【正文】 當然還有很多我的同學(xué)對我的幫助，在此一并感謝！ 參考文獻[1] 夏春茂、應(yīng)用與實訓(xùn)[M] 52~45[2] [M].北京：國防工業(yè)出版社，30~36[3] [M].機械工業(yè)出版社2010 16~19 [4] .[M]北京： 27~30[5] 范永生、[M]。致 謝在四川理工學(xué)院結(jié)束4年學(xué)習，即將畢業(yè)之際，用我所學(xué)知識完成這樣一個畢業(yè)設(shè)計，既是為我大學(xué)生涯的一個收尾，也是對我四年所學(xué)的一個肯定。2)現(xiàn)有設(shè)計研究實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能，將來還可以通過對更多現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水位、PID算法、水流量等，通過開發(fā)上位機的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)具有綜合功能的供水自動化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力。5)用了PID調(diào)節(jié)方式，水壓波動小，響應(yīng)快。3)系統(tǒng)實現(xiàn)了計算機和PLC的有效結(jié)合，具有遠程監(jiān)控與管理能力，設(shè)計合理、先進。本系統(tǒng)具有以下的特點:l)采用了可靠性高、使用簡單、編程靈活的工控設(shè)備PLC和內(nèi)置PID調(diào)節(jié)模塊的變頻器作為主要控制設(shè)備，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，確保穩(wěn)定供水。再去控制輸入控制液體閥以控制水箱維持一定水位。，0代表手動，1代表自動。在中斷處，將過程變量（PV）轉(zhuǎn)換為標準化的實數(shù)。裝入回路設(shè)定值VD104，回路增益VD112，回路采樣時間VD118，積分時間VD120，同時設(shè)定定時中斷0的時間（SMB34）間隔100ms,設(shè)定定時中斷執(zhí)行PID程序INT_0。其作用主要用于PID的相應(yīng)計算，它包括:設(shè)定回路輸入及輸出選項、設(shè)定回路參數(shù)、設(shè)定循環(huán)報警選項、為計算指定內(nèi)存區(qū)域、指定初始化子程序及中斷程序。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的70%，本系統(tǒng)中的增益和時間常數(shù)為:增益 Kc=，采樣時間Ts=1s，積分時間Ti=30min。 水位PID控制的邏輯設(shè)計水位PID控制程序分為3部分，每部分流程圖如下：主程序調(diào)用模塊，如圖62是所示。h,因此每次需啟動新水泵時,將現(xiàn)行運行的水泵從變頻器上切除,并換上工頻電源運行,將變頻器復(fù)位并用于新運行水泵的啟動。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的準確性,應(yīng)濾去偶然的頻率波動起的頻率達到上限的情況。 為了恒定供水,在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率,當變頻器達到上限頻率且一臺水泵還不能滿足恒壓要求時,則把變頻運行的水泵切換到工頻上運行,同時需要變頻啟動第二臺或第三臺水泵,直到滿足供水要求。s、積分時間ti=30生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%,消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90。在程序設(shè)計時充分考慮到負載均衡性原則,采取“先入先出”的排隊策略,執(zhí)行變頻方式輪值,確保各水泵使用率基本均衡。(5)處理后模擬量的輸出工作。(3)設(shè)置子程序完成采樣及相關(guān)的計算工作。(2)設(shè)置模塊檢測子程序。[19] EM235的工作程序編制EM235的工作程序編制一般包含以下內(nèi)容:(1) 設(shè)置初始化子程序。而在主機的變量存儲區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。(4)為了在主機中進行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字數(shù)據(jù)的處理及為了輸出需要在模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，要在主機中安排一定的存儲單元。57一200擴展單元安裝時在主機的右邊依次排列，并從模塊O開始編號。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能的短，且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，要保證24Voc傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。注意輸入、輸出信號的類型不同，采用不同的接入方式。必要時進行校準工作。使用高質(zhì)量的24V DC傳感器電源，以保證無噪聲及穩(wěn)定運行。敷設(shè)線路時應(yīng)使用電纜槽，避免將導(dǎo)線彎成銳角。在進行接線時應(yīng)注意以下幾點。下部端子為一路模擬量輸出的3個接線端子MO、VO、IO，其中MO為數(shù)字接地接口，VO為電壓輸出接口，IO為電流輸出接口。然后與電流信號輸出端相連，電流信號輸入端則接入B接口。為電壓輸入時，如A口所示，電壓正極接入A+端，負極接入A端，RA端懸空。24V DC電源正極接入模塊左下方L+端子，負極接入M端子。圖51為CPU226外部電路連接圖。在晶體管輸出電路中采用了MOSFET功率驅(qū)動器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個獨立公共端，共有1L、2L兩個公共端，可接入不同的負載電源。13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。功能模塊選用EM235。其中CPU22X型PLC有CPU22CPU22CPU224和CPU226四種基本型號。其應(yīng)用領(lǐng)域包括各種機床、紡織機械、印刷機械、食品化工工業(yè)、環(huán)保、電梯等。較強的功能使其無論在獨立運動中，還是連成網(wǎng)絡(luò)皆能完成各種控制任務(wù)。還可 提供兩個獨立4KHZ 的脈沖輸出，通過驅(qū)動單元可以實現(xiàn)步進電機的位置控制。它采用超高電容保護內(nèi)存數(shù)據(jù)，省去了鋰電池，系統(tǒng)雖小卻可以處理模擬量（12 點模擬輸入/4點模擬輸出）。第5章　系統(tǒng)硬件開發(fā)設(shè)計 可編程控制器的選型 可編程控制器產(chǎn)品眾多，不同廠家、不同系列、不同型號的PLC，功能和結(jié)構(gòu)均有所不同，但工作原理和組成基本相同。如果PID指令中的算術(shù)運算發(fā)生錯誤，（溢出或非法數(shù)值）被置1，并將終止PID指令的執(zhí)行。回路表見附錄表41.過程變量與給定值是PID運算的輸入值，在回路表中它們只能被PID指令讀取而不能改寫。編譯時如果指令指定的回路表起始地址或回路號超出范圍，CUP將產(chǎn)生編譯錯誤（范圍錯誤），引起編譯失敗。 PID指令及回路表S7200的PID指令圖如圖44所示。用手動控制液體閥，使水位達到滿水位的75%，然后打開出水口，同時輸入控制液體閥從手動方式切換到自動方式。[15]本系統(tǒng)只適用比例和積分控制，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還需要近一步調(diào)整已達到最優(yōu)控制效果。圖43 PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)方框在許多控制器系統(tǒng)內(nèi)，可能只需要P、I、D中的一種或兩種控制器類型。在S7200PLC中，實際使用的PID算法為：式中： 第n次采樣的調(diào)節(jié)器輸出 比例項 積分項 微分項 基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖42所示，圖中虛線部分在PLC內(nèi)。 — 積分系數(shù)。如果取其中一項或兩項，可以組成P、PD或PI控制器。圖中為給定值，為反饋量，c(t)為系統(tǒng)的輸入量，PID控制器的輸入輸出關(guān)系式為：式中， — 控制器的輸出，為輸出的初始值， = — 誤差信號， — 比例系數(shù)， — 積分時間常數(shù)， — 微分時間常數(shù)。 PLC PID控制器的實現(xiàn)PLC的PID控制器的設(shè)計是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎(chǔ)，將其數(shù)字化，寫成離散形勢的PID控制方程，再根據(jù)離散方程進行控制程序設(shè)計。(3) 用自編的程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制有的PLC沒有PID過程控制模塊和PID控制用的功能指令，有時雖然可以使用PID控制指令，但希望采用某種改進的PID控制算法。(2)使用PID功能指令現(xiàn)在很多PLC都有供PID控制用的功能指令，如S7200的PID指令。在PLC控制系統(tǒng)中，經(jīng)常采用模擬量輸入/輸出模塊實現(xiàn)模擬量的數(shù)字化處理，本系統(tǒng)選擇S720O系列EM235模擬量模塊，對管網(wǎng)壓力信號進行采樣，并通過變頻器調(diào)整液壓閥輸入與輸出。根據(jù)被控制對象的具體情況，還可以采用各種PID控制的變種和改進的控制方式，如PI、PD、帶死區(qū)的PID、積分分離PID、變速積分PID等。（2）有較強的靈活性和適應(yīng)性。由于非線性和時變性很多工業(yè)控制對象難以得到其準確的數(shù)字模型，因此不能使用控制理論中的設(shè)計方法。有人稱贊它是控制領(lǐng)域的常青樹是不無道理的。無論是使用模擬控制器的模擬控制系統(tǒng)，還是使用計算機（包括PLC）的數(shù)字控制系統(tǒng)，PID控制都等到了廣泛的應(yīng)用。在變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用實踐中，經(jīng)常采用PID控制器、軟件PID以及變頻器內(nèi)置PID來實現(xiàn)系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)功能，三種方法各具優(yōu)缺點，本設(shè)計選用PID算法的PLC實現(xiàn)方法。因此，為了對系統(tǒng)進行更精確的控制，消除系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)的輸出誤差，改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能，需要對誤差進行放大(比例調(diào)節(jié)P)、積分(積分調(diào)節(jié)I)、微分(微分調(diào)節(jié)D)，才能有效地控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)，保證系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。41 閉環(huán)控制系統(tǒng)作為閉環(huán)控制的重要特征，采用了“誤差”的概念，即:在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，利用給定輸入sP(t)與實際輸出c(t)經(jīng)過測量裝置裝置轉(zhuǎn)換后的反饋量Pv(t)之間的差值e(t)作為控制量，來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。[12]PLC技術(shù)不斷增強，運行速度不斷提高。PID控制算法一般由【比例項+積分項+微分項】組成。Y0為下水箱缺水報警開關(guān)下水箱液位低于Y0時意味著水泵進水口缺水，此時應(yīng)自動切斷電源并報警。打開F1手閥使上水箱放水，液位下降。液位上升至Y2時，M2停止，F(xiàn)2關(guān)閉，M1繼續(xù)工作。手動控制采用交流接觸器。供水系統(tǒng)的基本原理如圖35所示，水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的三個液壓變送器，將水位值變換為4～20 mA電流信號進入PLC，把該信號和PLC中的設(shè)定值的程序進行比較，并執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關(guān)對水塔中的水位進行自動控制。 水位閉環(huán)控制系統(tǒng)圖35 供水系統(tǒng)控制原理圖MM2—水泵 Y0Y3—液位開關(guān) F1—手閥 F2—電磁閥 為了精確的實現(xiàn)對水位的控制，必須建立閉環(huán)控制系統(tǒng)。當水塔中液體改變時，只需要將電位器中的阻值和該液體的阻值調(diào)節(jié)到一個數(shù)量級上就可以很方便的實現(xiàn)此液體的水位控制操作。 可行性分析 此方案采用純硬件電路設(shè)計，避免了軟件程序設(shè)計中的不穩(wěn)定因素，提高了實際運用中的可靠性。此時，報警確認燈亮起?！? ⑤當水位處于E點之上，指示燈B、C、D、E全滅，水泵不工作，報警電路開始溢出報警，即上限報警?！? ③當水位處于C、D之間，指示燈B、C滅，C、D亮，保持狀態(tài)，即保持進水。圖34水塔水位控制器外觀圖①當水位處于B點之下，指示燈B、C、D、E全亮，報警電路開始報警，即下限報警。 可行性試驗圖34為水塔水位控制器的外觀正視圖，由電源指示燈、報警確認燈、水位指示燈以及報警確認開關(guān)組成。當水位低于C點并到達B點時就報警，采取手動啟動水泵，如圖（d）。當水位在低于C點時，水泵開始進水，如圖（b）。[11] 設(shè)計分析圖33設(shè)計分析示意圖