【導讀】廣東南方職業(yè)學院。題目名稱基于PLC與變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設計。專業(yè)班級12級機電1班。時間2021年11月至2021年6月

　　

【正文】 階躍響應 ms 到 95% 共模抑制 4dB,DC 到 60Hz 共模電壓 信號電壓加共加模電壓≤177。 12V 24VDC 電壓范圍 ～ 設置時間，電壓輸出，電流輸出 100μ s 2ms 數(shù)據(jù)字格式雙極性， 32021～ +32021 第 21頁 (共 39頁 ) 滿量程單極性，滿量程 0～ 32021 第 22頁 (共 39頁 ) 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設計 PLC 梯形圖設計 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易 懂的優(yōu)點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。 PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元 (軟繼電器 )，每一軟繼電器與 PLC 存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應，該存儲單元如果為“ 1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“ 1”或“ ON”狀態(tài)。如果該存儲單元為“ 0”狀態(tài)，對應軟繼電器 的線圈和觸點的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“ 0”或“ OFF”狀態(tài)，使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線，在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線 (左母線和右母線 )之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動，右母線可以不畫出。 梯形圖繪制 根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算，梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。雙恒壓供水系 統(tǒng)的梯形圖程序見大圖，子程序見下圖，對該程序有幾點說明： 1. 因為程序較長，所以讀圖時請按照網(wǎng)絡標號的順序進行； 2. 本程序的控制邏輯設計針對的是較少泵數(shù)的供水系統(tǒng)。 第 23頁 (共 39頁 ) 第 24頁 (共 39頁 ) 第 25頁 (共 39頁 ) 圖 31 梯形圖的子程序 程序的結(jié)果以及程序功能的實現(xiàn) 由于 PLC 在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，本程序可分為 3 部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)的一些初始化的工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。主程序的功能最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合以及報警處理都在主程 序。 邏輯運算及報警處理等放在主程序。利用定時器中斷功能實現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制。生活供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的 70%，消防供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的 90%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（ P）和積分（ I）控制，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制效果。 程序中使用的 PLC 元器件及其功能如表 32 所示。 表 32 PLC 元器件及其功能 器件地址 功能 器件地址 功能 VD100 過程變量標準化值 T38 工頻 /泵減泵濾波時間控制 VD104 壓力給定值 T39 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 第 26頁 (共 39頁 ) VD108 PI 計算值 故障結(jié)束脈沖信號 VD112 比例系數(shù) 泵變頻啟動脈沖 VD116 積分時間 復位當前變頻運行泵脈沖 VD120 積分時間 復位當前變頻運動泵脈沖 VD124 微分時間 當前泵工頻運動啟動脈沖 VD204 變頻起運動頻率下限值 新泵變頻啟動脈沖 VD208 生活供水變頻器運動頻率上限值 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD212 消防供水變頻器運動頻率上限值 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD250 PI 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD300 變頻工作泵的泵號 故障信號總匯 VD301 工頻運行的泵的總臺數(shù) 水池水位下限故障邏輯 VD310 倒泵時間存儲器 水池水位下限故障消鈴邏輯 T33 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 變頻器故障消鈴邏輯 T34 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 火災消鈴邏輯 T37 工頻泵增泵濾波時間控制 系統(tǒng)工作流程圖 1．開始 2．初始化程序 3． PLC 檢測給水 池液位保護開關(guān)是否動作 4．啟動第一臺水泵進行變頻工作 5．變頻輸出率是否達到最大值 6．變頻切換開機程序 7．變頻輸出率是否達到最小值 第 27頁 (共 39頁 ) 8．逐臺停泵程序 9．運行結(jié)果送到 PLC 輸出控制水泵運行或停機 10．工作結(jié)束 其工作流程圖如下： 圖 33 系統(tǒng)工作流程圖 控制系統(tǒng)程序設計 啟動程序 在自動運行方式下開始啟動運行時，首先檢測水池水位，若水池水位符合設定水位要求， 1泵變頻交流接觸器吸合，電機與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0Hz 開始上升，此時壓力傳感器檢 測壓力信號反饋 PLC，由 PLC 經(jīng) PID 運算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至 50Hz，延時一定時間后，將 第 28頁 (共 39頁 ) 1泵切換工頻， 2泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動 2水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達到設定壓力，依次類推增加水泵。 水泵切換程序 如用水量減小，出水壓力超過設定壓力，則 PLC 控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力，若變頻器輸出頻率低于某一設定值 (水泵出水頻率，一般為 25Hz),而出水壓力仍高于設定壓力值時， PLC 開始計時，若在一定時間內(nèi)，出水壓力降低到設定壓力， PLC 放棄計時，繼續(xù)變頻調(diào)速運行；若在一定時間內(nèi)出水壓力仍高于設定壓力，根據(jù)先投先停的原則， PLC 將停止正在運行的水泵中運行時間最長的工頻泵，直至出水壓力到達設定值。 逐臺停泵程序 當用戶用水量較少，若變頻器輸出頻率低于設定水泵出水頻率而出水壓力仍高于設定壓力值時，延時一段時間后根據(jù)先投先停的原則，停止正在運行水泵中運行時間最長的工頻泵，直至出水壓力達到設定值。若系統(tǒng)只有一臺水泵變頻運行且連續(xù)一段時間頻率低于設定出水頻率。則切除變頻運行主泵，投入小流量泵，既保護主泵電動機，又節(jié)約能源。當外來管網(wǎng)壓 力達到設定壓力時。則控制器完全停止各泵工作，外界管網(wǎng)直接向用戶供水。 故障處理 變頻故障從冗余設計原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時也要不間斷供水。當變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報警， PLC 發(fā)指令使全部水泵停機，然后 1泵工頻運行 (若水泵功率大于 37KW，則需要采用降壓啟動或其他啟動方式 )，經(jīng)一定延時后根據(jù)壓力變化情況再使 2泵工頻運行。此時， PLC 切換泵則根據(jù)實際水壓的變化在工頻泵間切換。當出現(xiàn)水池無水停機、電動機欠壓、過壓、錯相、電機故障等情況時，均能由蜂鳴器發(fā)出警報聲。所有故障解決，恢復正常后， 自啟動前也要發(fā)出報警信號。 第 29頁 (共 39頁 ) 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 PLC 程序的運行和模擬調(diào)試 PLC 程序編制完成后，將 PLC 和計算機用電纜連接，將程序傳給 PLC， PLC可以單獨運行程序，也可以在計算機上在線運行程序。在線工作方式時，可以在線編輯軟件，方便了調(diào)試程序和監(jiān)控 PLC 的運行狀況。 在模擬調(diào)試中，我們主要目的是檢查程序的流程是否正確，硬件需要 PLC、電纜、微機、 24V 直流電源。調(diào)試時，輸入各種按鈕輸入信號，檢查 PLC 的輸出是否和預期的輸出相符， PLC 的輸出端子并不需要真 正的連接執(zhí)行單元，我們只需要根據(jù) PLC 上面的 I/O 指示燈來判斷正確與否。通過計算機模擬調(diào)試后，說明 PLC 的軟件基本上問題不會太大。 系統(tǒng)總體調(diào)試 功能測試完成后并檢查完線路后就可以開始系統(tǒng)總體調(diào)試了，內(nèi)容包括： ，能否正常啟動和停止各臺泵； ，給變頻器持續(xù)欠壓信號，系統(tǒng)能否實現(xiàn) 1 、 2 、 3 的變頻和工頻投入，最后全部工作在工頻方式；給變頻器持續(xù)超壓信號，能否實現(xiàn)泵的工頻 /變頻順序切除； ，是否滿足先投先停，先停先投的既定原則； 信號時，系統(tǒng)能否停止運行； ，系統(tǒng)能否繼續(xù)運行，故障處理是否正確； PLC 輸入變頻器故障信號，檢查 PLC 能否自動轉(zhuǎn)入全自動工頻運行方式； ，模擬電壓發(fā)生微調(diào)，系統(tǒng)能否工作在一臺變頻、一臺工頻的基本穩(wěn)定狀態(tài)； 第 30頁 (共 39頁 ) 結(jié) 論 恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動機電源頻率，而達到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力、減少截流損失的效能。由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時，泵轉(zhuǎn)速降低，減 少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動機的機械使用壽命。實現(xiàn)恒壓自動控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動強度，節(jié)省了人力。 水泵電動機采用軟啟動方式，按設定的加速時間加速，避免電動機啟動時的電流沖擊，對電網(wǎng)電壓造成波動的影響，同時也避免了電動機突然加速造成泵系統(tǒng)的振動。 由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運行過程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟效益是十分明顯的。正因為如此，系統(tǒng)具有收回投資快，而長期受益，其產(chǎn)生的社會效益也是非常巨大。 在實際應用中，采用 PLC 控制 恒壓供水，還能容易地隨時修改控制程序，以改變各元件的工作時間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統(tǒng)相比， PLC 控制系統(tǒng)具有更大的靈活性和通用性。 第 31頁 (共 39頁 ) 參考文獻 [1] 艷萍 .電氣控制與 PLC 技術(shù) .北京：北京師范大學出版社， [2]田淑珍 .可編程控制器原理及應用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021. 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[18]吳學娟 ,郎朗 . 模糊自適應控制在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應用 [J].工業(yè)控制計算機 ,2021,(11). 第 32頁 (共 39頁 ) 致謝 在本篇畢業(yè)設計完成的同時，我首先 要感謝我的導師萬三國老師。在他的悉心指導下，我的設計才能如此順利的完成。在畢業(yè)設計的完成過程中，他對我提出了很多很具建設性的指導意見，細心地和我講解論文中出現(xiàn)的問題，給予專業(yè)上的指導，信心上的鼓勵。我能順利完成本篇論文和他的認真指導和辛苦的批改是分不開的，在此我由衷的向萬三國老師表示感謝。 同時，我也很感謝學校和學校的領(lǐng)導給我們創(chuàng)造的良好的學習環(huán)境，讓我們能夠在良好的氛圍中完成畢業(yè)設計。在此，也很感謝舍友和家人在這期間的大力支持。 也感謝班上同學丁志明等給予我專業(yè)知識上的講解，幫助我解決我在專業(yè)知識上的盲點， 促 使 我 能 夠 更 加 順 利 的 完 成 畢 業(yè) 設 計 。 第 33頁 (共 39頁 ) 附圖Ⅰ PLC 接線圖 第 34頁 (共 39頁 )