1、9.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 9.2 變頻器及其控制 9.3 EM235的配置及應(yīng)用 9.4 PLC的PID控制 9.5 PLC控制的恒壓供水泵站實(shí)例 9.6 相關(guān)知識(shí)：數(shù)據(jù)處理類指令 習(xí)題,第9章 PLC在恒壓供水中的應(yīng)用,9.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 生產(chǎn)及生活都離不開水。但如果水源離用水場(chǎng)所較遠(yuǎn)，就需要管路的輸送。而將水送到較遠(yuǎn)或較高的地方，管路中是需要有一定水壓的，水壓高了，才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)得越快，產(chǎn)生的水壓越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法是建造水塔，水泵開著時(shí)將水打到水塔中，水泵休息時(shí)，借助水塔的水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對(duì)水塔的高度

2、來說很小，即水塔能維持供水管路中水壓的基本恒定。,但是，建造水塔需花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔來實(shí)現(xiàn)恒壓供水呢？當(dāng)然可以，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需做出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但今天實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)已變得很容易了，交流變頻器的誕生為水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電力電子設(shè)備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。,1. 恒壓供水泵站的組成恒壓供水泵

3、站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大。在用水量少時(shí)開一臺(tái)大電機(jī)會(huì)很浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足，而且水泵與電機(jī)都有維修的時(shí)侯，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。這也有兩種配置方案：一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這固然方便，電機(jī)與變頻器間不需切換，但購(gòu)買變頻器的費(fèi)用較高；另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。,圖9-1所示為恒壓供水泵站的構(gòu)成

4、示意圖。圖中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。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。,圖9-1 變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成,2. 調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中的主要功能調(diào)節(jié)器在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的主要功能如下：(1) 設(shè)定水管壓力的給定值。恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即為系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值。另外，有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不止一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些。調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能，可以以數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定，

5、也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。(2) 接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置的過程稱為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點(diǎn)。,(3) 根據(jù)給定值與實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器接收了水壓的實(shí)測(cè)反饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如給定值大于實(shí)測(cè)值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速；如水壓高于理想水壓，則要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調(diào)節(jié)，俗稱PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可

6、以由使用者設(shè)定的，PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成有數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微計(jì)算機(jī)為核心的調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。,調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般是模擬信號(hào)，即420 mA變化的電流信號(hào)或010 V間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。,3. PLC在恒壓供水泵站中的主要任務(wù)PLC在恒壓供水泵站中的主要任務(wù)如下：(1) 代替調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)水壓給定值和反饋值的綜合與調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字式PID調(diào)節(jié)。一只傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器往往只能實(shí)現(xiàn)一路PID設(shè)置，用PLC作調(diào)節(jié)器可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路PID設(shè)置。在多功能供水泵站的各類工況中PID參數(shù)可能不一樣

7、，使用PLC作數(shù)字式調(diào)節(jié)器十分方便。(2) 控制水泵的運(yùn)行與切換。在多泵組恒壓供水泵站中，為了使設(shè)備均勻地磨損，水泵及電機(jī)是輪換工作的。在設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵，主泵也是輪流擔(dān)任的。主泵在運(yùn)行達(dá)到最高頻率時(shí)，可增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。,(3) 變頻器的驅(qū)動(dòng)控制。恒壓供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采用PLC的模擬量控制模塊。該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來的模擬信號(hào)，輸出端送出經(jīng)給定值與反饋值比較并經(jīng)PID處理后得出的模擬量控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。(4) 泵站的其他邏輯控制。除了泵組的運(yùn)行管理

8、工作外，泵站還有許多邏輯控制工作，如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示，泵站工作異常的報(bào)警，系統(tǒng)的自檢等，這些都可以在PLC的控制程序中安排。,9.2 變頻器及其控制 交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國(guó)是50周每秒。交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 式中：n1為同步轉(zhuǎn)速，單位為r/min；f1為定子頻率，單位為Hz；p為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。,異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速式中，s為轉(zhuǎn)差率，一般小于3%，均與送入電機(jī)的電流頻率f成正比例或接近于正比例。因此，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行

9、速度，也即變頻對(duì)于交流電機(jī)的調(diào)速是十分合適的。,9.2.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)從頻率變換的形式來說，變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器，價(jià)格較高。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電，又稱間接式變頻器。市售通用變頻器多是交-直-交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)如圖9-2所示，它由主電路(包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器)和控制電路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下：(1) 整流器。電網(wǎng)側(cè)的變流器是整流器，它的作用是把三相(也可以是單相)交流整流為直流。,圖9-2

10、交-直-交變頻器的基本結(jié)構(gòu),(2) 中間直流環(huán)節(jié)(直流中間電路)。直流中間電路的作用是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行平滑，以保證逆變電路及控制電源得到質(zhì)量較高的直流電源。由于逆變器的負(fù)載多為異步電動(dòng)機(jī)，因而屬于感性負(fù)載。無論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)還是發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會(huì)為1，因此在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件(電容器或電抗器)來緩沖，所以又常稱直流中間環(huán)節(jié)為中間直流儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。,(3) 逆變器。負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。逆變器的主要作用是在控制電路的控制下將直流平滑輸出電路的直流電源轉(zhuǎn)換為頻率及電壓都可以任意調(diào)節(jié)的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻

11、器的輸出。(4) 控制電路。變頻器的控制電路包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓進(jìn)行控制及完成各種保護(hù)功能。控制電路是變頻器的核心部分，其性能的優(yōu)劣決定了變頻器的性能。,一般三相變頻器的整流電路由三相全波整流橋組成，直流中間電路的儲(chǔ)能元件在整流電路是電壓源時(shí)是大容量的電解電容，在整流電路是電流源時(shí)是大容量的電感。為了電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻及一些輔助電路。逆變電路最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用6個(gè)半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路。有規(guī)律地控制逆變器中主開關(guān)的通與斷，可以得到任意頻率的

12、三相交流輸出?，F(xiàn)代變頻器控制電路的核心器件是微型計(jì)算機(jī)，全數(shù)字化控制為變頻器的優(yōu)良性能提供了硬件保障。圖9-3所示為電壓型變頻器和電流型變頻器主電路的基本結(jié)構(gòu)。,圖9-3 變頻器主電路基本結(jié)構(gòu) (a) 電壓型變頻器主電路；(b) 電流型變頻器主電路,9.2.2 變頻器的分類及工作原理變頻器的工作原理與變頻器的工作方式有關(guān)。通用變頻器按工作方式分類如下：(1) U/f控制。U/f控制即電壓與頻率成比例變化控制，又稱恒壓頻比控制。由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動(dòng)機(jī)，出于電機(jī)磁場(chǎng)恒定的考慮，在變頻的同時(shí)都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)。U/f控制忽略了電機(jī)漏阻抗的作用，在低頻段的工作特性不理想。因此實(shí)際變頻器中常

13、采用E/f(恒電動(dòng)勢(shì)頻比)控制。采用U/f控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。,(2) 轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是在E/f控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。從電機(jī)的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度加上該速度下電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。更重要的是在E/f常數(shù)條件下，通過對(duì)轉(zhuǎn)差頻率的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。,(3) 矢量控制。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電機(jī)磁場(chǎng)電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別控制的啟發(fā)而設(shè)計(jì)的一種控制方式。矢量控制將交流電機(jī)的定子電流采用矢量分解的方法，計(jì)算出定子電流的磁場(chǎng)分量及轉(zhuǎn)矩分量并分別控

14、制，從而大大提高了變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度與性能。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。通用變頻器按工作方式分類的主要工程意義在于各類變頻器對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器適用于位能性負(fù)載。,9.2.3 變頻器的操作方式及使用和PLC一樣，變頻器是一種可編程的電氣設(shè)備。在變頻器接入電路工作前，要根據(jù)通用變頻器的實(shí)際應(yīng)用修定變頻器的功能碼(參數(shù))。功能碼一般有數(shù)十條甚至上百條，涉及調(diào)速操作端口指定、頻率變化范圍、力矩控制、系統(tǒng)保護(hù)等各個(gè)方面。功能碼在出廠時(shí)已按默認(rèn)值存儲(chǔ)。修訂是為了使變頻器的性能與實(shí)際工作任務(wù)更加匹配。變頻器與外界交

15、換信息的接口很多，除了主電路的輸入與輸出接線端外，控制電路還設(shè)有許多輸入/輸出端子，另有通信接口及一個(gè)操作面板，功能碼的修訂一般就通過操作面板完成。圖9-4為變頻器的操作面板，圖9-5為變頻器的接線圖。,圖9-4 通用變頻器的操作面板,變頻器的輸出頻率控制有以下四種方式。(1) 操作面板控制方式。這是通過操作面板上的按鈕手動(dòng)設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。具體操作方法又有兩種：一種是按面板上頻率上升或頻率下降的按鈕調(diào)節(jié)輸出頻率；另一種是通過直接設(shè)定頻率數(shù)值調(diào)節(jié)輸出頻率。(2) 外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式。變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能。各段頻率值通過功能碼設(shè)定，頻率段的選擇通過外部端子選擇。變

16、頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端，如圖9-5中的端子X1、X2、X3，它們的7種組合可選定7種工作頻率值。這些端子的接通組合可通過機(jī)外設(shè)備，如PLC控制實(shí)現(xiàn)。,圖9-5 通用變頻器的接線圖,(3) 外輸入端子模擬量頻率選擇操作方式。為了方便與輸出量為模擬電流或電壓的調(diào)節(jié)器、控制器的連接，變頻器還設(shè)有模擬量輸入端，如圖9-5中的C1端為電流輸入端，L1、L2、L3端為三相電壓輸入端。當(dāng)接在這些端口上的電流或電壓量在一定范圍內(nèi)平滑變化時(shí)，變頻器的輸出頻率也在一定范圍內(nèi)平滑變化。(4) 通信數(shù)字量操作方式。為了方便與網(wǎng)絡(luò)接口，變頻器一般都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)接口，都可以通過通信方式接收頻率變化指令。不少變頻器

17、生產(chǎn)廠家還為自己的變頻器與PLC通信設(shè)計(jì)了專用的協(xié)議，如西門子公司的uss協(xié)議即是MM400系列變頻器的專用通信協(xié)議(詳見10.6節(jié))。,9.3 EM235的配置及應(yīng)用 9.3.1 EM235的性能指標(biāo) 模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外所需的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換或單獨(dú)用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模/數(shù)及數(shù)/模轉(zhuǎn)換兩種功能的。以下介紹S7-200系列PLC的模擬量擴(kuò)展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。 1. EM235模擬量工作性能指標(biāo) 表9-1給出了EM235的輸入/輸出

18、技術(shù)規(guī)范。,為能適用各種規(guī)格的輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設(shè)計(jì)成可編程的，而轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量一般具有固定的長(zhǎng)度及格式。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流量或標(biāo)準(zhǔn)電壓量，以方便與其他控制設(shè)備接口。表9-1中，輸入、輸出信號(hào)范圍欄給出了EM235的輸入、輸出信號(hào)規(guī)格，以供選用。圖9-6中給出EM235的接線端子情況，從圖中可以看出輸入端子在圖的上方，4路端子可分別接入4路輸入。請(qǐng)注意，當(dāng)信號(hào)的類型(電流或電壓)不同時(shí)，接線方法也不一樣。輸出端子在圖的下方。輸出是電流量還是電壓量在接法上有區(qū)別。除了圖中所示輸入信號(hào)線及輸出信號(hào)線外，模塊與主機(jī)還通過總線電纜連接。,圖9-6 EM235

19、輸入/輸出端子接線圖,2. 變送器的選擇變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的直流電流或直流電壓信號(hào)，例如DC 010 V和DC 420 mA。變送器分為電流輸出型和電壓輸出型。電壓輸出型變送器具有恒壓源的性質(zhì)，PLC模擬量輸入模塊的電壓輸入端的輸入阻抗很高，例如100 k10 M。如果變送器距離PLC較遠(yuǎn)，則通過線路間的分布電容和分布電感產(chǎn)生的干擾信號(hào)電流，在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生較高的干擾電壓。例如1 A干擾電流在10 M輸入阻抗上將產(chǎn)生10 V的干擾電壓信號(hào)，所以遠(yuǎn)程傳送模擬量電壓信號(hào)時(shí)抗干擾能力很差。電流輸出型變送器具有恒流源的性質(zhì)，PLC模擬量輸入模塊輸入電流時(shí)，輸入阻

20、抗較小(例如250 )。線路上的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號(hào)適于遠(yuǎn)程傳送。,電流傳送比電壓傳送的距離遠(yuǎn)得多，S7-300/400的模擬量輸入模塊使用屏蔽電纜信號(hào)時(shí)允許的最大傳送距離為200 m。變送器分為二線制和四線制兩種。四線制變送器有兩根信號(hào)線和兩根電源線。二線制變送器只有兩根外部接線，它們既是電源線又是信號(hào)線，輸出420 mA的信號(hào)電流，直流24 V電源串接在回路中，有的二線制變送器通過隔離式安全柵供電。通過調(diào)試，在被檢測(cè)信號(hào)量程的下限時(shí)輸出電流為20 mA。二線制變送器的接線少，信號(hào)可以遠(yuǎn)傳，在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。,9.3.2 EM235的配置及

21、校準(zhǔn)1. EM235的配置模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號(hào)類型對(duì)模塊進(jìn)行的一些設(shè)定。校準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單地理解為儀器儀表使用前的調(diào)零及調(diào)滿度。配置及校準(zhǔn)操作位置見圖9-7。圖中可見增益和偏置調(diào)節(jié)使用的電位器及配置調(diào)節(jié)使用的6只開關(guān)。,圖9-7 EM235的校準(zhǔn)電位器及DIP開關(guān),開關(guān)狀態(tài)組合所對(duì)應(yīng)的輸入范圍及分辨率見表9-2，表中分為單極性輸入和雙極性輸入兩種情況。,開關(guān)SW1SW6的分類功能見表9-3。從表9-3中可知，開關(guān)SW1SW3用于衰減選擇，SW4、SW5用于增益選擇，SW6用于極性選擇。針對(duì)表9-2中的增益、衰減及量程可以看出，無論對(duì)于哪一種量程，寫入

22、單元中模擬量輸入字中滿度值對(duì)應(yīng)的模擬量的值是一樣的，即有下式：滿量程輸入衰減增益=模擬量輸入字中數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的模擬量實(shí)際值經(jīng)計(jì)算，這個(gè)值的絕對(duì)值為4 V。,2EM235的校準(zhǔn)EM235校準(zhǔn)輸入的步驟如下：(1) 切斷模塊電源，使用配置開關(guān)選擇需要的輸入范圍。(2) 接通CPU各模塊電源，并穩(wěn)定15 min。(3) 用一個(gè)傳感器、一個(gè)電壓源或一個(gè)電流源，將零值信號(hào)加到一個(gè)輸入端。(4) 讀出CPU中的測(cè)量值。(5) 調(diào)節(jié)偏置電位器，使讀數(shù)為零或?yàn)橐粋€(gè)所需要的數(shù)據(jù)值。(6) 將一個(gè)滿刻度信號(hào)接入某個(gè)輸入端，讀取CPU的值。(7) 調(diào)節(jié)增益電位器，直到CPU的讀數(shù)為32 000或所需要的數(shù)據(jù)值。必要時(shí)

23、，重復(fù)偏置及增益的校準(zhǔn)過程。,3. 輸入/輸出數(shù)據(jù)字格式EM235工作時(shí)，將輸入模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。圖9-8為輸入數(shù)據(jù)字格式。最高有效位為符號(hào)位，0表示正值。模擬量的數(shù)字轉(zhuǎn)換值為12位數(shù)是左對(duì)齊。單極性格式中，右端3個(gè)連續(xù)的0使得模/數(shù)轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)值每變化一個(gè)單位，數(shù)據(jù)字則以8為單位變化。在雙極性格式中，右端4個(gè)連續(xù)的0使得模/數(shù)轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)值每變化一個(gè)單位，數(shù)據(jù)字則以16為單位變化。,圖9-8 EM235輸入數(shù)據(jù)字格式,圖9-9為輸出數(shù)據(jù)字格式。模塊的數(shù)字量至模擬量轉(zhuǎn)換器的12位讀數(shù)在其輸出數(shù)據(jù)格式中是左對(duì)齊的。最高有效位為符號(hào)位，0表示正值，數(shù)據(jù)在裝載到轉(zhuǎn)換器的寄存器之前，4個(gè)連續(xù)的零是被截?cái)?/p>

24、的，對(duì)輸出信號(hào)值不產(chǎn)生影響。,圖9-9 EM235輸出數(shù)據(jù)字格式,9.3.3 EM235的安裝使用1. EM235的安裝使用過程EM235安裝使用的一般過程如下：(1) 根據(jù)輸入信號(hào)的類型及變化范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的配置工作。必要時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。(2) 完成硬件的接線工作。根據(jù)輸入、輸出信號(hào)的類型不同，采用不同的接入方式。為防止空置端對(duì)接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能地短，且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，以保證24 V DC傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。,(3) 確定模塊裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號(hào)。S7-200擴(kuò)展單元安裝時(shí)在主機(jī)的右邊依次排列，并從模塊0

25、開始編號(hào)。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機(jī)上的擴(kuò)展總線插口。擴(kuò)展模塊的編址方法詳見3.3.2節(jié)。(4) 為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理以及為了輸出需要在模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，要在主機(jī)中安排一定的存儲(chǔ)單元。一般使用模擬量輸入AIW單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量，使用模擬量輸出AQW單元安排待送入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量，而在主機(jī)的變量存儲(chǔ)區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。,2. EM235的工作程序編制EM235的工作程序編制一般包含以下內(nèi)容：(1) 設(shè)置初始化子程序。在該子程序中完成采樣次數(shù)(定時(shí)器中斷)的預(yù)置及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準(zhǔn)備。

26、(2) 設(shè)置模塊檢測(cè)子程序。該子程序檢查模塊的連接正確性及模塊工作的正確性。(3) 設(shè)置子程序以完成采樣及相關(guān)的計(jì)算工作。(4) 工程所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。(5) 處理后模擬量的輸出工作。為了保證模塊能達(dá)到表9-1所列的技術(shù)參數(shù)，應(yīng)在軟件中使用輸入濾波器(軟件濾波)，且在計(jì)算平均值時(shí)選擇64次或更多的采樣次數(shù)。,9.4 PLC的PID控制 9.4.1 PID參數(shù)及其整定 1. PID計(jì)算關(guān)系式 比例、積分、微分調(diào)節(jié)(即PID調(diào)節(jié))是閉環(huán)模擬量控制中的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律。它在改善控制系統(tǒng)品質(zhì)，保證系統(tǒng)偏差e給定值(SP)與過程變量(PV)的差達(dá)到預(yù)定指標(biāo)，使系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)方面具有良好的效果

27、。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。PID調(diào)節(jié)控制的原理基于下面的方程式，它描述了輸出M(t)作為比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)的函數(shù)關(guān)系。,即輸出=比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+初始值+微分項(xiàng)式中：M(t)PID回路的輸出，是時(shí)間的函數(shù)；KcPID回路的增益，也叫比例常數(shù)；e回路的誤差(給定值與過程變量之差)；MinitialPID回路輸出的初始值；Ti積分時(shí)間常數(shù)；Td微分時(shí)間常數(shù)。,只有系統(tǒng)為負(fù)反饋時(shí)，誤差e才等于給定值減去反饋值，因此應(yīng)保證系統(tǒng)為負(fù)反饋。當(dāng)然，在可編程控制器中對(duì)關(guān)系式進(jìn)行運(yùn)算還需進(jìn)行許多處理，詳細(xì)內(nèi)容此處不再討論。近年來許多PLC廠商在自己的產(chǎn)品中增加了PID指

28、令，以完成一些工業(yè)控制中的PID調(diào)節(jié)。,2. 各參數(shù)的作用PID控制器除了上述Kc、Ti、Td三個(gè)參數(shù)外，還有采樣周期Ts，其作用如下：(1) 比例部分與誤差信號(hào)在時(shí)間上是一致的，即與現(xiàn)在有關(guān)，只要誤差一出現(xiàn)，比例部分就能及時(shí)地產(chǎn)生與誤差成正比例的調(diào)節(jié)作用，具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)。Kc越大，比例調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度越高，但過大會(huì)使系統(tǒng)的輸出量振蕩加劇，穩(wěn)定性降低。(2) 積分部分與誤差的大小和歷史有關(guān)，即與過去有關(guān)，只要誤差不為零，積分就一直起作用，直到誤差消失，無靜差。因此積分部分可以消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。Ti越大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性可能有所改善，但積分動(dòng)作越緩慢，消除穩(wěn)態(tài)誤差的速度減慢

29、。,(3) 微分部分反映了被控量變化的趨勢(shì)(誤差變化速度)，即與將來有關(guān)，較比例調(diào)節(jié)更為及時(shí)，具有超前和預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。Td增大，超調(diào)量減小，動(dòng)態(tài)性能得到改善，但系統(tǒng)抑制高頻干擾的能力下降。(4) 采樣周期Ts應(yīng)能及時(shí)反映模擬量的變化，遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上升時(shí)間。Ts越小越能及時(shí)反映模擬量的變化，但會(huì)增加CPU的運(yùn)算工作量，相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有變化，意義不大，所以不宜將Ts取得過小。表9-4給出了過程控制中采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。,以上四個(gè)參數(shù)都需要整定，這對(duì)控制效果的影響非常大，也會(huì)極大地影響調(diào)試過程。,3. PID整定控制面板S7-200的V4.0版編程軟件中的PID整定控制面

30、板用圖形方式監(jiān)視PID回路，啟動(dòng)或消除自整定過程，設(shè)置自整定的參數(shù)，并將推薦的整定值或用戶設(shè)置的整定值應(yīng)用到實(shí)際控制中。監(jiān)控時(shí)能給出自整定過程中PID控制器的設(shè)定值SP、輸出MV和過程變量PV的變化情況。使用控制面板時(shí)，首先應(yīng)將至少一個(gè)PID回路的用戶程序下載到CPU，軟件必須與S7-200通信。為了顯示PID回路的操作，該P(yáng)LC必須處于運(yùn)行模式。執(zhí)行“工具“PID調(diào)節(jié)控制面板”命令，將會(huì)打開PID整定控制面板，觀察到設(shè)定值SP、輸出MV和過程變量PV的變化曲線及當(dāng)前的數(shù)值。,“當(dāng)前值”區(qū)域顯示了設(shè)定值、采樣時(shí)間、增益、微分時(shí)間的數(shù)值?？刂破鞯妮敵鲋涤脦?shù)字值的水平條形圖來表示。“當(dāng)前值”區(qū)域

31、右邊的圖形顯示區(qū)用不同的顏色顯示了設(shè)定值、過程變量和輸出量相對(duì)于時(shí)間的曲線。左側(cè)縱軸的刻度是用百分比表示的各變量的相對(duì)值，右側(cè)縱軸的刻度是PID輸出和過程變量的實(shí)際值。屏幕的左下方是整定參數(shù)區(qū)，在這一區(qū)域中可以顯示和修改?？梢酝ㄟ^單選按鈕選擇顯示參數(shù)的當(dāng)前值、手動(dòng)值或建議值三者之一。如果要修改整定參數(shù)，應(yīng)選擇“手動(dòng)”。,點(diǎn)擊“更新PLC”按鈕，將顯示的增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間送入被PLC監(jiān)視的PID回路中?？梢杂谩伴_始自動(dòng)調(diào)諧”按鈕來啟動(dòng)自整定序列。一旦啟動(dòng)了自整定按鈕，“開始自動(dòng)調(diào)諧”按鈕將變成“停止自動(dòng)調(diào)諧”按鈕。圖形顯示下方的“當(dāng)前PID”選擇框用下拉式菜單可以選擇希望在控制面板中監(jiān)視的

32、PID回路。在“抽樣率(秒/樣本)”區(qū)，可以選擇圖形顯示的采樣時(shí)間間隔(1480 s)，用“設(shè)置時(shí)間”按鈕來使修改后的抽樣率生效。可以用“暫?！卑粹o凍結(jié)和恢復(fù)曲線圖的顯示。在圖形區(qū)單擊鼠標(biāo)右鍵，然后執(zhí)行“clear”命令，可以清除圖形。圖形區(qū)的右下側(cè)是圖例，標(biāo)出了設(shè)定值、過程變量和輸出量曲線的顏色。,點(diǎn)擊“調(diào)諧參數(shù)(分鐘)”區(qū)內(nèi)的“高級(jí).”按鈕，在彈出的對(duì)話框中可以選擇是否自動(dòng)計(jì)算滯后值和偏移量，為了盡量減少自整定過程對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，用戶也可以自己設(shè)置滯后值和偏移量。在“其他選項(xiàng)”區(qū)，可以指定初始輸出階躍值和過零看門狗超時(shí)時(shí)間?！皠?dòng)態(tài)應(yīng)答選項(xiàng)”區(qū)中的單選框可以用來選擇響應(yīng)的類型?？焖夙憫?yīng)可能

33、產(chǎn)生超調(diào)，對(duì)應(yīng)于欠阻尼整定狀態(tài)；中速響應(yīng)可能處于超調(diào)的邊沿，對(duì)應(yīng)于臨界阻尼整定狀態(tài)；慢速響應(yīng)和極慢速響應(yīng)可能沒有超調(diào)，分別對(duì)應(yīng)于過阻尼和嚴(yán)重過阻尼整定狀態(tài)。設(shè)置好參數(shù)后，單擊“確認(rèn)”按鈕，返回PID整定控制面板的主屏幕。在完成自整定序列，且已將建議的整定參數(shù)傳送至PLC后，可以用控制面板來監(jiān)視回路對(duì)階躍變化的設(shè)定值的響應(yīng)。,9.4.2 PID指令1. 指令形式西門子S7-200系列PLC的PID回路指令如表9-5所示。PID指令的兩個(gè)參數(shù)中，第一個(gè)是LOOP，為回路號(hào)，取值07，表示在一個(gè)程序中最多可設(shè)8個(gè)PID調(diào)節(jié)回路，也就是只能用8次PID指令；第二個(gè)參數(shù)是TABLE，為參數(shù)表或稱回路表，

34、TABLE用回路表的起始地址表示。該表是存儲(chǔ)PID參數(shù)的相關(guān)單元，內(nèi)容如表9-6所示。表中包含9個(gè)參數(shù)，用來控制和監(jiān)視PID運(yùn)算。這些參數(shù)分別是過程變量當(dāng)前值(PVn)、過程變量前值(PVn1)、給定值(SPn)、輸出值(Mn)、增益(Kc)、采樣時(shí)間(Ts)、積分時(shí)間(Ti)、微分時(shí)間(Td)和積分項(xiàng)前值(MX)。,為了讓PID運(yùn)算以預(yù)想的采樣頻率工作，PID指令必須用在定時(shí)發(fā)生的中斷程序中，或者在主程序中被定時(shí)器控制以一定頻率執(zhí)行。采樣時(shí)間也必須通過回路表輸入到PID運(yùn)算中。PID指令利用回路表的信息完成PID運(yùn)算。,2. 回路輸入量的轉(zhuǎn)換及歸一化給定值和過程變量都是實(shí)際的工程量，其幅度、

35、范圍及測(cè)量單位都會(huì)不同，用PLC完成PID運(yùn)算時(shí)，要把實(shí)際的測(cè)量輸入量、設(shè)定值和回路表中的其他輸入?yún)?shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即用程序?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)化為PLC能夠識(shí)別及處理的數(shù)據(jù)，也即把它們轉(zhuǎn)化為無量綱的歸一化純量，采用浮點(diǎn)數(shù)形式。轉(zhuǎn)換的第一步是把16位整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值。下面的指令序列提供了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的方法(設(shè)采集數(shù)據(jù)通道地址為AIW0)：ITD AIW0，AC0/將輸入值轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)DTR AC0，AC0/將32位雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù),轉(zhuǎn)換的下一步是把實(shí)數(shù)進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化為0.01.0之間的數(shù)。下面的算式可以用來標(biāo)準(zhǔn)化給定值或過程變量：式中：Rnorm工程實(shí)際值的歸一化值；Rraw工程實(shí)際值的實(shí)數(shù)形式值

36、，未歸一化處理；Offset調(diào)整值。標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)又分為單極性(以0.0為起點(diǎn)在0.0和1.0之間變化)和雙極性(圍繞0.5上下變化)兩種。對(duì)于單極性O(shè)ffset為0.0，對(duì)于雙極性O(shè)ffset為0.5；Span值域大小，可能的最大值減去可能的最小值，單極性為32 000(典型值)，雙極性為64 000(典型值)。,下面的指令把雙極性實(shí)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化為0.01.0之間的實(shí)數(shù)，通常用在第一步轉(zhuǎn)換之后：/R 64000，AC0 /累加器中的標(biāo)準(zhǔn)化值+R 0.5，AC0 /加上偏置，使其在0.01.0之間MOVR AC0，VD100/標(biāo)準(zhǔn)化的值存入回路表, 設(shè)TABLE表地址為VB100,3. 回路輸出轉(zhuǎn)換成

37、按工程量標(biāo)定的整數(shù)值回路輸出值一般是控制變量，也是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)運(yùn)行的結(jié)果。這一結(jié)果同樣也要用程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為相應(yīng)的16位整數(shù)，然后周期性地傳送到AQW中輸出，用以驅(qū)動(dòng)模擬量的負(fù)載(范圍)。此過程是給定值或過程變量的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換的逆過程。該過程的第一步把回路輸出轉(zhuǎn)換成按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)值，公式如下：Rscal=(MnOffset)Span式中：Rscal按工程量標(biāo)定的實(shí)數(shù)格式的回路輸出；Mn回路輸出的歸一化實(shí)數(shù)值；Offset及Span的定義與前述相同。,該過程可以用下面的指令序列完成：MOVR VD208，AC0/把回路輸出值移入累加器，設(shè)TABLE表地址為VB200R 0.5，AC0/雙極性場(chǎng)

38、合時(shí)減去0.5*R 64000，AC0/將AC0中的值按工程量標(biāo)定下一步是把回路輸出的刻度轉(zhuǎn)換成16位整數(shù)，可通過下面的指令序列來完成：ROUND AC0，AC0/把實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為32位整數(shù)DTI AC0，LW0/把32位整數(shù)轉(zhuǎn)換為16位整數(shù)MOVW LW0，AQW0/把16位整數(shù)寫入模擬輸出寄存器,4. PID回路類型的選擇在許多控制系統(tǒng)中，只需要一種或兩種回路控制類型。例如只需要比例回路或比例積分回路。通過設(shè)置常量參數(shù)，可選用想要的回路控制類型。如果不想要積分回路，可以把積分時(shí)間設(shè)為無窮大。即使沒有積分作用，積分項(xiàng)還是不為0，因?yàn)橛谐踔礛X，但積分作用可以忽略。如果不想要微分回路，可以把微分時(shí)

39、間設(shè)為0。如果不想要比例回路，但需要積分或微分回路，可以把增益設(shè)為0，系統(tǒng)會(huì)在計(jì)算積分項(xiàng)和微分項(xiàng)時(shí)，把增益當(dāng)作1看待。,5. 正作用或反作用回路如果增益為正，那么該回路為正作用回路；如果增益為負(fù)，那么該回路為反作用回路。對(duì)于增益為0的積分或微分控制來說，如果指定積分時(shí)間、微分時(shí)間為正，就是正作用回路，指定為負(fù)，則為反作用回路。,6. PID指令向?qū)У膽?yīng)用點(diǎn)擊編程軟件指令樹中的“向?qū)ID”圖標(biāo)，或執(zhí)行菜單命令“工具”“指令向?qū)А?，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，設(shè)置PID回路的編號(hào)、設(shè)定值的范圍、增益、采樣周期、積分時(shí)間、微分時(shí)間、輸入/輸出量是單極性還是雙極性，以及它們的變化范圍。還可以設(shè)置是否使用報(bào)警功

40、能以及占用的V存儲(chǔ)區(qū)地址。完成了向?qū)е械脑O(shè)置工作后，將會(huì)自動(dòng)生成子程序PIDx_INIT(x=07)和中斷程序PID_EXE。,9.5 PLC控制的恒壓供水泵站實(shí)例 本節(jié)介紹一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無塔供水的實(shí)例。如圖9-10所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，就自動(dòng)往水池注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為高/低水位報(bào)警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火

41、災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，維持消防用水的高恒壓值。火災(zāi)結(jié)束后，三臺(tái)泵再改為生活供水使用。,圖9-10 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖,對(duì)三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：(1) 生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)高恒壓值運(yùn)行。(2) 三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。(3) 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h，則要切換下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。(4) 三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能，要有完善的報(bào)警功能。(5) 對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。,

42、9.5.1 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配根據(jù)圖9-10及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如表9-7所示。水位上下限信號(hào)分別為I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎]時(shí)為0，露出時(shí)為1。,9.5.2 PLC系統(tǒng)選型從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)、模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。如果選用CPU224PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用CPU226PLC，則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPU222(8入/6繼電器輸出)一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222(8繼電器輸出)，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM23

43、5(4AI/1AQ)。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖9-11所示。,圖9-11 恒壓供水PLC系統(tǒng)組成,9.5.3 電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線圖。1. 主電路圖圖9-12所示為電控系統(tǒng)主電路。三臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行。FR1、FR2、FR3分別為三臺(tái)電機(jī)過載用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為三臺(tái)泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；VVVF為通用變頻器。,圖9-12 電控

44、系統(tǒng)主電路,2. 控制電路圖圖9-13所示為電控系統(tǒng)控制電路圖，圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)，打在2的位置為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1SB8控制三臺(tái)泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。圖中HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于PLC的4個(gè)輸出點(diǎn)為一組且共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，因此通過一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)頻控制。圖9-13中的Q0.0Q0.5及Q1.0Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào)，

45、可結(jié)合圖9-12一起讀圖。,圖9-13 電控系統(tǒng)控制電路,3. PLC外圍接線圖圖9-14所示為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)SAI被觸動(dòng)，I0.0為1。本例忽略了以下因素：(1) 直流電源的容量。(2) 電源方面的抗干擾措施。(3) 輸出方面的保護(hù)措施。(4) 系統(tǒng)保護(hù)措施。,圖9-14 恒壓供水控制系統(tǒng)PLC及擴(kuò)展模塊的外圍接線,9.5.4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對(duì)泵站的軟件設(shè)計(jì)分析如下：1. 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理前邊已經(jīng)說過，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要提高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵工作不

46、能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)第二臺(tái)泵或第三臺(tái)泵。判斷是否啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限的情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。,2. 多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。在本例中，控制要求中規(guī)定任一臺(tái)泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過3小時(shí)，因此每次需啟動(dòng)新泵或切換變頻泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟

47、動(dòng)。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號(hào)加1的方法實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制(3再加1等于零)，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。,3. 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)由于PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能較多，模擬量單元及PID調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，因此本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序中。生活及消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中

48、設(shè)定的。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。在本系統(tǒng)PID中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過工程計(jì)算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益和時(shí)間常數(shù)為：,增益Kc=0.25；采樣時(shí)間Ts=0.2 s；積分時(shí)間Ti=30 min。程序中使用的PLC元件及其功能如表9-8所示。,雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序及程序注釋如下。因?yàn)槌绦蜉^長(zhǎng)，所以讀圖時(shí)請(qǐng)按網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的順序進(jìn)行。程序注釋：雙恒壓供水Network 1 /上電初始化，調(diào)初始化子程序LD SM0.0CALL SBR0Network 2 /消防/生活壓力給定LD I

49、0.0MOVR 0.9， VD104NOTMOVR 0.7， VD104,Network 3 /故障結(jié)束時(shí)重新激活LD SM0.1O M0.0INCB VB300Network 4 /增泵、濾波LD I0.0AD= VD250， VD212LDN I0.0AD= VD250， VD208OLDAN M0.1TON T37， 50,Network 5 /工頻泵加1LD T37AB= VB301， 1EU= M0.1INCB VB301Network 6 /減泵、濾波LDD= VD250， 1800AN M0.2TON T38， 100,Network 7 /工頻泵減1LD T38AB VB301

50、， 0EU= M0.2INCB VB301Network 8 /增泵或倒泵時(shí)置位LD M0.1O M0.3S M2.0， 1,Network 9 /復(fù)位變頻器頻率，準(zhǔn)備軟啟動(dòng)LD M2.0TON T33， 1= Q1.5Network 10 /關(guān)斷當(dāng)前變頻泵LD T33EU= M0.4,Network 11 /變頻泵號(hào)加1LD M0.4S M2.1， 1INCB VB300Network 12 LD M2.1TON T34， 2,Network 13 /產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)LD T34EU= M0.5R M2.1， 1Network 14 LD M0.5S M2.2， 1,Network

51、 17 /變頻泵號(hào)轉(zhuǎn)移LDB VB300， 3MOVB 1， VB300Network 18 /計(jì)時(shí)LDB= VB301， 0A SM0.4EUINCD VD310,Network 19 /3 h到，倒泵LDD= VD310， 180EU= M0.3MOVD 0， VD310Network 20 /有工頻泵運(yùn)行時(shí)，復(fù)位VD310LDB VB301， 0MOVD +0， VD310,Network 21 / 1號(hào)泵變頻運(yùn)行邏輯LD SM0.1O M0.0O M0.6AB= VB300， 1O Q0.1AN M3.0AN M0.4AN Q0.0= Q0.1,Network 22 /2號(hào)泵變頻運(yùn)行邏

52、輯LD M0.6AB= VB300， 2O Q0.3AN M3.0AN M0.4AN Q0.2= Q0.3,Network 23 /3號(hào)泵變頻運(yùn)行邏輯LD M0.6AB= VB300， 2O Q0.5AN M0.3AN M0.4AN Q0.4= Q0.5,Network 24 /1號(hào)泵工頻運(yùn)行邏輯LD M0.5O Q0.0LDB= VB300， 2AB VB301， 0LDB= VB300， 3AB VB301， 1OLDALDAN Q0.1= Q0.0,Network 25 /2號(hào)泵工頻運(yùn)行邏輯LD M0.5O Q0.2LDB= VB300， 3AB VB301， 0LDB= VB300，

53、1AB VB301， 1OLDALDAN Q0.3= Q0.2,Network 26 /3號(hào)泵工頻運(yùn)行邏輯LD M0.5O Q0.4LDB= VB300， 1AB VB301， 0LDB= VB300， 2AB VB301， 1OLDALDAN Q0.5= Q0.4,Network 27 /發(fā)生火災(zāi)時(shí)，打開YV2閥LD I0.0= Q1.0Network 28 /水池低水位處理LD I0.1O M3.1A I0.2= M3.1,Network 29 /水池水位下限信號(hào)燈LD SM0.5O M3.2A M3.1O I0.5= Q1.1Network 30 LD SM0.5O M3.3A I0.3

54、O I0.5= Q1.2,Network 31 LD SM0.5O M3.3A I0.0O I0.5= Q1.3Network 32 LD I0.4O M3.2A M3.1= M3.2,Network 33 LD I0.4O M3.3A I0.3= M3.3Network 34 LD I0.4O M3.4A I0.0= M3.4,Network 35 LD M3.1AN M3.2LD I0.3AN M3.3OLDLD I0.0AN M3.4OLDO I0.5= Q1.4,Network 36 LD M3.1O I0.3= M3.0MOVB 0， VB300MOVB 0， VB301ED= M0

55、.0,初始化子程序：Network 1 LD SM0.0MOVD +1800， VD204MOVD 22400， VD208MOVD 28800， VD212MOVR 0.25， VD112MOVR 0.2， VD116MOVR 30.0， VD120MOVR 0.0， VD124MOVR 20.0， SMD34ATCH INT1， 10,Network 1 / PID中斷子程序LD SM0.0ITD AIW0， AC0DTR AC0， AC0/R 32000.0， AC0MOVR AC0， VD100PID VB100， 0MOVR VD108， AC0MOVR VD108， AC0*R 3

56、2000.0， AC0,Network 2 LDR T39， 25MOVD AC0， AC0Network 3 LD SM0.0ROUND AC0， AC0MOVD AC0， VD250DTI AC0， AC0MOVW AC0， AQW0END_INTERRUPT_BLOCK,9.6 相關(guān)知識(shí)：數(shù)據(jù)處理類指令 9.6.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令如表9-9所示。,1. BCD碼與整數(shù)的轉(zhuǎn)換BCDI指令將輸入的BCD碼(IN)轉(zhuǎn)換成整數(shù)，并將結(jié)果送入OUT指定的變量中。輸入IN的范圍是BCD碼09999。IBCD指令將輸入的整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換為BCD碼，并將結(jié)果送入OUT指定的變量中。IN的范圍

57、是整數(shù)09999。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM1.6(BCD錯(cuò)誤)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。這些指令影響SM1.6(非法BCD)。,2. 雙字整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)DTR(DI_R)指令將32位有符號(hào)整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成32位實(shí)數(shù)，并將結(jié)果送入OUT指定的變量中。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。3. 四舍五入取整指令ROUND指令將實(shí)數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成雙字整數(shù)后送入OUT指定的變量中。如果小數(shù)部分大于等于0.5，則整數(shù)部分加1。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM1.1(溢出)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。該指令影響SM1.1(溢出)。

58、,4. 截位取整指令TRUNC指令將32位實(shí)數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成32位帶符號(hào)整數(shù)后送入OUT指定的變量中。只有實(shí)數(shù)的整數(shù)部分被轉(zhuǎn)換，小數(shù)部分被舍去。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM1.1(溢出)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。該指令影響SM1.1(溢出)。,5. 整數(shù)與雙整數(shù)的轉(zhuǎn)換DTI(DI_I)指令將雙整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成整數(shù)后送入OUT指定的變量中。如果要轉(zhuǎn)換的數(shù)值過大，輸出無法表示，則置溢出位SM1.1為1，輸出不受影響。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM1.1(溢出)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。整數(shù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)指令I(lǐng)TD(I_DI)將整數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)后送入

59、OUT指定的變量中，符號(hào)被擴(kuò)展。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。這兩條指令影響特殊存儲(chǔ)器位SM1.1(溢出)。,6. 字節(jié)與整數(shù)的轉(zhuǎn)換指令BTI(B_I)指令將字節(jié)數(shù)(IN)轉(zhuǎn)換成整數(shù)，并將結(jié)果存入OUT指定的變量中。因?yàn)樽止?jié)是無符號(hào)的，所以沒有擴(kuò)展符號(hào)。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。整數(shù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)指令I(lǐng)TB(I_B)將字(IN)轉(zhuǎn)換成字節(jié)后存入OUT指定的變量中。輸入數(shù)為0255，其他數(shù)值將會(huì)產(chǎn)生溢出，但輸出不受影響。使ENO=0的錯(cuò)誤條件：0006(間接地址)，SM1.1(溢出)，SM4.3(運(yùn)行時(shí)間)。這些指令影響SM1.1(溢出位)。,【例9-1】 將英寸轉(zhuǎn)換為厘米。LDI0.0ITDC10，AC1/將計(jì)數(shù)器值(10lin)裝入AC1DTRAC1，VD0/轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)101.0MOVRVD0，VD8*RVD4，VD8/乘以2.54，轉(zhuǎn)換為256.54 cmROUNDVD8，VD12/再轉(zhuǎn)換為整數(shù)257,7