【正文】 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)26主界面如圖 52，在主界。 監(jiān)控畫面本設(shè)計(jì)共有三個(gè)畫面：開機(jī)畫面、主界面。 (3) 編寫控制流程程序 雙擊工程瀏覽器左邊窗口“\文件\命令語言\應(yīng)用程序命令語言”進(jìn)行編程。 組態(tài)畫面(1) 建立新畫面 單擊工程瀏覽器左側(cè)的“畫面”圖標(biāo)，雙擊工作區(qū)“新建”圖標(biāo)，彈出“新畫面”對(duì)話框，輸入名稱點(diǎn)擊確定進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)是以水泵、電動(dòng)閥流量計(jì)變頻器為主的控制回路，用于對(duì)流量的比值控制。將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。PID 參數(shù)主要是：采樣時(shí)間 17 秒、PID 濾波常數(shù) 80%、比例增益 Kp=70、積分時(shí)間 Ti=100、微分增益與微分時(shí)間為 0。此次設(shè)計(jì)主要就是實(shí)現(xiàn)比例控制，所以比例環(huán)節(jié)是必不可少的，而積分調(diào)節(jié)的作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)24圖 44　PID 初始化在 PID 調(diào)節(jié)中，程序固然重要，但是程序里的 PID 參數(shù)更重要，沒有 PID 參數(shù)就不可能準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)該有的功能。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例+積分(PI) 控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 比例(P)控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。PID 控制，實(shí)際中也有PI 和 PD 控制。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。以下為故障控制程序：圖 43　故障控制程序石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)23　PID 初始化及程序分析 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)22當(dāng) PLC 執(zhí)行用戶程序時(shí)，M8000 為 ON，停止監(jiān)視時(shí)，M8000 為 OFF；M8002 為初始化脈沖，僅在可編程控制器運(yùn)行開始的瞬間接通一個(gè)掃描周期，M8002 的常開觸點(diǎn)常用于某些元件的復(fù)位和清零，也可作為啟動(dòng)條件。在此設(shè)計(jì)初始化程序中用到了特殊輔助繼電器 M8000 和 M8002。表 41　輸入點(diǎn)代碼及地址編號(hào)輸入信號(hào)名稱 地址編號(hào)啟動(dòng)按鈕 X0停止按鈕 X1急停按鈕 X2過載按鈕 X3故障復(fù)位按鈕 X5石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)21表 42　輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào)輸出信號(hào)名稱 地址編號(hào)變頻器啟動(dòng) Y0調(diào)節(jié)閥啟動(dòng) Y1運(yùn)行指示燈 Y3故障指示燈 Y4閥門 2 Y5流量 1 高報(bào)警燈 Y6流量計(jì) 2 高報(bào)警燈 Y7　系統(tǒng) I/O 接線圖結(jié)合系統(tǒng)控制原理和 PLC 的 I/O 端口分配表 442，畫出 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖，如圖 41 所示：圖 41　PLC 外圍接線圖　系統(tǒng)控制過程　程序初始化與故障分析程序初始化一個(gè)程序基本的編程方式。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。由于模擬量單元及 PID 調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。功能塊圖(FBD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式相同。語句表(STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言。　系統(tǒng) I/O 分配PLC 控制程序采用三菱提供的 GXDeveloper 編程軟件。給定值由計(jì)算機(jī)設(shè)定，過程變量由流量變送器輸出到模擬量模塊輸入 1 口中，輸出變量由模擬量模塊電流輸出口送到變頻器電壓調(diào)節(jié)口，從而帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，最后使管道流量恒定。PLC 主要是用于實(shí)現(xiàn)水流量系統(tǒng)的自動(dòng)控制，要完成以下功能：自動(dòng)控制水泵電機(jī)的投入運(yùn)行，控制水流量恒定在給定值，系統(tǒng)要能顯示運(yùn)行狀況。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水流量恒定的主體控制設(shè)備是 PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)19變頻器的輸出接過載保護(hù) FR1，F(xiàn)R1 接到泵電機(jī)，控制 M1。本系統(tǒng)采用單泵變頻運(yùn)行方式，即 1 臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行。綜上所述，所選器件型號(hào)如下表 32 所示。雙座閥不平衡力小、允許壓差大、流通能力大等特點(diǎn)，適用于泄漏要求不嚴(yán)、壓差較大的干凈介質(zhì)場合。具有動(dòng)作靈敏、連線簡單、流量大、體積小、調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn)。通過對(duì)比此設(shè)計(jì)的用途，選擇了 ZDLN 電動(dòng)雙座調(diào)節(jié)閥 ，由 3810L 型(或 PSL 系列)直行程電子式電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和直通雙座閥組成。調(diào)節(jié)閥通常分為直通單座式調(diào)節(jié)閥和直通雙座式調(diào)節(jié)閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場合。調(diào)節(jié)閥分電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量大小。英文名：control valve，位號(hào)通常 FV 開頭。如果按行程特點(diǎn)，調(diào)節(jié)閥可分為直行程石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)18和角行程；按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動(dòng)力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號(hào)，借助動(dòng)力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的最終控制元件。至于控制開度，如何確定，一般來說，有一個(gè)負(fù)反饋信號(hào)，以及輸入信號(hào)疊加，共同決定?！≌{(diào)節(jié)閥的選型 PLC 控制調(diào)節(jié)閥 ，原理就是：PLC 的模擬量輸出模塊，連接到調(diào)節(jié)閥的控制器。 (4)流量計(jì)安裝位置介質(zhì)不滿管時(shí)，可采取抬高流量半后端管路的方法，使其滿管，嚴(yán)禁在管道最高點(diǎn)和出水口安裝流量計(jì)。 (2)介質(zhì)在安裝位置應(yīng)該滿管流動(dòng)，避免比滿管及氣 體附著在電極上。因此說電磁流量計(jì)是一中真正的體積流量計(jì)。由 E=KBdv 可知，被測(cè)流量體介質(zhì)的溫度、密度、壓力、電導(dǎo)率、液固兩兩相流體介質(zhì)的液固成分比等參數(shù)不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。E=KBdv (31)式中： E 為電極間的信號(hào)電壓石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)17B 磁通密度d 測(cè)量管內(nèi)徑v 平均流速式中 k, d 為常數(shù)，由于勵(lì)磁電流是恒流的，故 B 也是常數(shù)，則由 E= KBdv 可知，體積流量 Q 與信號(hào)電壓 E 成正比，即流速感應(yīng)的信號(hào)電壓 E 與體積 Q 成線性關(guān)系。電動(dòng)勢(shì) E 即流量信號(hào)由電極檢出并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器。將切割磁力線感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì) E。勵(lì)磁線圈由雙方波脈沖勵(lì)磁時(shí)，將在與測(cè)量管軸線垂直的方向上產(chǎn)生一磁通量密度為 B 的工作磁場。兩只電極沿管徑方向穿通管壁固定在測(cè)量管上。電流量計(jì)測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律?，F(xiàn)在大多流量傳感器采用低頻方波勵(lì)磁。其轉(zhuǎn)換原理就是著名的法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體通過磁場，切割電磁線，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。LDGDN25 電磁流量計(jì)簡單說是由流量傳感器變送器組成的。DN25 電磁流量計(jì)特別設(shè)計(jì)了帶背光寬溫的中文液晶顯示器，功能齊全實(shí)用、顯示直觀、操作使用方便，可以減少其他電磁流量計(jì)英文菜單所帶來的不便?！‰姶帕髁坑?jì)的選型在此次設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)流量的比值，前提是要測(cè)出流量的體積，所以要用到流量計(jì)，在這個(gè)設(shè)計(jì)中選用的是 LDGDN25 電磁流量計(jì)。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求確定采用 1 臺(tái) SFL28 型水泵電機(jī)(電機(jī)功率 3KW)。要使電機(jī)常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的電機(jī)必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。它是用于三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的系列產(chǎn)品，MicroMas ter440 系列主要特征：調(diào)試簡單、模塊化的結(jié)構(gòu)，因而組態(tài)具有最大的靈活性 具有三個(gè)完全可編程的隔離的數(shù)字輸入 一個(gè)可標(biāo)定的模擬輸入(0V 至10V)，它也可以作為第 4 個(gè)數(shù)字輸入來使用 一個(gè)可編程的模擬輸出 (0mA 至 24mA) 一個(gè)完全可編程的繼電器輸出(0V，直流/5A，電阻負(fù)載或 250V，交流/2A，感性負(fù)載)用較高的 開關(guān) 頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲很小，在脈沖的開關(guān)頻率較高的情況下，石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)15額定輸出電流要降格使用。MICROMASTER 440 具有模塊化的設(shè)計(jì)。它的特點(diǎn)是設(shè)備性能面向用戶的需求，并且使用方便。由于本設(shè)計(jì)中 PLC 選擇的三菱 FX2N16MR 型號(hào)，為了方便 PLC 和變頻器之間的通信，我們選擇 MicroMaster440 變頻器。否則現(xiàn)場的灰塵、水汽會(huì)影響變頻器的長久運(yùn)行。一般繞線電動(dòng)機(jī)多用于飛輪力矩 GD2 較大的場合，在設(shè)定加減速時(shí)間時(shí)應(yīng)多注意。繞線電動(dòng)機(jī)與普通的鼠籠電動(dòng)機(jī)相比，繞線電動(dòng)機(jī)繞組的阻抗小。因此，不要超過最高轉(zhuǎn)速容許值。 (5)使用變頻器驅(qū)動(dòng)齒輪減速電動(dòng)機(jī)時(shí)，使用范圍受到齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤滑方式的制約。而這些高次諧波會(huì)使變頻器的輸出電流值增加。 (3)對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場合，如高環(huán)境溫度、高開關(guān)頻率、高海拔高度等，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器需放大一檔選擇。 (2)變頻器若要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)應(yīng)該采取措施抑制長電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不夠。因此，用變頻器給電動(dòng)機(jī)供電與用工頻電網(wǎng)供電相比較，石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)14電動(dòng)機(jī)的電流會(huì)增加 10％而溫升會(huì)增加 20％左右。在選擇變頻器時(shí)因注意以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：(l)選擇變頻器時(shí)應(yīng)以實(shí)際電機(jī)電流值作為變頻器選擇的依據(jù)，電機(jī)的額定功率只能作為參考。 n=60f(1s)/p 對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù) p 已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率 s 變化不大，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與電源的頻率 f 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。由于高速時(shí)所需功率隨轉(zhuǎn)速增長過快，與速度的三次方成正比，所以通常不應(yīng)使風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載超工頻運(yùn)行。這種負(fù)載所需的功率與速度的 3 次方成正比。在各種風(fēng)機(jī)、水泵、油泵中，隨葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，空氣或液體在一定的速度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的阻力大致與速度 n 的 2 次方成正比。選擇變頻器時(shí)必須要充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載特性。供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對(duì)便宜的 U/f 控制變頻器。本系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器還應(yīng)具有通訊功能。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(l)電源點(diǎn)對(duì)應(yīng)于開關(guān)電源正負(fù)極；(2)Channel one 的 V+與 V接于變頻器的 V+與 V；(3)Channel two 的 V+與 V接于調(diào)節(jié)閥的 V+與 V；　變頻器的選型變頻器是本系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件，通過頻率的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而改變出水量。(3)如有過多的干擾信號(hào)，應(yīng)將系統(tǒng)機(jī)殼的 FG 端與 FX2N4AD 的接地端相連。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)13(l)外部輸入為電壓信號(hào)時(shí)，則將信號(hào)的+ 、—極分別與模塊 V+和 V—相連。電路圖如下圖 32所示：石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)12圖 32　PLC 主模塊原理圖轉(zhuǎn)換模塊接線圖及模塊設(shè)置：FX2N4AD 與 FX2N2DA 是最常用的轉(zhuǎn)換模塊，它實(shí)現(xiàn)了模擬量和輸出量之間相互轉(zhuǎn)化的功能。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源，電源輸入有：交流電源 220V 或110V，直流電源常用 24V。CPU 是 PLC 的核心，其中樞神經(jīng)的作用，由運(yùn)算器、控制器、寄存器、及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成；I/O 模塊是電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分完成的。從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和模塊式兩種。 FX2N 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。因此我們?cè)谶x擇 PLC 時(shí)，要考慮 PLC 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：(1) PLC 及其擴(kuò)展模塊、(2)變頻器、(3) 水泵電機(jī)、(4)流量變送器?！≡O(shè)備的選型根據(jù)基于 PLC 的流量比值控制系統(tǒng)的原理，即利用 PLC 內(nèi)部程序?qū)φ麄€(gè)路進(jìn)行控制，PLC 對(duì)各個(gè)器件輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析從而達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。(4)梯形圖程序的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。其邏輯動(dòng)作只有在線圈接通后，對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)才動(dòng)作。PLC 程序執(zhí)行與梯形圖的編寫一至；(2)梯形圖左邊垂直線稱左母線，右邊垂直線稱為右母線，左母線右側(cè)放置輸入接點(diǎn)和內(nèi)部繼電器接點(diǎn)，(3)梯形圖的最右邊必須放置輸出器件。PLC 的梯形圖使用的是內(nèi)部軟件繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等，靠軟件實(shí)現(xiàn)。梯形圖語言形象直觀，類似于電氣控制系統(tǒng)中的繼電器控制電路圖。目前 PLC 編程有五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖 SFC、梯形圖 LD、