1、目 錄課題概述變頻恒壓供水概論變頻恒壓供水的應(yīng)用變頻恒壓供水的現(xiàn)狀及發(fā)展變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理變頻恒壓供水系統(tǒng)各元件的選擇PLC的選擇及作用PLC的概述PLC的應(yīng)用及選型基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求控制系統(tǒng)的I/O及地址分配系統(tǒng)外圍接線圖電氣控制系統(tǒng)原理 PLC程序設(shè)計(jì)結(jié)束語及感想致謝參考文獻(xiàn)第一章 課題概述變頻恒壓供水概論 對(duì)于大多數(shù)采用供水企業(yè)來說，傳統(tǒng)供水機(jī)泵存在日常運(yùn)行費(fèi)用太高，供水成本居高不下，單位供水的能耗偏大的問題，尋求供水與能耗之間的最佳性價(jià)比，是困擾企業(yè)的一個(gè)長(zhǎng)期問題。目前各供水廠的供水機(jī)泵設(shè)計(jì)按最大揚(yáng)

2、程與最大流量這一最不利條件設(shè)計(jì)，水泵大多數(shù)時(shí)間在設(shè)計(jì)效率以下運(yùn)行。導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)與水泵之間常常出現(xiàn)大馬拉小車問題。因此，如何解決供水與能耗之間的不平衡，尋求提高供水效率的整體解決方案，是各供水企業(yè)關(guān)心的焦點(diǎn)問題之一。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高。衡量供水質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一是供水壓力是否恒定，因?yàn)樗畨汉愣ㄓ谀承┕I(yè)或特殊用戶是非常重要的，如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。但是用戶用水量是經(jīng)常變動(dòng)的，因此用水和供水之間的不平衡的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，并且集中反映在供水的壓力上：用水多而供水少，則供水壓力低；用水少而供

3、水多，則供水壓力大。保持管網(wǎng)的水壓恒定供水，可使供水和用水之間保持平衡，不但提高了供水的產(chǎn)量和質(zhì)量，也確保了供水生產(chǎn)以及電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用于生活用水場(chǎng)合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其他一些過程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。(2)用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的

4、通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵（即為每轉(zhuǎn)的理論排量不變的泵）的加入控制，而定量泵的控制是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是時(shí)時(shí)變化的。(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊

5、急情況下的仍能進(jìn)行供水。 (7)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用水泵調(diào)節(jié)和固定的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用變頻恒壓供水的應(yīng)用眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，而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。系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動(dòng)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，像日本Samco公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式

6、它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)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，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴(kuò)展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動(dòng)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)軟件難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實(shí)際使用時(shí)其范圍將會(huì)受到限制3。它的節(jié)能系統(tǒng)特點(diǎn)有如下五點(diǎn)：1、變頻器界面為L(zhǎng)ED顯示，設(shè)定參數(shù)豐富;鍵盤布局簡(jiǎn)潔、易于操作;2、變頻器有過流、過壓、過熱、缺相等多種電子保護(hù)裝置，并具有故障

7、報(bào)警輸出功能，可有效保護(hù)供水系統(tǒng)的正常運(yùn)作;3、專用數(shù)字PID調(diào)節(jié)器為L(zhǎng)ED雙屏顯示，參數(shù)設(shè)定方便，易于監(jiān)控;4、加裝變頻節(jié)能器后，水泵電機(jī)具有軟啟動(dòng)及變頻調(diào)速功能，可有效降低系統(tǒng)的機(jī)械磨損，同時(shí)減輕管路負(fù)擔(dān);5、有“手動(dòng)”“自動(dòng)”兩種工作模式，在變頻器出現(xiàn)故障的情況下，仍可按原有工作方式繼續(xù)運(yùn)行。第三節(jié) 變頻恒壓供水的現(xiàn)狀及發(fā)展目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)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(shí)現(xiàn)；有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的

8、綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為電氣公司和成都希望集團(tuán)也推出了恒壓供水專用變頻器(5.5kw22kw)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所?？梢钥闯?，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(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)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)控制研究得不夠。因此，有待于進(jìn)一步研

9、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(shí)踐。第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成和工作原理 第一節(jié) 變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成變頻恒壓供水系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實(shí)現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個(gè)常數(shù)，也可以是一個(gè)時(shí)間分段函數(shù)，在每一個(gè)時(shí)段內(nèi)是一個(gè)常數(shù)。所以，在某個(gè)特定時(shí)段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實(shí)際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上10。變頻恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示：圖2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖針對(duì)這次的設(shè)計(jì)的對(duì)象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。由于高層樓對(duì)水壓的要求高，在水壓低時(shí)，高層用戶將無法正常用水甚至出

10、現(xiàn)無水的情況，水壓高時(shí)將造成能源的浪費(fèi)。如圖2.2所示，是這棟小樓的供水流程。自來水廠送來的水先儲(chǔ)存的水池中再通過水泵加壓送給用戶。通過水泵加壓后，必須恒壓供給每一個(gè)用戶。從圖中可看出，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為：(l) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一臺(tái)水泵，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中這臺(tái)水泵中包括工頻和變頻兩種形式，變頻形式工作是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻形式工作只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大（變頻時(shí)達(dá)到工頻運(yùn)行狀態(tài)都無法滿足用水要求時(shí)）的情況下投入工作。(2) 信號(hào)檢測(cè)

11、機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括管網(wǎng)水壓信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)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(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入；信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽水而損壞電機(jī)和水泵。 (3) 控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水控制器是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力進(jìn)行采集，對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)

12、行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵)進(jìn)行控制；變頻器是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)水泵機(jī)中水泵被變頻器拖動(dòng)的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動(dòng)一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，系統(tǒng)先將變頻器從該水泵電機(jī)中脫出，將該泵切換為工頻的同時(shí)用變頻去拖動(dòng)電機(jī)；變頻固定式是變頻器拖動(dòng)一臺(tái)水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz時(shí)，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，系統(tǒng)直接啟動(dòng)變成恒速水泵運(yùn)行，變頻

13、器不做切換，變頻器固定拖動(dòng)的水泵在系統(tǒng)運(yùn)行前可以選擇，本設(shè)計(jì)中采用前者。變頻恒壓供水系統(tǒng)工作原理合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動(dòng)、自動(dòng)開關(guān)打到自動(dòng)上，系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，PLC中程序首先接通KM2，并起動(dòng)變頻器。根據(jù)壓力設(shè)定值(根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定)與壓力實(shí)際值(來自于壓力傳感器)的偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號(hào)給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)及預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。同時(shí)變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限，會(huì)將頻率到達(dá)信號(hào)送給PLC，PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號(hào)和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號(hào)，當(dāng)變頻器運(yùn)

14、行頻率達(dá)到頻率上限值，并保持一段時(shí)間，則PLC會(huì)將當(dāng)前變頻運(yùn)行泵切換為工頻運(yùn)行。城市供水系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來控制，無邏輯限制，即不根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行控制。在自動(dòng)方式下進(jìn)行開環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到外部傳感器的狀態(tài)如下:1）其次，采集壓力傳感器反饋的信號(hào)，將該傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC可處理數(shù)字信號(hào)。2）再次，PLC根據(jù)壓力反饋值，以及變頻輸出，對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3）最后，在PLC中數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后，產(chǎn)生控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)的控制。就是工作過程。啟動(dòng)運(yùn)行測(cè)量壓力反饋值調(diào)節(jié)規(guī)律計(jì)算檢測(cè)變頻器輸出輸出控制驅(qū)動(dòng)器一個(gè)過程結(jié)束圖23 自動(dòng)工作過程第三節(jié)變頻恒

15、壓供水系統(tǒng)各元件的選擇A 變頻器的選擇變頻器在現(xiàn)實(shí)使用具有節(jié)能、占地面積小、投人少、效率高、配置靈活、功能齊全、自動(dòng)化程度高、可直接從水源供水、實(shí)現(xiàn)無人值守。它在該系統(tǒng)中是控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件，通過頻率的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而改變出水量。變頻器的選擇必須根據(jù)水泵電機(jī)的功率和電流進(jìn)行選擇。本系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器還應(yīng)具有通訊功能。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三種類型：普通功能型U/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。供水系統(tǒng)屬泵類負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對(duì)便宜的U/f控制變頻器。變頻器具有過壓、欠壓、過流、過載、短路

16、、失速等自動(dòng)保護(hù)功能。能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，減小電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。從而本設(shè)計(jì)采用FR-F740變頻器。它的接線圖如下圖所示： B 水泵的選擇根據(jù)本設(shè)計(jì)要求并結(jié)合實(shí)際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵機(jī)組（電機(jī)功率75KW）。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過靜電噴塑處理，效率可提高5%以上；采用低噪音電機(jī)，機(jī)械密封，前端配有泄壓保護(hù)裝置，噪聲更低(室外噪音60分貝)、磨損小、壽命更長(zhǎng)；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長(zhǎng)；采用低進(jìn)低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水力模型先進(jìn)，性能更可靠。它可以輸送清水及理化

17、性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。因此本設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)功率為75KW的上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵1臺(tái)。C 壓力傳感器的選擇傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。并且壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)?5V或420mA的模擬量信號(hào)，作為模擬輸入模塊(A/D模塊)的輸入，在選擇

18、時(shí)，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗。本設(shè)計(jì)采用壓力傳感器選擇使用CY-YZ-1001型絕對(duì)壓力傳感器它的接線圖如下圖所示：第三章PLC的選擇及作用 第一節(jié) PLC的概述可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，它是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。早期的可編程控制器在功能上只能進(jìn)行邏輯控制，因而稱為稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍

19、，在以前的基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算，模擬量控制，用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。 PLC的發(fā)展：在追求高質(zhì)量高效率的信息時(shí)代生活中，網(wǎng)絡(luò)的暢通無所不在。 伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。我國在80年代初才開始使用PLC,目前從國外引進(jìn)的PLC中使用較為普遍的有日本立石公司C系列，三菱公司F系列，松下電工FP1系列，美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列

20、等。同時(shí)，國內(nèi)也在消化和引進(jìn)PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了PLC產(chǎn)品。目前國內(nèi)使用的PLC主要還是靠引進(jìn)和合資企業(yè)產(chǎn)品，但逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化是國內(nèi)發(fā)展的必然趨勢(shì)。就第一臺(tái)PLC誕生至今，PLC大致已經(jīng)經(jīng)歷了四次更新?lián)Q呆：第一臺(tái)PLC，多數(shù)用1位機(jī)開發(fā)，采用磁芯存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，僅具有邏輯控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)功能。第二臺(tái)PLC，使用了8位微處理器及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其產(chǎn)品逐步系列化，功能也有所增強(qiáng)，已能實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算，傳送，比較等功能。第三臺(tái)PLC，采用了高興能微處理器及位片式CPU，工作速度大幅度提高，同時(shí)促使其多功能和聯(lián)網(wǎng)方向發(fā)展，并具有較強(qiáng)的自診斷能力。 第四臺(tái)PLC，不僅全面使用16位，32位微處理器作為CPU

21、，內(nèi)存容量也更大。可以直接用于一些規(guī)模較大的復(fù)雜控制系統(tǒng)；編程語言除了可使用傳統(tǒng)的梯形圖，流程圖等外，還可使用高級(jí)語言；外設(shè)也更多樣化。今后，PLC的發(fā)展將會(huì)朝以下幾個(gè)方向進(jìn)行： A. 方便靈活和小型化B. 大容量和高功能C.機(jī)電一體化 D.通訊和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC采用典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，由中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口和其他一些電路組成。其圖一為結(jié)構(gòu)示意圖。圖二為邏輯結(jié)構(gòu)圖。第二節(jié)PLC的選型隨著微電子技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以及工業(yè)自動(dòng)化控制愈來愈高的需求，PLC無論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高。現(xiàn)在的PLC已不只是開關(guān)量控制，其

22、功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了順序控制、邏輯控制的范圍，具備了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能。美國電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)將其正式命名為可編程控制器(Programmable Controller)，簡(jiǎn)稱PC，但是為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(Persona1 Computer)的簡(jiǎn)稱PC相區(qū)別，人們常常把可編程控制器仍簡(jiǎn)稱為PLC。它具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)學(xué)處理、運(yùn)動(dòng)控制、模擬量PID控制、通信網(wǎng)絡(luò)等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，可編程控制器已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，其應(yīng)用已擴(kuò)展到樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測(cè)試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，它功能強(qiáng)，硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，無觸點(diǎn)免配線，可靠性

23、高，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，能耗低。水泵可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需PLC的6個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由PLC的1個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需1個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要1個(gè)輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共9個(gè)?？刂破饎?dòng)和停止需要2個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)起動(dòng)需1輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需1個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)量共為19個(gè)點(diǎn)。本系統(tǒng)選用FX2N-32MR型PLC。第四章 基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求 根據(jù)以上設(shè)計(jì)變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下:(l) 系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)后，首先啟動(dòng)變頻器拖動(dòng)變頻泵工作，根據(jù)壓力變送器測(cè)得的用戶管網(wǎng)實(shí)際壓力和設(shè)定壓力的偏

24、差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制的轉(zhuǎn)速，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間電機(jī)工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。(2) 當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，壓力變送器反饋的水壓信號(hào)減小，偏差變大，PLC的輸出信號(hào)變大，變頻器的輸出頻率變大，所以水泵的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。反之，當(dāng)用水量減少水壓增加時(shí)，通過壓力閉環(huán)，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個(gè)新的穩(wěn)定值。(3) 當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率50Hz時(shí)，若此時(shí)用戶管網(wǎng)的實(shí)際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件(在下節(jié)有詳細(xì)闡述)時(shí)，在變頻循環(huán)式的控制方式下，變頻泵做工頻運(yùn)行，系統(tǒng)

25、恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。并且根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的要求應(yīng)滿足如下四點(diǎn)：生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)保持低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)保持高恒壓值運(yùn)行。水泵根據(jù)恒壓的需要。一臺(tái)水泵起動(dòng)時(shí)要有軟起動(dòng)功能。對(duì)泵的操作只要有自動(dòng)控制功能控制系統(tǒng)的I/O分配及回路設(shè)計(jì) I/O端口分配名 稱地址編號(hào)輸入信號(hào)自動(dòng)信號(hào)X000供水啟動(dòng)X001供水停止X002壓力變送器X003報(bào)警按鈕X004輸出信號(hào)水泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)及指示燈Y000水泵變頻運(yùn)轉(zhuǎn)及指示燈Y001電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈Y002報(bào)警電鈴Y003第三節(jié)外圍接線圖第四節(jié) 電氣控制系統(tǒng)原理圖 按系統(tǒng)要求主回路如下：控制回路如下：PLC程序設(shè)計(jì)第

26、五章 結(jié)束語及感想本設(shè)計(jì)采用PLC對(duì)變頻恒壓供水的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，應(yīng)用三菱FX2N系列PLC快速、準(zhǔn)確地控制要求做出反應(yīng)。在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，可根據(jù)實(shí)際需要水壓的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能降耗;系統(tǒng)增加了小流量泵，延長(zhǎng)主泵電動(dòng)機(jī)使用壽命。 HYPERLINK /callsale/INVETER/index.html t _blank 變頻器故障后仍能自動(dòng)運(yùn)行，基本保障了不間斷供水，同時(shí)采用PLC與變頻器通訊的方式控制變頻器運(yùn)行，具有一定的先進(jìn)性。我們利用可編程控制技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各氣缸的合理精確定位控制，從而方便、快捷、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)機(jī)械

27、手位置控制，完成物料的任務(wù)， 實(shí)現(xiàn)了一種具有可視化功能，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械手遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，表面上是完成一份設(shè)計(jì)書，實(shí)際上是對(duì)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)回顧、綜合理解、全面了解。重新翻開記憶的刷新，以前學(xué)過的知識(shí)不懂得已查漏補(bǔ)缺，更深層次地認(rèn)識(shí)PLC的重要性以及應(yīng)用廣泛性。與計(jì)算機(jī)的接軌讓機(jī)與電全方位的控制，簡(jiǎn)便、快捷、靈活運(yùn)用。自己也了解掌握了PLC的控制應(yīng)用特性。致 謝 能夠順利完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，除了自己運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和查找資料外，更重要的是老師的正確指導(dǎo)。在三年中所學(xué)到的知識(shí)系統(tǒng)地進(jìn)行的分類，總結(jié)。從課題分配、方案選擇到具體設(shè)計(jì)和調(diào)試，無不凝聚著老師的心血和汗水，功夫不負(fù)有心人，在學(xué)

28、習(xí)和生活期間，也感受到導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，令我受益匪淺，終身受益。在此向老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 不積跬步何以至千里，本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向?qū)氹u職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)，電子信息工程系的全體老師表示由衷的感謝！參考文獻(xiàn)1 李麗敏 自動(dòng)化與儀器儀表 2008/012 孔亮 基于PLC的變頻器-拖四供水控制系統(tǒng)應(yīng)用 可編程控制器與工廠自動(dòng)化2007/103孟磊 變頻調(diào)速系統(tǒng)在恒壓供水中的應(yīng)用醫(yī)藥工程設(shè)計(jì) 2007/064 黃耀群 變頻調(diào)速恒

29、壓供水系統(tǒng)中的PID控制研究 煤炭技術(shù) 2007/085 陳新恩變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的PID控制研究機(jī)床電器2007/046 龍章春PLC與變頻器在自動(dòng)恒壓供水教學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用科技信息2007/037 盧光源S7-200在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備2007/018 王樹主。變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用M 機(jī)械工業(yè)出版社 2006。9 李麗敏 自動(dòng)化與儀器儀表 2008/0110 孔亮 基于PLC的變頻器-拖四供水控制系統(tǒng)應(yīng)用 可編程控制器與工廠自動(dòng)化2007/1011孟磊 變頻調(diào)速系統(tǒng)在恒壓供水中的應(yīng)用醫(yī)藥工程設(shè)計(jì) 2007/0612 黃耀群 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的PID控制

30、研究 煤炭技術(shù) 2007/0813 陳新恩變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的PID控制研究機(jī)床電器2007/0414 龍章春PLC與變頻器在自動(dòng)恒壓供水教學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用科技信息2007/0315 盧光源S7-200在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備2007/0116 王樹主。變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用M 機(jī)械工業(yè)出版社 2006附錄資料:不需要的可以自行刪除測(cè)量平差程序設(shè)計(jì)角度（度分秒）到弧度AngleToRadian#define PI 3.14159265double AngleToRadian（double angle）int D，M；double S,radian,degree, an

31、gle,MS；D=int（angle+0.3）；MS=angle-D；M=int（MS）*100+0.3）；S=（MS*100-M）*100;degree=D+M/60.0+S/3600.0;radian=degree*PI/180.0;return radian;注意:防止數(shù)據(jù)溢出,要加個(gè)微小量,例如0.3.弧度換角度(度分秒) RadianToAngle#define PI 3.14159265double RadianToAngle(double radian)int D,M;double S,radian,degree,MS,angle;degree=radian*180/PI;D=i

32、nt(degree);MS=degree-D;M=int(MS*60);S=(MS*60-M)*60;angle=D+M/100.0+S/10000.0;return angle;已知兩點(diǎn)求坐標(biāo)方位角Azimuth#include double Azimuth(double xi,double yi,double xj,double yj)double Dx,Dy,S,T;Dx=xj-xi;Dy=yj-yi;S=sqrt(Dx*Dx+Dy*Dy);if(S1e-10) return 0;T=asin(Dy/S);if(Dx0&(Dy0)|T0) T=2*PI+T;return T;4.開辟二維

33、數(shù)組的動(dòng)態(tài)空間的宏#include #define NewArray2D(type,A,i,n,m)A=(type*)malloc(n*sizeof(type*); for(i=0;im;i+) Ai=(type*)malloc(m*sizeof(type); 5.釋放開辟的二維數(shù)組的空間#define FreeSpace(A,i,m)for(i=0;im;i+) free(Ai); free(A); 注意:釋放空間與開辟空間相反,釋放空間是先釋放列,后釋放行.6.矩陣求轉(zhuǎn)置transformmatrixvoid transformmatrix（double *A，double *B，int

34、i,int j）int m,n;for(m=0;m=i;m+)for(n=0;n=j;n+)Bnm=Amn:7.矩陣相乘(mulmatrix)void mulmatrix(double *A,double *B,double *C,int i,int j,int k)int m,n,p;for(m=0;mi;m+)for(n=0;nj;n+)Cmn=0;for(p=0;pk;p+)Cmn+=Amp*Bpn:8.矩陣求逆(countermatrix)#include void countermatrix(double *T, double *s, double *r, double *Q,dou

35、ble *N, double *rt,int n)for(i=0;in;i+)s=Nii;for(k=0;ki;k+)s-=Tki*Tki;Tii=sqrt(s)for(j=i+1;jn;j+)s=Nij;for(k=0;ki;k+)s-=Tki*Tkj;Tij=s/Tii;for(i=0;in;i+)for(j=0;j=0;i+)rii=1/Tii;for(j=i+1;jn;j+)s=0;for(k=i;kj-1;k+)s-=rik*Tkj;rij=s/Tii;for(i=0;in;i+)for(j=0;jn;j+)rij=0;transformmatrix(r,rt,n,n)mulmatr

36、ix(r,rt,Q,n,n)9.平差主程序之讀入數(shù)據(jù)typedef struct POINTchar name8;double x,y;int type;POINT;typedef struct READVALUEPOINT *begin;POINT *end;double value;READVALUE;POINT *GETPOINT(char *name,POINT *pPoint,int nPoint)int i;for(i=0;inPoint;i+)if (strcmp(pP,name)=0)return (pPoint+i) for(i=0;i0)pPoint=(

37、POINT*)malloc(nDirect*sizeof(POINT);if(nDirect0)pDirect=(READVALUE*)malloc(nDirect*sizeof(READVALUE);if(nDistance0)pDistance=(READVALUE*)malloc(nDistance*sizeof(RAADVALUE);fscanf(fp,”%lf,%lf,%lfn”,&mo,&mf,&ms);for(i=0;inKnownPoint;i+)fscanf(fp,”%s,%lf,%lfn”,pP,&pPointi.x,&pPointi.y);type=1

38、;for( ;inPoint;i+)pP=NULL; pPointi.x=0;pPointi.y=0;pPointi.type=0; for(i=0;inDirect;i+)fscanf(fp,”%s,%s,%lfn”,begin,end,&pDirecti.value);pDirecti.begin=GetPoint(begin,pPoint,nPoint);pDirecti.end=GetPoint(end,pPoint,nPoint);for(i=0;inDistance;i+)fscanf(fp,”%s,%s,%lfn”,begin,end,&pDistancei.

39、value);pDistancei.begin=GetPoint(begin,pPoint,nPoint);pDistancei.end=GetPoint(end,pPoint,nPoint);fclose(fp);10.角度檢驗(yàn)（checkangle）#include int checkangle(double angle)int M,S;double MS;if(angle=0&angle360)MS=angle-(int)(angle);if(M6)S=(int)(MS*1000);if(S%106)return 1;return 0;11.前方交會(huì)#define PI=30141592

40、65/*此處調(diào)用程序角度換弧度AngleToRadian*/Qianfang(double XE, double YE, double XF, double YF, doubleDEG, double DEF, double DFG, double DFE, double *DFE, double *DFG)double C,A,B;C=DGE-DGF;A=DEF-DEG;B=DFG-DFE;if(C-2*PI)|(C0&C-PI&CPI&C2*PI)XG=(XE/tan(B)+XF/tan(A)+YE-YF)/(1/tan(A)+ 1/tan(B);YG=(YE/tan(B)+YF/tan(

41、A)-XE+XF)/ (1/tan(A)+ 1/tan(B);12.坐標(biāo)概算全方向法子函數(shù)取出觀測(cè)方向GetAllDirectint GetAllDirect(char *name,int nDirect,READVALUE *pDirect, READVALUE *pStation)int i,nCount=0;for(i=0;iname,name)=0)pStationnCount.begin=p(pDirectnCount.begin;pStationnCount.end=p(pDirectnCount.end;pStationnCount.value=p(pDirectnCount.v

42、alue; nCount+;return nCount;坐標(biāo)概算全方向法子程序?qū)崿F(xiàn)流程(coordinate)coordinate (入口參數(shù)設(shè)置)READVALUE pStation50,pObject50;int nCount,i,j,k,m,n,p,nobject;for(i=0;i1)|( nCount=1)for(j=0;jtype=1)for(k=0;ktype=0) nobject=GetAllDirect(pStationj.end-name,nDirect,pDirect,pobject)m=-1;n=-1;for(p=0;pname,pP)=0)m=p;

43、 if(strcmp(pobjectp.end-name,pStationk.end-name)=0)n=p;if(m=0&n=0)pPointi=pStationk.end-pStationj.end;pStationj.end=pObjectm.value-pObjectn.value; Xe=pPointi.x; Ye=pPointi.y; Xf=pStationj.end-x; Yf=pStationj.end-y; Lef=pStationj.value; Leg=pStationk.value; Lfe=pObjectm.value; Lfg=pObjectn.value; Qia

44、nfang(Xe,Xf,Ye,Yf,Lef,Leg,Lfe,Lfg,*Xg,*Yg;) pStationk.end-x=*xg; pStationk.end-y=*yg; pStationk.end.type=2; 13.坐標(biāo)增量法(calcoordinate)子函數(shù)由端點(diǎn)名稱得邊長(zhǎng)值的函數(shù)GetDistancedouble GetDistance(char *begin,char *end,int nDistance,READVALUE *pDistance)int i;for(i=0;iname,begin)=0&strcmp(pDistancei.end-name,end=0)|(str

45、cmp(pDistancei.begin-name,end)=0&strcmp(pDistancei.end,begin)=0)return pDistancei.value;return -1;/*函數(shù)取出觀測(cè)方向GetAllDirect*/void calcoordinate(int nDirect,READVALUE *pDirect,int nDistace,READVALUE *pDistance,int nPoint,POINT *pPoint) int nPoint,nCount,nDirect,nDistance; int m=-1,i,j,k; double x1,y1,x2

46、,y2,A0,A,S,dx,dy; READVALUE*pDirect=NULL; READVALUE pStation50; for(i=0;i0) nCount=GetAllDirect(pP,nDirect,pDirect,pStation50); for(j=0;jtype0)m=j; if(m!=-1) for(k=0;ktype=0) x1=pPointi.x; y1=pPointi.y; x2=pStationj.end-x; y2=pStationj.end-y; A0=Bearing(x1,y1,x2,y2); A=A0-(DMSToRAD(pStationm.value)-DMSToRAD(pStationk.value); if(A2*PI)A=A-2*PI; S=GetDistance(pPointi,pStationk.end,nDistance,pDistance); if(Sx=pPointi.x+dx; pStationk.end-y=pPointi.y+dy; pStationk.end-type=2; 14.高斯正反算高斯正算：#include #include #define PI 3.14159265double DMSToRAD（doubl