【正文】 變頻調(diào)。隨著新型軟件的開發(fā)，自動(dòng)恒溫供水系統(tǒng)具有的標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。試驗(yàn)表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠而且經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。保持每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)，防止某一泵長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行而銹死。再?gòu)某绦蛟O(shè)計(jì)理論著手，畫出了系統(tǒng)流程圖，并對(duì)程序設(shè)計(jì)作了具體說明，根據(jù)以上理論，運(yùn)用 STEP7300 軟件設(shè)計(jì)出了程序梯形圖，并做出了 WINCC 上位機(jī)組態(tài)畫面。其中，主電路中包括水泵、電動(dòng)機(jī)、熱繼電器、交流接觸器、低壓斷路器、熔斷器和變頻器的選型；控制電路中包括可編程控制器、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)和溫度變送器的選型。6 全文總結(jié)在這次設(shè)計(jì)中首先確定了變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要是針對(duì)實(shí)際要解決的問題選擇用變頻調(diào)速的方案來解決，在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，是通過變頻器來改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵工作點(diǎn)來達(dá)到調(diào)節(jié)供水流量的目的，在深白天溫度較高的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)切換到小容量的輔助泵運(yùn)行，以進(jìn)一步節(jié)能降耗，提高節(jié)能效果。 本章小結(jié)系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)投入運(yùn)行中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要包括 PLC 程序調(diào)試與運(yùn)行，變頻器參數(shù)的設(shè)置，PID 參數(shù)調(diào)整運(yùn)行等。(1)給PLC送電，編寫簡(jiǎn)單的程序，調(diào)試接觸器，使得所有接觸器通斷正常；(2)給變頻器送電，并設(shè)定其參數(shù)。5 變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計(jì)用到的軟件是 step7 編程軟件和 wincc 監(jiān)控軟件。本文結(jié)合對(duì)西門子 S7300 系列 PLC 的 PID 模塊，對(duì)模擬 PID 公式進(jìn)行離散化處理，闡明了數(shù)字 PID 控制器的設(shè)計(jì)過程。對(duì)于水壓控制環(huán)節(jié)而言，PID 控制是一種簡(jiǎn)單有效的控制方法。程序根據(jù)變頻器頻率信號(hào)是否到達(dá)上限或下限來確定是否進(jìn)衍加泵或減泵，如變頻器頻率信號(hào)到達(dá)下限就進(jìn)行加泵，如變頻器頻率信號(hào)到達(dá)上限就進(jìn)行減泵，程序根據(jù)是否在同一狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間來確定換泵運(yùn)行。圖 49 為手動(dòng)控制畫面，可以直觀的反應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。通過畫面的切換可以看到系統(tǒng)的工藝流程圖（圖 46）和工作狀態(tài)（圖 48） ，這樣方便在監(jiān)控過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)狀況，可以及時(shí)準(zhǔn)確的通知現(xiàn)場(chǎng)值班人員進(jìn)行其他操作。 圖 44 為恒溫供水系統(tǒng)初始畫面能選擇整個(gè)供水系統(tǒng)的運(yùn)行方式即手動(dòng)和自動(dòng)方式。WINCC 基本系統(tǒng)由變量管理器、圖形編輯器、報(bào)警記錄、變量歸檔、報(bào)表編輯器、全局腳本、文本庫(kù)、用戶管理器、交叉引用表九部分構(gòu)成。它集成了 SCADA 組態(tài)、腳本(Script）語言和 OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了 Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。Q 0 . 0 得電變頻器上電M 4 . 6 得電 ， 送最頻率標(biāo)志到上位機(jī)P I W 7 5 4 → M W 6 0M W 6 0 ≤ 下限值M W 6 0 ≥ 上限值是M 4 . 7 得電 ， 送最低頻率標(biāo)志到上位機(jī)是否圖 43 頻率測(cè)算流程圖 上位機(jī)人機(jī)接口 Wincc 監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)上位機(jī)人機(jī)接口監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)采用 完成。系統(tǒng)中各設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志比較實(shí)際供水溫度是否超上限或下限并置位相應(yīng)的標(biāo)志位比較實(shí)際供水溫度是否低于指定頻率并置位相應(yīng)的標(biāo)志位是否自動(dòng)自動(dòng)圖 42 系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)總流程圖圖 43 溫度測(cè)算流程圖工作工程：通過模擬量模塊將采集的電壓信號(hào)送到 PLC 相應(yīng)的內(nèi)存中，通過相應(yīng)的程序算出當(dāng)前的溫度，并置位相應(yīng)的標(biāo)志位。圖 42 系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)的總流程的工作過程：給系統(tǒng)上電，系統(tǒng)中的各設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志正常，程序讀取實(shí)時(shí)溫度并判斷出實(shí)時(shí)溫度是否超限，如果超限置位相應(yīng)的標(biāo)志位，把旋轉(zhuǎn)開關(guān)選到自動(dòng)檔。圖 42 所示為系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)的總流程。如果是自動(dòng)系統(tǒng)按照預(yù)定的程序自動(dòng)完成調(diào)節(jié)。 PLC 內(nèi)存資源分配表 43 內(nèi)存資源分配表Wincc 變量 PLC 變量類型 Wincc 變量 PLC 變量類型1泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL SCALE FC 105 FC 1051泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL SW UDT 5 UDT 51泵電機(jī)啟動(dòng) KM5 Q BOOL sw_vat VAT 32泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL VAT_1 VAT 12泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL 變頻器故障標(biāo)志 M BOOL2泵電機(jī)啟動(dòng) KM6 Q BOOL 變頻器故障復(fù)位 M BOOL3泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL 變頻器故障信號(hào) I BOOL3泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL 變頻器啟動(dòng) Q BOOL3變頻 KM1 Q BOOL 變頻器正常標(biāo)志 M BOOL3變頻標(biāo)志 M BOOL 風(fēng)扇 KM0 啟動(dòng) Q BOOL3電機(jī)停機(jī)標(biāo)志 M BOOL 風(fēng)扇啟動(dòng)/停止 I BOOL3工頻 KM2 Q BOOL 風(fēng)扇啟動(dòng)/停止 WCC M BOOL3 變吸合后 5s 啟動(dòng)變頻器 T 40 TIMER 故障報(bào)警 Q BOOLWincc 變量 PLC 變量類型 Wincc 變量 PLC 變量類型3 變吸合后 5 秒啟動(dòng)變頻器 T 37 TIMER 頻率為 50HZ I BOOL3 工 3s 后切 T 45 TIMER 手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換 I BOOL3 工 4 變標(biāo)志 M BOOL 手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換 WCC M BOOL3 工 4 變溫度超且低頻標(biāo)志 M BOOL 顯示泵 3 是否運(yùn)行 M BOOL3 工 4 變運(yùn)行標(biāo)志 M BOOL 顯示泵 4 是否運(yùn)行 M BOOL4泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL 溫度超且低頻用于斷開 3 工 M BOOL4泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL 溫度偏低標(biāo)志 M BOOL4變頻 KM3 Q BOOL 溫度偏高標(biāo)志 M BOOL4電機(jī)停機(jī)標(biāo)志 M BOOL 延時(shí) 1S T 46 TIMER4工頻 KM4 Q BOOL 延時(shí) 1S 切 T 53 TIMER4 變后 3s 啟動(dòng) 4 工 T 43 TIMER 延時(shí) 1S 切 T 51 TIMER4 變吸合后 5s 啟動(dòng)變頻器 T 42 TIMER 延時(shí) 3s,3 變切 3 工 T 41 TIMERCW UDT 6 UDT 6 延時(shí) 3s 使 3 變無效 T 49 TIMERcw_vart VAT 4 運(yùn)行頻率降至最低啟動(dòng)頻率 I BOOLdb_mm440 DB 1 DB 1 重新啟動(dòng)系統(tǒng) M BOOLDPRD_DAT SFC 14 SFC 14 最低頻率上限標(biāo)志 M BOOLDPWR_DAT SFC 15 SFC 15 最低頻率下限標(biāo)志 M BOOL 系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作過程：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)之后系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)標(biāo)志正常，判斷水溫是否超限，如果超限置位相應(yīng)的標(biāo)志位。（2）符號(hào)編輯器使用符號(hào)編輯器可以管理所有的共享符號(hào)（全局符號(hào)） 。 Step7300 軟件的特點(diǎn)Step7 編程軟件由符號(hào)編輯器、 SIMATIC 管理器、網(wǎng)絡(luò)與通信配置、硬件組態(tài)、多語言的用戶程序編、硬件診斷 6 部分功能組件組成。六、PID 參數(shù)控制表運(yùn)用 STEP 7 編程軟件通過梯形圖設(shè)定 PID 控制參數(shù)，如表 42 所示。表 41 列出了采樣周期 T 的一組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 T 的確定從控制系統(tǒng)方面考慮，影響采樣周期 T 選擇的因素主要包括對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性、擾動(dòng)的特性、控制算法、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度、跟蹤性能的要求。 ??00 )1())()( ueTieneuniDIP ???????????? 式（411） 增量型控制：每次只計(jì)算 ΔU(k), U(k)= U(k1)+ ΔU(k) ????)2(12))1()( ??????? neneTKneneKuDPIPP　式（412）系統(tǒng)中采用位置型 PI 算法完成對(duì)溫度的控制。根據(jù)以上原則，系統(tǒng)中采用 PID 算法完成對(duì)溫度的控制。在比例的基礎(chǔ)上引入積分可以消除誤差再加入微分作用又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于純滯后較大、測(cè)量信號(hào)有噪聲或周期性擾動(dòng)系統(tǒng)不宜采用微分控制。它適用于控制的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合 [17]。 圖 為 PID 控制系統(tǒng)原理框圖。在變頻調(diào)速恒溫供水的閉環(huán)控制過程中，將溫度傳感器檢測(cè)到的用戶管網(wǎng)中的水溫信號(hào)經(jīng) PLC 的擴(kuò)展模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，與用戶預(yù)設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較處理后，通過 PID 計(jì)算得到頻率控制信號(hào)傳送給變頻器，變頻器按照信號(hào)調(diào)整輸出電壓，以控制水泵的轉(zhuǎn)速和泵水量，從而調(diào)節(jié)供水量，使管網(wǎng)出口處的溫度誤差保持在一定范圍內(nèi)。控制器的任務(wù)是按照一定的控制規(guī)律，產(chǎn)生滿足工藝要求的控制信號(hào)，以輸出驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。首先對(duì) PID 算法進(jìn)行介紹，然后介紹下位機(jī)的 PLC 程序，最后介紹上位機(jī)的 Wincc 監(jiān)控界面。4 變頻調(diào)速恒溫系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件部分包含 2 個(gè)部分，分別為上位機(jī)人機(jī)接口設(shè)計(jì)和下位機(jī) PLC 程序設(shè)計(jì)。此次設(shè)計(jì)中變頻器性能的好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，本系統(tǒng)最終選擇的是西門子 M440 變頻器，學(xué)習(xí)過程中使用的是歐姆龍的變頻器，對(duì)于西門子的模擬量輸入輸出都是陌生的，這是得設(shè)計(jì)過程中發(fā)生了很多常識(shí)性的錯(cuò)誤，以后需要改正。經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)雖然是是不同系列的 PLC 但他們有很多相似的地方。綜合理論和經(jīng)驗(yàn)選出更優(yōu)的器件。在此過程中，我查閱了很多資料，從中獲得了很多的新知識(shí)。器件的具體型號(hào)在上文中已選出。系統(tǒng)選用的轉(zhuǎn)換開關(guān)型號(hào)為 LA38/ 。轉(zhuǎn)換開關(guān)具有多觸點(diǎn)、多位置、體積小、性能可靠、操作方便、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，多用于機(jī)床電氣控制線路中電源的引入開關(guān)，起著隔離電源作用，還可作為直接控制小容量異步電動(dòng)機(jī)不頻繁起動(dòng)和停止的控制開關(guān)。系統(tǒng)選擇的按鈕型號(hào)是 LA38 系列，電壓為 380V，電流為 10A。一般而言，紅色按鈕是用來使某一功能停止，而綠色按鈕，則通常可開始某一項(xiàng)功能。4H(A)觸點(diǎn)容量 3A 250VAC、3A 28VDC 線圈電壓 DC(V): 24V線圈功率 DC(W):≤ 吸合電壓 ≤80%(V)釋放電壓 DC:≥10%(V) 接觸電阻 ≤50(mΩ)絕緣電阻 ≤100(mΩ) 環(huán)境溫度 25℃～55 ℃開路觸點(diǎn)間：1000V AC 電氣(次)：1105 次介質(zhì)耐壓線圈觸點(diǎn)間：1500V AC壽 命機(jī)械(次)：1107 次引出端形式 插座式、插針式 其他器件的選擇和確定按鈕的選擇按鈕，是一種常用的控制電器元件，常用來接通或斷開“控制電路” （其中電流很?。?，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)或其他電氣設(shè)備運(yùn)行目的的一種開關(guān)。表 310 為 HH54P(MY4)小型電磁繼電器參數(shù)。 繼電器的選擇及確定是根據(jù)控制回路的控制電壓和主電路電壓和電流確定的，系統(tǒng)使用的 PLC 可以提供直流輸出電源+24V ，所以選用的電壓繼電器的直流控制側(cè)的電壓也應(yīng)為+24V。本次設(shè)計(jì)所用的 PLC 輸出形式為晶體管輸出。其輸入量可以是電壓、電流等電氣量，也可以是溫度、時(shí)間、速度、壓力等非電量。表 39 P T 各 溫 度 下 對(duì) 應(yīng) 的 阻 值50 度 歐 姆 40 度 歐 姆 30 度 歐 姆20 度 歐 姆 10 度 歐 姆 0 度 歐 姆10 度 歐 姆 20 度 歐 姆 30 度 歐 姆40 度 歐 姆 50 度 歐 姆 60 度 歐 姆70 度 歐 姆 80 度 歐 姆 90 度 歐 姆100 度 歐 姆 110 度 歐 姆 120 度 歐 姆130 度 歐 姆 140 度 歐 姆 150 度 歐 姆160 度 歐 姆 170 度 歐 姆 180 度 歐 姆190 度 歐 姆 200 度 歐 姆通過把 PT100 傳感器接到模擬量模塊，通過總線連接，以便 PLC 根據(jù)溫度的高低做出決策。它的工業(yè)原理：當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為 100 歐姆，它的阻值會(huì)隨著溫度上升而成勻速增長(zhǎng)的。表 38 WZP230溫度傳感器參數(shù)型號(hào) WZP230 分度號(hào) Pt100 溫度范圍 200～ 500螺紋 27*2 管粗 16 長(zhǎng)度 300溫度傳感器和變送器的原理是 PT100 阻值跟溫度的變化成正比?；谝陨显虮敬卧O(shè)計(jì)采用模擬式溫度傳感器。實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)出現(xiàn)傳感器所測(cè)溫度值要小于環(huán)境溫度，需要加修正值；數(shù)字式傳感器對(duì)溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的時(shí)間都較長(zhǎng)； 測(cè)溫范圍不寬（均在55 ~ 125 攝氏度） ；數(shù)字式傳感器的傳遞函數(shù)存在有一定的非線性，可有軟件校正，不過，數(shù)字式傳感器最好在常溫下使用，超過常溫范圍它的誤差較大。數(shù)字式溫度傳感器和模擬式溫度傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)。表 37技術(shù)特性輸入額定值 輸出額定值輸入電壓 120/230VAC系統(tǒng)頻率容許誤差50Hz—60Hz47Hz—63Hz輸出電壓允許誤差上升時(shí)間24VDC24V177。其具有以下顯著特性：①輸出電流 5A；②輸出電壓 24VDC；防短路和