畢業(yè)設(shè)計(論文)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)以西門子 S7-200系列PLC作為控制器，采用其擴(kuò)展 模擬輸入輸出模塊EM235利用其內(nèi)部的PID控制指令，配合MM42型號的變頻器和電機(jī)， 同時用KBY壓力變送器來檢測管網(wǎng)壓力。構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機(jī)無級調(diào)速驅(qū)動技術(shù)，變頻器的作用是為 電機(jī)提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。壓力變送器 的作用是檢測管網(wǎng)水壓。智能 PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的PID調(diào)節(jié)。PLC控制單元則是泵 組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整輸出 模擬量，進(jìn)而控制變頻器。變頻恒壓供水控制系統(tǒng)

2、通過測到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)PLC內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，通過EM235模擬輸出端傳送到變頻器，調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供 水。關(guān)鍵詞：恒壓供水、可編程控制器、無級調(diào)速、PID控制、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)、山東科技大學(xué)?？飘厴I(yè)論文目錄目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 1緒論 1 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展歷程 1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 恒壓供水系統(tǒng)研究的目的和意義 2 HYPERLINK l

3、bookmark6 o Current Document 恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用 3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方案 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計總體方案設(shè)計 4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 變頻恒壓供水原理6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計 7 HYPERLINK l bookmar

4、k16 o Current Document 系統(tǒng)中硬件電路構(gòu)成 7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document PLC型號選擇和系統(tǒng)硬件配置20 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3.3外部硬件電路設(shè)計22 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計 24 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4.1系統(tǒng)流程圖24 HYPERLINK l bookmark24 o Curren

5、t Document 4.2軟件設(shè)計25結(jié)術(shù)語 31 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 致謝詞 32 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 參考文獻(xiàn) 331 緒論變頻恒壓供水系統(tǒng)成為現(xiàn)在建筑中普遍采用的一種水處理系統(tǒng)。隨著社會和變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展和人們節(jié)水節(jié)能意識的不斷增強(qiáng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能特性使得其越來越廣泛用于工廠、住宅、高層建筑的生活及消防供水系統(tǒng)。 恒壓供 水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持網(wǎng)管中水壓的基本恒定。 同時要保證供水的可靠性和安全性?；谧冾l器的智能恒壓供水系

6、統(tǒng)利用PLG傳感器、變頻器及水泵組成閉環(huán)控制系統(tǒng)， 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水塔供水控制系統(tǒng)，既保 證了供水質(zhì)量又豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高系統(tǒng)可靠性，達(dá)到節(jié)水節(jié)能的效果。恒壓供水系統(tǒng)的發(fā)展歷程恒壓供水系統(tǒng)是指通過閉環(huán)控制，使供水的壓力保持恒定。早期的恒壓供水 系統(tǒng)是通過閥門的開斷來控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，自動化越來越占據(jù)主要地位。 出現(xiàn)了基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)，即基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)。在該 系統(tǒng)中為了滿足供水量大小需求不同時，保證管內(nèi)壓力恒定，需在變頻器外部提 供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能

7、主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制 動控制、變壓變頻比控制及各種保護(hù)功能。 因此，當(dāng)變頻器應(yīng)用在變頻恒壓供水 系統(tǒng)中時僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè) 計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機(jī)組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機(jī)組運(yùn)行的情況，因而投資成本高。近年來，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻 恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點(diǎn)以及顯著的節(jié)能 效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓 供水功能的變頻器國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程時， 大多采用國外品牌的變頻器控 制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管內(nèi)壓力的閉

8、環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實 現(xiàn)。但隨著社會發(fā)展和進(jìn)步，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了所有用戶的要求， 逐步實現(xiàn)了基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計的生活恒壓供水控制系統(tǒng)即基于變頻器的智能恒壓供水 系統(tǒng)。目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中可以看出，隨著社會的發(fā)展，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時 兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不 夠的。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。恒壓供水系統(tǒng)研究的目的和意義

9、變頻恒壓供水系統(tǒng)可以實現(xiàn)水泵電機(jī)的無級調(diào)速，可以根據(jù)用水量的變化自 動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。變頻 恒壓供水系統(tǒng)被看做是今最先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。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)備投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、 可靠性、自動化程度等方面都具有很大優(yōu)勢。基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計的智能恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、 節(jié)能效果顯著、動態(tài)響應(yīng)速度快。因而實現(xiàn)了恒壓自動控制。對整個供水過程來 說，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，管理人員可根據(jù)每個季節(jié)的用水情況， 選擇不同的壓力 設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達(dá)到了更優(yōu)的節(jié)能方

10、式，實現(xiàn)供 水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制，具有廣泛的應(yīng)用前景。恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計的智能恒壓供水控制系統(tǒng)，是在原有系統(tǒng)的技術(shù)改造下，提高生產(chǎn)過程的自動化水平。使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡便，解決實際中 問題，保證供水安全、快捷、可靠。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于（1）生產(chǎn)、生活用水，亦可用于熱水供應(yīng)，恒壓噴淋等系統(tǒng)（2）工企業(yè)、生活、生產(chǎn)供水系統(tǒng)及企業(yè)自備并改造工程，自來水廠、生活小區(qū)及消防供水系統(tǒng)。（3）各種場合的恒壓、變壓、冷卻水和循環(huán)供水系統(tǒng)（4）污水泵站、污水處理及污水提升系統(tǒng)。（5）農(nóng)業(yè)排灌、園林噴淋、水景和音樂噴泉系統(tǒng)（6）賓館、大型公共建筑供水及消防系統(tǒng)。另外，系統(tǒng)采用pic

11、控制，容易隨時修改程序，以改變工作狀況，滿足不同 控制要求，有較大的靈活性和通用性，有一定的推廣應(yīng)用價值。2基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方案恒壓供水系統(tǒng)總體方案設(shè)計總體方案簡介西門子S7-200型可編程控制器（SIMATIC S7-200）是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用；大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿足和適 應(yīng)自動控制任務(wù)，各種單獨(dú)的模塊之泛組合以用于擴(kuò)展；多種的性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應(yīng)用選 擇合適的模塊。因此，基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)以西門子 S7-200系列PLC 作為控制器，采用其擴(kuò)展模擬輸入輸

12、出模塊 EM235利用其內(nèi)部的PID控制指令， 配合MM42（型號的變頻器和電機(jī)，同時用KBY壓力變送器來檢測管網(wǎng)壓力，與設(shè) 定的壓力值進(jìn)行比較，構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。其中變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率， 實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速，從而使管 網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機(jī)軟啟動裝置，限制電機(jī)的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓；智能 PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的PID調(diào)節(jié)； PLC控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水 量的實際變化，自覺調(diào)節(jié)輸出模擬信號數(shù)值。改變輸入變頻器值，即實現(xiàn)其對水 泵電機(jī)的無級調(diào)速?？刂撇糠址娇驁D所示：水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器調(diào)

13、節(jié)，變頻器接受PLC控制器的信號對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，PLC控制器綜合給定和反饋信號（由 PLC擴(kuò) 展模擬輸入輸出模塊接受信號）后，經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，向變頻器輸出運(yùn)轉(zhuǎn)頻率指令， 壓力傳感器檢測管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為PLC控制器可接受的數(shù)字信號，進(jìn) 行調(diào)節(jié)。下圖2.2控制部分方框圖所示。PLC作為可編程控制器，協(xié)調(diào)各元件順 利運(yùn)行。壓力恬忌盎複擬量輸入圖2.1整體萬框圖圖2.2控制部分方框圖系統(tǒng)控制要求本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實際應(yīng)用。本系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控 制器、壓力傳感器組成。本文研究的目標(biāo)是對恒壓控制技術(shù)給予提升， 使系統(tǒng)的 穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作更加簡捷，故障報警及時迅速

14、。該系統(tǒng)可以 為生活和消防等供水的供水。在恒壓供水系統(tǒng)中，在出水的管中設(shè)有一個 YBT壓力傳送器，檢測水壓的大小， 并將其轉(zhuǎn)化成模擬信號（電流信號）。通過PLC設(shè)定一個恒定壓力值、變頻器上 限（最高頻率）和下限（最低頻率）。利用PID計算形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng) 水量發(fā)生變化時，變頻器根據(jù)管內(nèi)的壓力設(shè)定值和變頻器反饋的實際壓力值之 差，經(jīng)過模擬輸入、D/A轉(zhuǎn)換、PID計算、A/D轉(zhuǎn)換、模擬輸出等對電動機(jī)的轉(zhuǎn) 速進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)管內(nèi)所測壓力值比實際壓力值大時， 需要自動控制PLC的模擬輸 出模塊，控制變頻器的輸出頻率降低但不能低于變頻器的最低頻率（下限）；當(dāng)管內(nèi)所測壓力值比實際壓力值小時， 需要自動

15、控制PLC的模擬輸出模塊，控制變頻器的輸出頻率升咼但不能咼于變頻器的最咼頻率（上限）。從而保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。2.2變頻恒壓供水原理該系統(tǒng)的恒壓控制采用閉環(huán)控制，在水泵的輸出管網(wǎng)中安裝一個壓力變送器，將管內(nèi)水壓轉(zhuǎn)換成15V的信號輸入PLC的擴(kuò)展模擬量輸入輸出模塊（EM235 的模擬量輸入端并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。該數(shù)字信號與壓力給定值 相比較，并經(jīng)過PID運(yùn)算，由PLC輸出控制信號經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換通過EM235的模擬 量輸入端輸出420mA的控制信號送往變頻器，控制變頻器輸出頻率，從而控制 水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)速，使水壓穩(wěn)定在設(shè)定值。在恒壓供水系統(tǒng)中，當(dāng)水量發(fā)生變化時，變頻

16、器根據(jù)管內(nèi)的壓力設(shè)定值和變 頻器反饋的實際壓力值之差，發(fā)生相應(yīng)的變化，保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，實現(xiàn)管網(wǎng)的 恒壓供水。3基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件電路構(gòu)成本設(shè)計論文包含的硬件主要有，PLC（可編程控制器）、變頻器（MM420）壓 力傳感器、電動機(jī)（水泵）、和PLC模擬量擴(kuò)展模塊EM235可編程控制器（S7-200）（一）可編程控制器（S7-200 ）原理可編程控制器（PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng) 用而設(shè)計，采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，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

17、程。采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要有CPU電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路組成。用PLC實施控制，其實質(zhì)是按控制 功能要求，通過程序按一定算法進(jìn)行輸入、 輸出變換，并將這個變換給以物理實 現(xiàn)，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。（二）可編程控制器（S7-200 ）應(yīng)用目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、制藥、電 力、機(jī)械制造等各個領(lǐng)域。PLC被稱為專為工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計，故其主要 的應(yīng)用方面為：（1）作為開關(guān)量控制。是PLC的基本功能，得力于PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算功能，可以實現(xiàn)各種簡 單和復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。（2）模擬量控制因為PLC只能處理數(shù)字量，為處理溫度、壓力、流量、液位

18、、速度等模擬量， PLC中專門配置了 A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊（例如EM235,將模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后 送PLC處理，將PLC處理后所得數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備（本 課題是控制變頻器），來完成現(xiàn)場連續(xù)控制。（3）閉環(huán)過程控制PLC配置PID控制單元用來實現(xiàn)對控制現(xiàn)場的某些變量（電壓、電流、溫度、速度等）的閉環(huán)PID控制。（用課題是用自編的程序?qū)崿F(xiàn) PID閉環(huán)控制）（4）定時/計數(shù)控制PLC具有定時/計數(shù)控制，具有專門的功能指令。（本課題中未用該指令）（5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)在PLC不僅具備數(shù)字運(yùn)算（包含四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算）和數(shù)據(jù)傳送功能，而且還具有數(shù)據(jù)比較、轉(zhuǎn)換、通

19、信、顯示等功能。（本課題中大量用到數(shù)據(jù)傳送可運(yùn)算功能）（三）可編程控制器（S7-200 ）特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)（3）編程方便，易于使用（4）功能強(qiáng)，擴(kuò)展能力強(qiáng)（5）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便（6）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造（7）體積小，重量輕，能耗低 ，易于實現(xiàn)機(jī)電一體化（四）可編程控制器（S7-200 ）接線方式24V電源1AHiii114Trir ir tTJbJ44 00 口 t 口2 0$ 陽 象刃 403 OE “ 10X000000000000000000圖3.1 CPU224接線方式（五）可編程控制器（S7-

20、200 ）通訊口的引腳分配連接器針口號信號1屏敝機(jī)殼地224V返回邏輯地3RS-485 信號 BRS-485 信號 BItlFM4請求發(fā)送RTS(TTL)* 55V返回邏輯地6+5V+V,1000 串聯(lián)電阻 tn7+24V+24VKI *8RS-485 信號 ARS-485 信號 A9未用選擇十位協(xié)議（輸入）連接器外殼屏敝機(jī)殼地表3.1 S7-200 通訊口的引腳分配變頻器（MM420）變頻器（MM42）全稱MICR0MASTER4系列變頻器（一）變頻器（MM42）工作原理MICROMASTER42是用于控制三相交流電動機(jī)速度的變頻器系列。該變頻器由微處理器控制，并采用絕緣柵雙極性晶體管（IG

21、BT）作為功率輸出器件。為交- 直-交變頻器，即先把頻率、電壓都固定的交流電整流成直流電，再把直流電逆 變成頻率、電壓都可調(diào)的三相交流電源。該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖為：圖3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（1）整流電路一交-直部分整流電路通常由二極管或晶閘管構(gòu)成的橋式電路組成，把頻率、電壓都固 定的交流電整流成直流電（2）直流中間電路部分一濾波電路根據(jù)儲能元件不同，濾波電路分為電容濾波和電感濾波兩種， 分別構(gòu)成電壓 型變頻器和電流型變頻器。（3）逆變電路一直-交部分逆變電路是交-直-交變頻器的核心部分， 把直流電逆變成頻率、電壓都可 調(diào)的三相交流電源，直接控制電機(jī)。（二）變頻器（MM42）參數(shù)表參數(shù)號參數(shù)

22、名稱DefauItLevelDSQCR0000驅(qū)動裝置只讀參數(shù)的顯示值2P0003用戶的參數(shù)訪問級11CUTP0004參數(shù)過濾器01CUTP0010調(diào)試用的參數(shù)過濾器01CTNP3950訪問隱含的參數(shù)04CUTP3900“快速調(diào)試結(jié)束”01CQP0970復(fù)位為工廠設(shè)定值01C表3.2變頻器常用參（三）變頻器（MM42）應(yīng)用及特點(diǎn)變頻器不僅可以用于標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)調(diào)速，而且可以用于其他調(diào)速電動機(jī)，在節(jié)能、較少維修、提高產(chǎn)量、保證質(zhì)量等方面都取得良好經(jīng)濟(jì)效益。變頻器的應(yīng)用 幾乎包含所有工業(yè)領(lǐng)域，如鋼鐵、有色冶金、油田、煉油、石化、化工、制藥、 造紙等行業(yè)。例如在機(jī)床上，變頻器能使其選擇無級的最佳速度運(yùn)轉(zhuǎn)

23、； 在各種搬 運(yùn)機(jī)械中，調(diào)節(jié)多臺電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻或者工頻運(yùn)轉(zhuǎn)。（四）變頻器（MM42J0與電機(jī)連接萬式及接線圖圖3.3接單相電源時，變頻器與電機(jī)連接HEU4CT*_6(r- ” a1乜菊圖3.4接三相電源時，變頻器與電機(jī)連接圖3.5 變頻器（MM42J0接線圖KYB壓力變送器（一）KYB壓力變送器工作原理壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器， 其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控 環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、 油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)壓力變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在即敏感元件的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液

24、傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。 兩側(cè)壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn) 生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)， 轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變 送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空，內(nèi)含有A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其值被微處理器用來判定 輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外，它進(jìn)行傳感器線性化。重置測 量范圍。工程單位換算、阻尼、開方，傳感器微調(diào)等運(yùn)算，以及診斷和數(shù)字通 信。D/A轉(zhuǎn)換器把微處理器來的并經(jīng)校正過的數(shù)字信號微調(diào)數(shù)據(jù)，這些

25、數(shù)據(jù)可用 變送器軟件修改。數(shù)據(jù)貯存在 EEPROI內(nèi)，即使斷電也保存完整。KYB壓力變送器變送器由擴(kuò)散硅壓力芯片和信號處理電路組成，當(dāng)外加壓力 時，將引起壓力芯片的輸出電壓以生變化， 再經(jīng)信號處理電路將其放大，并轉(zhuǎn)換 為與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。KYB-800KT型壓力變送器由壓力敏感部件、恒流源供電電路、信號放大處理 電路組成。壓力敏感部件采用國際高品質(zhì)擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器，其利用兩個單晶硅片結(jié)合在一起，上面硅片通過微機(jī)械加工工藝構(gòu)成一個惠斯通電橋，該電橋電壓輸出與作用在硅片上的壓力差成比例；恒流源供電電路可產(chǎn)生2mAD啲電 流，用于激勵壓力傳感器工作。信號放大處理電路用

26、于將惠斯通電橋產(chǎn)生的電壓 信號線性放大處理后并轉(zhuǎn)換成 0-5VDC4-20mAD等多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化信號。（二）KYB壓力變送器技術(shù)特點(diǎn)KYB-800KT系列產(chǎn)品采用國際先進(jìn)生產(chǎn)工藝及電子元部件，在嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系的保障下生產(chǎn)制造，具有精度高、體積小、重量輕、安裝方便、工作穩(wěn)定可 靠等優(yōu)點(diǎn)。主要性能特點(diǎn)（1）穩(wěn)定性高（2）溫度誤差?。?）實用性強(qiáng)（4）安裝維修方便（三）KYB壓力變送器接線方式二線制電流輸出端子連接圖3.6二線制電流輸出端子連接三線制電流輸出端子連接圖3.7三線制電流輸出端子連接二線制電壓輸出端子連接圖3.8二線制電壓輸出端子連接LC模擬量擴(kuò)展模塊（EM235EM235是常用的模

27、擬量擴(kuò)展模塊，它具有4路模擬量輸入和一路模擬量輸出的功（一）PLC模擬量擴(kuò)展模塊（EM235的接線方式Im 丄 | mo voI I r I 7 ：000000000000000000LT.24圖3.9 PLC模擬量擴(kuò)展模塊（EM235的接線方式對于電壓信號，按正負(fù)直接接入X+和X ；對于電流信號將RX和X +短接后接入電流輸入信號的“ +”端；未連接傳感器的通道要將X+和X短接。對于某一模塊，只能將輸入端同時設(shè)置為一種量程和格式，即相同的量程和分辨率。（二 ） PLC模擬量擴(kuò)展模塊（EM235的技術(shù)參數(shù) 常用技術(shù)參數(shù)：模擬量輸入特性模擬量輸入點(diǎn)數(shù)4輸入范圍電壓（單極性）010V、05V、0I

28、V、0 500mV 0 100mV 0 50mV電壓（雙極性）10V、 5V、 2.5V、IV、500VmV 250mV 100mV50mV 25mV電流0 20mA數(shù)據(jù)字格式單極性全量程范圍-32000+32000雙極性全量程范圍032000分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸出特征模擬量輸出點(diǎn)數(shù)1信號范圍電壓輸出10V電流輸出020mA數(shù)據(jù)字格式電壓-32000 +32000電流032000分辨率電流電壓12位電流11位表3.3 PLC模擬量擴(kuò)展模塊（EM235常用技術(shù)參數(shù):EM235開關(guān)單/雙極性選擇SW1SW2SW3SW4SW5SW6單極性O(shè)N雙極性O(shè)FFOFFOFFX1OFFONX10O

29、NOFFX100ONON無效ONOFFOFF0.8OFFONOFF0.4OFFOFFON0.2表3.4 EM235擴(kuò)展模塊開關(guān)設(shè)置上表說明如何用DPI開關(guān)設(shè)置EM235T展模塊，開關(guān)1到6可選擇輸入模擬 量的單/雙極性、增益和衰減。由該表得，DIP開關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙 極性，當(dāng)SW6為ONM,模擬量輸入為單極性輸入，SW6 OFF時，模擬量輸入 為雙極性輸入。SW4和SW5決定輸入模擬量的增益選擇，而 SW1,SW2,SW共同決 定了模擬量的衰減選擇。根據(jù)表 3.5可得所有的輸入設(shè)備 如下表單極性滿里程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0 5

30、0mV12.5uVOFFONOFFONOFFON0 100mV25uVONOFFOFFOFFONON0 500mV125uVOFFONOFFOFFONON0 1V250uVONOFFOFFOFFOFFON0 5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0 20mA5uVOFFONOFFOFFOFFON0 10V2.5mV雙極性滿里程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF25mV12.5uVOFFONOFFONOFFOFF50mV25uVOFFOFFONONONOFF100mV50uVONOFFOFFOFFONOFF250mV125uVOFFONOFF

31、OFFOFFOFF500VmV250uVOFFOFFONOFFOFFOFF1V500uVONOFFOFFOFFOFFOFF2.5V1.25mAOFFONOFFOFFOFFOFF5V2.5mAOFFOFFONOFFOFFOFF10V5mA表3. 5 EM235擴(kuò)展模塊所有的輸入設(shè)備(三)PLC模擬量擴(kuò)展模塊(EM235輸入數(shù)據(jù)字格式000DAtw XX1514數(shù)揶仮12位00AIW XXM&BLSB15430紅保數(shù)掘圖3.10 12位數(shù)據(jù)值在CPU勺模擬量輸入字中的位置MSD 1弓144 3LSB0AQW XXI =AC0,0/DTR ACO,ACO/NOP/清除累加器將待轉(zhuǎn)換的模擬量存入累加器

32、如果模擬量為正直接轉(zhuǎn)換成實數(shù)否則ORD 16#FFFFOOOO,ACO/將AC0內(nèi)數(shù)值進(jìn)行符號位擴(kuò)展成32位負(fù)數(shù)LBL 0DTR ACO,ACO/將32位整數(shù)轉(zhuǎn)換成實數(shù)然后，將實數(shù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成0.01.0之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，可用下式對給定值及過程 變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：RRNOrm-RaW Offsetspa n式中：RNorm為標(biāo)準(zhǔn)化實數(shù)值；RRaW為標(biāo)準(zhǔn)化前的值；offset為偏移量，對單 極性變量為0.0，對雙極性變量為0.5 ; Span為取值范圍，等于變量的最大值減 去最小值，單極性變量的典型值為 32 000，雙極性變量的典型值為64 000。 下面的程序?qū)⑸鲜鲛D(zhuǎn)換后得到的 AC0中的雙極性數(shù)

33、（其中span=64 000）轉(zhuǎn)換為 0.01.0之間的實數(shù)的轉(zhuǎn)換程序為：R 64000.0,AC0 將累加器中的實數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化+R 0.5,AC0、加上偏移量，使其在 0.0-1.0 之間MOVR AC0,VD100將標(biāo)準(zhǔn)化的值存入回路表中（二）回路輸出的轉(zhuǎn)換（D/A）回路輸出即PID控制器的輸出，它是標(biāo)準(zhǔn)化的0.01.0之間的實數(shù)。將回 路輸出送給D/A轉(zhuǎn)換器之前，必須轉(zhuǎn)換成16位二進(jìn)制數(shù)，這一過程是將pv與 sp轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值的逆過程。用下面的下式將回路輸出轉(zhuǎn)換為實數(shù)：Recall （Mn Offset） Span式中，RScal是回路輸出對應(yīng)的實數(shù)值；Mn是回路輸出標(biāo)準(zhǔn)化的實數(shù)值。將回路

34、輸出轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的實數(shù)的程序為：MOVR VD108,AC0/將回路輸出送入累加器R 64000.0,AC0 /單極性變量乘以32000.0將代表回路輸出的實數(shù)轉(zhuǎn)化為16位整數(shù)的指令為：ROUND AC0,AC0 /將實數(shù)轉(zhuǎn)化為32位整數(shù)MOVW AC0,AQW0 / 將16為整數(shù)寫入模擬輸出（D/A）寄存器（三）PID計算因為該設(shè)計中利用PID指令實現(xiàn)PID閉環(huán)控制。所以在軟件設(shè)計中，只需要設(shè) 定PID中控制器參數(shù)初值如壓力設(shè)定值、回路增益 Kc、采樣時間Ts、積分時間 TI、微分時間TD等。使用PID指令，在自動方式下運(yùn)行。整體軟件設(shè)計（整體程序）io cID. 3TO. 3/ 電動機(jī)的停、

35、轉(zhuǎn)/初始化程序 上限VD2O4=18O0下限VD2O8=224O0 比例系數(shù)VD112=0.25; 采樣時間VD1160=2積分時間VD120=30 微分時間VD124=0采用PI調(diào)節(jié)器， 壓力設(shè)定值 VD101=0.7/整數(shù)至雙整數(shù)，雙整數(shù)至實數(shù)，實數(shù)相除，實數(shù)傳送等一系列轉(zhuǎn)換，將輸入模 擬量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的浮點(diǎn)數(shù)（實數(shù)）0-71)103/ 設(shè)定值與實際值比較，起始位置VB100回路號0。實現(xiàn)PI計算VD20S一 | E -VE204ENDIHOVTVDEO ACOHOTMOV_RFWOUTVD2Q3 IU HV12CI0HAfOHOTVDI他/pi計算值與頻率的上下限值進(jìn)行比較，判斷出進(jìn)行D

36、/A轉(zhuǎn)換值/實數(shù)相乘，取舍，雙整數(shù)變整數(shù)，字傳送。實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換圖4.4程序設(shè)計梯形結(jié)束語隨著變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)普遍使用。用變頻器和PLC來實現(xiàn)恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。節(jié) 能效果十分顯著，啟動平穩(wěn)，啟動電流小，避免了電機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，延 長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)。供水控制系統(tǒng)提 高了的供水質(zhì)量。各項控制指標(biāo)達(dá)到了用戶的要求。通過對變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展歷程、在國內(nèi)外發(fā)展趨勢的了解，確定了設(shè)計的方 向。在實習(xí)調(diào)查中，提出解決該設(shè)計的思路及方法，結(jié)合社會發(fā)展趨勢，人們的 需求，基于變頻器的智能恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。通過本系統(tǒng)的設(shè)計，對基于變頻器的恒壓供水系統(tǒng)有了深入的理解。根據(jù)恒 壓供水的原理，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了 MM420變頻器、S7-200 PLC、EM235 PID控制、 KYB壓力變送器等器件的原理及應(yīng)用。 本