武漢理工大學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書課題名稱:專業(yè)名稱機電一體化 指導(dǎo)老師何延誠 證件編號 學(xué)生姓名 日期：2008年月日摘要：本文介紹了以可編程邏輯控制器與變頻器為核心的控制系統(tǒng)，并對其控制原理、硬件選擇、軟件設(shè)計進行重點闡述，從而對傳統(tǒng)的城市供水系統(tǒng)進行改造，可以有效的解決以前供水壓力波動大、系統(tǒng)故障率高、能源浪費嚴(yán)重等一系列問題。同時，系統(tǒng)具有自動和手動兩種控制方式，便于對系統(tǒng)進行維護修理，并能通過應(yīng)用軟件對供水系統(tǒng)進行監(jiān)控和遠距離控制。提高效率，實現(xiàn)自動化供水。關(guān)鍵字：PLC；變頻器；自動控制Abstract：ThisarticlehasintroducedthecontrolsystemwithProgrammableLogicalControllerandFrequencyConverteratthecore,andemphaticallydescribethiscontrolsystem’scontrolprinciple,thehardwarechoosingandsoftwaredesign.Thustransformedthetraditionalcitywater-supplysystem.Effectivesettlementsupplywaterpressuretofluctuateheavy,thesystempublishesfaultratehigh,energyserieswastesuchastheseproblems.Meanwhile,thesystemhasautomaticandmanualtwokindsofcontrolway.Canbeconvenientmaintainandrepairingtothesystem.AndMonitorthewater-supplysystemthroughtheapplicationsoftwareandwithLargedistance.Raisetheefficiency,realizeautomationsupplieswater.KeyWords:PLC；FrequencyConverter；AutomaticallyControlPLC與變頻器自動控制的小區(qū)供水系統(tǒng)李科摘要：本文介紹了以可編程邏輯控制器與變頻器為核心的控制系統(tǒng)，并對其控制原理、硬件選擇、軟件設(shè)計進行重點闡述，從而對傳統(tǒng)的城市供水系統(tǒng)進行改造，可以有效的解決以前供水壓力波動大、系統(tǒng)故障率高、能源浪費嚴(yán)重等一系列問題。同時，系統(tǒng)具有自動和手動兩種控制方式，便于對系統(tǒng)進行維護修理，并能通過應(yīng)用軟件對供水系統(tǒng)進行監(jiān)控和遠距離控制。提高效率，實現(xiàn)自動化供水。1引言一般規(guī)定城市管網(wǎng)的水壓只保證6層以下樓房的用水，而對6層以上的則須提升水壓才能滿足用水要求。以前大多采用傳統(tǒng)的水塔、氣壓罐式的增壓設(shè)備，或是通過在樓頂建蓄水池來實現(xiàn)的，蓄水池中的水是由一個或多個水泵提供，而且這些水泵電機有很大一部分是不能變速的拖動系統(tǒng)，不能變速電機的電能大多消耗在為了適應(yīng)供水量的變化而不得不頻繁的啟、停水泵中。這樣不但會使水泵電機工作在低效率區(qū)，縮短電機的使用壽命，而且電機的頻繁啟動和停止會產(chǎn)生很大的沖擊，從而導(dǎo)致設(shè)備故障率很高，造成水資源的嚴(yán)重浪費，而且使系統(tǒng)的維護、維修費用較多，工作量較大。并且這些水泵都是以高出實際用水高度的壓力來提升水壓，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗。隨著社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的迅速發(fā)展和人們住房條件的提高，高位生活用水和工業(yè)用水逐漸增多，傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)落后。以前采用人工進行控制蓄水池的水位，由于不可能每時每刻對水位進行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，所以很難準(zhǔn)確控制水泵電機的起停；使用浮子或其它機械水位控制裝置使供水狀況有了一些改善，但由于機械控制裝置的故障率高，可靠性差，給日常維護和維修帶來很大的麻煩。針對以上所存在的問題，結(jié)合工控行業(yè)的發(fā)展，特別是PLC和變頻技術(shù)在社會各個領(lǐng)域的應(yīng)用，可以用它來解決水壓控制系統(tǒng)存在的以上問題。并且變頻技術(shù)在城市供水領(lǐng)域有節(jié)能、安全與恒壓方面的優(yōu)越性。為了實現(xiàn)供水的自動控制，一般選用以單片機與變頻器或PLC與變頻器結(jié)合為核心，這樣所構(gòu)成的系統(tǒng)都能達到較為理想的控制效果。對PLC與單片機在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的一些主要方面做了簡單的比較如表1所示：表1PLC與單片機在供水系統(tǒng)中應(yīng)用的比較硬件軟件抗干擾能力經(jīng)濟成本單片機電路相對復(fù)雜需要有較多的外圍元件程序設(shè)計復(fù)雜程序修改麻煩較差低PLC體積小、高集成有多種擴展模塊編程簡潔直觀程序修改簡單很強高通過上表的比較，從經(jīng)濟方面考慮，由于PLC工藝的日漸成熟，小型PLC的成本與單片機相差不大，為了實現(xiàn)通用性，要求能夠根據(jù)現(xiàn)場的使用情況方便的修改、調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)，對于供水系統(tǒng)來說，時間參數(shù)變化較多，與單片機相比PLC的軟件中時間參數(shù)的調(diào)整更簡單?；谝陨显?，選用了PLC與變頻器結(jié)合來實現(xiàn)對高樓的恒壓供水，再加上變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)(PID解釋：即由比例(Proportion)+積分(Integral)+微分(Differentialcoefficient)組合而成。比例P控制：調(diào)節(jié)量按誤差成比例輸出，純比例時誤差不會為零。即一對一的對應(yīng)關(guān)系；積分I控制：調(diào)節(jié)量按誤差的積分輸出，誤差為零時，輸出恒定。既有一定的延遲；微分D控制：調(diào)節(jié)量按誤差的微分輸出，誤差突變時，能及時控制。既快速反應(yīng)；PI控制動作：所謂PI控制就是將比例控制P和積分控制I結(jié)合起來，根據(jù)偏差及時間變化，產(chǎn)生一個操作變量。)316A型壓力變送器，使軟件程序的設(shè)計簡單化，硬件接口簡易可行、提高系統(tǒng)運行的可靠性，特別是整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力很強，不僅改變傳統(tǒng)用閥門控制水量的多少，也改善了傳統(tǒng)控制方法的故障率較高的弱點，而且在節(jié)能、恒壓控制等方面均有非常好的使用效果。2控制系統(tǒng)的工作原理2.1變頻調(diào)速原理變頻供水設(shè)備主要由變頻器、控制系統(tǒng)及傳感器等部分組成。控制系統(tǒng)通過控制變頻調(diào)速器，將50Hz的交流電調(diào)到以0?50Hz之間任意頻率輸出，實現(xiàn)交流電機的無極調(diào)速，最終達到生產(chǎn)過程的定量控制及最優(yōu)化控制，當(dāng)變頻系統(tǒng)為開環(huán)時，設(shè)備可以人為設(shè)定輸出任意頻率控制電機轉(zhuǎn)速；當(dāng)變頻系統(tǒng)為閉環(huán)時，隨著反饋等要求的變化，根據(jù)設(shè)定的系統(tǒng)供水壓力值，自動跟蹤輸出相應(yīng)的頻率。水泵電機通常由三相交流異步電動機來拖動，對水泵的調(diào)速是通過對其電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。我們知道：異步電動機轉(zhuǎn)速n=60f(1—S)/P。在這個公式中，？為電機電源的頻率，P為電機的磁極對數(shù)，S為轉(zhuǎn)差率(0?3%或0?6%)。由上述電機的轉(zhuǎn)速公式可見：要想改變電機的轉(zhuǎn)速，可以通過三種方法來實現(xiàn)：改變電動機的頻率f；改變電動機的轉(zhuǎn)差率S；改變電動機的磁極對數(shù)P。通過對上面三種方法的分析可以知道：改變電動機的轉(zhuǎn)速的最好方法是改變電動機電源的頻率。因為，轉(zhuǎn)差率S的范圍在(0?3%或0?6%)之間，由此轉(zhuǎn)差率S對電動機的影響不大，調(diào)速效果不明顯，效率相對較低；改變磁極對數(shù)P這種方法，首先它不容易實現(xiàn)，其次，由電機的工作原理決定了電機的磁極數(shù)是固定不變的。由于該磁極數(shù)值不是一個連續(xù)的數(shù)值(為2的倍數(shù)，例如極數(shù)為2,4,6)，所以一般不適合通過改變該磁極對數(shù)P來調(diào)整電機的速度。電動機的轉(zhuǎn)速n和供電電源的頻率f成正比，要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱訖C的頻率f,就能十分方便地改變電動機的轉(zhuǎn)速n,另外，頻率f能夠在電機的外面調(diào)節(jié)后再供給電機，這樣電機的旋轉(zhuǎn)速度就可以被自由的控制。比改變磁極對數(shù)P和轉(zhuǎn)差率S兩個參數(shù)簡單方便得多。而實際上如果僅僅改變電動機的頻率并不能獲得良好的變頻特性。如果電壓不變，頻率下調(diào)至小于50Hz時，會使電機氣隙磁通◎（約等于V/f）飽和；反之，電壓不變，頻率上調(diào)至大于50Hz時，則使磁通減弱。所以真正應(yīng)用變頻調(diào)速時，需要同時改變電壓V和頻率f，以保持磁通基本恒定。變頻調(diào)速裝置又稱為VVVF裝置。VVVF是VariableVoltageandVariableFrequency的縮寫，意為改變電壓和改變頻率，也就是人們所說的變壓變頻。根據(jù)水泵葉輪相似定律及其特例比律，水泵供水量Q與電機轉(zhuǎn)速n成正比，供水揚程H與n的平方成正比，水泵軸功率N與n的3次方成正比。通常，電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要隨頻率的減小（速度降低）而減小。通過使用磁通矢量控制的變頻器，將改善電機低速時轉(zhuǎn)矩的不足，甚至在低速區(qū)電機也可輸出足夠的轉(zhuǎn)矩。失量控制具有轉(zhuǎn)矩提升功能，它能增加變頻器在低頻時的輸出電壓，以補償定子電阻上電壓降引起的輸出轉(zhuǎn)矩?fù)p失，從而改善電機的輸出轉(zhuǎn)矩。改善電機低速輸出轉(zhuǎn)矩不足的情況，使用”矢量控制”，可以使電機在低速時的輸出轉(zhuǎn)矩可以達到電機在50Hz供電輸出的轉(zhuǎn)矩。對于常規(guī)的V/F控制，電機的電壓降隨著電機速度的降低而相對增加，這就導(dǎo)致由于勵磁不足，而使電機不能獲得足夠的旋轉(zhuǎn)力。為了補償這個不足，變頻器中需要通過提高電壓，來補償電機速度降低而引起的電壓降。轉(zhuǎn)矩提升功能是提高變頻器的輸出電壓。然而即使提高很多輸出電壓，電機轉(zhuǎn)矩并不能和其電流相對應(yīng)的提高。因為電機電流包含電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量和其它分量。矢量控制把電機的電流值進行分配，從而確定產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電機電流分量和其它電流分量的數(shù)值。矢量控制可以通過對電機端的電壓降的響應(yīng)，進行優(yōu)化補償，在不增加電流的情況下，允許電機輸出大的轉(zhuǎn)矩。2.2系統(tǒng)工作原理整個控制系統(tǒng)是由PLC、變頻器、壓力變送器、溫度變送器，水泵電機等組成，水泵均采用三相異步電動機來拖動，在這個控制系統(tǒng)中共有4臺水泵電機，因為在不同的時間段內(nèi)人們所用水量是不同的，根據(jù)人們的用水規(guī)律：在白天用水量很大，晚上特別是零點以后，人們的用水量又是特別小。為了不使能源浪費，選用1臺小功率電機和3臺大功率電機。用一臺小功率電機來拖動一個水泵，以便于晚上或白天的某個時間段用水量很小的時候工作，在用水量大的時候，就讓3個大功率電機的某臺或其中的兩臺電機工作，當(dāng)用水量特別大的時候就讓3臺電機同時運行，來滿足人們用水的要求。同時，由于系統(tǒng)中采用了壓力變送器，可以方便的調(diào)節(jié)變送器，通過控制系統(tǒng)使管道內(nèi)的水壓穩(wěn)定在一個基本不變或者變化量極小的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)恒壓供水。整個系統(tǒng)的工作原理方框圖如（圖1）所示。由圖1可知，控制信號的采集是由壓力變送器和溫度變送器來完成的，由壓力變送器采集的管道中的壓力信號，經(jīng)過PLC的智能擴展模塊A21來進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，A21根據(jù)變送器傳遞來的標(biāo)準(zhǔn)的電流或電壓信號的大小，把模擬量按一定的關(guān)系轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部的數(shù)字信號，然后由PLC將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號與事先設(shè)定的壓力值相比較，根據(jù)比較的結(jié)果，控制相應(yīng)的輸出來決定讓哪一個水泵電機工作，并且決定是以工頻方式工作還是以變頻方式工作，在這個恒壓供水系統(tǒng)中，一臺變頻器帶4臺水泵電機，每臺水泵電機既可以在常規(guī)工頻模式下工作，也可以在變頻模式下工作。但是每臺水泵電機在任一時刻只能處于變頻工作模式或工頻工作模式中的一種，在設(shè)計中通過PLC內(nèi)部的輸出繼電器進行互鎖，為了確保水泵電機安全工作，同時在外部用兩個交流接觸器互鎖來保證它的安全與可靠。圖1系統(tǒng)工作原理方框圖圖1系統(tǒng)工作原理方框圖無焰絲斷路器MCCB無焰絲斷路器MCCB變頻器與其外圍設(shè)備之間的接線圖如（圖2）所示;I電磁接觸器-6-實交流電抗器ACL無線電噪音德波器NR圖2變頻器與其外圍調(diào)設(shè)備的接線圖在圖2中，MCCB的作用為：快速切斷變頻器的故障電流并防止變頻器及其線路故障導(dǎo)致電源故障；MC的作用為：在變頻器故障時切斷主電源，并防止停電及故障后的再起動。ALC的作用為：用于改善輸入功率因數(shù)，降低高次諧波及抑制電源的浪涌；NF的作用為：減小變頻器產(chǎn)生的無線電干擾。電機與變頻器間配線距離小于20米時，連接在電源側(cè)，配線距離大于20米時，連接在輸出側(cè)。變頻器與水泵、風(fēng)扇電機之間的接線如（圖3）所示。圖3電源、變頻器與水泵、風(fēng)扇電機的接線圖當(dāng)壓力變送器傳來的信號為管道中的水壓較低時，同PLC發(fā)出一個控制信號，首先接通變頻器，然后使KM1線圈得電，這時M2電機開始起動，在M2電機起動后，壓力變送器從管道中傳來的壓力信號一方面經(jīng)過A21的模數(shù)轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的壓力值相比較，判斷用戶終端水壓的高低；另一方面將這個由壓力變送器傳來的信號通過A21的數(shù)模轉(zhuǎn)換，將壓力的模擬信號送到變頻器中內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器中。由PID根據(jù)管道中的壓力信號來輸出相應(yīng)的頻率，控制水泵電機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)M2經(jīng)過變頻器的調(diào)節(jié)已達到工頻后。經(jīng)過一段時間（可以根據(jù)對系統(tǒng)靈敏度的要求來調(diào)整），從管道中采集一個壓力信號與設(shè)計值比較，若管道中的壓力仍然低于設(shè)定的壓力，則由PLC發(fā)出控制指令，使KM1斷開、KM2得電閉合，從而將M2電機從變頻器脫離，使它直接與工頻電源相連接工頻運行，同時，也讓KM3閉合，使M3電機與變頻器相連。這時壓力變送器傳來的信號經(jīng)PID調(diào)節(jié)后控制M3電機的轉(zhuǎn)速，使管道內(nèi)的壓力與設(shè)定的壓力值相接近。同理，當(dāng)M3經(jīng)過變頻器的調(diào)節(jié)已達到工頻后。經(jīng)過一段時間，從管道中采集一個壓力信號與設(shè)計值比較，若管道中的壓力仍然低于設(shè)定的壓力，則由PLC發(fā)出控制指令，使KM3斷開，然后接通KM4和KM5，即使M3也處于工頻模式運行，同時把M4接到變頻器上，A21傳來的模擬信號由PID調(diào)節(jié)后輸出相應(yīng)的頻率來控制M4,直到滿足設(shè)定的壓力值為止?？紤]到每個水泵電機的使用壽命，為了讓電機的工作時間盡可能相同，在這里采用先起先停的原則來控制水泵電機，即當(dāng)管道內(nèi)的壓力高于設(shè)定的壓力時，先停止M2，讓M3與M4工作，經(jīng)過一段時間后，再采集管道內(nèi)的壓力信號，與設(shè)定值比較，若仍然高于設(shè)定壓力，則把M3停止，只留下M4依靠PID的控制工作。當(dāng)壓力再次低于設(shè)定壓力時，起動M1，如此循環(huán)。當(dāng)在某一時間段內(nèi)人們的用水量特別少。例如在深夜幾乎沒有人用水，用一臺大功率水泵電機在變頻的模式下工作也會使管道內(nèi)的壓力高于設(shè)定壓力時，這時PLC發(fā)出指令，使三個大功率電機全部停止運行，再將小功率電機與變頻器接通，使小功率電機在變頻模式下運行，直到小功率電機經(jīng)PID調(diào)節(jié)頻率達到50Hz一段時間后，仍不能達到設(shè)定的壓力，這時PLC先將小功率泵斷開，然后起動大功率泵M1，如此重復(fù)循環(huán)。當(dāng)有消防信號時，由于滅火的用水量特別大，這時不管水泵電機在什么模式下運行，都把它切換到工頻模式，由三臺功率較大的電機來對系統(tǒng)供水，從而保證大量用水的需要。3硬件選擇3.1PLC的選擇可編程序控制器(ProgrammableLogicController)：簡稱PLC。中文全稱為可編程邏輯控制器，國際電工委員會對它的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并采用式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計?！备鶕?jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，在滿足控制要求的原則上，盡量降低成本，選用松下電工生產(chǎn)的FP0系列的PLC—FP0-C32CP。以下是FP0系列PLC的特點：超小型尺寸：一個控制單元只有25毫米寬，甚至擴充到I/O128點，寬度也只有105毫米，它的安裝面積是同類產(chǎn)品中最??；可選擇三種安裝方式：DIN導(dǎo)軌條安裝、底面直接安裝、附面直接安裝;控制單元寬度：30mm；控制單元尺寸：寬25x高90x長60毫米，最大可擴充至128點，此時尺寸:寬105x高90x長60毫米，超小型外形設(shè)計打破了以往人們對小型PLC的看法，由于FP0具有世界上最小的安裝面積，故可安裝在小型機器、設(shè)備及越來越小的控制面板上，從而使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，減少設(shè)備安裝面積，安裝靈活方便。輕松擴展：擴展單元不需任何電纜即可輕松連接上(最多可用三個擴展單元)，擴展單元可直接連接到控制單元上，擴展單元可使用單元表面的擴充連接器和鎖定單排觸頭即可形成層疊系統(tǒng)，而無需特殊擴展電纜、底板等等。從而有效的提高安裝速度，并且避免了接線所帶來的麻煩，使整個控制單元美觀化。為了使系統(tǒng)控制簡單化，在用PLC的同時選用FP0的高級模塊A21，A21具有兩個A/D轉(zhuǎn)換單元和一個D/A轉(zhuǎn)換單元，完全可以滿足系統(tǒng)的控制要求。3.2變頻器的選擇變頻器的定義是：把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的一種裝置。變頻器和PLC一樣是整個系統(tǒng)的核心元件，在滿足控制要求的情況下，選用由深圳市安邦信電子有限公司生產(chǎn)的AMB—G9變頻器，根據(jù)系統(tǒng)中水泵電機的功率，選用變頻器的具體型號為：AMB—G9—110T3,“110”表示最大適用電機功率為110千瓦?！癟3”表示輸入電源為三相380V。AMB-G9系列變頻器是新一代SPWM變頻器，內(nèi)置PID功能可以方便地實現(xiàn)PID閉環(huán)控制，控制方式多樣，保護及報警功能完善，可以進行實時控制，內(nèi)置RS-232通訊接口，RS-485接口板可選購，能最大限度的滿足用戶的多種需求。節(jié)能運行可以最大限度地提高電機功率因數(shù)和電機效率。它具的SPWM控制有以下優(yōu)點：低速額定轉(zhuǎn)矩輸出運行穩(wěn)定，超靜音穩(wěn)定運行；制動轉(zhuǎn)矩大，最高可達125%額定轉(zhuǎn)矩，方便實現(xiàn)以最快速度準(zhǔn)確停車；快速適應(yīng)負(fù)載變化，提供最高效率的輸出電壓，適應(yīng)于不同負(fù)載的V/F特性均可自動調(diào)整；內(nèi)置RS-485通訊接口，完全支持MODBUS通訊協(xié)議；先進的自動轉(zhuǎn)矩補償功能設(shè)計，可使系統(tǒng)性能達到最優(yōu)；可設(shè)定節(jié)能運行方式；多達28種的完善保護功能及報警功能；內(nèi)置調(diào)整更加方便的PID調(diào)節(jié)器；多種參數(shù)的在線監(jiān)視功能及在線調(diào)整功能；控制方式多樣，自動化程度高；中文顯示，界面友好，降低了對操作人員的要求，便于一般的工人進行操作。3.3變送器的選擇變送器的定義為：將物理測量信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。為了使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、合理和控制方便，故此不用傳感器而采用了比傳感器性能更加優(yōu)越的變送器。3.3.1壓力變送器的選擇采用壓力變送器可以直接把網(wǎng)管內(nèi)的水壓這個模擬信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號，從而有效的減少了系統(tǒng)的硬件配置，利用較少的元件實現(xiàn)較復(fù)雜的功能，在實際應(yīng)用中，壓力變送器的使用環(huán)境比較惡劣，考慮到水對人們生活的重要性，保證供水的壓力滿足人們生活的需要，為此選用由金華自動化儀表設(shè)備廠生產(chǎn)的DBS316A系列壓力變送器。DBS316A系列壓力變送器采用不銹鋼外殼隔離防腐，外形設(shè)計精巧，安裝十分簡便。具有國際先進技術(shù)進口陶瓷傳感器，再配以高精密電子元件，經(jīng)嚴(yán)格要求的工藝過程裝配而成。它與目前使用的常規(guī)壓力變送器相比。有兩個顯著不同的技術(shù)差別：一是測量元件采用新興的高精密陶瓷材料；二是測量元件內(nèi)無中介液體，是完全固體的。同時，它具有以下特點：過載和抗沖擊能力強，過壓可達量程的數(shù)倍，甚至用硬物直接敲打測量元件也不致使其損壞，且對測量精度毫無影響；工作穩(wěn)定性高，抗振動，抗沖擊，每年優(yōu)于0.1%滿量程，這個技術(shù)指標(biāo)已達到智能型壓力儀表水平；溫度漂移小，由于取消了壓力測量元件中的中介液，因而傳感器不僅獲得了很高的測量精度，且受溫度梯度影響極??；可調(diào)節(jié)，適用性廣、安裝維護方便、可任意位置安裝。DBS316系列壓力變送器有很廣的測量范圍，A型號的測量范圍在150KPa-350KPa之間，可以在環(huán)境溫度-40?80°C之間工作。具有反極性、過電壓保護以及防電磁射頻干擾功能，輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號：二線制4?20mADC。以便于系統(tǒng)控制。3.3.2溫度變送器的選擇對于溫度變送器仍然采用由金華自動化儀表設(shè)備廠生產(chǎn)的JH-10一體化溫度變送器。它可以接收熱電阻或各類熱電偶輸入，可直接安裝熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)。并輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓電流信號。其特點如下：超小型（模塊①44x18一體化，通用性強。二線制4?20mADC輸出，傳輸距離遠，抗干擾能力強。測量精度高，長期穩(wěn)定性好，免維護。溫度模塊內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂澆注工藝，適用于各種惡劣和危險場所使用。一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單合理，可直接替換普通裝配式熱電偶、熱電阻。JH-10一體化溫度變送器能在環(huán)境溫度-20?70°C之間工作，也輸出標(biāo)準(zhǔn)電信號：4?20mA，極限時輸出28mA，用它可以控制水泵電機的溫度，在必要的時候開啟風(fēng)扇，給水泵電機散熱，從而延長水泵電機的使用壽命，同時也保證人們正常的用水需求。4軟件設(shè)計編程軟件采用松下電工公司開發(fā)的在Windows環(huán)境下使用的軟件:FPWIN—GR。它支持所有松下電工生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品，可以用這個軟件來實現(xiàn)：對PLC程序和注釋和輸入及編輯；程序檢查；運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)的監(jiān)控及測試；系統(tǒng)寄存器和PLC和種系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置；程序清單和監(jiān)控結(jié)果等到文檔的打?。粩?shù)據(jù)傳輸及文件管理等功能。FPWIN—GR軟件采用的是典型的Windows界面、菜單界面、編程界面、監(jiān)控界面等可同時以窗口形式相疊或平鋪顯示，甚至可以把兩個不同的程序在一個屏幕上同時顯示，可以通過快捷鍵在各個窗口之間進行移動和切換，這給調(diào)試程序和現(xiàn)場監(jiān)控帶來了便利。各種功能切換和指令的輸入既可用軟件上的鍵盤快捷操作鍵操作，也可用鼠標(biāo)點擊圖標(biāo)操作。菜單采用點擊下拉形式，操作起來很方便，特別是它在軟件的“幫助”菜單中增加了軟件操作方法和指令、特殊內(nèi)部繼電器、特殊數(shù)據(jù)寄存器等一覽表。這樣在沒有手冊的情況下也能方便的使用。4.1I/O口分配在這個控制系統(tǒng)中，共用到10個輸入和12個輸出。輸入口從X0?X9，輸出口從Y0?Y12，其中X0和X1組合開關(guān)，要求在任一時刻都有一個處于閉合狀態(tài)，即系統(tǒng)要么處于自動狀態(tài)要么處于手動狀態(tài)。X4?X8為帶自鎖的開關(guān)，要求第一次按下時閉合，第二次按下時斷開。其具體的輸入輸出如表2所示：表2PLC的I/O口分配輸入功能輸出接觸器功能X0自動工作方式Y(jié)0KM0變頻器X1手動工作方式Y(jié)1KM1M2變頻模式X2消防信號Y2KM2M2工頻模式X3消防信號解除Y3KM3M3變頻模式X4M2手動Y4KM4M3工頻模式X5M3手動Y5KM5M4變頻模式X6M4手動Y6KM6M4工頻模式X7M1手動Y7KM7M1變頻模式X8風(fēng)扇電機手動Y8KM8M1工頻模式X9報警解除Y9KM9風(fēng)扇電機Y10KM10燈光報警（水壓高）Y11KM11燈光報警（水壓低）Y12KM12聲音報警4.2程序流程圖設(shè)定由壓力變送器傳來的壓力為F1；用戶要求的管道壓力為F2。程序流程圖如（圖4）所示。圖4程序流程圖4.4PLC控制程序PLC控制程序的梯形圖見附錄。附錄一：PLC控制程序的梯形圖。附錄二：PLC控制程序的指令表。5供水系統(tǒng)調(diào)試任何一個控制系統(tǒng)都需要經(jīng)過反復(fù)地調(diào)試后方可達到最佳性能，沒有調(diào)試的系統(tǒng)是不能工作或不能良好地運行。運用于變頻器內(nèi)置的PID可實現(xiàn)壓力負(fù)反饋閉環(huán)控制。PID配合變頻器與壓力變送器實現(xiàn)單泵閉環(huán)恒壓供水控制系統(tǒng)。首先必須知道控制對象的參數(shù)。對象特征、需要的最大供水壓力、需要給定用戶的恒定壓力、供水最小壓力、上限壓力、下限壓力等。假設(shè)小區(qū)生活用水要求管道最大供水壓力為（F1）300KPa，對應(yīng)傳感器輸出電流為20mA,要求最小供水壓力為（F2）180Kpa，對應(yīng)輸出的電流為4mA,用戶要求恒定的供水壓力為（F0）200Kpa。根據(jù)以上三個參數(shù)可以確定PID的設(shè)定值，即必須保證在最大供水壓力時對應(yīng)于壓力傳感器電流輸出最大，反之亦然，可求出用戶要求供水壓力時的變送器電流。壓力變送器給定電流（I。）必須于用戶所需的恒定供水壓力成正比。DBS316壓力變送器的標(biāo)準(zhǔn)輸出電流為(4?20mADC)則：Io/(Imax-Imin)=F0/(F1-F2)Io/(20mA-4mA)=6/(300-180)Io/16=6/120Io=4/5mA其中Imax：最大電流；Imin：最小電流；Io：需要給定的電流值。根據(jù)FP0系列PLC的高級模塊A21的A/D轉(zhuǎn)換特性：當(dāng)模擬輸入為直流電流(0??20mA)時，它的特性如圖6所示。由圖6可以查出，用戶所設(shè)定的壓力的值大約為1800Pa。即程序中K的值為1800Pa。同理，若要求水泵房內(nèi)的溫度為40°C時(最高溫度為60°C，最低為0°C)，對應(yīng)的K值為2000Pa。在選擇3臺較大功率的電動機時，應(yīng)滿足在正常用水時3臺電機其中的2臺工作就能達到所設(shè)定的供水壓力，這樣，其中的一臺水泵就可以當(dāng)作備用泵使用，當(dāng)某一電機有故障時，經(jīng)過一段時間，就能跳過有故障的電機，從而保證供水壓力。6結(jié)束語在這個由PLC與變頻器以及變送器組成的供水自動控制系統(tǒng)中，不但具有處理消防時大量用水的能力，同時還設(shè)置了管道中壓力過高或過低的聲光報警，靈活的把3臺水泵的其中一臺當(dāng)作備用泵來用增加了應(yīng)付突發(fā)事件的能力。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別電子技術(shù)的快速發(fā)展，專門用于供水的控制器已經(jīng)問世，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO-I系列；等等。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用宏的新型變頻器。由于PID運算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對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。另外，PLC和變頻器與上位機相連，使用組態(tài)軟件可以對供水系統(tǒng)進行在線的監(jiān)控，自動報表等一些更為方便的操作，無線通信技術(shù)則可以對系統(tǒng)進行遠距離控制?？傊┧到y(tǒng)在以后的發(fā)展過程中，自動化控制的程度將會越來越高，越來越專一化。各種功能也會更加完善。參考文獻張桂香，馬全廣.電氣控制與PLC應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社2003年8月第一版陳少雄，趙霞.變頻器一PLC在供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用.南京工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院控制工程中心李勇偉.專用變頻器在恒壓供水裝置中的應(yīng)用.中國新型建材料工業(yè)杭州設(shè)計研究院周志敏.FR-500變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用.山東萊蕪鋼鐵集團公司動力部作者不詳.運用PID與變頻器實現(xiàn)恒壓供水控制方案.深圳市AMB科技有限公司楊紹胤，楊慶.供水系統(tǒng)自動控制.浙江省建筑設(shè)計研究院劃劉邦凱.變頻技術(shù)在城市供水中的應(yīng)用.長沙鐵道學(xué)院學(xué)報.2004-09謝辭這次畢業(yè)設(shè)計以及畢業(yè)論文能夠如期完成，僅靠我個人的努力是不夠的。感謝系領(lǐng)導(dǎo)給我們小組分了電腦，把系里的實驗室對畢業(yè)生開放，這對畢業(yè)論文的完成起到了決定性的作用。何延誠老師是我的指導(dǎo)教師，何老師在畢業(yè)設(shè)計開始之前就給我們講了與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的知識，告訴我們資料的搜索及保存；在畢業(yè)設(shè)計過程中，劉老師不定期組織小組成員一起探討并解答問題，不管有多忙只要聯(lián)系，劉老師都會擠出時間來給我們指導(dǎo);在畢業(yè)設(shè)計后期劉老師還要給我們的論文進行修改、指點。何老師的這種負(fù)責(zé)、盡職的精神給我的畢業(yè)論文的完成提供了強有力的保障。在這里，我忠心地向何延誠老師、系領(lǐng)導(dǎo)以及專家學(xué)者表示深深的謝意！:12141619232528333841(MCEB-(MCo)-.CT100-1K1400rCT101-1K30rKP-1Y9-4652465258646770748798TOC\o"1-5"\h\z|—[F0MV 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