【正文】 感謝本組其他同學(xué)的熱情幫助！感謝所有關(guān)心和幫助過我的所有老師和同學(xué)！最后感謝我的母校——唐山學(xué)院四年來對(duì)我的大力栽培。知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。本論文是在指導(dǎo)老師楊旭東老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，楊老師耐心的輔導(dǎo)我們幫助我們解答一個(gè)又一個(gè)難題，使我們順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)中凝結(jié)了我們大量的心血和精力，最終完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，心里自然充滿喜悅，更重要的是我們通過查閱大量的文獻(xiàn)資料，虛心的向各位老師請(qǐng)教，學(xué)到了更全面、實(shí)用的知識(shí)，并且這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我完善了學(xué)習(xí)知識(shí)和研究問題的方法，磨煉出了不畏困難的精神。采用PLC后，克服了繼電器系統(tǒng)的不足，系統(tǒng)安全可靠，性價(jià)比提高，且控制程序可根據(jù)需要修改，有利于系統(tǒng)以后的升級(jí)，對(duì)提高控制技術(shù)水平和節(jié)約成本有重要意義。下位機(jī)采用PLC來實(shí)現(xiàn)各電機(jī)的啟停、數(shù)值的轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)速的控制。此系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)速度的可調(diào)節(jié)化，以節(jié)約能源和滿足噴灌效果。圖54 自動(dòng)控制畫面6結(jié)論本文是針對(duì)恒壓供水自動(dòng)噴灌控制系統(tǒng)提出的。濕度增長(zhǎng)至60%時(shí)關(guān)閉2泵電磁閥，只用1泵對(duì)灌區(qū)進(jìn)行噴灌。圖53 手動(dòng)控制畫面圖54是自動(dòng)控制畫面，按下自動(dòng)控制按鈕，自動(dòng)控制指示燈亮，如果儲(chǔ)水池水位低于40%自動(dòng)打開補(bǔ)水泵電磁閥，開始向儲(chǔ)水池注水，水位到90%時(shí)關(guān)閉補(bǔ)水泵電磁閥停止向儲(chǔ)水池注水。按下補(bǔ)水泵電磁閥時(shí)，補(bǔ)水泵被啟動(dòng)指示燈變?yōu)榫G色，儲(chǔ)水池水面上升。本軟件在沒有實(shí)際運(yùn)用時(shí)把默認(rèn)值設(shè)定成0，以防止第一次投入使用時(shí)由于參數(shù)的不正確引發(fā)出不堪設(shè)想的后果。每個(gè)畫面有相應(yīng)鏈接，當(dāng)按下“退出”按鈕時(shí)，系統(tǒng)退出運(yùn)行狀態(tài)。畫面切換內(nèi)包含參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、退出等畫面。下面我來介紹幾個(gè)窗口的具體工作過程。其腳本語言以漢字作為關(guān)鍵字方便編程，不必再學(xué)習(xí)其他編程語言。組態(tài)王是出現(xiàn)比較有影響的，它是由國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件開發(fā)公司開發(fā)的，使用方便，學(xué)習(xí)起來也很容易。(6)在需要時(shí),人為干預(yù)生產(chǎn)過程,修改生產(chǎn)過程參數(shù)和狀態(tài)。(3)自由瀏覽各個(gè)實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)畫面。組態(tài)軟件投入運(yùn)行后，操作人員可以在它的支持下完成以下各項(xiàng)任務(wù)[14]：(1)查看生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及流程畫面。各種檢測(cè)、控制設(shè)備(例如智能儀表、DCS、PLC等)與處于運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件共同構(gòu)成大量自動(dòng)控制設(shè)備的控制中心，其響應(yīng)速度是非?？斓?。例如，數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖形顯示及人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索管理、實(shí)時(shí)通訊等多個(gè)任務(wù)要在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行。組態(tài)軟件是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)、滿足使用者要求的目的。圖421 手動(dòng)向儲(chǔ)水池注水程序圖421按下向儲(chǔ)水池注水按鈕，X22常開觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)補(bǔ)水泵，向儲(chǔ)水池注水。 以下為手動(dòng)模式噴灌程序：圖419 手動(dòng)報(bào)警消音程序手動(dòng)按下消音按鈕，X17閉合，對(duì)系統(tǒng)的報(bào)警鈴聲（包括下雨報(bào)警、溫度報(bào)警、濕度報(bào)警）進(jìn)行消除。圖416中5秒后進(jìn)行壓力比較，若壓力傳感器測(cè)得的壓力值大于設(shè)定值則一號(hào)泵進(jìn)入變頻工作狀態(tài)；若壓力傳感器測(cè)得的壓力值等于設(shè)定值則一號(hào)泵始終工作在工頻工作狀態(tài)；若壓力傳感器測(cè)得的壓力值小于設(shè)定值則一號(hào)泵工作在工頻工作狀態(tài)同時(shí)啟動(dòng)二號(hào)泵且二號(hào)泵工作在變頻工作狀態(tài)，啟動(dòng)定時(shí)器延時(shí)5秒；定時(shí)器計(jì)時(shí)5秒后進(jìn)行壓力比較，若壓力傳感器測(cè)得的壓力值小于設(shè)定值則一號(hào)泵和二號(hào)泵都進(jìn)入工頻工作狀態(tài)；若壓力傳感器測(cè)得的壓力值等于設(shè)定值則一號(hào)泵始終工作在工頻工作狀態(tài)二號(hào)泵工作在變頻工作狀態(tài)；若壓力傳感器測(cè)得的壓力值大于設(shè)定值則一號(hào)泵工作在工頻工作狀態(tài)同時(shí)關(guān)閉二號(hào)泵并啟動(dòng)定時(shí)器延時(shí)5秒；圖416兩泵運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序程序圖417兩泵運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序 圖417中定時(shí)器計(jì)時(shí)5秒后進(jìn)行壓力比較，若壓力傳感器測(cè)得的壓力值小于設(shè)定值則一號(hào)泵和二號(hào)泵都進(jìn)入工頻工作狀態(tài)；若壓力傳感器測(cè)得的壓力值等于設(shè)定值則一號(hào)泵始終工作在工頻工作狀態(tài)二號(hào)泵工作在變頻工作狀態(tài)；若壓力傳感器測(cè)得的壓力值大于設(shè)定值則一號(hào)泵工作在工頻工作狀態(tài)同時(shí)關(guān)閉二號(hào)泵并啟動(dòng)定時(shí)器延時(shí)5秒；圖418兩泵運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換程序圖418中定時(shí)器定時(shí)五秒鐘后進(jìn)行壓力比較，若壓力傳感器測(cè)得的壓力值等于設(shè)定值則一號(hào)泵工作在工頻工作狀態(tài)；若壓力傳感器測(cè)得的壓力值大于設(shè)定值則一號(hào)泵工作在變頻工作狀態(tài)。五秒鐘后比較壓力傳感器測(cè)得的壓力值與設(shè)定的壓力值。五秒鐘后比較壓力傳感器測(cè)得的壓力值與設(shè)定的壓力值。圖412 消除故障報(bào)警程序圖413啟動(dòng)變頻器程序圖413消除故障后1泵或2泵工作，延時(shí)一秒啟動(dòng)變頻器。若兩臺(tái)泵同時(shí)發(fā)生故障，則對(duì)故障進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖49運(yùn)行時(shí)間復(fù)位程序 對(duì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行換算，將以秒為單位的時(shí)間換算為分鐘，可以對(duì)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行復(fù)位，若使用手動(dòng)模式，則停止計(jì)時(shí)，圖410 泵切換程序統(tǒng)計(jì)的運(yùn)行時(shí)間到達(dá)或者一個(gè)泵發(fā)生故障，則關(guān)閉此泵啟動(dòng)另一個(gè)水泵。其關(guān)系為： 圖48 統(tǒng)計(jì)泵運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)圖48程序用于統(tǒng)計(jì)泵運(yùn)行時(shí)間。本系統(tǒng)中設(shè)置采樣時(shí)間為30ms，動(dòng)作方向?yàn)榉捶较蚣撮]環(huán)控制系統(tǒng)為負(fù)反饋，濾波常數(shù)為10，比例增益為70，積分時(shí)間為10ms，微分增益為10。然后進(jìn)行PID運(yùn)算。這些參數(shù)的設(shè)定直接影響系統(tǒng)的快速性及穩(wěn)定性。圖47 PID參數(shù)設(shè)置及運(yùn)算程序圖47為PID參數(shù)設(shè)置及運(yùn)算程序。PLC再把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量進(jìn)行輸出。圖44為PID調(diào)節(jié)初始化程序 圖44 PID調(diào)節(jié)初始化程序圖44為PID調(diào)節(jié)的初始化程序，M50為存儲(chǔ)初始化或停電后再啟動(dòng)標(biāo)志的寄存器，同時(shí)設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間。該程序表示將由四個(gè)溫度傳感器測(cè)得的溫度平均值和由四個(gè)濕度傳感器測(cè)得的濕度平均值讀入PLC。若檢測(cè)到溫度超限信號(hào)則進(jìn)行溫度報(bào)警，并停止噴灌；若沒檢測(cè)到溫度超限信號(hào)則繼續(xù)檢測(cè)變頻器狀態(tài)，有故障則進(jìn)行變頻器故障報(bào)警。若沒有檢測(cè)到下雨則繼續(xù)檢測(cè)濕度是否超過上限，若超過上限則進(jìn)行濕度報(bào)警，不進(jìn)行噴灌。圖42自動(dòng)檢測(cè)程序圖42是在自動(dòng)模式下執(zhí)行的自動(dòng)檢測(cè)子程序。這時(shí)若按下自動(dòng)控制模式按鈕X0，則跳到自動(dòng)控制程序P0，執(zhí)行自動(dòng)控制程序。 圖41 主程序圖41是主程序，M1常開觸觸點(diǎn)一直閉合，程序是無條件執(zhí)行的。由于設(shè)計(jì)中的I/O點(diǎn)較多,關(guān)系比較復(fù)雜。(5)不能將觸點(diǎn)畫在輸出線圈的右邊，線圈僅能畫在同一行所有觸點(diǎn)的最右邊。在有幾個(gè)串聯(lián)回路相并聯(lián)時(shí)，應(yīng)將觸點(diǎn)最多的那個(gè)串聯(lián)回路放在梯形圖的最上面。(3)不包含觸點(diǎn)的分支應(yīng)放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于識(shí)別觸點(diǎn)的組合和對(duì)輸出線圈的控制路徑。(2)觸點(diǎn)應(yīng)在水平線上，不能在垂直分支上。 PLC控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配PLC常見的輸入設(shè)備有按鈕、開關(guān)、各種傳感器等，輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈、報(bào)警器等。這種編程語言可運(yùn)用于通用微機(jī)中，可以在Windows環(huán)境下進(jìn)行編程。(3)參數(shù)塊參數(shù)塊存放的是CPU組態(tài)數(shù)據(jù)，如果在編程軟件或其他編程工具上未進(jìn)行CPU的組態(tài)，則系統(tǒng)以默認(rèn)值進(jìn)行自動(dòng)配置。編譯時(shí)編程軟件自動(dòng)對(duì)各程序段進(jìn)行連接。用戶的程序結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。(1)用戶程序用戶程序在存儲(chǔ)器空間中也稱為組織塊，它處于最高層次，可以管理其他塊，它是用各種語言(LAD、STE或FBD等)編寫的用戶程序。減速時(shí)間電子過電流保護(hù)電動(dòng)機(jī)的額定電流用于保護(hù)電機(jī)啟動(dòng)頻率10Hz避免能量浪費(fèi)電壓信號(hào)1設(shè)定段子25間的頻率設(shè)定為電壓信號(hào)010V操作模式選擇2選擇外部運(yùn)行讀寫控制0允許所有參數(shù)的讀/寫 PLC程序設(shè)計(jì) PLC的程序結(jié)構(gòu)控制一個(gè)任務(wù)或過程，是通過在RUN方式下，使主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，用戶程序決定了一個(gè)控制系統(tǒng)的功能。下限頻率20Hz用于限制變頻器的最低輸出頻率，防止電機(jī)低速大電流超載運(yùn)行。 變頻器的接線采用說明書上的標(biāo)準(zhǔn)接法，參數(shù)的設(shè)定基本上依照出廠設(shè)定，特殊參數(shù)見表41所示。而變頻器的輸入是PLC的模擬量輸出模塊的電壓或電流。利用比例微分環(huán)節(jié)的領(lǐng)前作用來對(duì)消調(diào)節(jié)對(duì)象中的大慣性，提高精度，加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：（1）首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作； （2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期； （3）在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。 PID控制器的參數(shù)整定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是PID控制器的參數(shù)整定。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 （3）微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。 （2）積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。穩(wěn)是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一個(gè)系統(tǒng)要能正常工作，首先必須是穩(wěn)定的，從階躍響應(yīng)上看應(yīng)該是收斂的；準(zhǔn)是指控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差；快是指控制系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，通常用上升時(shí)間來定量描述[13]。穩(wěn)態(tài)誤差是指系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，系統(tǒng)的期望輸出與實(shí)際輸出之差。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。 ③ 當(dāng)1泵或DDF1電動(dòng)閥故障時(shí), PLC 給上位機(jī)報(bào)警信號(hào), 值班調(diào)度將啟動(dòng)備用的2 泵和DDF2電動(dòng)閥, 同樣通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器控制水泵的轉(zhuǎn)速將供水壓力控制在設(shè)定值。如圖2所示,其控制流程如下[12]: ①系統(tǒng)上電, 按照接受到有效的自控系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)后, 首先啟動(dòng)變頻器拖動(dòng)1水泵, 打開供水電動(dòng)閥門, 通過恒壓控制器, 根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的誤差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率, 控制1 水泵的轉(zhuǎn)速, 當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值, 其供水量與用水量相平衡時(shí),轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值, 這期間1水泵工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。同樣, 最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等[12]。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大, 從而使實(shí)際供水壓力提高, 在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù), 直到實(shí)際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。4軟件設(shè)計(jì) 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理及控制流程 為達(dá)到良好的噴灌效果，采用自帶PID調(diào)節(jié)功能的變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證灌區(qū)管網(wǎng)壓力恒定達(dá)到恒壓噴灌的效果。它考慮到各種電器的起動(dòng)功率換算到吸特功率，以及電磁電器在保證起動(dòng)吸合的條件下，變壓器的容量只是該器件起動(dòng)功率的一部分等因素。②變壓器的容量應(yīng)滿足已吸合的電器在又起動(dòng)吸合另一些電器時(shí)仍能吸合，課依據(jù)下面公式計(jì)算： P T ≥ ∑PX C＋∑PST (37)式中∑PST ―同時(shí)起動(dòng)的電器總吸特功率(VA)。式中PT―所需變壓器容量(VA)； KT―變壓器容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，KT = ～； ∑PX C ―控制線路最大負(fù)載時(shí)工作的電器所需的總功率(VA)。一般可根據(jù)下列公式計(jì)算： PT ≥ KT ∑PX C (36)控制變壓器主要根據(jù)所需變壓器的容量及一次側(cè)、二次側(cè)來選擇。本系統(tǒng)中采用CJ1020直動(dòng)式交流接觸器。接觸器線圈電壓一般從安全角度考慮，可以選低一些，但當(dāng)控制線路簡(jiǎn)單，所用電器不多，為了節(jié)省變壓器，可選380V、220V。4)電磁線圈的電源種類，頻率繼而額定電壓。2)主觸點(diǎn)額定電壓、額定電路。 (4)接觸器的選用接觸器用于帶有負(fù)載主電路的自動(dòng)接通或切斷，分直流、交流兩類。常用的熱繼電器有JRJRJR0、JR16等系列[11]。一般情況下，可選用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，但當(dāng)三相電壓的均衡性較差，工作環(huán)境惡劣或無人看管的電動(dòng)機(jī)，宜選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。熱繼電器的選擇主要是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來確定其型號(hào)與規(guī)格。本設(shè)計(jì)采用型號(hào)為HZ1025/13的組合開關(guān)。常用組合開關(guān)為HZ10系列，額定電流為260和100A四種。它也可以起停5KW以下的異步電動(dòng)機(jī)，～。本設(shè)計(jì)采用型號(hào)為L(zhǎng)A系列的按鈕，通過按鈕控制設(shè)備的運(yùn)行。(1)按鈕的選用按鈕通常是用來短時(shí)接通或斷開小電流的控制電路的開關(guān)。 響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。土質(zhì)影響較小，應(yīng)用地區(qū)廣泛。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，不繡鋼探針保證使用壽命。 技術(shù)參數(shù)：?jiǎn)?位：%( m3/m3) 量 程：0～100% 探針長(zhǎng)度： 探針直徑：