基于plc變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計-資料下載頁

　　

【正文】 轉(zhuǎn)換邏輯控制T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制故障信號匯總T35工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制水池水位越限邏輯 PLC程序設(shè)計PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動程序、水泵電機(jī)變頻/工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量(壓力、頻率)比較計算程序和報警程序等構(gòu)成。(1)系統(tǒng)初始化程序在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯則報警，接著對變頻器變頻運行的上下限頻率、PID控制的各參數(shù)進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值，在初始化子程序的最后進(jìn)行中斷連接。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。在初始化后緊接著要設(shè)定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。(2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序當(dāng)PID調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運行上限頻率（或小于等于變頻運行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運行時，定時器計時5min（以便消除水壓波動的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動脈沖信號。(3) 水泵的軟啟動程序增減泵或倒泵時復(fù)位變頻器為軟啟動做準(zhǔn)備，同時變頻泵號加一，并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動脈沖信號和下一臺水泵變頻啟動脈沖信號，延時后啟動運行。當(dāng)只有一臺變頻泵長時間運行時，對連續(xù)運行時間進(jìn)行判斷，超過3h則自動倒泵變頻運行。(4) 各水泵變頻運行控制邏輯程序各水泵變頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進(jìn)行說明。當(dāng)?shù)谝淮紊想姟⒐收舷蛘弋a(chǎn)生1泵變頻啟動脈沖信號并且系統(tǒng)無故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位1水泵變頻運行信號、1泵未工作在工頻狀態(tài)時，KM2常開觸點閉合接通變頻器，使1水泵變頻運行，同時KM2常閉觸點打開防止KM1線圈得電，從而在變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM2的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。(5) 各水泵工頻運行控制邏輯程序水泵的工頻運行不但取決于變頻泵的泵號，還取決于工頻泵的臺數(shù)。由于各水泵工頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進(jìn)行說明。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運行啟動脈沖后，若當(dāng)前2泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于0，或者當(dāng)前3泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于1，亦或者當(dāng)前4號泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻數(shù)大于1，KM1線圈得電，使得KM1常開觸點閉合，1水泵工頻運行，同時KM1常閉觸點打開防止KM2線圈得電，從而實現(xiàn)變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM1的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。(6) 報警及故障處理程序本系統(tǒng)中包括水池水位越限報警指示燈、變頻器故障報警指示燈白天模式運行指示燈以及報警電鈴。當(dāng)故障信號產(chǎn)生時，相應(yīng)的指示燈會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時報警電鈴響起。而試燈按鈕按下時，各指示燈會一直點亮。故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號和工頻泵運行臺數(shù)，在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號。圖41 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖主程序流程圖如圖41所示。由于在圖41中并未對各臺水泵的變頻和工頻運行控制做詳細(xì)介紹，因此圖42和圖43對其作了完整的補(bǔ)充。其中圖42是以2泵為例的變頻運行控制流程圖，圖43是以2泵為例的工頻運行控制流程圖。4泵的運行控制情況與2泵相似。圖42 2泵變頻運行控制流程圖 圖43 2泵工頻運行控制流程圖 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(1) 初始化子程序SBR_0首先初始化變頻運行的上下限頻率，在第二章水泵切換分析中已說明水泵變頻運行的上下限頻率分別為50HZ和20HZ。假設(shè)所選變頻器的輸出頻率范圍為0~100HZ，則上下限給定值分別為16000和6400。在初始化PID控制的各參數(shù)（Kc、Ts、Ti、Td），各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中詳細(xì)介紹。最后再設(shè)置定時中斷和中斷連接。具體程序梯形圖如圖44所示。 圖44 初始化子程序SBR_0梯形圖(2) PID控制中斷子程序首先將由AIW0輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，經(jīng)過PID運算后，再將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成輸出值，由AQW0輸出模擬信號。具體程序梯形圖如圖45所示。 圖45 PID控制中斷子程序INT_0梯形圖變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖如圖46所示圖46 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖 [ edit ] See al PID控制器參數(shù)整定 PID控制及其控制算法在供水系統(tǒng)的設(shè)計中，選用了含PID調(diào)節(jié)的PLC來實現(xiàn)閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivative(微分)控制方式，稱之為PID控制。PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式。具有理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握等優(yōu)點。PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)： （41）經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運算后通過線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對被控對象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖47所示，圖中u(t)為PID調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)節(jié)量。 圖47 PID控制原理框圖PID控制規(guī)律為： （42）式中：Kp為比例系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)。相應(yīng)的傳遞函數(shù)形式： （43）PID控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下：(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號的作用，偏差e(t)一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)Kp的增大而減少，比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2) 積分環(huán)節(jié)：表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差為零。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強(qiáng)，易引起系統(tǒng)振蕩。(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢做出反應(yīng)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。自從計算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)PID控制算法具有更大的靈活性和可靠性。數(shù)字PID控制算法是通過對式(42)離散化來實現(xiàn)的。以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到PID位置控制算法表達(dá)式： （44）式中：T為采樣周期；n為采樣序號；e(n)為第n時刻的偏差信號；e(nl)為第n1時刻的偏差信號。實際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達(dá)式為： （45）式中：為調(diào)節(jié)器輸出的控制增量；；。 PID參數(shù)整定控制器參數(shù)整定的方法很多，歸納起來可分為兩大類：理論計算整定法與工程整定法，常用的工程整定法有：動態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、阻尼振蕩法和現(xiàn)場經(jīng)驗整定法，本設(shè)計選用的是動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程（包括調(diào)節(jié)閥WV(s)、被控對象WO(s)和測量變送Wm(s)）階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計算的方法。本系統(tǒng)是一個單閉環(huán)系統(tǒng)。 恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖由于本設(shè)計對壓力控制的要求較高，故選擇PI控制器，其傳遞函數(shù)為： （47）本系統(tǒng)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，假設(shè)其過程傳遞函數(shù)為；變頻器可近似為一個比例環(huán)節(jié)，即；反饋回路傳遞函數(shù)為。由于本系統(tǒng)具有自衡能力，與公式(48)、(49)可求的PI控制器各參數(shù)。當(dāng)時， (48) (49)計算的：，PI控制器的傳遞函數(shù)為：用matlab軟件仿真，編程如下：s1=tf(2,[300,1])。s2=tf([240,1],[720,0])。sk=s1*s2*50。s=feedback(sk,)。step(s)。 第五章 結(jié)束語本文針對城市小區(qū)供水的特點，設(shè)計開發(fā)了一套基于PLC的變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機(jī)的軟起動和調(diào)速，摒棄了原有的自耦降壓起動裝置，同時把水泵電機(jī)控制納入自動控制系統(tǒng)。壓力變送器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且具有工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。本文主要的工作如下：(1) 由PLC、變頻器實現(xiàn)生活用水的恒壓控制。系統(tǒng)采用PLC實現(xiàn)對多泵切換的控制。通過變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機(jī)的軟啟動，由電動機(jī)的變頻調(diào)速實現(xiàn)對水壓的調(diào)節(jié)。(2) 通過對控制過程和原理的分析，利用西門子STEP7 MicroWIN編程軟件設(shè)計了一個用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。(3) 對上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。根據(jù)泵站監(jiān)控要求，利用組態(tài)王軟件完成了泵站組態(tài)監(jiān)控畫面的各個功能的設(shè)計，系統(tǒng)界面清楚明了，易于操作，能動態(tài)地顯示當(dāng)前運行情況、當(dāng)前水壓以及故障情況。通過本次畢業(yè)設(shè)計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。在提高自己的同時，我也更加清楚的認(rèn)識到自己的一些不足之處。比如：在硬件設(shè)備之間的連接，I/O端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經(jīng)過這半年的自學(xué)，以及向老師、同學(xué)們請教，我對這些知識有了更深入的理解。通過這半年的實踐和學(xué)習(xí)，我學(xué)到了很多課本中無法涉及到的知識，體會到了工程設(shè)計的復(fù)雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的研究生生活打下了堅實的基礎(chǔ)。在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。第六章 參考文獻(xiàn)[1]王永華現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003年[2]張萬忠可編程控制器入門與應(yīng)用實例北京：中國電力出版社，2005年[3]田淑珍可編程控制器原理及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[4]陳其純可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)北京：高等教育出版社，2000年[5]張燕賓變頻調(diào)速應(yīng)用實踐北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001年[6]廖常初PLC編程及應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年[7]林俊贊，李雄松，尹元日在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用電機(jī)電器技術(shù)，1999年[8]李敬梅電力拖動控制線路與技能訓(xùn)練北京：中國勞動社會保障出版社，2007年[9] [M].華中科技大學(xué)出版社，[10] S7200中文系統(tǒng)手冊 [M].西門子公司， [11] [M].機(jī)械工業(yè)出版社， [12] 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