【正文】 山東科技大學學士學位論文 附錄附錄附錄A 英文文獻Programmable logic controllerCynthia CooperFrom Wikipedia, the free encyclopediaA programmable logic controller or simply programmable controller is a digital puter used for automation of industrial processes, such as control of machinery on factory assembly lines. Unlike generalpurpose puters, the PLC is designed for multiple inputs and output arrangements, extended temperature ranges, immunity to electrical noise, and resistance to vibration and impact. Programs to control machine operation are typically stored in batterybacked or nonvolatile memory. A PLC is an example of a real time system since output results must be produced in response to input conditions within a bounded time, otherwise unintended operation will result.FeaturesControl panel with PLC (grey elements in the center). The unit consists of separate elements, from left to right。當我遇到困難時，他們給了我許多好的建議和無私的幫助。在此謹向高老師表示最衷心的感謝。從設(shè)計的開始到論文的定稿，整個過程處處凝結(jié)著老師的心血。山東科技大學學士學位論文 參考文獻參考文獻[J],蘭州鐵道學院學報,2000,1:8488[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,135137,[J],電子技術(shù)應(yīng)用,2000,2:3839[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002,244251 Logic Controller[J],the free wikipedia encyclopedia,2002,3:18[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008,1416[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998,316317,譚光儀,[J],四川工業(yè)學院學報,2003,3:57,李雄松,[J],電機電器技術(shù),1999,3:4548[M].重慶:重慶大學出版社,1996, 173174[J],南寧職業(yè)技術(shù)學院學報,2004,4:3845,[M].北京:中國水利水電出版社,2001,4560 K values of design variables versus specific speed for centrifugal pumps[J], Proceeding of the Institution of Mechanieal Engineers, 1999, 3: 219227,張偉,[J],山東輕工業(yè)學院學報,2007,3:123138 energysaving technolgy of waterinjection systems in domestic and abroad oil filed[J],Energy Convervation of Oilfiled 1998,9:1125 P the variable speed pump[J],NFPA Journal, 2004,5: 2633,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007,166169山東科技大學學士學位論文 致謝致謝首先衷心的感謝我的論文指導老師高宏巖老師。通過這半年的實踐和學習，我學到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設(shè)計的復雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的研究生生活打下了堅實的基礎(chǔ)。在提高自己的同時，我也更加清楚的認識到自己的一些不足之處。根據(jù)泵站監(jiān)控要求，利用組態(tài)王軟件完成了泵站組態(tài)監(jiān)控畫面的各個功能的設(shè)計，系統(tǒng)界面清楚明了，易于操作，能動態(tài)地顯示當前運行情況、當前水壓以及故障情況。(2) 通過對控制過程和原理的分析，利用西門子STEP7 MicroWIN編程軟件設(shè)計了一個用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)對多泵切換的控制。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且具有工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。該系統(tǒng)利用單臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機的軟起動和調(diào)速，摒棄了原有的自耦降壓起動裝置，同時把水泵電機控制納入自動控制系統(tǒng)。，主界面實時顯示了當前時間，設(shè)定的水壓值和當前水壓值，系統(tǒng)的自動/手動運行情況，三臺水泵變頻/工頻運行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速、運行頻率，各設(shè)備的故障報警顯示等。為了加強系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限。(4) 按鈕、指示燈組態(tài)設(shè)定按鈕或文字鏈接的對象，按鈕既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以 數(shù)據(jù)詞典中的變量列表輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當和外部的一些智能儀表、PLC等進行連接時，會大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮啙嵭?；指示燈組態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。(2) 制作動態(tài)監(jiān)控畫面利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進行動畫連接。用同樣的方法組態(tài)所有變量（）。 通信協(xié)議的設(shè)置 新建工程與組態(tài)變量雙擊“”啟動工程管理器，新建一個工程，名為“恒壓供水系統(tǒng)”，雙擊新建工程打開工程瀏覽器，點擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標，右面工作區(qū)會出現(xiàn)系統(tǒng)定義好的內(nèi)存變量。由于使用串行通信接口1，故雙擊工程瀏覽器的設(shè)備文件夾中的“COM1”圖標，在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置波特率為19200bit/s。本設(shè)計中選擇北京亞控公司的“組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控系統(tǒng)。山東科技大學學士學位論文 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計5 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 組態(tài)軟件簡介 組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。 ， 恒壓供水系統(tǒng)階躍響應(yīng)仿真波形圖。s=feedback(sk,)。s2=tf([240,1],[720,0])。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式()、()可求的PI控制器各參數(shù)。本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)。因此，恒壓供水系統(tǒng)的數(shù)學模型可以近似成一個帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，即可以寫成[16]： （）式中：K為系統(tǒng)的總增益，T為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)，為系統(tǒng)滯后時間。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的近似數(shù)學模型由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制對象是一個時變的、非線性的、滯后的、模型不穩(wěn)定的對象，我們難以得出它的精確數(shù)學模型，只能進行近似等效。以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到PID位置控制算法表達式： （）式中：T為采樣周期；n為采樣序號；e(n)為第n時刻的偏差信號；e(nl)為第n1時刻的偏差信號。自從計算機進入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計算機代替模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)PID控制算法具有更大的靈活性和可靠性。(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢做出反應(yīng)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。(2) 積分環(huán)節(jié)：表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。 PID控制原理框圖PID控制規(guī)律為： （）式中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)[15]： （）經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運算后通過線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式。 PID控制中斷子程序INT_0梯形圖 PID控制器參數(shù)整定 PID控制及其控制算法在供水系統(tǒng)的設(shè)計中，選用了含PID調(diào)節(jié)的PLC來實現(xiàn)閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定。最后再設(shè)置定時中斷和中斷連接。假設(shè)所選變頻器的輸出頻率范圍為0~100HZ，則上下限給定值分別為16000和6400。本設(shè)計主程序大體包括以下幾部分：(1) 調(diào)用初始化子程序，設(shè)定各初始值；(2) 根據(jù)增、減泵條件確定工頻泵運行數(shù)；(3) 根據(jù)增泵、倒泵情況確定變頻泵號；(4) 通過工頻泵數(shù)和變頻泵號對各泵運行情況進行控制；(5) 進行報警和故障處理。3泵的運行控制情況與2泵相似，在此就不再重復。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復雜，不方便全部畫出，在此僅畫出其控制過程的流程圖。而試燈按鈕按下時，各指示燈會一直點亮。(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。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進行說明。當?shù)谝淮紊想姟⒐收舷蛘弋a(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。當只有一臺變頻泵長時間運行時，對連續(xù)運行時間進行判斷，超過3h則自動倒泵變頻運行。(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。系統(tǒng)進行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。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。功能塊圖(FWD)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、異或邏輯運算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。語句表(STL)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。 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T37工頻泵增泵濾波時間控制VD104壓力給定值T38工頻泵減泵濾波時間控制VD108PID計算值故障結(jié)束脈沖信號VD112比例系數(shù)Kc水泵變頻啟動脈沖(增泵)VD116采樣時間Ts水泵變頻啟動脈沖(減泵)VD120積分時間Ti倒泵變頻啟動脈沖VD124微分時間Td復位當前變頻泵運行脈沖VD204變頻運行頻率下限值當前泵工頻運行啟動脈沖VD208變頻運行頻率上限值新泵變頻啟動脈沖VD250PID調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制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故障信號匯總T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制水池水位越限邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制T35工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 PLC程序設(shè)計PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP 7MicroWINV40編程軟件開發(fā)。白天模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%，夜間模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%。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。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。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。在本設(shè)計中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過3h，因此每次需啟動新水泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。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。判斷需啟動新水泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設(shè)定的上限值。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。~；；；；；；AQW0輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。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