基于PLC的恒壓供水泵站系統(tǒng)設(shè)計論文

1、 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 南京工程學(xué)院 自動化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于PLC的恒壓供水泵站系統(tǒng)設(shè)計 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動化093 學(xué) 號: 203090333學(xué)生姓名： 賈瑞勇 指導(dǎo)教師： 劉云霞 副教授 起迄日期： 2013.32013.6 設(shè)計地點： 工程中心4號樓 Graduation Design (Thesis) Design of Constant Pressure Water-supply System Based on PLCByJia RuiyongSupervised by Associate Prof. Liu YunxiaD

2、epartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune, 2013摘 要本設(shè)計以一個城市小區(qū)供水系統(tǒng)作為被控對象，研究基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，使系統(tǒng)獲得較好的性能指標(biāo)，力求做到使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡單，解決實際供水中問題，保證供水安全、快捷、可靠，目前變頻恒壓供水系統(tǒng)已在國內(nèi)外實際供水控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。此變頻恒壓供水系統(tǒng)由水泵機(jī)組，共包括四臺水泵電機(jī)，其中三臺為常規(guī)水泵，一臺為輔助水泵，其與可編程序控制器、變頻器、壓力傳感器等相關(guān)器件組成了一個變頻循環(huán)運(yùn)行系統(tǒng) 。系統(tǒng)實時比較管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)定值

3、偏差的變化情況，經(jīng)PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，由PLC控制水泵電機(jī)的變頻、工頻切換，自動控制水泵電機(jī)投運(yùn)臺數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。經(jīng)軟件仿真及實驗室調(diào)試，證明系統(tǒng)基本可以滿足設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞： PLC；PID；變頻器；恒壓供水 ABSTRACTThe design of a city district water supply system as a controlled object, the study is based on the PLC constant pressure water supply system, allowing the system to obtain

4、 better performance indicators, and strive to make sure that the system is stable and easy to operate, to correct the problem that is the actual water supply to ensure water supply safe, fast, reliable, constant pressure water supply system has been widely used in domestic and foreign real water sup

5、ply control system.Constant pressure water supply system consists of a pump unit, including a total of four pump motor, three conventional pumps, one for the auxiliary water pump, a variable frequency with a programmable logic controller, inverter, pressure sensors and other related devices cycle op

6、eration system. Real-time comparison system pipe network pressure and pressure setpoint deviation changes, the PID operation by the PLC, the PLC controlled pump motor frequency, frequency switching, automatic control of the number of units put into operation the pump motor and the motor speed to ach

7、ieve constant loop automatic adjustment pressure water supply. The software simulation and laboratory testing, proof system could meet the design requirements. Keywords: PLC; PID; inverter; constant pressure water supply I 目錄 第一章 緒論11.1 引言11.2 供水系統(tǒng)發(fā)展歷程11.3 恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.4 本文的結(jié)構(gòu)3第二章 恒壓供水系統(tǒng)控制方案確定42

8、.1 系統(tǒng)設(shè)計要求42.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析52.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程7第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析83.1 電動機(jī)的調(diào)速原理83.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理93.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的變頻原理113.3.1 變頻調(diào)速的優(yōu)點及應(yīng)用113.3.2 變頻器頻率給定方式123.4 控制系統(tǒng)PID原理及整定123.4.1 PID控制原理123.4.2 參數(shù)整定方法13第四章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計164.1 PLC及其擴(kuò)展模塊選型164.1.1 PLC特點及性能指標(biāo)164.1.2 可編程序控制器（PLC）的選型174.1.3 擴(kuò)展模塊選型184.2 變頻器的選型194.2.1 變

9、頻器的具體選型194.2.2 變頻器與模擬量擴(kuò)展擴(kuò)展的連接194.2.3 變頻器參數(shù)設(shè)定204.3 水泵機(jī)組的選型214.3.1 水泵機(jī)組的選型原則214.3.2 水泵機(jī)組選型224.4 供水壓力傳感器的選型234.4.1 壓力傳感器的性能參數(shù)234.4.2 壓力傳感器的選型234.5 系統(tǒng)主電路設(shè)計及分析254.6 系統(tǒng)軟件的I/O口分配及外圍接線圖26第五章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計29 5.1 恒壓供水系統(tǒng)軟件部分總體分析設(shè)計295.1.1 系統(tǒng)軟件部分分析295.1.2 系統(tǒng)軟件部分總體設(shè)計295.1.3 恒壓供水系統(tǒng)程序流程圖31 5.2 子程序和中斷程序335.2.1 子程序的調(diào)用指令和返回

10、指令335.2.2 子程序調(diào)用過程的特點335.2.3 中斷程序的調(diào)用原則345.2.4 中斷調(diào)用指令345.3 供水壓力采集程序355.3.1 壓力采集的平移式平均值濾波法355.3.2 壓力采集程序的編制375.4 控制系統(tǒng)PID整定部分程序設(shè)計395.4.1 PID回路指令及使用395.4.2 PID指令在系統(tǒng)中的使用39第六章 PLC程序仿真及調(diào)試416.1 仿真軟件調(diào)試416.2 實驗室調(diào)試45第七章 結(jié)論487.1 論文總結(jié)487.1.1主要工作及結(jié)論487.1.2 存在的問題487.2 個人收獲49致謝50參考文獻(xiàn)51附錄A：電氣接線圖52附錄B：PLC外圍接線圖53附錄C PL

11、C梯形圖54 III第一章 緒論1.1引言水是人類最寶貴的資源，是人類賴以生存的基本條件，也是國民經(jīng)濟(jì)的生命線。在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，較長階段以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直較為落后，自動化程度不高，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，不能適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的需求。 伴隨著住房政策改革的不斷深入，城市中各種類型小區(qū)建設(shè)發(fā)展非常迅速，同時也對小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)作為其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性將直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平。日常的生產(chǎn)生活用水需求

12、通常是隨時間變化的，因季節(jié)、晝夜相差很大，因此用水和供水的不平衡主要表現(xiàn)為在用水高峰期，水的供應(yīng)量往往低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低谷期，水的供給量往往高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，這將會造成能量的浪費(fèi)，同時有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞。所以 保持供水壓力恒定可以實現(xiàn)供、用水的平衡1。而變頻恒壓供水系統(tǒng)的出現(xiàn)使這些問題迎刃而解。1.2 供水系統(tǒng)發(fā)展歷程恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)了水箱和水塔或氣罐式增壓設(shè)備等供水方式時，在造成水的二次污染、造成水質(zhì)變差的同時，由于它們必須由水泵以高出實際用水高度的壓力來提升水量，結(jié)果造成了水泵電機(jī)的軸功率和能量損耗。下面對幾種

13、供水方式進(jìn)行介紹 (1) 一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)：這種供水方式下，水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，但耗電、耗水嚴(yán)重、水壓不穩(wěn)、供水質(zhì)量不佳，電機(jī)硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。 (2) 恒速泵+水塔的供水方式：這種方式是水泵首先向水塔供水，然后由水塔向用戶供水。這種供水方式 ，供水壓力相對穩(wěn)定。但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大，水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠(yuǎn)期的需要，而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，同時還存在一些能量損失和二次污染問題。 (3) 射流泵十水箱的供水方式：這種方式是根據(jù)射流泵本身的特有結(jié)

14、構(gòu)進(jìn)行工作。是利用壓差和來水管粗，出水管細(xì)的變徑工藝實現(xiàn)供水，但是由于其技術(shù)和工藝的不健全，再加上該供水方式會出現(xiàn)有壓無量(流量)的現(xiàn)象，無法滿足高層供水的需要。 (4) 恒速泵十高位水箱的供水方式 ：這種供水方式原理與水塔供水方式是相同的，區(qū)別僅在于水箱設(shè)在建筑物的頂層。 相對于水塔供水方式，高位水箱供水方式占地面積與設(shè)備投資都有所減少，但其必然提高建筑物的總體造價，且影響設(shè)計風(fēng)格對，同時水箱受到建筑物的限制，容積不能太大，所以供水的范圍必然較小。同時一些污染源有可能進(jìn)入水箱帶來水質(zhì)的污染。 (5) 恒速泵十氣壓罐供水方式 ：這種方式是利用封閉的氣壓罐替代高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力以控制

15、泵的開、停。氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點，如氣壓罐方式的運(yùn)行不穩(wěn)定突出表現(xiàn)在它的頻繁啟動，頻繁啟動將產(chǎn)生較大的噪聲，同時由于啟動過于頻繁，壓力不穩(wěn)，加之硬啟動，電氣和機(jī)械沖擊較大，設(shè)備損壞很快。 以上幾種供水方式都曾經(jīng)在一定歷史階段和某些生產(chǎn)生活領(lǐng)域發(fā)揮了舉足輕重的作用，但是，隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，以上供水方式顯示出越來越多的弊病，再加上目前能源緊缺，供水方式必將朝著高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展 。 變頻調(diào)速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、安全性高、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。變頻恒壓供水系統(tǒng)必將在將

16、來的生產(chǎn)生活中成為新興主流供水方式2。1.3 恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 變頻恒壓供水方式是在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展以后逐漸發(fā)展起來的。在早期，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時均采用一臺變頻器帶動一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組工作的情況，因而投資成本很高。1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器。隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度等方面的提高以及其顯著的節(jié)能效果被發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外眾多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并生產(chǎn)出一系列具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samco公司，其推出的恒壓供水基板，具有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環(huán)方式”兩種

17、模式，它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等相關(guān)硬件集成到變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼就可以實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，就可以直接控制各個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成多達(dá)7臺電機(jī)(水泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖說微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但是其輸出接口的擴(kuò)展功能缺少靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，且限制了帶負(fù)載的容量所以在實際使用時其范圍將會受到局限3。 目前國內(nèi)很多公司在做變頻恒壓供水工程，大多數(shù)采用國外品牌的變頻器控制基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計，水泵的轉(zhuǎn)速，供水管的管網(wǎng)壓力的閉

18、環(huán)調(diào)節(jié)以及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用PLC（可編程控制器）及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)，有的采用單片機(jī)及相關(guān)軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等諸多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)未達(dá)到所有用戶的要求，只適用于小容量，控制要求不高的供水場所4。雖然國內(nèi)變頻調(diào)速技術(shù)取得了較好的成績，但是總體上來說國內(nèi)自行開發(fā)、生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的能力還比較弱。 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)正在經(jīng)歷一個逐步完善的發(fā)展過程，早期的單泵恒壓系統(tǒng)正在被多泵恒壓系統(tǒng)取代。雖然說單泵產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計簡單可靠，但由于單泵電機(jī)深度調(diào)速造成水泵、電機(jī)運(yùn)行效率偏低，而多泵型產(chǎn)品因投資更為節(jié)省，運(yùn)行效率更高，經(jīng)實際證明是最優(yōu)的系統(tǒng)

19、設(shè)計，必將快速發(fā)展成為供水的主導(dǎo)產(chǎn)品。該產(chǎn)品正在向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化等方向發(fā)展。追求高度的智能化、系列的標(biāo)準(zhǔn)化將是未來供水設(shè)備滿足城鎮(zhèn)建設(shè)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。1.4 本文的結(jié)構(gòu) 本文以普通城市小區(qū)恒壓供水作為應(yīng)用背景，對基于PLC的變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行研究。全文共分為七章，各章的主要內(nèi)容如下： 第一章簡略的介紹了供水系統(tǒng)的發(fā)展歷程，目前國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及相關(guān)背景； 第二章主要通過分析系統(tǒng)的控制要求，確定了系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析； 第三章對變頻恒壓供水進(jìn)行了原理性分析，為系統(tǒng)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)； 第四

20、章主要對控制系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行設(shè)計，并對所需元件進(jìn)行選型，設(shè)計出系統(tǒng)的電氣原理圖與I/O口外圍接線圖； 第五章對系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行總體設(shè)計，介紹了各軟件程序部分設(shè)計過程，重點研究壓力采集程序與PID部分，并列舉典型程序； 第六章主要對PLC程序進(jìn)行仿真軟件調(diào)試和實驗室調(diào)試，然后對仿真結(jié)果進(jìn)行驗證分析，并總結(jié)不足之處； 第七章總結(jié)了全文的研究工作，給出了存在的問題和進(jìn)一步研究的方向。第2章 恒壓供水系統(tǒng)控制方案確定2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求本設(shè)計是以普通小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象，設(shè)計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)， 保證整個系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計。完

21、成硬件設(shè)備選型、PLC選型，估算所需I/O點數(shù)，進(jìn)行I/O模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、I/O連接圖，分配I/O點數(shù)，列出I/O分配表，熟練使用相關(guān)軟件，設(shè)計梯形圖控制程序，對程序進(jìn)行調(diào)試和修改。結(jié)合以上要求可知此次設(shè)計宜采用PLC控制變頻恒壓的供水系統(tǒng)，主要由變頻器、可編程控制器、壓力傳感器和現(xiàn)場的水泵機(jī)組一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計中有4臺水泵（3臺水泵為常規(guī)供水泵，1臺為輔助泵），采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下做變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。 此設(shè)計系統(tǒng)以設(shè)定壓力為控制目標(biāo)，以PID為控制算法，和變頻器、水泵、壓力傳感器組成恒壓

22、閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)實時跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)計值偏差變化情況，經(jīng) PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定，由PLC控制變頻與工頻切換，自動控制水泵電機(jī)投運(yùn)臺數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)整恒壓供水5。原理圖如圖2.1所示 PLC 水泵變頻器PID調(diào)節(jié)設(shè)定壓力+- 壓力檢測 圖2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理圖2.2變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析1#泵2#泵3#泵輔助泵壓力傳感器 變頻器S7-200 PLC 圖 2.2供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 如圖2.2所示，整個系統(tǒng)由四臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。四臺水泵中每臺泵的出水管都安裝手動閥，

23、以方便維修和調(diào)節(jié)水量，三臺常規(guī)水泵協(xié)調(diào)工作以滿足實際供水需要，輔助泵僅在自動狀態(tài)啟動前處于啟動狀態(tài)，在自動狀態(tài)啟動后關(guān)閉；在變頻供水系統(tǒng)中檢測管網(wǎng)壓力的壓力傳感器，通常采用電阻式傳感器(反饋05V電壓信號)或壓力變送器(反饋420mA電流信號)；變頻器作為供水系統(tǒng)的核心器件，通過改變電機(jī)的頻率來實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果和各項功能?？梢钥闯鲎冾l調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報警裝置等部分構(gòu)成。 (1) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由水泵組構(gòu)成，它們用于將水供給用戶管網(wǎng)，圖2.2中的3個常規(guī)水泵分為二種類型:調(diào)速泵:是由變頻器控制可以變頻調(diào)速的水泵，根據(jù)用水量

24、的變化情況改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用以維持管網(wǎng)水壓的恒定。恒速泵:水泵只工作在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足的情況下，對供水量進(jìn)行定量補(bǔ)充。 (2) 信號檢測 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和危險報警信號:1) 水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。2) 報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水庫液位是否超限、變頻器是否有異常。該信號為開關(guān)量信號。(3) 控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)通常安裝在供水控制柜中，共包括供水控制器 (PLC系統(tǒng)) 、變頻器和電控設(shè)備三部分。1）供水控制器:它是變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心器件，包括變

25、頻器和電控設(shè)備。供水控制器直接采集系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號，對人機(jī)接口和通訊接口所提供的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實施控制算法，得出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案，通過變頻器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu) (水泵) 進(jìn)行規(guī)律控制。2）變頻器:主要作用是實現(xiàn)對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。變頻器根據(jù)供水控制器送來的控制信號來改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，實現(xiàn)對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。3）電控設(shè)備:它包括一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件。應(yīng)用于在供水控制器的控制下實現(xiàn)對水泵的切換、手動/自動切換等。(4) 人機(jī)界面人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交互的場所。借助于人機(jī)界面，使用者可以完成更改設(shè)定壓力，修改系統(tǒng)設(shè)定等操作以滿足不同工藝的需求，同時使

26、用者還可以從人機(jī)界面上了解系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及設(shè)備的工作狀態(tài)。同時通過人機(jī)界面報警進(jìn)行顯示，使用者還可以對系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)示。(5) 通訊接口通訊接口作為本系統(tǒng)的重要組成部分，借助于該接口，系統(tǒng)能夠和組態(tài)軟件以及其他的工控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以把現(xiàn)代較為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中，類似于可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等。(6) 報警裝置在一個控制系統(tǒng)中，報警必須是不可或缺的組成部分。由于本系統(tǒng)在不同的供水領(lǐng)域均可適用，所以為實現(xiàn)系統(tǒng)可靠、平穩(wěn)、安全 的運(yùn)行，防止因為電機(jī)過載、變頻器運(yùn)行報警、電網(wǎng)波動過大、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等原因造成的故障，因此系統(tǒng)需要對

27、各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，然后通過PLC判斷報警類別，進(jìn)行報警顯示和保護(hù)動作控制，以免造成本可避免的損失5。2.3變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下:（1) 自動運(yùn)行閉合自動開關(guān)后，1#泵電機(jī)有電，變頻器輸出頻率從0Hz開始上升，同時PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮兆詨毫鞲衅鞯男盘?，?jīng)運(yùn)算后與系統(tǒng)給定壓力值進(jìn)行比較，把調(diào)節(jié)參數(shù)傳送到變頻器，如果壓力不足，則頻率上升，直到50Hz（理論），1#泵由變頻運(yùn)行切換到工頻，同時2#泵變頻啟動，變頻器頻率逐漸上升，直到滿足供水需要，加泵規(guī)律依此類推；當(dāng)用水量減小即壓力過大，變頻器持續(xù)出現(xiàn)下限頻率，則切除一臺工頻泵，達(dá)到使供水壓力恒定的目的。若出現(xiàn)電源瞬

28、時停電的情況，系統(tǒng)立即停止運(yùn)行。等待電源恢復(fù)后，系統(tǒng)將自動恢復(fù)運(yùn)行，然后按照自動運(yùn)行方式啟動1#泵變頻運(yùn)行（與上述規(guī)律相同），直到達(dá)到給定水壓值，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該系統(tǒng)最基本的功能是變頻自動控制，系統(tǒng)可自動實現(xiàn)對水泵的軟啟動、循環(huán)變頻、停止等操作過程。(2) 手動運(yùn)行當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器發(fā)生故障時，為保障用水，三臺常規(guī)泵可以手動控制工頻運(yùn)行。(3) 停止轉(zhuǎn)換開關(guān)置于停止位置，設(shè)備進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，任何設(shè)備不能啟動。(4) 采用 “規(guī)律自動切換” 原則“規(guī)律自動切換”原則指水泵運(yùn)行連續(xù)在某一種控制規(guī)律下時間達(dá)到所設(shè)定時間時自動換泵運(yùn)行。 這樣保證系統(tǒng)的每臺泵運(yùn)行時間接近，防止個別供水泵運(yùn)行時間過長

29、損耗，而有的泵因長時間不用而銹死，從而有效的延長了設(shè)備的壽命。(5) 平穩(wěn)切換，恒壓控制 主水管網(wǎng)采集到的壓力信號經(jīng)壓力傳感器與PLC的擴(kuò)展模塊PID運(yùn)算傳送給變頻器，并給出直接控制水泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定的信號。當(dāng)正在運(yùn)行的供水泵全速運(yùn)行，但仍未達(dá)到給定壓力值時，切換變頻泵到工頻運(yùn)行，通過變頻器軟啟動另一臺供水泵。 (6) 完善的保護(hù)、報警功能 在供電控制回路上對工頻、變頻電源實現(xiàn)電氣與機(jī)械互鎖，防止產(chǎn)生短路。由于水泵功率較大，為了避免直接啟動電流過大，需要采用軟啟動方法，即用變頻器來啟動水泵9。 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析3.1 電動機(jī)的調(diào)速原理交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 （3.

30、1）式中-同步轉(zhuǎn)速，r/min； -定子頻率，Hz； -電機(jī)的磁極對數(shù)。而異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速 （3.2）式中-異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率，一般小于3%。從上式可知，三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法有67：(l) 改變電源頻率(2) 改變電機(jī)極對數(shù)(3) 改變轉(zhuǎn)差率改變電機(jī)極對數(shù)調(diào)速的調(diào)控方式控制簡單，投資省，節(jié)能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機(jī)，是有級調(diào)速，而且級差比較大，即變速運(yùn)行時轉(zhuǎn)速變化大，轉(zhuǎn)矩變化也大，因此僅在特定轉(zhuǎn)速的生產(chǎn)機(jī)器中適用。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速中為確保其較大的調(diào)速范圍在一般情況下采用串級調(diào)速方式，它的最大優(yōu)點在于可回收轉(zhuǎn)差功率，具有良好的節(jié)能效果，且其調(diào)速性能好，但是其線路過復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)的電能損耗

31、增加，由于成本較高而影響了其推廣使用價值。下面對改變電源頻率調(diào)速的方法及特點進(jìn)行重點分析。由公式可得，轉(zhuǎn)差率基本不變的情況下，三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f成正比。電源頻率連續(xù)調(diào)節(jié)，就能夠平滑的改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n。但僅通過電源頻率調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能的惡化。伴隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多種性能優(yōu)越、工作穩(wěn)定的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。3.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理供水系統(tǒng)的揚(yáng)程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q兩者之間的關(guān)系曲線，如圖3.1所示。因為在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速不變的情況下，流量的值主要取決于用戶

32、的用水量，因此，揚(yáng)程特性反映的是揚(yáng)程H與用水流量Qu間的關(guān)系H=f(Qu)。管阻特性則是以水泵的轉(zhuǎn)速恒定為前提的，表示揚(yáng)程H與流量Q之間的關(guān)系曲線（閥門在某一開度下），如圖3.1所示。管阻特性說明了水泵能量被用來克服水泵系統(tǒng)的壓力及水位差、液體在供水管道中流動阻力的變化規(guī)律。改變閥門開度，實際上改變的是在某一揚(yáng)程下，供水系統(tǒng)面向用戶的供水能力。因此，管阻特性反映的是揚(yáng)程與供水流量Qc之間的關(guān)系H=f(Qc)。管阻特性曲線和揚(yáng)程特性曲線的交點，稱之為供水系統(tǒng)的工作點，如圖3.1所示點A。只有在這一點，供水系統(tǒng)的供水流量Qc和用戶的用水流量Qu處在平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既符合了管阻特性，也滿足了揚(yáng)程特

33、性 ，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。 圖3.1 恒壓供水系統(tǒng)基本特征水泵、電動機(jī)、管道和閥門等構(gòu)成變頻恒壓供水系統(tǒng)供水部分。通過異步電動機(jī)驅(qū)動供水泵旋轉(zhuǎn)供水，將電機(jī)和水泵做成一個整體，通過變頻器改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水量以實現(xiàn)恒壓供水。所以，異步電動機(jī)的變頻調(diào)速是供水系統(tǒng)變頻的實質(zhì)。通過改變定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)異步電動機(jī)的變頻調(diào)速。在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。閥門控制法通過調(diào)節(jié)閥門開度以調(diào)節(jié)流量，水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不變。其實質(zhì)為經(jīng)調(diào)節(jié)水路中的阻力以改變流量，因此，管阻隨閥門開度變化而變化，但是其揚(yáng)程特性不變。在實際用水中，水需求量是實時變

34、化的，如果在一段時間內(nèi)閥門開度保持不變，必然出現(xiàn)超壓或欠壓現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速控制法則是通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水流量，不改變閥門開度，是通過改變水的動能來改變流量。因而，揚(yáng)程特性隨水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，其管阻特性沒有發(fā)生變化。變頻調(diào)速的供水方式為轉(zhuǎn)速控制。它的工作原理是通過用戶用水需求量的改變自動調(diào)整水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到管網(wǎng)壓力始終保持恒定的目的，用水量減小時電機(jī)減速，用水量增大時電機(jī)加速。從流體力學(xué)可得，水泵向管網(wǎng)供水時，水泵的輸出功率P與出水流量Q和管網(wǎng)的水壓H的乘積成正比；水泵轉(zhuǎn)速n與出水流量Q成正比；管網(wǎng)水壓H與出水流量Q的平方成正比。綜上關(guān)系可得，水泵輸出功率P與轉(zhuǎn)速n三次方成正比，即：

35、 (3.3) (3.4) (3.5) (3.6)式中k、k1、k2、k3為比例常數(shù)。 圖3.2 管網(wǎng)及水泵的運(yùn)行特性曲線 當(dāng)使用閥門控制時，若供水量高峰水泵工作在E點，流量為Q1，揚(yáng)程為H0，當(dāng)供水量從Q1減小到Q2時，必須關(guān)小閥門，閥門的摩擦阻力變大，管阻特性曲線從b3移到b1，揚(yáng)程特性曲線不變，揚(yáng)程從H0上升到H1，運(yùn)行工況點從E點轉(zhuǎn)移到F點，水泵的輸出功率正比于H1×Q2。當(dāng)使用調(diào)速控制時，如果采用恒壓(H0)，變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為b2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€n2，平衡工作點從E點轉(zhuǎn)移到D點。此情況下水泵輸出功率正比于H0×Q2，由于H1>H0，所以當(dāng)使

36、用閥門控制流量時，有正比于(H1H0)×Q2的功率被損耗，并伴隨著閥門開度減小，閥門摩擦阻力變大，管阻特性曲線將上移，運(yùn)行工況點也將隨之上移，于是H1增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。所以調(diào)速控制方式要比閥門控制方式供水功率要小得多，節(jié)能效果顯著8。3.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的變頻原理在本次變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計中，根據(jù)上文提及的電動機(jī)調(diào)速原理可知，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，在改變電動機(jī)頻率方面出現(xiàn)了各種性能良好、工作可靠的變頻調(diào)速裝置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的廣泛應(yīng)用，變頻器在其中扮演著舉足輕重的角色。在工業(yè)自動化方面和節(jié)能方面廣泛使用變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，其應(yīng)用前景十分廣闊。目前，變頻調(diào)速

37、給水在建筑給水中應(yīng)用越來越廣，其主要原因是: （1）變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。 （2）目前，變頻器技術(shù)已很成熟，在市場上有很多國內(nèi)外品牌的變頻器，這為變頻調(diào)速供水提供了充分的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。變頻器已在國民經(jīng)濟(jì)各部門廣泛使用。 （3）變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果3.3.1變頻調(diào)速的優(yōu)點及應(yīng)用大部分的電機(jī)拖動場合均可使用變頻調(diào)速，由于其能夠提供精確的速度控制，因此可方便地控制機(jī)械傳動的上升、下降和變速運(yùn)行。變頻應(yīng)用大大提高了工藝的高效性，使變速不依賴于機(jī)械部分，同時可以比原來的定速運(yùn)行電機(jī)更加節(jié)能。使用變頻調(diào)速的優(yōu)點如下 (1) 控制電機(jī)的啟動電流； (2

38、) 降低電力線路電壓波動； (3) 啟動時需要的功率更低； (4) 可控的加速功能； (6) 可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限； (7) 受控的停止方式； (8) 節(jié)能； (9) 可逆運(yùn)行控制； (10) 減少機(jī)械傳動部件。 3.3.2變頻器頻率給定方式 有3種方式可以完成變頻器的頻率設(shè)定： （1）面板設(shè)定方式 通過面板上的按鍵完成頻率給定。 （2）外接給定方式 通過控制外部的模擬量或數(shù)字量端口，將外部的頻率設(shè)定信號送給變頻器。外接數(shù)字量信號接口可用來設(shè)定電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，以及完成分段頻率的控制。外接模擬量控制信號時，電壓信號一般有：05V、010V等，外接電流電流信號一般有：020mA或420mA。由模擬量進(jìn)

39、行頻率設(shè)定時，給定頻率與對應(yīng)的給定信號X（電壓或電流信號）之間的關(guān)系曲線,稱做頻率給定線?？梢允褂媒o定線進(jìn)行頻率信號的控制。 （3）通信接口方式 可以通過通信接口，如RS-485、PROFIBUS等，來進(jìn)行遠(yuǎn)程的頻率給定。 本次課程設(shè)計中將使用外接給定方式的外接模擬量信號實現(xiàn)變頻調(diào)速3.4 控制系統(tǒng)PID原理及整定3.4.1 PID控制原理 在變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計中，選用了具有PID調(diào)節(jié)功能的PLC實現(xiàn)閉環(huán)控制，保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用Proportional (比例)、Integral (積分)、Derivative (微分)控制方式，即PID控制。PID控制作為

40、連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式，其具有理論成熟，算法簡單，控制效果優(yōu)，易被人們熟悉和掌握等優(yōu)點。PID控制器作為一種線性控制器，它是對設(shè)定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)： （3.7）經(jīng)比例(P) 、積分(I) 和微分(D) 運(yùn)算后經(jīng)線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對被控對象進(jìn)行控制，所以稱之為PID控制器。系統(tǒng)由被控對象和模擬PID控制器構(gòu)成，圖3.3為控制系統(tǒng)原理圖，圖中u(t)是PID調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)量9。 圖3.3 PID控制原理圖PID控制規(guī)律： （3.8）式中：Kc為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。相應(yīng)的傳遞函數(shù)形式： （3.9）PID控

41、制器P 、I 、D環(huán)節(jié)的作用以及調(diào)節(jié)規(guī)律：(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例的反映控制系統(tǒng)偏差信號，一旦產(chǎn)生偏差e(t)，控制器隨之產(chǎn)生控制作用，實現(xiàn)減小偏差，但不能夠消除系統(tǒng)偏差隨著比例系數(shù)Kc的增大，系統(tǒng)偏差減小，但比例系數(shù)過大會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 積分環(huán)節(jié)：只要偏差存在，控制就會發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差變?yōu)榱?。積分環(huán)節(jié)主要作用在于消除靜差。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用則越弱，引起系統(tǒng)超調(diào)量增大，反之越強(qiáng)，引起系統(tǒng)振蕩。(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號變化的趨勢做出反應(yīng)，在偏差信號變得過大之前，引入一個有效的早期修正信號到系統(tǒng)中，加快了系統(tǒng)的動作速度，減少了調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)

42、節(jié)主要作用是控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。3.4.2 參數(shù)整定方法（1） 經(jīng)驗整定法 可根據(jù)表所示的被控過程特點確定控制器參數(shù)的范圍。經(jīng)驗整定法可先設(shè)置一個比例度，確定出系統(tǒng)振蕩周期Tp，然后根據(jù)被控過程的特點，當(dāng)采用PI控制時，設(shè)置Ti=（0.51）Tp；對溫度、成分等被控過程，可采用PID控制，設(shè)置Td=（0.250.5）Ti。最后，比例度從大到小進(jìn)行搜索，直到控制過程滿足工藝控制要求1011。 表 3.1 被控過程特點和控制器參數(shù)項目流量、液體壓力氣體壓力液位溫度、蒸汽壓力成分時滯容量數(shù)周期噪聲無多容量110s有無單容量0無無單容量110s有變動36

43、Minh無恒定1100Minh往往存在比例度積分作用微分作用100%500%50%200%重要不用05%不必要不必要5%100%少用不用10%100%用重要100%1000%重要可用 （2） 擴(kuò)充臨界比例法 這是一種基于系統(tǒng)臨界振蕩參數(shù)的閉環(huán)控制法，實際上也是模擬控制器中采用的穩(wěn)定邊界法的推廣，用來整定數(shù)字PID算式中的Ts、Kc、Ti和Td。具體如下 1）選擇合適的采樣周期，控制器做純比例Kc作用，使系統(tǒng)閉環(huán)工作。 2）逐漸增大比例增益Kc，直到控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定邊界達(dá)到等幅振蕩，此時的比例增益為臨界比例增益Kcr，振蕩周期稱為臨界振蕩周期Tcr。 3）選擇控制度?？刂贫仁且阅M控制器為基礎(chǔ)，

44、定量衡量計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬控制器對同一對象的控制效果。 4）根據(jù)選擇的控制度，參照表3.2計算Ts、Kc、Ti和Td的值。 5) 按求得的參數(shù)值，在計算機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)定運(yùn)行，并觀察控制效果。如果控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差（表現(xiàn)為振蕩現(xiàn)象），可適當(dāng)加大控制度，直到獲得滿意的控制效果。表3.2 擴(kuò)充臨界比例帶法PID參數(shù)整定控制度調(diào)節(jié)規(guī)律Ts/TcrKc/KcrTi/TcrTd/Tcr1.05PIPID0.030.140.550.630.880.49-0.141.20PIPID0.050.0430.490.470.910.47-0.161.50PIPID0.140.090.420.340.990.43

45、-0.22.00PIPID0.220.160.360.271.050.40-0.22模擬控制器PIPID-0.570.700.830.50-0.13（3）擴(kuò)充響應(yīng)曲線法擴(kuò)充響應(yīng)曲線法是模擬控制器響應(yīng)曲線補(bǔ)充，是一種開環(huán)整定方法。 第四章 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖4.1所示：報警控制輸出 故障狀態(tài)輸入 A/D模塊 PLC 通訊模塊變頻器人機(jī)界面 水泵機(jī)組 壓力變送器 圖4.1 系統(tǒng)的電氣控制總框圖由以上系統(tǒng)電氣控制總框圖可以看出,該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備應(yīng)包括以下幾部分：(1) PLC及其擴(kuò)展模塊 (2) 變頻器 (3) 水泵機(jī)組 (4)

46、壓力傳感器。4.1 PLC及其擴(kuò)展模塊選型4.1.1 PLC特點及性能指標(biāo) （1）PLC的定義可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)上頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做出如下定義:“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

47、 （2）PLC的特點：1.可靠性高。2.控制功能強(qiáng)。3.編程方便易學(xué)。4.適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。5.與外部設(shè)備連接方便。6.體積小、重量輕、功耗低。7.性價比高。與其他控制方式相比，性價比較高。8.模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。9.維修方便，功能更改靈活。 （3）PLC的性能指標(biāo) 1.存儲容量。2.I/O點數(shù)。3.掃描速度。4.指令的多少。它是衡量PLC能力強(qiáng)弱的指標(biāo)，決定了PLC處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。5.內(nèi)部寄存器的配置和容量。6.擴(kuò)展能力。7.特殊功能單元。4.1.2 可編程序控制器（PLC）的選型 機(jī)型的選擇：PLC機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求

48、的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價格比。 (1) 結(jié)構(gòu)合理對于工藝比較固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的場合，由于整體式每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)中采用整體式PLC。 (2) 功能強(qiáng)弱適當(dāng)對于開關(guān)量控制的工程項目，由于現(xiàn)代PLC具有足夠高的速度處理大量的I/O數(shù)據(jù)和解算梯形圖邏輯，因此對于大多數(shù)應(yīng)用場合來說，PLC的響應(yīng)時間并不是主要的問題，所以對速度要求不高，一般選用低檔的PLC，如西門子公司的S7-200系列機(jī)。(3) PLC容量的選擇PLC容量主要是指是PLC的I/O點數(shù)，I/O點數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量，以備在某些特殊情況下使用。由于目

49、前I/O點數(shù)較多的PLC價格也較高，若備用的I/O點是數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常I/O點數(shù)按實際需要的考慮留10%15%點數(shù)備用量。 表4.1 S7-200 PLC的各種CPU特性比較CPU型號外形尺寸/mm數(shù)字量輸入數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊數(shù)量CPU221908062 6 4 0CPU222908062 8 6 2CPU224120.58062 14 10 7CPU226/CPU226XM1908062 24 16 7 根據(jù)系統(tǒng)要求和功能（具體I/O分配見下文），考慮到I/O分配留有一定裕量，設(shè)計選用西門子S7-200系列的CP

50、U226型。其有以下特點： (1) 具有24個輸入點，10個輸出點，共40個數(shù)字量I/O點。 (2) SIMENS S7-200可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。 (3) 與擴(kuò)展模塊組成的 I/O端子排可以很容易的整體拆卸。 (4) 具有13KB的程序和數(shù)據(jù)存儲空間、6個獨立的30kHZ的高速計數(shù)器、兩路獨立的20kHZ的高速脈沖輸出、PID控制器、1個RS-485通信/編程口、點對點接口PPI通信協(xié)議、多點接口MPI通信協(xié)議和自由通信口，絕對滿足設(shè)計需求。 ( 5) 當(dāng)控制任務(wù)增加時，具有7個擴(kuò)展模塊，可以自由擴(kuò)展。 (6) 大范圍的集成功能使得它的功能非常強(qiáng)

51、勁。 (7) PLC編程采用STEP7-Micro/win，它是SIMATIC PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試12。4.1.3擴(kuò)展模塊選型為了擴(kuò)展I/O點和執(zhí)行特殊的功能，S7-200系列PLC可以連接擴(kuò)展模塊（CPU221除外）。擴(kuò)展模塊主要有四類：數(shù)字量輸入/輸出（DI/DO）模塊、模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊、通信模塊和特殊功能模塊。本次設(shè)計中需要擴(kuò)展一個采集處理壓力信號的模擬信號，應(yīng)擴(kuò)展一個模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊。故主要對此類擴(kuò)展模塊進(jìn)行簡要介紹。 (1) EM231：4路12位模擬量輸入（AI）模塊 1) 差分輸入，輸入范圍：電壓：010V、05V、2.5V和5V；電流：020mA。 2) 轉(zhuǎn)換時間小于250us。 3) 最大輸入電壓30VDC，最大輸入電流32mA。 (2) EM232：2路12位模擬量輸出（AO）模塊 1) 輸出范圍：電壓10V；電流：020mA。 2) 數(shù)據(jù)字格式：電壓：-32000+32000；電流0