【正文】 如果沒有老師、同學(xué)和朋友的幫助，設(shè)計的工作是難以順利完成的，在此再一次表示衷心的感謝。在此特向劉老師表示深深的謝意和崇高的敬意。電力拖動控制線路與技能訓(xùn)練PLC編程及應(yīng)用可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)可編程控制器入門與應(yīng)用實例在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。通過變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動，由電動機的變頻調(diào)速實現(xiàn)對水壓的調(diào)節(jié)。壓力變送器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，通過改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。s=feedback(sk,)。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式(48)、(49)可求的PI控制器各參數(shù)。實際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達式為： （45）式中：為調(diào)節(jié)器輸出的控制增量；；。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差為零。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖47所示，圖中u(t)為PID調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivative(微分)控制方式，稱之為PID控制。具體程序梯形圖如圖44所示。圖42 2泵變頻運行控制流程圖 圖43 2泵工頻運行控制流程圖 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(1) 初始化子程序SBR_0首先初始化變頻運行的上下限頻率，在第二章水泵切換分析中已說明水泵變頻運行的上下限頻率分別為50HZ和20HZ。圖41 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖主程序流程圖如圖41所示。(6) 報警及故障處理程序本系統(tǒng)中包括水池水位越限報警指示燈、變頻器故障報警指示燈白天模式運行指示燈以及報警電鈴。當?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產(chǎn)生1泵變頻啟動脈沖信號并且系統(tǒng)無故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位1水泵變頻運行信號、1泵未工作在工頻狀態(tài)時，KM2常開觸點閉合接通變頻器，使1水泵變頻運行，同時KM2常閉觸點打開防止KM1線圈得電，從而在變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM2的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。(2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序當PID調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運行上限頻率（或小于等于變頻運行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運行時，定時器計時5min（以便消除水壓波動的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動脈沖信號。表41 程序中使用的PLC元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T36工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD104壓力給定值T37工頻泵增泵濾波時間控制VD108PID計算值T38工頻泵減泵濾波時間控制VD112比例系數(shù)Kc故障結(jié)束脈沖信號VD116采樣時間Ts水泵變頻啟動脈沖(增泵)VD120積分時間Ti水泵變頻啟動脈沖(減泵)VD124微分時間Td倒泵變頻啟動脈沖VD204變頻運行頻率下限值復(fù)位當前變頻泵運行脈沖VD208變頻運行頻率上限值當前泵工頻運行啟動脈沖VD250PID調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元新泵變頻啟動脈沖VB300變頻工作泵的泵號泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VB301工頻運行泵的總臺數(shù)泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD310變頻運行時間存儲器泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制故障信號匯總T35工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制水池水位越限邏輯 PLC程序設(shè)計PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量(壓力、頻率)比較計算程序和報警程序等構(gòu)成。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及報警處理等都在主程序。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設(shè)計中使用泵號加1的方法實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的確實性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限情況，在程序中應(yīng)考慮采取時間濾波。它忽略了以下因素：(1) 直流電源的容量；(2) 電源方面的抗干擾措施；(3) 輸出方面的保護措施；(4) 系統(tǒng)的保護措施等。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入PLC的擴展模塊EM235的模擬量輸入端口作為模擬量輸入；開關(guān)SA1用來控制白天/夜間兩種模式之間的切換，；液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標準電信號后送入窗口比較器，在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限，當超出上下限時，窗口比較其輸出高電平1，；，作為變頻器故障報警信號；，用于手動檢測各指示燈是否正常工作。(4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運行；夜間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運行。KM2線圈得電，1水泵變頻運行指示燈HL2點亮，同時KM2的常閉觸點斷開，實現(xiàn)KMKM1的電氣互鎖。同理，可以通過按下SBSBSB7啟動電機MMM4，通過按下SBSBSB8來使電機MMM4停機。本系統(tǒng)在手動/自動控制下的運行過程如下：(1) 手動控制：手動控制只在檢查故障原因時才會用到，便于電機故障的檢測與維修。圖33中的HL10為自動運行狀態(tài)電源指示燈。PLC主要是用于實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：自動控制三臺水泵的投入運行；能在三臺水泵之間實現(xiàn)變頻泵的切換；三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動/自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。為提高變頻器的功率因數(shù)，必須接電抗器。并通過轉(zhuǎn)換開關(guān)利用同一個電壓表顯示不同相之間的線電壓。而且變頻器的輸出端絕對不允許直接接電源，故必須經(jīng)過接觸器的觸點，當電動機接通工頻回路時，變頻回路接觸器的觸點必須先行斷開。三相電源經(jīng)低壓熔斷器、隔離開關(guān)接至變頻器的R、S、T端，變頻器的輸出端U、V、W通過接觸器的觸點接至電機?；赑LC的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖32所示：四臺電機分別為MMMM4，它們分別帶動水泵4。壓力表測量范圍0~1Mpa，；數(shù)顯儀輸出一路4~20mA電流信號，送給與CPU226連接模擬量模塊EM235，作為PID調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設(shè)定壓力上、下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。因此本設(shè)計中選擇電機功率為75KW的上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵3臺。本設(shè)計的要求為：電動機額定功率75KW，177。~90KW，適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號能作為75KW的水泵電機的輸入信號。由于本設(shè)計中PLC選擇的西門子S7200型號，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。變頻器的選擇必須根據(jù)水泵電機的功率和電流進行選擇。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。S7200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。輸入有24V DC和230V AC兩種，輸出有24V DC和繼電器型。 西門子S7200 PLC簡介西門子公司具有品種非常豐富的PLC產(chǎn)品。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。PLC控制程序由一個主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計算機上完成，編譯后通過PC/PPI 電纜把程序下載到PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在RUN模式下主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語言，即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD)語言、功能塊圖(FWD)語言。在1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。另外，實際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機組切換的判別條件在一個比較短的時間內(nèi)滿足。若出現(xiàn)時就進行機組切換，很可能由于新增加了一臺機組運行，供水壓力一下就超過了設(shè)定壓力。這個頻率在實際應(yīng)用中就是電機運行的下限頻率。那么何時進行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換呢?由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機工作頻率的限制，50HZ成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。如果用水量繼續(xù)增加，滿足增加水泵的條件，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，將另兩臺工頻泵MM4依次投入運行，變頻器輸出頻率達到上限頻率50Hz時，壓力仍未達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下:(l)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動變頻泵M1工作，根據(jù)壓力變送器測得的用戶管網(wǎng)實際壓力和設(shè)定壓力的偏差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制Ml的轉(zhuǎn)速，當輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間Ml工作在調(diào)速運行狀態(tài)。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。根據(jù)水泵機組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機中脫出，將該泵切換為工頻的同時用變頻去拖動另一臺水泵電機；變頻固定式是變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當這臺水泵運行在50Hz時，其供水量仍不能達到用水要求，需要增加水泵機組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇，本設(shè)計中采用前者。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。管網(wǎng)水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。但是也有其缺點，就是輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，并且限制了帶負載的容量，因此適用范圍受到限制。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的，在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、 升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。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。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水中。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，有以下幾種方案可供選擇：(1) 有供水基板的變頻器+水泵機組+壓力傳感器這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能。變頻調(diào)速供水方式屬于轉(zhuǎn)速控制。其實質(zhì)是通過改變水路中的阻力大小來改變流量，因此，管阻將隨閥門開度的改變而改變，但揚程特性不變。因此，供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)是異步電動機的變頻調(diào)速。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機運行性能惡化。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗[7]，且成本高而影響它的推廣價值。根據(jù)以上控制要求，進行系統(tǒng)的總控制方案設(shè)計?？梢钥闯觯壳霸趪鴥?nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的，因此，有待于進一步淡淡的研究改善，使其能更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。目前國內(nèi)有不少公司都在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用PLC及相應(yīng)軟件予以實現(xiàn)。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水