PLC控制的恒壓供水系統(tǒng).doc

x畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文plc控制的恒壓供水系統(tǒng)the constant pressure water supply based on plc control學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： 信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本 院 自動(dòng)化 系 黃道義所提論文plc控制的恒壓供水系統(tǒng)the constant pressure water supply based on plc control符合本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求、業(yè)經(jīng)本委員會(huì)評(píng)審認(rèn)可。答辯組成員：指導(dǎo)教師：院答辯委員會(huì)主任：教授plc控制的恒壓供水系統(tǒng) 摘 要本文主要針對(duì)當(dāng)前供水系統(tǒng)中存在的自動(dòng)化程度不高、能耗嚴(yán)重、可靠性低的缺點(diǎn)加以研究，開(kāi)發(fā)出一種新型的并在這三個(gè)方面都有所提高的plc控制的恒壓供水系統(tǒng)。全文共分為五章。第一章闡明了恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用背景、選題意義及主要研究?jī)?nèi)容。第二章對(duì)本系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行了介紹，其中包括系統(tǒng)的工藝要求，系統(tǒng)的組成和基本工作原理以及主要元器件的選型。第三章著重寫控制系統(tǒng)的軟硬件部分的基本原理。第四章介紹了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作，對(duì)plc程序做了詳細(xì)描述并介紹了過(guò)程控制中占據(jù)重要地位的pid調(diào)節(jié)原理及參數(shù)設(shè)置依據(jù)，方法。第五章是項(xiàng)目調(diào)試和小結(jié)部分，給出了調(diào)試結(jié)果。本論文綜合運(yùn)用了可編程控制器（plc）、變頻器、傳感器等現(xiàn)代工業(yè)控制常用的控制部件及其相關(guān)程序設(shè)計(jì)方法。所做的研究對(duì)同類系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：可編程序控制器 變頻器 pidthe constant pressure water supply based on plc control abstractin the thesis, the disadvantages and problems need to be resolved of current supporting water system are briefly analyzed, and a new system, which has great advance in automation, reliability and saving energy, is studied and described.this thesis consists of five chapterschapter one clarifies the application background and significance of the supporting water system and main contents of research. chapter two introduces the overall project of the new autocontrol system, including craft demand, constitution, work principle and the selection of the main electrical deviceschapter three emphasizes the principle of the software and hardware part in control system. chapter four, we analyze the exploitation of control system, specifying on plc programmer and introduces the principle, parameter installation of pid control. the last chapter is the conclusion of the whole research and presents some debug result.the research collectively utilized some modern control devices, such as plc, frequency conversion device, sensor, and their program control method, all of these are of some reference value to the study of relative control system. key words： plc frequency conversion pid目 錄中文摘要i英文摘要ii目錄iii第一章 緒論1-11.1 課題的意義及應(yīng)用背景1.2 本文研究的內(nèi)容第二章 恒壓供水原理及工藝2-12.1 任務(wù)2.2 工藝要求2.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理2.4 主要元器件選型第三章 軟硬件的基本原理介紹3-13.1 plc可編程控制器3.1.1 可編程控制器的特點(diǎn)3.1.2 可編程控制器的工作原理3.2 變頻器的原理與特性3.2.1 變頻器簡(jiǎn)介3.2.2 變頻與變壓(vvvf)原理3.2.3 變頻調(diào)速的基本原理3.2.4 變頻調(diào)速的升速和啟動(dòng)3.2.5 變頻調(diào)速的降速和制動(dòng)3.2.6 變頻后的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.2.7 水泵類平方律負(fù)載的機(jī)械特性3.2.8 v/f控制的概念3.2.9 矢量控制的概述3.2.10 atv38的特性3.3 壓力傳感器簡(jiǎn)介第四章 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)4-14.1 plc應(yīng)用的開(kāi)發(fā)步驟4.2 pid調(diào)節(jié)4.2.1 pid調(diào)節(jié)原理4.2.2 pid參數(shù)設(shè)置4.2.3 pid設(shè)定值的調(diào)整4.3 plc程序4.3.1 基本步驟4.3.2 指令術(shù)語(yǔ)4.3.3 基本梯形圖4.3.4 基本術(shù)語(yǔ)4.3.5 定時(shí)器的使用4.3.6 程序中使用的繼電器4.3.7 程序流程4.3.8 plc的運(yùn)行和模擬調(diào)試第五章 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和小結(jié)5-15.1 硬件功能性測(cè)試5.1 系統(tǒng)總體調(diào)試5.3 小結(jié)致謝參考文獻(xiàn)第一章 緒論1.1 課題的意義及應(yīng)用背景在我國(guó)，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表的資料顯示:中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電是美國(guó)、德國(guó)等的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國(guó)的大量用電設(shè)備中，風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)的耗電量占全國(guó)發(fā)電量的50%左右,若推廣新型電機(jī)調(diào)速技術(shù),可節(jié)電40%左右,即可以節(jié)約全國(guó)發(fā)電量的1/5.由于我國(guó)人均占有水、電資源相對(duì)于別國(guó)又少很多,因此,在我國(guó)一方面水電供應(yīng)緊張,而另一方面,水電的浪費(fèi)又十分驚人.節(jié)電節(jié)水,不僅潛力巨大,而且意義深遠(yuǎn)近十年來(lái)，變頻技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)有很大的發(fā)展，并取得了良好的效果?？梢哉f(shuō)，變頻技術(shù)已為大多數(shù)用戶所接受。但是，不能不指出，我國(guó)在變頻技術(shù)的應(yīng)用方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家的水平尚有很大差距。目前，我國(guó)在用的交流電動(dòng)機(jī)使用變頻調(diào)速運(yùn)行的僅6%左右，而工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已達(dá)60% 70%；日本在風(fēng)機(jī)、水泵上變頻調(diào)速的采用率已達(dá)10%，而我國(guó)還不足0.01%；在日本，空調(diào)器的70%采用了變頻調(diào)速，而我國(guó)才剛剛起步。從這個(gè)現(xiàn)實(shí)出發(fā)，變頻技術(shù)尚有很大的發(fā)展空間，我們應(yīng)該鍥而不舍地做好推廣應(yīng)用工作。變頻控制技術(shù)的進(jìn)步不僅僅是異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，更主要的是采用變頻調(diào)速技術(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到了直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的特性。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點(diǎn)，因此人們才有可能按照實(shí)際要求，自行構(gòu)成一個(gè)適用和可靠的調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使我國(guó)供水行業(yè)的技術(shù)裝備水平從90年代初開(kāi)始經(jīng)歷了一次飛躍。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)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)。在實(shí)際應(yīng)用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來(lái)越強(qiáng)。充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著非常重要的意義。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要有：(1)帶pid回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器(plc)的控制系統(tǒng)在該系統(tǒng)中，變頻器的作用是為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓可控。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓；壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部pid控制程序的計(jì)算，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入pid回路調(diào)節(jié)器，由后者進(jìn)行運(yùn)算后，輸給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或pid回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)講，既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入/數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊pwm調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。這樣，可編程控制器的成本沒(méi)有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出的可編程控制器和一個(gè)pid回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入/輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，pid控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(2)新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新產(chǎn)品，如華為的td2100，施耐德公司的altivar58泵切換卡，sanken的samco-i系列，abb公司的acs600、acs400系列，富士公司的g11s/p11s系列等。這些產(chǎn)品將pid調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于pid運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)pid算法的編程，而且pid參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。由于變頻器內(nèi)部自帶的pid調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。這類變頻器的價(jià)格僅比通用變頻器略高一點(diǎn)，但功能卻強(qiáng)很多，所以采用帶有內(nèi)置pid功能的變頻器生產(chǎn)出的恒壓供水設(shè)備，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了安裝調(diào)試時(shí)間。在滿足工藝要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。(3)供水專用變頻器供水專用變頻器是將普通變頻器和plc控制器集成在一起，是集供水管控一體化的系統(tǒng)，內(nèi)置供水專用pid調(diào)節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統(tǒng)。傳感器反饋的水壓信號(hào)直接送入變頻器自帶的pid調(diào)節(jié)器輸入口，而壓力設(shè)定既可使用變頻器的鍵盤設(shè)定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設(shè)定多段壓力運(yùn)行，以適應(yīng)供水壓力的需要。也可設(shè)定指定日供水壓力。面板可以直接顯示壓力反饋值(mpa)。系統(tǒng)供水有兩種基本運(yùn)行方式：變頻泵固定方式和變頻泵循環(huán)方式。變頻泵固定方式最多可以控制7臺(tái)泵，可選擇“先開(kāi)先關(guān)”和“先開(kāi)后關(guān)”(適用泵容量不同場(chǎng)合)兩種水泵關(guān)閉順序；變頻泵循環(huán)方式最多可以控制4臺(tái)泵，系統(tǒng)以“先開(kāi)先關(guān)”的順序關(guān)泵。 供水系統(tǒng)采用變頻供水技術(shù)可改善供水水質(zhì)，且自動(dòng)化程度高，又是國(guó)家節(jié)能推廣技術(shù)，但若選擇使用不當(dāng)，又會(huì)造成電能浪費(fèi)，因此設(shè)計(jì)人員在方案確定之前應(yīng)根據(jù)用水性質(zhì)、用水特點(diǎn)、用水規(guī)模、設(shè)備投資等因素綜合考慮，在保證可靠供水前提下，充分發(fā)揮變頻調(diào)速的節(jié)能潛力1.2 本文研究的內(nèi)容 本文介紹以可編程控制器(plc)為控制核心，atv38系列變頻器為執(zhí)行元件，采用pid算法控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，即可調(diào)節(jié)出口管網(wǎng)壓力，使之達(dá)到用戶期望的恒定壓力。其中主要內(nèi)容包括恒壓供水原理，plc原理，變頻調(diào)速原理，通過(guò)設(shè)置幾個(gè)主要器件i/o參數(shù)，實(shí)現(xiàn)plc，變頻器，壓力傳感器之間的通訊、控制功能。第二章 恒壓供水原理及工藝2.1 任務(wù) 用plc，變頻器，壓力傳感器及低壓部件組成plc控制變頻調(diào)速恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)，并使系統(tǒng)達(dá)到工藝要求的性能指標(biāo)。2.2 工藝要求出口管網(wǎng)壓力：恒定在400kpa（4公斤）左右，可調(diào)水泵運(yùn)行時(shí)間：24h長(zhǎng)期運(yùn)行2.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理系統(tǒng)由水泵機(jī)組、變頻柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。變頻柜由變頻器，plc低壓電器等構(gòu)成。系統(tǒng)控制75kw水泵3臺(tái)， 系統(tǒng)控制組成框圖如下：其工作情況如下： 1臺(tái)泵供水不足時(shí)，該泵倒為工頻運(yùn)行，變頻柜啟動(dòng)第2 臺(tái)泵，若流量還不夠，第2臺(tái)泵倒為工頻運(yùn)行，變頻柜再啟動(dòng)第3臺(tái)泵。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后1臺(tái)泵變頻恒壓2.4 主要元器件選型plc：cpm1a-40cdr-a（歐姆龍）變頻器：atv38(施耐德) 壓力傳感器：yyb-es（錢江儀器儀表廠）其他低壓配件選擇施耐德品牌為主第三章 軟硬件的基本原理介紹3.1 plc可編程控制器(cpm1a-40cdr-a)1969年，在美國(guó)出現(xiàn)第一臺(tái)可編程序邏輯控制器（programmable logic controllerplc）以來(lái)，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要、高可靠性、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路、微型機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點(diǎn)和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的plc系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的許多過(guò)程控制領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破饕押蛿?shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并列為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。初期的plc只是用于邏輯控制場(chǎng)合，代替繼電器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，plc以微處理器為核心，適用于開(kāi)關(guān)量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進(jìn)入過(guò)程控制和位置控制等場(chǎng)合的控制領(lǐng)域。目前，可編程序控制器既保留了原來(lái)可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn)，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點(diǎn)，包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、過(guò)程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場(chǎng)合，可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng)，列如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。3.1.1 可編程控制器的特點(diǎn)1可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個(gè)plc生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使plc的平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到30萬(wàn)小時(shí)以上，使用壽命更長(zhǎng)。2控制功能強(qiáng)。plc具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時(shí)、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過(guò)程控制等。3編程方便，易于使用。plc采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。plc可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對(duì)老設(shè)備的技術(shù)改造。4使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。5具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。6采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性，擴(kuò)展靈活方便。7維修方便。plc上有i/o指示燈（led），哪個(gè)i/o元件有故障，一目了然。8可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運(yùn)行情況，隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。3.1.2 可編程控制器的工作原理一、plc的等效工作電路plc是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時(shí)，可不必用計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把plc等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如下圖所示。1輸入部分這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是plc與外部的開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)等連接的端口。每個(gè)端子可等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)即輸入接點(diǎn)號(hào)，這個(gè)線圈由接收到的輸入端的外部信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由plc的電源部件提供(如直流24v)，也可由獨(dú)立的交流電源(如交流110v)供給。每個(gè)輸入繼電器可以有無(wú)窮多個(gè)內(nèi)部觸點(diǎn)(動(dòng)合、動(dòng)斷形式均可)(這里使用的是計(jì)算機(jī)的“copy”概念)，供設(shè)計(jì)plc的內(nèi)部控制電路(即編制plc控制程序)時(shí)使用。2內(nèi)部控制電路這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實(shí)際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。plc程序一般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來(lái)的，pic程序中的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。在plc內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒(méi)有的器件，它們的線圈及動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)只能在plc內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。3輸出部分 這部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在plc內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無(wú)限多軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)，可在plc內(nèi)部控制電路中使用；但對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸出端只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù)載；如圖23所示。外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電源接在輸出公共端(com)上。 總之，在使用plc時(shí)，可以把輸入端等效為一個(gè)繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器接點(diǎn)(動(dòng)合或動(dòng)斷)可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。 二、plc的工作過(guò)程 plc一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng)plc加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除io及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時(shí)器、檢查i/o單元的連接等。開(kāi)始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個(gè)過(guò)程可以分為如下四個(gè)階段。 1公共處理階段這部分在每次循環(huán)開(kāi)始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時(shí)器、檢查程序存貯器、檢查io總線、檢查掃描時(shí)間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過(guò)自診斷給出故障信號(hào)，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。這部分時(shí)間是固定的，對(duì)p型機(jī)來(lái)說(shuō)，為1.26ms。 2執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡(jiǎn)易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與plc相連時(shí)，則plc在每次循環(huán)時(shí)，都將執(zhí)行來(lái)自外部設(shè)備的命令。 3程序執(zhí)行階段 在這個(gè)階段，cpu將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和輸出的狀態(tài))進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 4輸入、輸出更新階段 plc的cpu在每個(gè)掃描周期進(jìn)行一次輸入來(lái)進(jìn)行輸出更新。cpu對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時(shí)，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。這種對(duì)輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過(guò)程，稱為批處理，這是plc工作的重要特點(diǎn)。 上圖進(jìn)一步說(shuō)明了上述plc內(nèi)部工作過(guò)程。plc工作時(shí)，上述過(guò)程周而復(fù)始，稱為掃描周期。三、plc的掃描時(shí)間 plc完成一個(gè)掃描周期所需要的時(shí)間，稱為掃描周期時(shí)間，簡(jiǎn)稱掃描時(shí)間。掃描時(shí)間地長(zhǎng)短取決于系統(tǒng)的配置、io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。各部分時(shí)間計(jì)算如下： (1)公共處理時(shí)間t1。對(duì)p型機(jī)來(lái)說(shuō)，這部分時(shí)間是固定的，即:tl1.26ms (2)輸入，輸出更新時(shí)間t2。因?yàn)閜lc的輸入通道數(shù)一般來(lái)說(shuō)總是大于輸出通道數(shù)，因此，在計(jì)算這部分時(shí)間時(shí)，可以輸入通道數(shù)為準(zhǔn)，即認(rèn)為在輸入更新時(shí)間內(nèi)，輸出一定會(huì)更新完畢。這部分時(shí)間可按下式計(jì)算：t20.29十0.07n(ms) 其中n為輸入通道數(shù)減1。需要注意的是，若輸出通道數(shù)大于輸入通道數(shù)，則n應(yīng)取輸出通道數(shù)減1。 (3)程序執(zhí)行時(shí)間t3。這部分時(shí)間取決于在用戶程序中使用的指令的類型和條數(shù)。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。(4)執(zhí)行外設(shè)命令所需時(shí)間t4。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。首先，把上面算出的三個(gè)時(shí)間相加，再乘以0.05，即:t4(t1十t2十t3)0.05 當(dāng)t41時(shí)，則t41ms；當(dāng)t41時(shí)，則以0.5ms為單位，進(jìn)行四舍五入。例如，當(dāng)t4=1.65ms時(shí)，則t41.5ms；若t41.8ms時(shí)，則取t42ms。 注意：當(dāng)沒(méi)有外設(shè)與plc相連時(shí)t40ms。 將上面四部分時(shí)間算出后相加，即為掃描時(shí)間t，即 tt1十t2十t3十t4 在plc內(nèi)部，系統(tǒng)定時(shí)器（俗稱“看門狗”）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。但是，既使掃描時(shí)間沒(méi)有超過(guò)130ms，也可能對(duì)系統(tǒng)操作產(chǎn)生不良影響；掃描時(shí)間大于10ms時(shí)，高速定時(shí)器timh會(huì)出現(xiàn)故障；當(dāng)掃描時(shí)間超過(guò)100ms時(shí)，普通定時(shí)器及0.1時(shí)鐘脈沖發(fā)生器將會(huì)出錯(cuò)，并且報(bào)警。 四、plc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。從plc的工作過(guò)程可知當(dāng)plc工作在程序執(zhí)行階段時(shí)，既使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，即輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容發(fā)生變化，cpu執(zhí)行的輸入信號(hào)也不會(huì)變化，而要到下個(gè)周期的輸入、輸出更新階段，才能有效。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。從plc收到一個(gè)輸入信號(hào)到plc向輸出端輸出一個(gè)控制信號(hào)所需的時(shí)間，就是plc的io響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間是可變的，例如，在一個(gè)掃描周期的io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，如下圖所示。如果在一個(gè)掃描周期的io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，如下圖所示。 3.2 變頻器的原理與特性(atv38)3.2.1變頻器簡(jiǎn)介變頻器的功能是將頻率固定的(通常為50hz)的交流電變換成頻率連續(xù)可調(diào)的三相交流電源。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。變頻器主要分為間接變頻和直接變頻兩大類，而間接變頻又根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)的主要儲(chǔ)能元件的不同可分為電壓型和電流型。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。相控整流器將交流電壓整流為可控的直流電壓，經(jīng)濾波由電容cd輸出直流電壓vd,逆變器將直流ud變換成頻率可調(diào)的交流電源供給電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速。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。電流型交一直一交變頻器與電壓型變頻器的差別僅在于中間直流環(huán)節(jié)中的儲(chǔ)能元件用的是電感而不是電容。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。3.2.2變頻與變壓(vvvf)原理當(dāng)在實(shí)際利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，當(dāng)頻率f下降時(shí)，定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)e有所下降，定子電流增大，但是轉(zhuǎn)子側(cè)的負(fù)載并未增加，故轉(zhuǎn)子段電流不變，根據(jù)電流平衡方程可知，勵(lì)磁電流比增大，因而磁通增大。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，因此希望可以保持基本不變。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，只要在變頻過(guò)程中使變頻器輸出電壓ul/f=const，則磁通可保持基本不變。因此變頻的同時(shí)也要變壓，常用vvvf表示。怎樣實(shí)現(xiàn)vvvf是變頻器必須解決的重要課題之一。vvvf實(shí)施的基本方法包括:脈幅調(diào)制(pam)和脈寬調(diào)制(pwm)。(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。pam需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)部分:整流部分和逆變部分，兩者之間還必須滿足一定的關(guān)系，故控制電路比較復(fù)雜，因此比較少用。(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=tl/(t2+tl)。這時(shí)電壓的平均值和占空比成正比，所以在調(diào)節(jié)頻率時(shí)，不改變直流電壓的幅值，而是改變輸出電壓脈沖的占空比，同樣可以實(shí)現(xiàn)變頻也變壓的效果。pwm只需控制逆變電路便可實(shí)現(xiàn)，與pam相比控制電路簡(jiǎn)化了許多，因此在變頻調(diào)速中比較常用。3.2.3變頻調(diào)速的基本原理異步電動(dòng)機(jī)的等效變換異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式： 其中:p為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。(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。異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)實(shí)際是三個(gè)交變磁場(chǎng)合成的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速=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)。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場(chǎng)的磁力線。因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 (即所謂的“異步，)。兩者之間的差異可由轉(zhuǎn)差率表示，轉(zhuǎn)差率s=(-)/根據(jù)=60f/p可知，當(dāng)頻率f連續(xù)可調(diào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速也連續(xù)可調(diào)，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，總是比同步轉(zhuǎn)速略低一點(diǎn)，所以當(dāng)連續(xù)可調(diào)時(shí)，也是連續(xù)可調(diào)。3.2.4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4-7倍。這將對(duì)電源形成沖擊，引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。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。使用變頻器后，由于其輸出頻率可以從很低頻率開(kāi)始，頻率上升的快慢可以任意設(shè)定，從而可以有效地將啟動(dòng)電流限制在一定的范圍內(nèi)。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。對(duì)于泵類負(fù)載升速方式選擇半s型。3.2.5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。因此，在降速停機(jī)時(shí)應(yīng)設(shè)定足夠的降速時(shí)間，使轉(zhuǎn)速緩慢下降，從而保護(hù)管道。3.2.6變頻后的電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性: 設(shè)變頻后的頻率為，電壓為，電動(dòng)機(jī)的額定相電壓和頻率為和，則有其中為頻率可調(diào)比，為電壓可調(diào)比。將上述兩個(gè)公式代入異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式可得變頻后的轉(zhuǎn)矩公式：其中：為頻率為時(shí)的轉(zhuǎn)差率。在變頻器正常工作情況下，即1時(shí)的機(jī)械特性入下圖所示由圖可知隨著f的下降，臨界轉(zhuǎn)矩逐漸減少，電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力也隨之下降。這無(wú)疑給變頻調(diào)速帶來(lái)了瑕點(diǎn)。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)。v/f控制是其中一種比較簡(jiǎn)便的方法。3.2.7水泵類平方律負(fù)載的機(jī)械特性其含義:負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比。其中:一空載轉(zhuǎn)矩，一空載時(shí)的功率損耗，和為比例常數(shù)。平方律負(fù)載的機(jī)械特性和功率特性曲線圖如下圖所示。一機(jī)械特性 一功率特性平方律負(fù)載主要是泵類和風(fēng)機(jī)，其工作特點(diǎn)是:(1)大多數(shù)在長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)下工作，屬于連續(xù)恒定負(fù)載。(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。(3)因?yàn)樨?fù)載轉(zhuǎn)矩是和轉(zhuǎn)速的平方成正比，所以一旦轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速，就會(huì)造成電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過(guò)載。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。(注:變頻調(diào)速(即f改變)瞬間時(shí)，負(fù)載特性曲線不變，轉(zhuǎn)速n不變，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩不變;但是電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線改變，從而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩改變。電動(dòng)機(jī)要能夠穩(wěn)定運(yùn)行的條件是:升速時(shí)，)3.2.8 v/f控制的概念:(1)基本思想針對(duì)時(shí)，當(dāng)頻率下降，在中所占的比例增大，造成了和下降的情況，采取適當(dāng)提高調(diào)壓比而使的方法，來(lái)抵償比值的增大，從而保持，最終使電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩得到補(bǔ)償。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。(2)完全補(bǔ)償u/f線完全補(bǔ)償?shù)暮x是，不論多大(在的范圍內(nèi))，通過(guò)補(bǔ)償都能使臨界轉(zhuǎn)矩與額定頻率時(shí)的臨界轉(zhuǎn)矩相等，簡(jiǎn)稱全補(bǔ)償。此時(shí)的關(guān)系如下:由上式作出的的曲線通常稱為u/f線。滿足上式的機(jī)械特性曲線在所有頻率下的臨界轉(zhuǎn)矩都與相等。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。變頻器可以根據(jù)電流的大小自動(dòng)地決定補(bǔ)償?shù)某潭取?.2.9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。現(xiàn)在許多新型的變頻器都提供了相應(yīng)的矢量控制的功能。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)和轉(zhuǎn)矩電流信號(hào)，并且和作為基本控制信號(hào)，則通過(guò)等效變換，可以得到與基本控制信號(hào)等效的三相交流控制信號(hào),去控制逆變電路。對(duì)于電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的三相交流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，又可以等效變換成兩個(gè)互相垂直的直流信號(hào)，反饋到給定控制部分，用以修正基本控制信號(hào)和。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)不變，而控制另一個(gè)磁場(chǎng)電流信號(hào)，從而獲得和直流電動(dòng)機(jī)類似的控制功能。2.基本框圖如下圖所示，給定控制器將信號(hào)分解成兩個(gè)相互垂直且獨(dú)立的直流信號(hào)和，然后通過(guò)直/交變換將和變換成兩相直流電流信號(hào)和，又經(jīng)過(guò)2/3變換，得到三相交流控制信號(hào)，去控制逆變橋。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。速度反饋用于反映拖動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異，并使之以最快的速度進(jìn)行校正，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性?，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)。無(wú)反饋矢量控制在改善異步電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)的機(jī)械特性方面，己經(jīng)取得了令人滿意的結(jié)果，故對(duì)于一些在動(dòng)態(tài)特性方面無(wú)嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，速度反饋可以不用。3.2.10 atv38的特性我們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。 altivar 38 是一種用于三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻器，由 360 v 至 460 v 三相電源供電，功率范圍 0.75 kw 至 315 kw。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。altivar 38 通過(guò)對(duì)能耗進(jìn)行優(yōu)化可以降低運(yùn)行成本，同時(shí)提高了用戶的舒適程度。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。變頻器在最初設(shè)計(jì)中就已經(jīng)考慮了電磁兼容性的要求。altivar 38 的成品可直接用于泵類和通風(fēng)應(yīng)用中。它有一個(gè)操作盤可用于修改編程、調(diào)整、控制或檢測(cè)功能，以便適應(yīng)和優(yōu)化應(yīng)用以滿足不同客戶的要求。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 內(nèi)置 pi 控制，帶有預(yù)置 pi 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。同時(shí)，altivar 38 有多種可選件（遠(yuǎn)程控制盤，制動(dòng)電阻，進(jìn)線電抗，rfi濾波器等）圖.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)。因此，altivar 38 變頻器具有歐盟認(rèn)可的標(biāo)志。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)。變頻器在接線時(shí)，必須接地。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。變頻器的接線方式如上圖所示輸入方面，主電路的電源端子l1、l2、l3通過(guò)線路帶漏電保護(hù)的斷路器連接至380v的三相交流電源。對(duì)于壓力信號(hào)，則通過(guò)ai1或ai2口輸入。對(duì)所有位于變頻器附近的或連接在同一電路上的專門電路如繼電器、接觸器、電磁閥、熒光燈等均應(yīng)安裝干擾抑制器。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。如果電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)，則說(shuō)明連接相序有錯(cuò)，則改變u、v、w中的任意兩相的接線。ao1可接電動(dòng)機(jī)頻率輸出。變頻器系統(tǒng)應(yīng)連接專用接地極，不要和別的系統(tǒng)串聯(lián)接地或共同接地。3.3 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yyb-es型壓力變送器，yyb-es型壓力變送器為四線制帶現(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。主要性能有：1.抗干擾能力強(qiáng)（電源地與信號(hào)地隔離），特別適合變頻器應(yīng)用場(chǎng)合 2.現(xiàn)場(chǎng)3 1/2位led數(shù)字顯示 3.供電電源可選（交流220v / 直流24v）4.輸出信號(hào)可選（010 ma / 420ma5.負(fù)載阻抗： 0600 ( 420 ma);01.5k ( 010 ma)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。 下顯示面端蓋，在零壓力下調(diào)整輸出零位電位器，使輸出電流為0(型)或4ma(型)或規(guī)定值；調(diào)整顯示零位電位器，使數(shù)字顯示值為000 或規(guī)定值。在滿量程壓力下，調(diào)整輸出量程電位器，使輸出電流為10ma(型)或20ma(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。 變送器經(jīng)校驗(yàn)標(biāo)定后，現(xiàn)場(chǎng)不需要重新標(biāo)定，一般運(yùn)行半年至一年，做一次基本性能檢查，并可按要求調(diào)整標(biāo)定。第四章 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)的程序開(kāi)發(fā)主要是plc的程序開(kāi)發(fā)，我們采用的是根據(jù)系統(tǒng)的控制流程和控制目標(biāo)，在計(jì)算機(jī)上先編輯好plc軟件，然后傳給plc的方法，所用軟件是cx-programmer 3.1版本。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。4.1 plc應(yīng)用的開(kāi)發(fā)步驟plc的應(yīng)用設(shè)計(jì)，一般應(yīng)按下述幾個(gè)步驟進(jìn)行。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。2.明確控制任務(wù)與設(shè)計(jì)要求要了解工藝過(guò)程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)與電氣執(zhí)行元件之間的關(guān)系和對(duì)電控系統(tǒng)的控制要求。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。歸納出電氣執(zhí)行元件的動(dòng)作節(jié)拍圖。 電控系統(tǒng)的根本任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)這個(gè)節(jié)拍圖。以上兩個(gè)步驟得到的圖、表，綜合而完整地反映了被控對(duì)象的全部功能和對(duì)被控系統(tǒng)的全部要求，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)所在，必須仔細(xì)分析和掌握。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。還要確定電控系統(tǒng)應(yīng)有的其他功能，例如故障診斷與顯示報(bào)警、緊急情況的處理、管理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能等。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)。4.2 pid調(diào)節(jié)4.2.1 pid調(diào)節(jié)原理僅用p動(dòng)作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加i動(dòng)作的 p+i控制。用 pi控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。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。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用p動(dòng)作控制。 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。偏差小時(shí)，p動(dòng)作的作用減小?？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。在該場(chǎng)合，為使p動(dòng)作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用pd控制。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。 利用i動(dòng)作消除偏差作用和用d動(dòng)作抑制振蕩作用。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。采用pid控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)程。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。 pid調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律是或式中 ：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) ：調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 ：調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間 ：比例帶，它是慣用增益的倒數(shù)e : 調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)u ：輸出pid調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是不難看出，由上式表示的調(diào)節(jié)器動(dòng)作規(guī)律在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)上實(shí)際采用的pid調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)一般為其中 ；式中帶的量是調(diào)節(jié)器參數(shù)的實(shí)際值，不帶的為參數(shù)的刻度值。f成為相互干擾系數(shù)：為積分增益；為微分增益。4.2.2 pid參數(shù)設(shè)置p增益：設(shè)定范圍：0.0110.0倍這是操作量和偏差之間有比例關(guān)系的動(dòng)作。增益取大時(shí)，響應(yīng)快，但過(guò)大將產(chǎn)生振蕩。增益取小時(shí)，響應(yīng)遲后。實(shí)際中我們?nèi)?0。積分時(shí)間：設(shè)定范圍：0.13600s， 0.0：不動(dòng)作。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。積分時(shí)間大時(shí)，響應(yīng)遲后，另外，對(duì)外部擾動(dòng)的控制能力變差。積分時(shí)間小時(shí)，響應(yīng)速度快，但過(guò)小將產(chǎn)生振蕩。實(shí)際中我們?nèi)?50s。微分時(shí)間：設(shè)定范圍：00110.0s 0.0：不動(dòng)作。操作量（輸出頻率）和偏差的微分值成比例動(dòng)作（d動(dòng)作）。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。微分時(shí)間小時(shí)，發(fā)生偏差時(shí)的衰減作用小。我們?nèi)?.4。4.2.3 pid設(shè)定值的調(diào)整 pid值可以在用示波器監(jiān)視響應(yīng)波形的同時(shí)進(jìn)行調(diào)整?？勺魅缦驴傮w調(diào)整： p增益，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值 i積分時(shí)間，在不發(fā)主振蕩條件下減小其值 d微分時(shí)間，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值 對(duì)于抑制超調(diào)，可以增大積分時(shí)間，減小微分時(shí)間， 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， 抑制比積分時(shí)間長(zhǎng)的周期振蕩，增大積分時(shí)間抑制大約和微分時(shí)間同樣長(zhǎng)周期的振蕩，減小微分時(shí)間。設(shè)定0.0仍有振蕩時(shí)，減小增益4.3 plc程序可編程控制器是按照用戶的要求編寫程序來(lái)進(jìn)行工作的。程序的表達(dá)方式基本有四種：梯形圖、指令表、邏輯功能圖和高級(jí)語(yǔ)言。絕大多數(shù)plc是使用梯形圖和指令表編程。梯形圖是一種圖形語(yǔ)言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，而且加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，將微機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合進(jìn)去，使得編程容易。梯形圖比較形象、直觀，對(duì)于熟悉繼電接觸器控制系統(tǒng)的人來(lái)說(shuō)，也容易接受，世界上的各生產(chǎn)廠家都把梯形圖作為第一用戶編程語(yǔ)言。本系統(tǒng)所使用的方法就是將控制任務(wù)用梯形圖編程實(shí)現(xiàn)，離線灌入plc，攜帶至現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)其現(xiàn)場(chǎng)功能，下面我們開(kāi)始介紹梯形圖編程德基本步驟和概念。4.3.l 基本步驟編寫程序可分為幾個(gè)基本步驟：1. 首先列出所有i/o設(shè)備和分配給他們的i/o點(diǎn)的目錄，并且寫好分配給每一個(gè)i/o設(shè)備i/o位的表格。2. 確定工作位用什么字，寫出使用它們時(shí)能分配它們的表格。3. 準(zhǔn)備一張tc編號(hào)和跳轉(zhuǎn)編號(hào)的表格。一張tc號(hào)程序中僅能定義一次；跳轉(zhuǎn)號(hào)0199在每個(gè)程序也只能使用一次。4. 畫梯形圖。5. 將程序輸入到cpu單元。6. 檢查程序有無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤并更正錯(cuò)誤。7. 運(yùn)行改程序以檢查是否存在運(yùn)行錯(cuò)誤并更正錯(cuò)誤。8. 當(dāng)整個(gè)控制系統(tǒng)安裝好并準(zhǔn)備使用時(shí)，運(yùn)行該程序并按要求仔細(xì)調(diào)試。4.3.2 指令術(shù)語(yǔ)有兩類基本