【正文】 為了判斷變頻器工作。 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。生活供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的 70%,消防供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的 90。在程序設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)設置子程序完成采樣及相關的計算工作。 (2)設置模塊檢測子程序。 [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。接線還應注意傳感器的線路盡可能的短，且應使用屏蔽雙絞線，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。 敷設線路時應使用電纜槽，避免將導線彎成銳角。 在進行接線時應注意以下幾點。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 CPU22 CPU22 CPU224 和 CPU226 四種基本型號。其應用領域包括各種機床、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)絡皆能完成各種控制任務。還可 提供兩個獨立 4KHZ 的脈沖輸出，通過驅動單元可以實現(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，功能和結構均有所不同，但工作原理和組成基本相同。 如果 PID 指令中的算術運算發(fā)生錯誤，特殊存儲器位 （溢出或非法數(shù)值）被置 1，并將終止 PID 指令的執(zhí)行?；芈繁硪?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： ( ) ( ) ( ) ( )p I DM n M n M n M n? ? ? 式中： ()Mn 第 n次采樣的調(diào)節(jié)器輸出 ()pMn 比例項 ( ) ( )pCM n K e n? ()IMn 積分項 0( ) ( )nI i i jjM n K e n K e??? ? ()DMn 微分項 ? ? ? ?( ) 1DdM n K e n e n? ? ????? 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)。 1K — 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 ()spt 為給定值， ()pvt 為反饋量， c(t)為系統(tǒng)的輸入量， PID控制器的輸入輸出關系式為： 00111( ) ( ) ( ) ( )tc DM t K e t e t d t d e t d t MTT??? ? ? ?????? 式中， ()Mt — 控制器的輸出， 0M 為輸出的初始值， ()et = ( ) ( )sp t pv t? — 誤差信號， cK — 比例系數(shù)， 1T — 積分時間常數(shù)， DT — 微分時間常數(shù)。 PLC PID 控制器的實現(xiàn) PLC 的 PID 控制器的設計是以連續(xù)系統(tǒng)的 PID 控制規(guī)律為基礎，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計。 (3) 用自編的程序實現(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計方法。有人稱贊它是控制領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用。 在變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和應用實踐中 ，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，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。不但可以完成順序控制的功能，還可以完成復雜的閉環(huán)控制。積分項的作用是消除系統(tǒng)靜差，而微分項則改善系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。 圖 36 水位閉環(huán) 控制 圖 第 4 章 PLC 中 PID 控制器的實現(xiàn) PID 算法 PID(ProPortiona1IntegralDerivative)是工業(yè)控制常用的控制算法，無論在溫度、流 量等慢變化過程，還是速度、位置等快速變化的過程，都可以得到很好的控制效果。當液位又低于 Y1時 M1 起動工作，如 F1開度較大下水量大于上水量，使液位繼 續(xù)下降至 Y2時， M2 啟動工作同時 F2 打開，使上水量大幅上升，保持液位。液位上升至 Y1時， M1也停止。 上水箱液位低于 Y3時， M M2 同時工作， F2打開。當 PLC 出現(xiàn)故障時，還有一套手動控制來進行對水塔水位控制。根據(jù)水塔中的進、出水的水位可以自動 控制 水泵，使水位處于動態(tài)的平衡狀態(tài)。試驗證明，此水塔水位 控制 器不僅實現(xiàn)了對水塔水位的精確 控制 ，而且，此系統(tǒng)更具有工業(yè)生產(chǎn)的實際性。同時，對于不同類型的液體，此系統(tǒng)均有良好的兼容性。處理完故障時，必須關閉 報警 確認燈， 報警 確認電路復位，恢復其監(jiān)測故障的功能。 ⑥ 報警 電路可以手動關閉，只要按下 報警 確認開關，就可以解除 報警 的蜂 鳴聲。 ④ 當水位處于 D、 E 之間，指示燈 B、 C、 D 滅， E 亮，停進狀態(tài)，即水泵不工作。 ② 當水位處于 B、 C之間，指示燈 B 滅， C、 D、 E亮，水泵開始進水。接通電源時，電源指示燈亮，當水塔中水深處于不同位置時，水位指示燈 B、 C、 D、 E情況不同 。當水位超過 D點并到達 E 點時上限 報警 ，采取強制停止水泵，水位從溢流口 流出，如圖（ e）。當水位高于 D 點時，水泵停止進水，如圖（ c）。水位高度 正常情況下 控制 在 C、 D之間，如圖（ a）。這種切換由一個輸入的數(shù)字量控制。在系統(tǒng)中，只使用比例和積分控制，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還需要進一步調(diào)整達到最優(yōu)控制效果。因此如何利用有效的水源和電能保證各行各業(yè)正常供水，已是迫在眉睫。當水塔水位高于水塔高水位界時水泵 M停止。 [9] 第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設計 傳統(tǒng)水塔水位控制 圖 31 傳統(tǒng)水塔水位控制布局圖 工作原理 通過指示燈模擬上水水泵，結合鈕子開關模擬水位監(jiān)測信號，模擬了水塔自動上水控制，當水池水位低于水池低位界面（ s1 為 ON）時，電磁閥 Y打開進水（ Y為 ON），定時器開始定時， 4S 后，如果 S1還不為 OFF，那么閥 Y指示燈閃爍，表示閥 Y沒有進水，出現(xiàn)故障， S3 為 ON 后，閥 Y 關閉 (Y為 OFF)。 CPU 提供了 4 個 32 位的累加器，其地址編號為 AC0～ AC3。計數(shù)器可提供無數(shù)對常開和常閉觸點供編程使用，其設定值由程序賦予。其設定時間由程序設置。 （ 5） 定時 器 T PLC 所提供的定時器作用相當于繼電器控制系統(tǒng)中的時間繼電器。變量存儲器可以是位尋址，也可按字節(jié)、字、雙字為單位尋址，其位存取的編號范圍根據(jù) CPU 的型號有所不同， CPU221/222為 ～ 2KB存儲容量， CPU224/226為 ～ 共 5KB 存儲容量 （ 3） 內(nèi)部標志位存儲器（中 間繼電器） M 內(nèi)部標志位存儲器，用來保存控制繼電器的中間操作狀態(tài)，其作用相當于繼電器控制中的中間繼電器，內(nèi)部標志位存儲器在 PLC中沒有輸入 /輸出端與之對應，其線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內(nèi)部用指令驅動，其觸點不能直接驅動外部負載，只能在程序內(nèi)部驅動輸出繼電器的線圈，再用輸出繼電器的觸點去驅動外部負載。 （ 2） 變量存儲器 V 變量存儲器主要用于存儲變量。 PLC 中的繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的繼電器有本質(zhì)性的差別，是軟繼電器，它實質(zhì)是存儲單元 輸入映像寄存器的地址分配： S7200 輸入 映像寄存器區(qū)域有 IB0～ IB15 共 16 個字節(jié)的存儲單元。布爾型數(shù)據(jù)指字節(jié)型無符號整數(shù)；整數(shù)型數(shù)包括16位符號整數(shù)（ INT）和 32 位符號整數(shù)（ DINT）。新近出產(chǎn)的 PLC 都具有通訊接口，通訊十分便利 。 （ 6）通信和聯(lián)網(wǎng) PLC 通訊含 PLC 間的通訊及 PLC 與其它智能設備間的通訊。 PLC 可以接模擬量輸入和輸出模擬量信號。數(shù)據(jù) 處置普通用于大型操控系統(tǒng)，如無人操控的柔性制造系統(tǒng)；也可用于進程操控系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型操控系統(tǒng)。 （ 4） 數(shù)據(jù) 控制 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)變換、排序、查表、位操作等功用，可以完結數(shù)據(jù)的收集、剖析及處置。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸方位操控模塊。PLC 廠家都出產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 變換模塊，使可編程操控器用于模擬量操 （ 3） 運動操控 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的操控。 （ 2） 模擬量控制 在工業(yè)出產(chǎn)進程傍邊，有許多接連改變的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 [7] 圖 23 PLC 的掃描