基于plc的恒壓變頻供水系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-資料下載頁

【導(dǎo)讀】近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1990年到。由于每天不同時(shí)段用水對(duì)供水壓力的要求變化較大，僅僅?？抗┧畯S值班人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工手動(dòng)調(diào)節(jié)很難及時(shí)有效的達(dá)到目的。能源而且存在事故隱患。機(jī)運(yùn)行時(shí)間、耗電量等都是由值班人員定時(shí)記錄。民生活用水和工業(yè)用水量大幅度上升。經(jīng)過改造和擴(kuò)建，供水廠目前的日供水能。用水所占的比例比較大，用水量的需求具有時(shí)變性。在用水高峰期時(shí)，清水池的。水位達(dá)不到要求高度,管網(wǎng)壓力達(dá)不到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力，造成高層建筑斷水。年報(bào)表的統(tǒng)計(jì)匯總等工作。提高水廠的業(yè)務(wù)管理水平，這為現(xiàn)在化的恒壓供水控制廣泛應(yīng)用提供了條件。系統(tǒng)將PID調(diào)節(jié)、PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有。變頻器為主體構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)不僅能夠最大。通過工控機(jī)和PLC連接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測控制。的自感電動(dòng)勢現(xiàn)象，各種連鎖保護(hù)及報(bào)警、應(yīng)急措施。2．變頻恒壓供水系統(tǒng)的理論原理硬件設(shè)計(jì)。主要介紹由PLC和變頻器控制

　　

【正文】 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)小機(jī)的額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。 變頻器主電路電源輸入端子（ R、 S、 T）經(jīng)過空氣開關(guān) 與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子 （ U、 V、 W）經(jīng)接觸器 接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子（ U、 V、 W）的任意兩相。特別是對(duì)于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否則在變頻 /工頻的切換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子 FWD(REV)來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。 軟件設(shè)計(jì) KM KM KM5 是分別控制 M M M3 變頻運(yùn)行， KM KM KM6是分別控制 M M M3 工頻運(yùn)行， KM7 控制變頻器工作， KA 為自來水閥門電磁閥。 SA SA SA3 分別為 M M M3 的停止開關(guān)， SA SA SA6 分別為 M M M3 的手動(dòng)起停開關(guān)。 SL為水位下限開關(guān)， SH 為水位上限開關(guān)。 FRFR FR3 分別為 M M M3 過載保護(hù)， FA 為變頻器保護(hù)，使系統(tǒng)停止工作。 PLC 子程序設(shè)計(jì)共包括四個(gè)子程序，分別是模擬量初始化子程序、模擬量數(shù)據(jù)處理子程序、自由通信初始化子程序、自由數(shù)據(jù)通信子程序。 模擬量初始化子程序是將 模擬量（管網(wǎng)壓力、電機(jī)頻率）數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。模擬量數(shù)據(jù)處理子程序是采集管網(wǎng)壓力信號(hào)和電機(jī)頻率信號(hào)，并進(jìn)行平均值處理。 自由通信初始化子程序主要是完成通信端口的設(shè)置，自由通信設(shè)置主要是通過特殊標(biāo)志寄存器（ SM）來完成的。如用 SM30 來設(shè)置端口號(hào)，用 SM86～ SM95來設(shè)置通信傳輸數(shù)據(jù)格式、傳輸信息字節(jié)長度、信號(hào)傳輸空閑時(shí)間、起止標(biāo)志符等等。自由數(shù)據(jù)通信子程序設(shè)計(jì)就是要求把當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、水池水位、電機(jī)頻率一起傳輸給自由通信口。在程序設(shè)計(jì)中，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是依據(jù)輸出繼電器 (Q)的狀態(tài)來確定的；由于管網(wǎng)壓力和電機(jī)頻率接入 EM235 模塊時(shí)自動(dòng)完成 A/D轉(zhuǎn)換，因此管網(wǎng)壓力和電機(jī)頻率都是以數(shù)字量傳輸給自由通信口的。 24 編程中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問題 1． 變頻運(yùn)行時(shí)，變頻接觸器接通 FWD—CM 端子閉合 —BX—CM 端子斷開。 2． 一機(jī)變頻工頻切換，另一機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器端子的開啟情況如下：BX—CM 端子閉合 —FWD—CM 端子斷開 —斷開變頻接觸器 —閉合工頻接觸器 —另一機(jī)變頻接觸器閉合 —BX—CM 端子斷開 —FWD—CM 端子閉合。 3．停機(jī)時(shí)， BX—CM 端子閉合， FWD—CM 端子斷開，變頻工頻接觸器斷開即可。 4．從上三點(diǎn)可以得出： FWD 端子主要是電機(jī)正轉(zhuǎn)、停止指令的輸入端，當(dāng)FWD—CM 之間接通，正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，斷開后減速停止； BX 端子是自由運(yùn)轉(zhuǎn)指令輸入端， BX—CM 之間接通，立即切斷變頻器輸出，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后停止，不輸出報(bào)警信號(hào)； CM 端子是接地輸入信號(hào)公用端。 5． 變頻恒水位供水系統(tǒng)高速范圍的確定：水泵調(diào)速具有一定的范圍，不同水泵的調(diào)速范圍由水泵本身的特性和用戶所需的揚(yáng)程或壓力決定，當(dāng)選定某型號(hào)的水泵時(shí)，可確定此泵的最大調(diào)速范圍，再根據(jù)用戶的揚(yáng)程或壓力確定具體低調(diào)頻范圍，一 般情況下，其頻率變化在 40HZ 以上（一般不低于 45HZ），也就是說轉(zhuǎn)速下降在 20%以內(nèi)，在此范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率在 50%—100%范圍內(nèi)變化，電動(dòng)機(jī)的效率都在高效區(qū)。為此，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)及選擇水泵時(shí)，應(yīng)盡量選擇 Q—H特性曲線較陡型水泵，并在設(shè)備調(diào)試時(shí)，恒壓線盡量靠近水泵 Q—H 特性曲線高效區(qū)的下半?yún)^(qū)。 6． 電機(jī)頻率 f 值一般在 45～ 50HZ，其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制范圍是： 32700～ 29500。管網(wǎng)壓力 P～ 般在 ～ ，其對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制范圍是： 17450～ 17200。相位比較值為 300。電機(jī)頻率 f、管網(wǎng) 壓力 P、相位比較是否相同值在 EM235 接口上，其接口地址為 AIW0、 AIW AIW6。 7． 定時(shí)器時(shí)間的確定 定時(shí)器一般有三個(gè)精度等級(jí)： 1 毫秒、 10 毫秒、 100毫秒。 定時(shí)器時(shí)間的計(jì)算， T=PT*S （ T 為實(shí)際定時(shí)時(shí)間， PT 為設(shè)定值， S 為精度等級(jí)） 例 ： T33 設(shè)定值為 125 實(shí)際時(shí)間 T=125*10=1250 毫秒。定時(shí)器的名稱和編號(hào)（最大 255）來表示。定時(shí)器有三種： 1 接通延時(shí)定時(shí)器，指令是 TON； 2 有記憶接通延時(shí)器，指令是： TONR； 3 斷開延時(shí)定時(shí)器，指令是 TOF。 8． 切換過程中應(yīng)注意的問題 當(dāng)進(jìn)行小功率電機(jī)變頻工作狀態(tài)到工頻工作和大功率電機(jī)變頻工作的工作狀態(tài)切換的時(shí)候，需要先關(guān)斷變頻器的輸出電流，然后再將小功率電機(jī)從變頻電源電路上斷開，然后再將小功率電機(jī)接入工頻電路上運(yùn)行，同時(shí)將大功率電機(jī)接入變頻電源電路，再通過變頻器輸出電流完成切換。當(dāng)進(jìn)行大功率電機(jī)單獨(dú)變頻運(yùn)行狀態(tài)到小功率電機(jī)變頻工作切換時(shí)，同樣需要先 25 切斷變頻器的輸出電流，將大功率電機(jī)從變頻電源電路上斷開，然后將小功率電機(jī)接到變頻電源上，接著接通變頻器的輸出電路，小功率電機(jī)變頻運(yùn)行，這樣就完成了大機(jī)工頻狀態(tài)到小機(jī)變頻運(yùn)行的切換過程。 系統(tǒng)控制方式選擇 本系統(tǒng)控制可采用 PID 控制和模糊控制兩種方式。 模糊理論是美國柏克萊加州大學(xué)電氣工程系 教授于 1965 年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內(nèi)容。模糊控制器 (Fuzzy Controller, FC)又稱為模糊邏輯控制器 (Fuzzy Logic Controller, FLC)。由于模糊控制規(guī)則用模糊條件語句來描述，有時(shí)也稱為模糊語言控制器。模糊控制器的結(jié)構(gòu)如圖 51 的虛線框部分，主要有四個(gè)部分組成：模糊化接口，知識(shí)庫 、推理機(jī)以及解模糊接口。 模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。模糊控制具有以下特點(diǎn)： 1． 無需知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。 2． 具有良好的適應(yīng)性和較強(qiáng)的魯棒性。模糊控制是一種非線性控制，主要采用比例因子進(jìn)行參數(shù)整定的控制，有利于實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自適應(yīng)，具有較強(qiáng)的魯棒穩(wěn)定性。 3． 控制規(guī)則容易理解。模糊控制是一種反應(yīng)人類思維的智能控制，其控制規(guī)則是以人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)為基礎(chǔ)建立起來的，容易理解和接受。 4． 容易實(shí)現(xiàn)。模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與一般的數(shù)字控制系統(tǒng)大致相同，模糊控制算法通過軟件實(shí)現(xiàn)。 PID 既比例 積分 微分控 制，是對(duì)閉環(huán)控制中的誤差信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，并對(duì)控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以獲得期望的系統(tǒng)響應(yīng)。被控參數(shù)可測系統(tǒng)量，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或磁通。 PID 功能的優(yōu)點(diǎn)：可通過對(duì)一個(gè)或多個(gè)增益值進(jìn)行調(diào)節(jié)以及觀測系統(tǒng)響應(yīng)變化的方法，以實(shí)驗(yàn)為根據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 PID 是周期性地控制操作。假定控制器的執(zhí)行頻率足夠高，以使系統(tǒng)得到真確控制。誤差信號(hào)是通過將被控參數(shù)的期望設(shè)定值減去該參數(shù)的實(shí)際測量值來獲得的。誤差的符號(hào)表明控制輸入所需的變化方向。 （ 1） P 項(xiàng) 由誤差信號(hào)乘以一個(gè) P 增益因子形成，使 PID 控制響應(yīng)為誤差幅值的函數(shù)。當(dāng)誤差信號(hào)增大時(shí)，控制器的 P 項(xiàng)將變大以提供更大的校正量。 （ 2） I 項(xiàng) 對(duì)全部誤差信號(hào)進(jìn)行連續(xù)積分。因此，小的靜態(tài)誤差隨時(shí)間累計(jì)為一個(gè)較大的誤差值。累計(jì)誤差信號(hào)乘以一個(gè) I 增益因子即成為 PID 控制器的 I 輸出項(xiàng)。 （ 3） D 項(xiàng) 26 D 項(xiàng)輸入是計(jì)算前次誤差值與當(dāng)前誤差值的差來獲得的。該誤差乘以一個(gè) D項(xiàng)增益因子即成為 D 輸出項(xiàng)。系統(tǒng)誤差變化的越快，控制器的 D 項(xiàng)將產(chǎn)生更大的控制輸出。 本系統(tǒng)應(yīng)用在中小型供水系統(tǒng)中，采用 PID 控制可既可獲得較好的控制效果又能適應(yīng)工業(yè)控制的要求。 S7200/CPU226 內(nèi)置 PID 功能及其編程介紹 本系統(tǒng)采用 PID 模塊 控制 ,對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行處理。很多 PLC 或變頻器都內(nèi)置有PID 控制模塊。對(duì)于 PID 控制，先要了解一下 PID 控制器。 PID 控制器是應(yīng)用廣泛的閉環(huán)控制器，有人估計(jì)現(xiàn)在有 90%以上的閉環(huán)控制都采用 PID 控制器，這是因?yàn)?PID 控制器有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1． 不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 ， 自動(dòng)控制理論中的分析和設(shè)計(jì)方法主要是建立在被控對(duì)象的線性定常數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的。這種模型忽略了實(shí)際系統(tǒng)中的非線和時(shí)變性，與實(shí)際系統(tǒng)有很大的差距。對(duì)于有些工業(yè)控制對(duì)象根本無法建立較為準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，因此自動(dòng)控制理論中的設(shè)計(jì)方法很難用于大多 數(shù)控制系統(tǒng)。對(duì)于這一類系統(tǒng)，使用 PID 控制器可以得到比較滿意的效果 ； 2． 結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn) ； 3． 有較強(qiáng)的靈活性和適用性； 4． 使用方便 ； S7200/CPU226 置有 PID 功能，在系統(tǒng)中它是通過 PID 調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)輸出，保證偏差值為零，使系統(tǒng)在到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差值 e 是給定值 SP（希望值）與過程變量值 PV（實(shí)際值）的差， PID 控制原理基于下面的模型： PID 運(yùn)算的控制算式如下： Mn=Kc[(sPnp+Vn)+Ts/Ti(SPnpVn)+Tp/Ts(PVn1PVn)]+Mx SPn— 被控對(duì)象的給定量 式中 PVn— 被控對(duì)象的輸出量 其中式中有九個(gè)變量參數(shù)，其控制參數(shù)表如下： 表 31 PID 參數(shù)控制表 參數(shù)編號(hào) 地址編號(hào) 變量名 變量類型 注釋 1 +0 PVn I 輸出量 2 +4 SPn I 給定量 3 +8 Mn I/O 控制量 27 4 +12 Kc I 增益 5 +16 Ts I 積分時(shí)間 s 6 +20 Ti I 微分時(shí)間 Min 7 +24 Td I 累積誤差 8 +28 Mx I/O 上次輸出量 9 +32 PVn1 I/O 最近一次運(yùn)算值 設(shè)備選型說明 設(shè)備選型 說明 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵等組成。變頻控制柜由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、 PLC 等組成。 1. 供水系統(tǒng)選用原則 （ 1）蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)最大供水量。 （ 2）水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度。 （ 3）水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。 （ 4）變頻控制柜選型： 用戶可根據(jù)供水量和供水高度確定水泵型號(hào)及臺(tái)數(shù)，然后對(duì)控制柜進(jìn)行選型。 2. 變頻器 根據(jù)工藝要求，建議配用 ABB ACS600 系列變頻器。 ACS 600 系列變頻 器是 ABB 公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性 ,完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力，較高的可靠性和較小的體積。 主要技術(shù)數(shù)據(jù)： 功率范圍： 電源電壓： 380/400/415/440/460/480/500VAC 3 相 177。10%； 電源頻率： 4863Hz 控制連接： 2 個(gè)可編程的模擬輸入（ AI）； 1 個(gè)可編程的模擬輸出（ AO）；5 個(gè)可編程的數(shù)字輸入（ DI）； 2 個(gè)可編程的數(shù)字輸出（ DO）。 連續(xù)負(fù)載能力： 150% In，每 10 分鐘允許 1 分鐘 串行通訊能力：標(biāo)準(zhǔn)的 RS— 485 接口可使變頻器方便地與計(jì)算機(jī)連接。 保護(hù)特性：過流保護(hù)、 I2t、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)、短路保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓緩沖、電機(jī)欠 /過載保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、串行通訊故障保護(hù)、 AI 信號(hào)丟失保護(hù)等。 28 外型結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。產(chǎn)品經(jīng)過多種電氣安全規(guī)范認(rèn)證，符合 GE、 UL及質(zhì)量認(rèn)證體系 ISO9001 和 ISO4001 等。 變頻器獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC）功能是目前最佳的電機(jī)控制方式，它可以對(duì)所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無需速度反饋就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn) 矩的精確控制。 ACS600 變頻器內(nèi)置 PID、 PFC、預(yù)磁通等八種應(yīng)用宏，只需選擇需要的應(yīng)用宏，相應(yīng)的所有參數(shù)都自動(dòng)設(shè)置，輸入輸出端子也將自動(dòng)配置，這些預(yù)設(shè)的應(yīng)用宏配置大大節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，減少出錯(cuò)。