【正文】 PLC 根據(jù)采集的信號(hào)計(jì)。這個(gè)電壓信號(hào)經(jīng) RTD 模塊放大后送給三菱 PLC 的模擬輸入量模塊 FX2N4AD 轉(zhuǎn)化為 12 位的數(shù)字信號(hào)，該模塊有四個(gè)模擬量輸入通道，12 位的分辨率，總體精度在+1%，轉(zhuǎn)換速度 15ms/通道?？勺魅缦驴傮w調(diào)整：()32 / 621）P 增益，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；2）I 積分時(shí)間，在不發(fā)生振蕩條件下減小其值；3）D 微分時(shí)間，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值；4）對(duì)于抑制超調(diào)，可以增大積分時(shí)間，減小微分時(shí)間；5）對(duì)于加快響應(yīng)速度，如果允許有小量超調(diào)的話，可以減小積分時(shí)間，增大微分時(shí)間；6）抑制比積分時(shí)間長(zhǎng)的周期振蕩，增大積分時(shí)間；7）抑制大約和微分時(shí)間同樣長(zhǎng)周期的振蕩，減小微分時(shí)間。實(shí)際中取取 。微分時(shí)間大時(shí)，能使發(fā)生偏差時(shí) P 動(dòng)作引起的振蕩很快衰減。③微分時(shí)間：設(shè)定范圍：001～ ：不動(dòng)作。積分時(shí)間小時(shí)，響應(yīng)速度快，但過(guò)小將產(chǎn)生振蕩。操作量（輸出頻率）的變化速度和偏差成比例關(guān)系的動(dòng)作，即輸出按偏差積分的動(dòng)作。實(shí)際中取 10。增益取大時(shí)，響應(yīng)快，但過(guò)大將產(chǎn)生振蕩。F 成為相互干擾系數(shù)：K i 為積分增益； Kd 為微分增益。39。工業(yè)上實(shí)際采用的 PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)一般為()()()31 / 6239。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)（即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合 PID 調(diào)節(jié)）效果比較好。在結(jié)合 P 動(dòng)作就構(gòu)成了 PID 控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。換言之，該種控制方式適用于過(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅 P 動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。 對(duì)于 PD 控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú) D 動(dòng)作還要大的操作量，以此抑制偏差的增加。但是，I 動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。為了消除殘留偏差，一般采用增加I 動(dòng)作的 P+I 控制。④確定電控系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)通過(guò)研究工藝過(guò)程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的各個(gè)步驟、各種狀態(tài)、各種功能的發(fā)生、維持、結(jié)束、轉(zhuǎn)換和聯(lián)系信號(hào)來(lái)確定哪些信號(hào)需要輸入 PLC，哪些信號(hào)需要PLC 輸出或者哪些負(fù)載要由 PLC 驅(qū)動(dòng)，分類統(tǒng)計(jì)出各種輸入輸出量的性質(zhì)與參數(shù)，做好 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)。③制定電氣控制方案根據(jù)生產(chǎn)工藝和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的控制要求，確定電控系統(tǒng)的工作方式，例如全自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)、單機(jī)運(yùn)行和多機(jī)聯(lián)線運(yùn)行等。電控系統(tǒng)的根本任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)節(jié)拍圖。例如機(jī)械部件的傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)，液壓、氣動(dòng)的控制，儀表、傳感器的連接與驅(qū)動(dòng)等。①熟悉被控制對(duì)象首先要全面詳細(xì)地了解被控對(duì)象的機(jī)械結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝過(guò)程，了解機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容、運(yùn)動(dòng)方式和步驟，歸納出工作循環(huán)圖或狀態(tài)（功能）流程圖。這是整個(gè)供水系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，系統(tǒng)的重要功能實(shí)現(xiàn)和順序控制都依靠它，它的開(kāi)發(fā)好壞直接影響對(duì)了整個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量好壞和功能實(shí)現(xiàn)，下面就詳細(xì)敘述。 ③接線方式旋下接線端蓋，連接電纜上套入密封螺套后，由左（或右）引入孔穿入，接至接線端子，旋緊密封螺套；另一端旋緊密封螺蓋，并蓋緊接線端蓋。在滿量程28 / 62壓力下，調(diào)整輸出量程電位器，使輸出電流為 10mA(Ⅱ型)或 20mA(Ⅲ型)或規(guī)定值；調(diào)整顯示量程電位器，使數(shù)字顯示值為滿量程壓力值。②校驗(yàn)與調(diào)整：通電預(yù)熱 15 分鐘后，分別在零壓力和滿量程壓力下，檢驗(yàn)輸出電流值。 壓力傳感器簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用錢江儀器儀表廠生產(chǎn)的 YYBES 型壓力變送器，它是四線制帶現(xiàn)場(chǎng) LED 數(shù)字顯示的壓力變送器，其供電電源和輸出信號(hào)分別傳送。AO1可接電動(dòng)機(jī)頻率輸出 [12]。輸出方面，變頻器的輸出端子（U，V，W）按正確的相序連接至交流接觸器的輸入電源端子上。對(duì)于壓力信號(hào)，則通過(guò)AI1或AI2口輸入。動(dòng)力電纜和設(shè)備中的弱電信號(hào)（如PLC信號(hào)等）電路要保持分隔，以免干擾。它也嚴(yán)格執(zhí)行了國(guó)際及國(guó)內(nèi)有關(guān)電子工業(yè)控制裝置的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范 (IEC， EN， NFC， VDE)。~UVW1AL12313564OCMI12+034RABFXN4D壓 力 傳 感 器 變頻器輸入輸出接線圖Altivar 38按照歐洲低壓 (73/23/CEE 和 93/68/CEE) 標(biāo)準(zhǔn)和 EMC (89/336/CEE) 規(guī)范設(shè)計(jì)。Altivar 38 用于泵 / 通風(fēng)應(yīng)用的專用功能有：□ 節(jié)能□ 使用速度檢測(cè)自動(dòng)捕捉旋轉(zhuǎn)負(fù)載 (飛車起動(dòng)) □ 根據(jù)速度調(diào)整電流限制□ 快 / 慢、預(yù)置速度26 / 62□ 內(nèi)置PID控制，帶有預(yù)置PID給定□ 電氣和運(yùn)行時(shí)間儀表□ 電機(jī)降噪Altivar 38 的保護(hù)功能有： □ 使用 PTC 熱傳感器的電機(jī)和風(fēng)扇熱保護(hù)□ 連續(xù)運(yùn)行中防過(guò)載和過(guò)電流的保護(hù)□ 通過(guò)頻率跳躍功能進(jìn)行的對(duì)設(shè)備的機(jī)械保護(hù)□ 通過(guò)多重故障狀態(tài)管理和可配置警報(bào)進(jìn)行的保護(hù)同時(shí)，Altivar 38 還容易集成到控制系統(tǒng)中，它配備了：4 個(gè)邏輯輸入，2 個(gè)繼電器輸出， 2 個(gè)模擬輸入和 1 個(gè)模擬輸出 ；插入式 I/O 接頭 ；電氣參數(shù)顯示及運(yùn)行指示 ；內(nèi)置EMC濾波器，內(nèi)置制動(dòng)單元；變頻器中標(biāo)準(zhǔn)配置一個(gè)符合 Modbus 協(xié)議的 RS485 多點(diǎn)串口連接。Altivar 38 的成品可直接用于泵類和通風(fēng)應(yīng)用中。大量的集成化選件可讓它與電氣設(shè)備和復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行適配和集成。Altivar 38 設(shè)計(jì)用于工業(yè)或商用建筑中的加熱、通風(fēng)以及空氣調(diào)節(jié)(HVAC)方面的現(xiàn)代化應(yīng)用場(chǎng)合。 ATV38 的特性采用的變頻器是施耐德（Schneider）公司的 Altivar 38 異步電動(dòng)機(jī)變頻器，簡(jiǎn)稱 ATV38?，F(xiàn)在許多新系列的變頻器設(shè)置了“無(wú)反饋矢量控制”功能，這里“無(wú)反饋”是指不需要由用戶在變頻器外部另行設(shè)置反饋環(huán)節(jié)。圖 矢量控制基本設(shè)想電流反饋用于反映負(fù)載的狀況，使直流信號(hào)的轉(zhuǎn)矩分量 iT 能隨負(fù)載而變，從而模擬出類似于直流電動(dòng)機(jī)的工作狀況。進(jìn)行矢量控制時(shí)，可以和直流電動(dòng)機(jī)一樣，使其中一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào) iM 不變，而控制另一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào) iT，從而獲得和直流電動(dòng)機(jī)類似的控制功能 [11]。①矢量控制基本設(shè)想根據(jù)一個(gè)三相交流的磁場(chǎng)系統(tǒng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場(chǎng)系統(tǒng)，以兩相系統(tǒng)作過(guò)渡，可以相互進(jìn)行等效變換的原理，所以將變頻器的給定信號(hào)變換成類似直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)系統(tǒng)的控制信號(hào)，也就是說(shuō)，假設(shè)有兩個(gè)互相垂直的直流繞組同處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上，兩個(gè)繞組中分別獨(dú)立地通入由給定信號(hào)分解而得的勵(lì)磁電流信號(hào) iM 和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào) iT，并且 iM 和 iT 作為基本控制信號(hào)，則通過(guò)等效變換，可以得到與基本控制信號(hào) iM 等效的三相交流控制信號(hào) iA、 iB、 iC，去控制逆變電路。 矢量控制的概述矢量控制的成功實(shí)施，使得異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速后的機(jī)械特性以及動(dòng)態(tài)特性能達(dá)到足以和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的調(diào)速性能相媲美，從而使異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域全方位地處于優(yōu)勢(shì)地位。新系列的變頻器一般都提供了設(shè)置自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能。此時(shí) kf 和 km 的關(guān)系如下： 2211[()]ffmxkr??由上式作出的 km=f(kf)的曲線通常稱為 U/f 線。這種方法稱為轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)提高 U/F 比而得到，故又稱為 V/F 控制或電壓補(bǔ)償。電動(dòng)機(jī)要能夠穩(wěn)定運(yùn)行的條件是：升速時(shí)，T LTM；降速時(shí)，T LTM。因此在變頻調(diào)速時(shí)，應(yīng)該禁止在額定頻率以上運(yùn)行。②大多數(shù)該類產(chǎn)品都和電動(dòng)機(jī)連成一體，成為整體產(chǎn)品。平方律負(fù)載的機(jī)械特性和功率特性曲線圖如圖 所示。 水泵類平方律負(fù)載的機(jī)械特性含義：負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比。所以如何改變變頻后的機(jī)械特性就成了關(guān)注的焦點(diǎn)。在變頻器正常工作情況下，即 kf＝k m1 時(shí)的機(jī)械特性入下圖所示：n12343f421o 4Tk21M圖 kf＝k m1 時(shí)的機(jī)械特性由圖 可知隨著 f 的下降，臨界轉(zhuǎn)矩 Tkx 逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也()()()23 / 62隨之下降。 變頻后的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性設(shè)變頻后的頻率為 fx，電壓為 Ux，電動(dòng)機(jī)的額定相電壓和頻率為 UN 和 fN，則有： xf＝ fkN＝ u其中 kf 為頻率可調(diào)比，k u 為電壓可調(diào)比。 變頻調(diào)速的降速和制動(dòng)在泵水管道系統(tǒng)中，由于水的阻尼作用，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠十分迅速地降下來(lái)，而不會(huì)引起再生制動(dòng)的過(guò)電流和過(guò)電壓，但是降速太快，會(huì)導(dǎo)致管道系統(tǒng)出現(xiàn)“空化現(xiàn)象” ，對(duì)管道有害無(wú)益，甚至?xí)p害管道。設(shè)定升速時(shí)間的基本原則：在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流不超過(guò)允許值的前提下，盡可能地縮短升速時(shí)間。此外，由于啟動(dòng)過(guò)程過(guò)于快捷，常常對(duì)機(jī)械負(fù)載形成沖擊，影響其使用壽；在泵水管道系統(tǒng)中，還會(huì)引發(fā)水錘效應(yīng)，使管道受到損害。 變頻調(diào)速的升速和啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)在額定頻率和電壓下直接啟動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組以同步轉(zhuǎn)速切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子電流都很大，故其啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的 47 倍。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n1 必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n0 (即所謂的 “異步”) 。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n0=60f/p，其中 f 是電流頻率，P 是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。②變頻調(diào)速的原理異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生。PWM 只需控制逆變電路便可實(shí)現(xiàn)，與 PAM 相比電路簡(jiǎn)化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。②脈寬調(diào)制(PWM)實(shí)現(xiàn)方法就是在每半個(gè)周期內(nèi)，把輸出電壓的波形分割成若干個(gè)脈沖波，每個(gè)脈沖的寬度為 t1，每個(gè)脈沖間的間隔寬度為 t2，則脈沖的占空比 Υ=tl/(t2+tl)。①脈幅調(diào)制(PAM)實(shí)現(xiàn)方法就是調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，也改變直流電壓的振幅值。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用VVVF 表示。φ m 增加將導(dǎo)致鐵芯的飽和，進(jìn)而引起勵(lì)磁電流波形的畸變，這是不希望的結(jié)果，因此希望 φ m 可以保持基本不變。由于中間直流環(huán)節(jié)是高阻抗輸出相當(dāng)于電流源，故稱電流型。由于中間直流環(huán)節(jié)是 Cd 低阻抗輸出相當(dāng)于是恒壓源，故稱電壓型 [7]。電壓型變頻器主回路由相控整流器，中間直流環(huán)節(jié)和逆變器三個(gè)部分組成。變頻器的輸入端接至頻率固定的三相交流電，輸出端輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電。圖 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間(b)如果在一個(gè)掃描周期的 I／O 更新階段剛過(guò)就收到一個(gè)輸入信號(hào)，則該信號(hào)在本周期內(nèi)不能起作用，必須等到下一個(gè)掃描周期才能起作用，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)，它等于輸入延遲時(shí)間、二個(gè)掃描周期時(shí)間與輸出延遲時(shí)間三者之和，見(jiàn)圖20 / 62。188。202。211。ON207。200。202。180。193。214。188。202。195。201。188。202。211。I/O207。180。186。208。200。202。 CPU182。179。202。200。202。188。202。211。ON207。200。202。180。193。214。179。/202。200。202。190。202。188。202。195。圖 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間(a)201。188。202。211。ON207。200。202。180。193。214。188。202。195。201。188。202。211。I/O207。208。186。208。200。202。 CPU182。179。202。200。202。188。202。211。ON207。200。202。180。193。 214。179。/202。200。202。190。202。188。202。195。響應(yīng)時(shí)間是可變的，例如，在一個(gè)掃描周期的 I／O 更新階段開(kāi)始前瞬間收到一個(gè)輸入信號(hào)，則在本周期內(nèi)該信號(hào)就起作用了，這個(gè)響應(yīng)時(shí)間最短，它是輸入延遲時(shí)間、—個(gè)掃描周期時(shí)間、輸出延遲時(shí)間三者之和，如圖 所示：201。同理，暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號(hào)，也要等到下—個(gè)掃描周期的輸入、輸出更新階段，才能集中輸出給輸出部件。④PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間用 PLC 設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)．必須知道有了一個(gè)輸入信號(hào)后 PLC 經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間才能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，否則，就不能正確并精確地解決系統(tǒng)各部件之間的配合問(wèn)題。將上面四部分時(shí)間算出后相加，即為掃描時(shí)間 T，即T＝t1 + t2 + t3 + t4在 PLC 內(nèi)部，系統(tǒng)定時(shí)器（俗稱“看門(mén)狗” ）一般在上電時(shí)設(shè)為 130ms，當(dāng)掃描時(shí)間超過(guò) 130ms 時(shí)，CPU 將停止工作。例如，當(dāng) t4= 時(shí)，則 t4＝；若 T4＝ 時(shí)，則取 t4＝2ms。當(dāng)有外部設(shè)備與 PLC 相連時(shí)，其處理時(shí)間可按下述方法確定。把程序中使用的所有指今的執(zhí)行時(shí)間加在一起，就等于 t3。3）程序執(zhí)行時(shí)間 t3。這部分時(shí)間可按下式計(jì)算：t2＝ + (ms)其中 N 為輸入通道數(shù)減 1。對(duì) P 型機(jī)來(lái)說(shuō)，這部分時(shí)間是固定的，即：tl＝ 2）輸入，輸出更新時(shí)間 t2。掃描時(shí)間地長(zhǎng)短取決于系統(tǒng)的配置、I／O 通道數(shù)、程序中使用的指令及外圍設(shè)備的連接等，循環(huán)中每個(gè)階段所需的時(shí)間加在一起就是掃描時(shí)間。PLC 工作時(shí)，上述過(guò)程周而復(fù)始，稱為掃描周期。218。220。232。168。246。/202。200。221。253。238。184。180。238。252。232。226。208。214。192。180。205。185。192。180。202。179。186。181。201。 202。202。 202。163。190。177。187。179。210。198。202。237。246。172。190。234。237。246。195。232。180。246。212。242。221。253。235。193。182。200。202。180。177。198。202。188。206。184。193。214。204。208。214。177。198。202。188。206。184。193。195。181。201。205。180。191。240。203。195。233。236。247。162。230。242。204。205。254。178。233。236。247。202。211。224。187。180。211。172。170。165。233。236。177。208。249。187。180。172。247。