【正文】 由 微處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器 (RAM、 ROM)、輸入輸出 接口(I/O)、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。 現(xiàn)在很多中小型 PLC 都提供 PID 控制用的功能指令，如 FX2N 系列 PLC 的 PID指令，它實(shí)際上是用于 PID 控制的子程序，與 AD\DA 模塊一起使用，可以得到過程控制模塊的效果。這就是說，在控制器中僅引入 “ 比例 ” 項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用 僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項(xiàng) ” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（ delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 (3)微分（ D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤 差進(jìn)一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。 (2)積分（ I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PLC的 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 8 入誤差信號(hào) 成比例關(guān)系。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。即當(dāng)我們不 能 完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整 方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí) 維護(hù)也變得容易起來。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中?？梢杂糜谀贤徔椔殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PLC的 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 7 各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。此外， PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 事實(shí)上， PLC 就是以嵌入式 CPU為核心，配以 I/O等模塊，可以方便地用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù) 等的操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能不斷擴(kuò)展和完善，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制和順序控制的范圍，具備了模擬量的控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大的功能。 適用范圍 : 廣泛應(yīng)用于居民區(qū) 、賓館及其它公共建筑的生活用水、鍋爐補(bǔ)給水，加壓泵站、各類工礦企業(yè)的生產(chǎn)用 水、消防用水、鍋爐恒壓補(bǔ)水、輸油管道增壓、注水系統(tǒng)、農(nóng)田灌溉等。 (5)當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行，確保供水不間斷。在設(shè)定了定時(shí)換泵功能后，當(dāng)一臺(tái)變量泵連續(xù)工作時(shí)間超過設(shè)定值后，且有變量南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PLC的 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 5 泵處于 “ 休息 ” 狀態(tài)，則變頻器自動(dòng)切換啟動(dòng) “ 休息 ” 時(shí)間最長(zhǎng)的變量泵，并停止原變量泵，以保證各臺(tái)水泵運(yùn)行時(shí)間均等，延長(zhǎng)水泵使用壽命。由于系統(tǒng)是根據(jù)管網(wǎng)用水量的多少來決定投入運(yùn)行水泵的臺(tái)數(shù)，所以當(dāng)用水量長(zhǎng)期在某一小范圍內(nèi)變化時(shí)就會(huì)使得某臺(tái)水泵長(zhǎng)期運(yùn)行而磨損嚴(yán)重，而其他水泵長(zhǎng)期不使用造成生銹，設(shè)定本功能后則可方便的解決該 問題?？伸`活設(shè)定頻率下限，加速時(shí)間、減速時(shí)間、換泵時(shí)間等各種工作參數(shù)，能夠顯示系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，查閱各種故障原因。消除了水泵電機(jī) 直接起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾，并且設(shè)備控制系統(tǒng)具有短路、過流、過壓、過載、欠壓、 過熱等多種保護(hù)功能，大大提高了工作效率，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。按需要設(shè)定供水壓力，根據(jù)管網(wǎng)用水量來變頻調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使水泵始終在高效率工況下運(yùn)行，同普通的無塔供水設(shè)備相比，節(jié)能效果達(dá) 到20％。其控制原理圖如圖 12所示。 圖 11 恒壓供水系統(tǒng) 控制 原理框圖 一 按鈕 變頻器信號(hào) 水位信號(hào)等 PLC 設(shè)定壓力 智能 PID 調(diào)節(jié)器 變頻器 電機(jī)一水泵 水壓 壓力變送器 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PLC的 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 4 智能 PID 調(diào)節(jié)器屬于 PLC 擴(kuò)展模塊，可以 與 AD\DA 模塊一起使用，得到過程控制模塊的效果。 變頻器 和 PLC 的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。智能 PID 調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的 PLC調(diào)節(jié)。其中 變頻器 的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時(shí) 變頻器 還可作為電機(jī)軟啟動(dòng)裝置，限制電機(jī)的啟動(dòng)電流。如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過 3 小時(shí)，則切換下一臺(tái)泵，避免了某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長(zhǎng)，確保了泵的可靠壽命，進(jìn)一步提高了工作效率，節(jié)約了能源。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號(hào)有效，這時(shí)壓力上限信號(hào)如仍出現(xiàn)； PLC 首先將工頻運(yùn) 行的泵停掉，以減少供水量。 當(dāng)用水量不是很大時(shí)，一臺(tái)泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限信號(hào)與變頻器的高速信號(hào)同時(shí)被 PLC 檢測(cè)到，變頻器自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下的泵，投入到工頻運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量，保證壓力穩(wěn)定。 但國(guó)內(nèi)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究還是不夠的，因此，有待于進(jìn)一步研究改善，使其能夠被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專用變頻器內(nèi) 置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。 隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。 該系統(tǒng)能夠?qū)┧到y(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，有效 地 降低 了 能耗，保持系統(tǒng)維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)，保證按需供水。第三章講了本系統(tǒng)的硬件電路及軟件程序的設(shè)計(jì)。第一章主要介紹本 系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)。通過PLC、變頻器、繼電器、接觸器控制水泵機(jī)組運(yùn)行狀態(tài) ,實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓變流量供水要求。 38 摘要 本設(shè)計(jì) 主要 是針對(duì) 城市 居民生活用水 /消防用水而設(shè)計(jì)的 ，全自動(dòng) 恒壓變頻供水設(shè)備 。 35 參考文獻(xiàn) 26 系統(tǒng)控制要求及梯形圖程序 24 控制電路 21 硬件接線 21 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì) 16 變頻器的系統(tǒng)組成及接口定義 14 變頻控制恒壓供水控制方式 8 4A/D 及 4D/A 擴(kuò)展模塊 6 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 5 可編程控制器 PID 控 制原理與特點(diǎn) 5 可編程控制器的特點(diǎn) 5 可編程控制器 2 全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)特點(diǎn)及適用范 圍 2 全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)可行性分析 1 第一章 緒論 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PLC的 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 0 基于 PLC 的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 2 全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)控制原理 4 第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備 5 可編程控制器的介紹 11 模擬量輸入模塊 FX2N4AD 11 模擬量輸出模塊 FX2N4DA 13 變頻器 14 變頻器的工作原理及其組成結(jié)構(gòu) 18 觸摸屏 18 觸摸屏的概述 18 觸摸屏的工作原理 21 硬件電路設(shè)計(jì) 21 工藝過程 25 PLC 系統(tǒng)選型 27 第四章 程序的調(diào)試 35 變頻恒壓供水系統(tǒng)的調(diào)試內(nèi)容 37 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PLC的 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 1 致謝 由 PLC、變頻器、壓力傳感 器、低壓電氣控制臺(tái)和水泵等組成。 本文共分為五章。 第二章介紹了本系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備。第四章為整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試部分。 【 關(guān)鍵詞 】 : 恒壓供水，變頻器， PLC， 4A/D 轉(zhuǎn)換器 , 4D/A 轉(zhuǎn)換器，觸摸屏，壓力傳感器 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于 PLC的 恒壓供水系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 2 第一章 緒論 全自動(dòng)變頻恒壓供 水系統(tǒng)可行性分析 傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民用水和工業(yè)用水。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng) 之一 。變頻恒壓供水方式與過去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、智能樓宇、 網(wǎng)絡(luò) 供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。 全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)控制原理 設(shè)備投入運(yùn)行前，首先應(yīng)設(shè)定設(shè)備的工作壓力等相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由壓力傳感器連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送至變