信號類型：0～20mA數(shù)據(jù)字格式雙極性全量程范圍32000～+32000單極性全量程范圍0～32000分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸出特性模擬量輸出點數(shù)1信號范圍電壓輸出177。10V電流輸出0～20mA數(shù)據(jù)字格式電壓32000～+32000電流0～32000分辨率電流電壓12 位電流11 位 DIP設(shè)定開關(guān)EM235有6個DIP設(shè)定開關(guān)。通過設(shè)定開關(guān)，可選擇輸入信號的滿量程和分辨率，所有的輸入信號設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式，如下表24所示。表24 DIP開關(guān)設(shè)定表單極性滿量程輸入