2017畢業(yè)論文-基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(300).doc

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1、目 錄第一章 緒論1.1 現(xiàn)代城市供水的現(xiàn)狀及缺陷1.2 變頻恒壓供水的優(yōu)點1.3 PLC變頻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀1.4 PLC變頻恒壓供水的可行性分析第二章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成2.1 系統(tǒng)工藝，設(shè)備簡介2.2 系統(tǒng)電氣控制要求2.3 系統(tǒng)設(shè)計2.4 控制思想第三章 硬件設(shè)備選型3.1 PLC的選擇3.2 變頻器的選型3.2.1 變頻器容量的確定3.2.2 變頻控制器的選型3.2.3 第一水廠變頻器其它參數(shù)的確定3.3 PID調(diào)節(jié)器3.4 電機的選型3.5 外圍設(shè)備的選型3.5.1 電磁閥的選型3.5.2 接觸器的選型3.5.3 熱繼電器的選型3.5.4 液位傳感器的選型3.5.5 壓力傳感器的

2、接線圖第四章 PLC程序設(shè)計4.1 PLC及其網(wǎng)絡(luò)概述4.1.1 PLC的特性4.2 PLC網(wǎng)絡(luò)4.2.1 系統(tǒng)說明4.3 西門子PLC S7-300功能概述4.3.1 S7-300系列PLC簡介4.3.2 S7-300PLC的組成4.3.3 S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.4 4.4.1 S7-300 CPU315-2DP模塊4.4.2 S7-300 CPU SM321數(shù)字量輸入模塊4.4.3 S7-300CPU SM322數(shù)字量輸出模塊4.4.4 S7-300CPU SM331模擬量輸入模塊4.4.5 S7-300 PS307電源模塊4.5 STEP7的程序結(jié)構(gòu)和編程語言4.5.1 STEP7的

3、程序結(jié)構(gòu)4.5.2 STEP7的編程語言4.6 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)4.6.1 PROFIBUS現(xiàn)場總線簡述4.6.2 PROFIBUS的組成4.6.3 PROFIBUS的介質(zhì)存取協(xié)議4.7 PLC控制4.7.1 手動運行4.7.2 自動運行4.8 編程及介紹4.8.1 總程序的順序功能圖4.8.2 自動運行順序功能圖4.8.3 手動模式順序功能圖4.8.4 程序說明第五章 系統(tǒng)調(diào)試5.1 變頻器關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定5.2 PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)調(diào)試第六章 結(jié)束語致謝參考文獻基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計第一章 緒論1.1 現(xiàn)代城市供水的現(xiàn)狀及缺陷在現(xiàn)代城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本上都是靠

4、供水站的電動機帶動離心水泵，產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動，把供水管網(wǎng)中的水送給用戶。但供水泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機泵的效率、確保供水機泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟意義。我國供水機泵的特點是數(shù)量大、范圍廣、類型多，在工程規(guī)模上也有一定水平，但在技術(shù)水平、工程標準以及經(jīng)濟效益指標等方面與國外先進水平相比，還有一定的差距。隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性要求不斷提高，需要利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，要求設(shè)計出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜的恒壓供水系統(tǒng)。傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有：恒壓泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓

5、罐供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，器優(yōu)缺點如下：1、恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組長處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大而且在用水量較少是，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，破壞性大，目前較少采用。2、水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經(jīng)濟合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點，但存在基建投資大。占地面積打，維護不方便，水泵電機為硬啟動，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯(lián)軸器，目前主要應(yīng)用于高層建筑。3、氣壓罐供水具有體積小

6、、技術(shù)簡單、不受高度限制等特點，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機為硬起動且氣動頻繁，對電氣設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護工作量大，而且為減少水泵起動次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵再低效段工作，而出水壓力無謂的增高，也使浪費加大，從而限制了其發(fā)展。4、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對一驅(qū)動，需經(jīng)常檢修；優(yōu)點是價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單明了，維修方便。5、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動化程度要優(yōu)于上面4種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。1.2 變頻恒壓供水的優(yōu)點通

7、常變頻恒業(yè)供水存在以下6個特點特點：1、節(jié)能，可以實現(xiàn)節(jié)點20%-40%，能實現(xiàn)綠色用電；2、占地面積小，投入少，效率高；3、配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠；4、運行合理，由于是軟起和軟停，不但可以消除水錘效應(yīng)，而且電機軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費用，并且水泵的壽命大大提高；5、由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭；6、通過通信控制，可以實現(xiàn)無人值守，節(jié)約了人力物力。1.3 PLC變頻器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀變頻恒壓供水時在變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。20世紀80年代初，日本學(xué)者提出了基于刺痛軌跡控制方法。此方

8、法一三相波形的整體生成效果為基礎(chǔ)，一逼近電機氣息的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目的，一次生成兩相調(diào)制波形，使變壓變頻VVVF成為變頻調(diào)速技術(shù)的核心。從20世紀80年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的基于VVVF技術(shù)的通用變頻器已商品化并廣泛應(yīng)用。1980年德國人在應(yīng)用微處理器的矢量控制研究中取得了進展，促進了矢量控制的實用化。1992年開始德國西門子公司相繼開發(fā)了6SE70系列通用變頻器，通過FC、VC、SC板可以分別實現(xiàn)頻率控制、矢量控制、伺服控制等；至1994年該系列通用變頻器的容量就擴展到315kw以上。1985年，德國人提出了基于六邊形乃至圓形磁鏈軌跡的直接轉(zhuǎn)矩控制理論（DSC）。1995

9、年，ABB公司首先推出的直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器，目前已成為其個系列通用變頻器的核心技術(shù)。本設(shè)計主要針對小區(qū)供水系統(tǒng)的運行工藝情況，設(shè)計恒壓供水控制的硬件電路。研究恒壓變頻供水的控制方法，完成系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)試，實現(xiàn)對系統(tǒng)的高性能控制。解決如何選擇變頻恒壓供水控制方式，如何用變頻器構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)及其工作原理，完成可編程邏輯控制器及變頻器的選型，對PID調(diào)節(jié)器進行參數(shù)整理，完成PLC的編程。采用PLC控制的變頻器調(diào)速供水系統(tǒng)，有PLC進行邏輯控制，有變頻器進行壓力調(diào)節(jié)，在經(jīng)過PID運算，通過PLC控制變頻與工頻切換，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓供水。1.4 PLC變頻恒壓供水的可行性分析傳統(tǒng)的供水方式普遍不同

10、程度的存在浪費水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中用水。目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用，特別是城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)，居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵節(jié)能效果尤為突出，其優(yōu)越性表現(xiàn)在： 一是節(jié)能顯著；二是在開、停機時能減少電流對電網(wǎng)的沖擊以及供水對管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊；三是能減少水泵、電機自身的機械沖擊損耗。變頻恒壓供水系統(tǒng)在工業(yè)和生活中有很廣闊的應(yīng)用前景，除了具有明顯的節(jié)能效果外，還具有操作方便、容易維護量

11、小的特點。變頻器的軟啟動功能葉減少了對電網(wǎng)的沖擊，使設(shè)備運行方式更趨于合理，設(shè)備的自動化水平得到提高。在國內(nèi)外，專門針對供水的變頻器集成了PLC或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時維護操作也越來越簡明顯偏高，維護成本也高于國內(nèi)產(chǎn)品。目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合PLC或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方便的優(yōu)點以及顯著地節(jié)能效果被大家

12、發(fā)現(xiàn)和認可后，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，但是國外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的，因此，有待于進一步研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)實踐中。目前變頻供水系統(tǒng)正在向集成化、維護操作簡單化方向發(fā)展。第2章 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成2.1 系統(tǒng)工藝，設(shè)備簡介系統(tǒng)原理2.1如圖2.1，整個系統(tǒng)由三臺水泵，一臺變頻調(diào)速器，一臺PLC和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺水泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感

13、器（反饋05V電壓信號）或壓力變送器（反饋420mA）；變頻器室供水系統(tǒng)的核心，通過改變電機的頻率實現(xiàn)點擊的無極調(diào)速、五波動穩(wěn)壓的效果和各項功能。2.2 系統(tǒng)電氣控制要求 變頻恒壓供水構(gòu)成圖2.2 從原理框圖2.2，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人及界面、以及報警裝置等部分組成。（1）執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng).通常這些水泵包括:調(diào)速泵:是由變頻調(diào)速器控制、可以進行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。恒速泵:水泵運行只在工頻狀態(tài)，速度恒定，它們用以在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時，對

14、供水量進行定量的補充. 此外，通常一些變頻系統(tǒng)還會增設(shè)附屬小泵，它只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下(例如:夜間)對管網(wǎng)用水量進行少量的補充（2）信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號：水壓信號：它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。報警信號：它反映系統(tǒng)是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。（3）控制系統(tǒng)供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水系統(tǒng)柜中，包括供水控制器（PLC系統(tǒng)）、變頻器和電控設(shè)備三個部分。供水控制器：它是整個變頻恒壓控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進行采集

15、，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)（即水泵）進行控制。變頻器：它是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。電控設(shè)備：它是由一組接觸器、保護繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。(4)人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所。通過人機界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機界面還可以對系統(tǒng)的運行過

16、程進行監(jiān)視，對報警進行顯示。（5）通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以喝組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進行遠程的診斷和維護等。（6）報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機過載、變頻器報警、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量及你想那個檢測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失。2.3 系統(tǒng)設(shè)計

17、主電路圖2.3由圖2.3可以看出，合上空氣開關(guān)，供水系統(tǒng)投入運行。講手動、自動開關(guān)打到自動上，系統(tǒng)進入全自動運行狀態(tài)，PLC中程序首先接通KM6，并起動變頻器。根據(jù)壓力設(shè)定值（根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定）與壓力實際值（來自于壓力傳感器）的偏差進行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號及預(yù)先設(shè)定好的加速時間控制水泵的轉(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)，實現(xiàn)恒壓控制。同時變頻器在運行頻率器的運行頻率是否到達信號，由程序判斷是否要起動第2臺泵（或第3臺泵）。當變頻器運行頻率達到頻率上限值，并保持一段時間，則PLC會將當前變頻運行泵切換為工頻運行，并迅速起動下一臺泵變頻

18、運行。此時PID會繼續(xù)通過由遠傳壓力表送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。增泵工作過程：假定增泵順序為1、2、3泵。開始時，1泵電機在PLC控制下線投入調(diào)速運行，其運行運行速度由變頻器調(diào)節(jié)。當供水壓力小于壓力預(yù)置時變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當變頻器的輸出頻率達到上限，并穩(wěn)定運行后，如果供水壓力仍沒達到預(yù)置值，則需進入增泵過程。在PLC的邏輯控制下將1泵電機與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開，1泵電機切換到工頻運行，同時變頻器與2泵電機連接，控制2泵投入調(diào)速運行。如果還沒有達到設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運行

19、，控制3泵投入變頻運行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，并穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調(diào)速運行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當組后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機并啟動輔助泵投入調(diào)速運行，從而達到節(jié)能效果。2.4 控制思想 電機有兩種工作模式即：再工頻電下運行和在變頻電下運行。KM1、KM3、KM5分別為電動機M1、M2、M3工頻運行時接通電源的控制接觸器，KM0、KM2

20、、KM4分別為電動機M1、M2、M3變頻運行時接通電源的控制接觸器。熱繼電器（FR）是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護電路，它在電路中的用作電動機的過載保護。熔斷器（FU）是電路中的一種簡單的短路保護裝置。使用中，由于電流超過允許值產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴重過載。變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖2.4第三章 硬件設(shè)備選型變頻恒壓供水系統(tǒng)它主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行3.1 PLC的選擇傳統(tǒng)的控制方法是采用繼電器控

21、制。這種控制系統(tǒng)較復(fù)雜，并且大量的硬件接線使系統(tǒng)可靠性降低，也降低了設(shè)備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決了這一問題，可編程控制器是一種將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)結(jié)合在一起的新型工業(yè)自動控制設(shè)備，不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制，還能實現(xiàn)與上位計算機等智能設(shè)備之間的通信。因此，將可編程控制器應(yīng)用于多種液體混合灌裝機，完全能滿足控制要求。且具有操作簡單、運行可靠、工藝參數(shù)修改方便、自動化程度高等優(yōu)點。PLC的一般結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，由圖可見主要有6個部分組成，包括CPU（中央處理器）、存儲器、輸入/輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、I/O擴展接口。S7300PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1(1)

22、中央處理器（CPU）與通用計算機的CPU一樣。PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此處還有外圍芯片、總線接口以及有關(guān)電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。（2）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與外部設(shè)備之間 傳遞 信息的作用。通常I/O模塊上還有狀態(tài)顯示和I/O接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。(

23、3)電源模塊（PS）輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設(shè)備所需要的強電信號。PLC主站指標：名稱主要參數(shù)電源PS 307 5A處理器CPU 315-2 DP接口模塊IM 360輸入模塊DI16*DC24V輸出模塊DI16*DC24V0.5APLC主站參數(shù)3.2S7-300PLCDD的中央機架最多可以安裝8塊I/O模塊，根據(jù)實際需要我選用了IM361接口模塊作為從站，它的指標：名稱主要參數(shù)電源PS 307 5A接口模塊IM 360輸入模塊DI32*DC24V輸出模塊DI32*DC24VPL

24、C從站參數(shù)3.33.2 變頻器的選型3.2.1 變頻器容量的確定變頻器容量是變頻器的最重要的參數(shù)，如何選擇變頻器容量是變頻器選型的關(guān)鍵。變頻器的容量有三種表示方法:額定電流;適配電動機的額定功率;額定視在功率。不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對變頻器額定電流的選擇，應(yīng)結(jié)合實際情況根據(jù)電動機有可能向變頻器吸收的電流來決定。通常變頻器的過載能力有兩種:不管是哪一種表示方法，歸根到底還是對變頻器額定電流的選擇，應(yīng)結(jié)合實際情況根據(jù)電動機有可能向變頻器吸收的電流來決定.通常變頻器的過載能力有兩種:12倍的額定電流，可持續(xù)1分鐘:1.5倍的額定電流，可持續(xù)1分鐘:而且變頻器的允許電流與過程時間呈反時限的

25、關(guān)系。如12(1.5)倍的額定電流可持續(xù)lmin;而LS(2.0)倍的額定電流，可持續(xù)眾sn血。這就意味著:不論任何時候向電動機提供在lmin(或0.snun )以上的電流都必須在某些范圍內(nèi)。過載能力這個指標，對電動機來說，只有在啟動 (加速)過程中才有意義，在運行過程中，實際上等同于不允許過載.下面討論如何根據(jù)電動機負載電流的情況來選擇變頻器帶一臺電機時的容量選擇。首先計算出負載電流，然后應(yīng)考慮三個方面的因素:用變頻器供電時，電動機電流的脈動相對工頻供電時要大些;電動機的啟動要求。即是由低頻低壓啟動，還是額定電壓、額定頻率直接啟動.變頻器使用說明書中的相關(guān)數(shù)據(jù)是用該公司的標準電機測試出來的。

26、要注意按常規(guī)設(shè)計生產(chǎn)的電機在性能上可能有一定差異.故計算變頻器的容量時要留適當余量。 3.2.2 變頻控制器的選型目前國內(nèi)不少變頻器均自帶PID控制器或采用Pl刀控制器整合方式，兩者均可以很好的實現(xiàn)壓力反饋控制。由于考慮到一是供水廠參數(shù)較多，除了常見壓力反饋信號，還需要對清水池液位信號、閥門開啟信號等進行處理，因此設(shè)計采用PLC控制系統(tǒng)，主要利用PID控制壓力恒定，并能控制電機的啟動停止和泵口閥門的啟閉。在控制量上，經(jīng)過供水廠信號分析，目前至少有8個模擬量 (包括壓力量、液位量、流量、水質(zhì)信號)，8個開關(guān)量需要處理 (包括電機、閥門狀態(tài)、報警信號)，考慮到以后的擴展需要，設(shè)計要求P比 系統(tǒng)的模

27、擬輸入/輸出在 12點以上，開關(guān)量輸入/輸出在10點以上。3.2.3 第一水廠變頻器其它參數(shù)的確定 經(jīng)過計算，最終第一水廠變頻器的選型需要參考以下要求:(1)頻率要求:由第一水廠電機采用50Hz，380v 電網(wǎng)，因此對變頻器采用380V電源，變頻范圍卜50Hz:(2)擴展要求:要求能按設(shè)計實現(xiàn)一拖二運行，并能擴展為一拖多運行;(3)環(huán)境要求:由于第一水廠泵房溫度范圍在 1040，濕度常年保持在在 50%以上，因此，對變頻器及控制電路要求較高的溫濕度要求，在溫度.10一50，濕度在30%卯%溫度環(huán)境中要求變頻器能正常工作;(4)保護功能要求:要求具有過電流、短路、過壓、欠壓、過載、過熱、電流保護

28、、主器件自保護功能;(5)可靠性要求:要求變壓器平均無故障時間擔TBF)大于2萬小時;(6)諧波抑制:對電網(wǎng)諧波污染必須滿足IEEE519一1992的諧波抑制標準;(7)尺寸要求:變頻器及控制電路的尺寸不宜過大，以方便安裝在空間較小的第一水廠送水泵房內(nèi)。3.3 PID調(diào)節(jié)器僅用P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的PI控制。用PI控制時，能消除由改變目標值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。但是， I動作過強時，對快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對有積分元件的負載系統(tǒng)可以單獨使用P動作控制。對于PD控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小

29、時，P動作的作用減小。控制對象含有積分元件的負載場合，僅P動作控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負載。利用I動作消除偏差作用和用D動作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負載系統(tǒng)(即實時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié))效果比較好。PID控制框圖3.4通過對被控制對象

30、的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時只需要進行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標值的設(shè)定。(2)軟件型：使用離散形式的PID控制算法在可編程序控制器(或單片機)上做PID控制器此次使用硬件型控制形式。根據(jù)設(shè)計的要求，本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。 PID控制接線圖3.53.4 電機的選型 選用EJ15-3型

31、電動機其中“E”表示電動機，“J”表示交流的，15為設(shè)計序號，3為最大工作電流。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：EJ15系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。(1) 額定電壓為220V，額定頻率為50HZ，功率為2.5KW，采用三角形接法。(2) 電動機運行地點的海拔不超過1000M。工作溫度-1540/濕度90%。(3) EJ15系列電動機效率高、節(jié)能、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動小、運行安全可靠。其硬件接線如圖4： 電機硬件接線圖3.63.5 外圍設(shè)備選型序號名稱型號1電磁閥VF5-50/702接觸器CJ25-10/CJ25-153熱繼電器JR16B-60/3D4液位傳感器

32、LSF-35壓力傳感器CY-YZ-1001外圍設(shè)備參數(shù)3.73.5.1 電磁閥的選型(1)入罐液體選用VF5-50型電磁閥。其中“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，5表示設(shè)計序號，50表示口徑（mm）寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 材質(zhì)：聚四氟乙烯。使用介質(zhì)：硫酸、鹽酸、有機溶劑、化學(xué)試劑等酸堿性的液體； 使用電壓：AC:220V 50Hz/60Hz DC:24V； 功率：AC: 2.5KW； 介質(zhì)溫度150/環(huán)境溫度-2060； 操作方式：常閉：通電打開、斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速，高頻率。（2）出罐液體選用AVF-70型電磁閥。其中“A”表示可調(diào)節(jié)流量，“V”表示電磁閥，“F”表示防腐

33、蝕，70表示口徑（mm）寬度。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下： 其最大特點就是能通過設(shè)備上的按鍵設(shè)置來控制流量，達到定時排空的效果； 使用電壓：AC: 220V 50Hz/60Hz DC:24V； 其閥體材料為：聚四氟乙烯，有較強的抗腐蝕能力； 功率：AC: 5KW。3.5.2 接觸器的選型選用CJ25-10/CJ25-15型接觸器其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，25表示設(shè)計編號，10/15為主觸頭額定電流。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：(1) 操作頻率為1200/h；(2) 機電壽命為1000萬次；(3) 主觸頭額定電流為10/15(A)；(4) 額定電壓為380/220(V)；(5

34、) 功率為2.5KW。3.5.3 熱繼電器的選型選用JR16B-60/3D型熱繼電器其中“J”表示繼電器，“D”帶斷相保護。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：（1） 額定電流為20(A)；（2） 熱元件額定電流為32/45(A)。3.5.4 液位傳感器的選型選用LSF-3型液位傳感器其中“L”表示是光電的，“S”表示傳感器，“F”表示是防腐蝕的，3為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提供非常準確、可靠的液位檢測。其原理是依據(jù)光電反射折射原理，當沒有液體時，光被前端的凌鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關(guān)量。應(yīng)用此原

35、理可制作成單點或多點液位開關(guān)。LSF光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。相關(guān)元件主要技術(shù)參數(shù)及原理如下：（1）工作溫度上限為125；（2）工作壓力3Mpa；（3）觸點容量為70W；（4）觸點壽命為100萬次；（5）切換電流為0.5A；（6）開關(guān)電壓為DC24V。3.5.5 壓力傳感器的接線圖、壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實現(xiàn)壓力測量的力電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當壓力作用于傳感器時，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，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補

36、償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標的要求。該傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560 ，供電電源為283V（DC）壓力傳感器的接線圖3.8第四章 PLC程序設(shè)計4.1 PLC及其網(wǎng)絡(luò)概述PLC(可編程序控制器)及其網(wǎng)絡(luò)己成為當前工業(yè)自動化的支柱單元之一。現(xiàn)在PLC已發(fā)展到第四代，具有邏輯控制、定時與計數(shù)控制、數(shù)據(jù)采集、存儲與處理、A/D、D/A轉(zhuǎn)換、通信與聯(lián)網(wǎng)、編程、調(diào)試等功能。同時還具有完善的自診斷功能，并正在不斷提高和完善網(wǎng)絡(luò)通信能力，在機電一體化產(chǎn)品中應(yīng)用范圍極廣?？紤]到起重機自身的特點及其施工工況，其控制系統(tǒng)性能是關(guān)系到運行狀況好壞進而影響工程進度的重要因素，因此PLC及其網(wǎng)絡(luò)在大

37、型設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控及在線診斷中有極好的應(yīng)用前景。4.1.1 PLC的特性PLC是以微處理機(CPU)為核心，用作數(shù)字控制的專用計算機，它由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。下面對PLC的工作機理及其工作特性作一淺析。1.準確性高。PL的工作方式通常用循環(huán)掃描方式。PLC對輸入輸出集中進行I/O處理，也只有在I/O掃描期間，外部狀態(tài)才會被讀入CPU內(nèi)部，而在掃描周期的其余大部分時間，不改寫和刷新外部狀態(tài)。通常把循環(huán)掃描周期控制在200ms之內(nèi)比較合理，這個時間比PLC所驅(qū)動的執(zhí)行器的機電時間常數(shù)小得多，這樣，即使在某個掃描周期出現(xiàn)輸入輸出不一致，但當它還來不及使執(zhí)行器發(fā)生錯誤動作，下一個掃描周期正確的輸出就

38、及時將其糾正，實現(xiàn)了PLC實時控制。2.集成度高。PLC集三電(電控、電儀、電傳)于一體，在控制裝置一級就實現(xiàn)了三電一體化。一臺控制裝置就能實現(xiàn)所有的控制功能，適合多種規(guī)模的自動化系統(tǒng)。3.可靠性高。在硬件上它采取了諸如隔離、濾波、屏蔽、接地等一系列措施，在模板機箱進行了完善的電磁兼容性設(shè)計，對元器件進行了精心的篩選;更重要的是在軟件方面，它們采用了諸如數(shù)字濾波、指令復(fù)執(zhí)、程序卷回、差錯校驗等一系列抗干擾措施、故障診斷、系統(tǒng)一級的冗余配置等技術(shù)措施。4.豐富的I/O接口。由于工業(yè)控制機只是整個工業(yè)過程自動化控制系統(tǒng)中的一個控制中樞，為了實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的控制，他還必須與各種工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備相連

39、接才能完成控制任務(wù)。因此，plc除了具有計算機的基本部分以外，還有豐富的輸入與輸出接口模塊，對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（交流、直流、電壓、電流、開關(guān)量、模擬量等）都有相應(yīng)的模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接相連。5.靈活性。有了plc電氣工程師不必為每套設(shè)備配置專用控制裝置。6.采用模塊化結(jié)構(gòu)。7.便于改進和修改。8.節(jié)點利用率提高。9.模擬調(diào)試。10.對現(xiàn)場進行監(jiān)視。11.快速動作。12.編程簡單、使用方便。4.2 PLC網(wǎng)絡(luò)由于現(xiàn)在PLC一般都有通信的功能，既可以對遠程I/O進行控制，又能實現(xiàn)PLC與PLC、PLC與計算機之間的通信，從而可方便地構(gòu)成分布式的PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。PLC生產(chǎn)廠家常用金字

40、塔結(jié)構(gòu)描述其產(chǎn)品功能(如圖4-1所示)。PLC要實現(xiàn)金字塔的功能，采用單層子網(wǎng)顯然不行，只有采用多級通信子網(wǎng)構(gòu)成復(fù)合型拓撲結(jié)構(gòu)，在不同級別子網(wǎng)中配置不同的通信協(xié)議(PLC通信方式分為并行和串行通信兩種，主要以串行通信方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò))不能滿足各層對通信的不同要求。目前，PLC網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)大多由3級或4級總線復(fù)合而成，在PLC網(wǎng)絡(luò)中配置的通信協(xié)議一般也分為通用協(xié)議及專用協(xié)議兩類，在網(wǎng)絡(luò)底層子網(wǎng)及中間層一般采用專用的協(xié)議。其中最底層子網(wǎng)只有物理層、鏈路層及應(yīng)用層，實時性要求高，常采用I/O方式通信;中間層常采用令牌方式、主從方式控制通信的;而高層子網(wǎng)傳送管理信息，與標準網(wǎng)絡(luò)鏈接，其通信協(xié)議大多為通用

41、的。產(chǎn)品功能的金字塔結(jié)構(gòu)4.1PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要由過程控制器(PLC)、操作員站、信息站和上位機等組成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4-2所示，其中系統(tǒng)以不同的通信方案來滿足網(wǎng)絡(luò)不同層次的要求。網(wǎng)絡(luò)控制是一個開放的、綜合的、發(fā)布式的自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用了SQL、DDE等開放技術(shù)及國際標準，使系統(tǒng)使用方便。它由計算機家族和各種通信組成，通信包括現(xiàn)場總線，局域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可提供過程控制(包括邏輯和順序控制，位置控制，電機傳動調(diào)速控制，報警和時間的記錄，本地或遠程v0的過程接口)、操作者千預(yù)、工程服務(wù)及管理、通信等功能。PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是功能、結(jié)構(gòu)和信息的綜合反映體。實時過程數(shù)據(jù)庫完全分散到每個PLC，操作站只包括如

42、何顯示及手動控制的信息，它們通過局域網(wǎng)訪問過程數(shù)據(jù)庫，區(qū)域分布的功能可由低層總線來提供，它可以連接分散的1/0單元、控制器和調(diào)速傳動設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖4.24.2.1 系統(tǒng)說明主機架由電源模塊，CPU(S7315-2DP),Profibus-DP通訊模塊及數(shù)字量輸入輸出模塊組成。CPU的MPI通訊口連接上位機，將采集的外部信號與控制指令與上位機傳送。多點接口協(xié)議(MPI: MultipointInterface)物理層采用RS485標準，總線存取協(xié)議為令牌環(huán)。MPI網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為19.2K, 187.5K，最多連接32個站點。CPU的Profibus-DP通訊口通過光藕模塊OLM連接分散式I/O

43、,Profibus采用光纖環(huán)網(wǎng)，具有冗余功能。Profibus-DP通訊模塊CP342-5連接所有的整流/回饋單元和逆變器裝置，通過Profibus發(fā)送控制變頻器的指令。盡管Profibus-DP的通迅速率達到12Mb/s,通訊站點理論上最多可達127個，但是由于與變頻器的通訊量較大，并且要保障通訊的實時性和可靠性，本系統(tǒng)單獨設(shè)置了一條通訊總線與變頻器通訊。主機架的數(shù)字量輸入輸出點用來處理進線電源開關(guān)控制及聯(lián)鎖信號。遠程I/O共有6個機架，包括有左，右聯(lián)動臺控制;剛性腿，柔性腿控制和上，下小車控制。左、右聯(lián)動臺I/O分站包括電源模塊，用于連接至Profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)的接口模塊IM 15

44、3及數(shù)字量輸入輸出模塊，主要用于處理點動操作及自動(主令控制器)操作的信號及安全聯(lián)鎖控制。剛性腿，柔性腿I/O分站包括電源模塊，用于連接至Profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)的接口模塊IM153,智能化單通道計數(shù)器模塊FM350及數(shù)字量輸入輸出模塊。計數(shù)器模塊用來連接增量型編碼器，從而對行走機構(gòu)進行閉環(huán)同步控制，確定吊車行走的位置。上，下小車控制I/O分站包括電源模塊，用于連接至Profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)的接口模塊IM153,智能化單通道計數(shù)器模塊FM350，數(shù)字量輸入輸出模塊及模擬量輸入模塊。計數(shù)器模塊用來連接增量型編碼器，控制上，下小車行走位置。上小車兩只主鉤，下小車主鉤和副鉤的編碼器通過接

45、口模塊IM153連接至Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，由主PLC控制吊鉤的同步。稱重傳感器信號接入模擬量輸入模塊。上位機系統(tǒng)軟件選用iFix，支持通訊。上位機要安裝CP5611通訊卡，通過MPI電纜和主CPU連接。4.3 西門子PLC S7-300功能概述S7-300是用來實現(xiàn)中等規(guī)模自動化任務(wù)的快速，高性能，通用緊湊型PLC。4.3.1 S7-300系列plc簡介S7-300plc是西門子公司于20世紀90年代中期推出的新一代plc，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，用搭積木的方式來組成系統(tǒng)。S7-300屬于中小型PLC，很很強的模擬量處理能力和數(shù)字運算處理，uyou許多過去大型PLC才有的功能，其掃描速度甚

46、至超過了許多大型PLC。S7-300PLC功能強、速速快、擴展靈活，它具有緊湊的、五槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)S7-300PLC采用U型背板總線將各模塊連接起來，可利用MPI、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)。使用STEP7組態(tài)軟件可以對硬件進行組態(tài)和設(shè)置，CPU的智能化診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)功能并記錄錯誤和特定的系統(tǒng)事件，多級口令保護殼使用戶有效保護其專用技術(shù)，防止未允許的拷貝和修改。4.3.2 S7-300PLC的組成1.導(dǎo)軌導(dǎo)軌（BACK）是安裝S7-300各類模塊的機架，S7-300采用背板的方式將各模塊從物理上和電氣上連接起來。2.中央處理器各種中央處理單元（CPU）有不同的性能，例如

47、，有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點，有的CPU集成有PROFIBUS-DP等通信接口。3.電源模塊電源模塊（PS）用于將220V電源轉(zhuǎn)換為DC24V電源，供CPU和I/O模塊使用。額定輸出電流有2A、5A、10A三種，過載時模塊上的LED閃爍。4.信號模塊信號模塊（SM）是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓或電流與PLC內(nèi)部的信號電平匹配，信號模塊主要有數(shù)字量輸入模塊SM321和數(shù)字量輸出模塊SM322，模擬量輸入模塊SM331和模擬量輸出模塊SM332。模擬量輸入模塊可輸入熱電阻、熱電偶、DC-（4-20）ma和DC-（0-10）V等多種不同

48、類型和不同量程的模擬信號。5.功能模塊功能模塊（FM）主要用于對實時性和存儲容量要求的控制任務(wù)，例如，F(xiàn)M-350-1、FM350-2計數(shù)器模塊等。6.通信處理器通信處理器（CP）用于PLC之間、PLC與計算機和其它智能設(shè)備之間的通信，可將PLC接入PROFIBUS-DP、AS-I和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。7.接口模塊接口模塊（IM）用于多機架配置是連接主機架（CR）和擴展機架（ER）。4.3.3 S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S7-300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。S7-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.3安裝時，插槽1為電源模塊，中央機架

49、（0號機架）的插槽2為CPU模塊，CPU必須緊靠電源模塊，對電源和CPU兩塊模塊不分配地址。插槽3為接口模塊，用于連接擴展機架，即使不使用接口模塊，CPU中也給接口模塊分配邏輯地址。插槽4-11可自由分配給信號模塊、功能模塊和通信模塊。4.4 什么題目啊？4.4.1 S7-300CPU 315-2DP模塊它的功能塊數(shù)量：192個FC，192個FB，255個DB，計數(shù)器64個，定時器128個等。它有四種工作方式，通過可卸的專用鑰匙來控制選擇。（1）RUP-P：可編程控制。（2）RUN：運行方式。（3）STOP：停止方式。（4）MRES：清除存儲器。（5）SF：系統(tǒng)出錯（6）BATF：電池故障指示

50、燈。（7）DC5V：+5V電源指示燈。（8）FRCE（黃色）：強制有效指示燈。（9）RUN（綠色）：運行狀態(tài)指示燈。（10）STOP（黃色）：停止狀態(tài)指示燈。4.4.2 S7-300CPU SM321數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成S7-300內(nèi)部信號電平。對現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關(guān)觸點即可。輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離后輸入緩沖器等待采樣。4.4.3 S7-300CPU SM322數(shù)字量輸出模塊數(shù)字量輸出模塊是將內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電平，可直接驅(qū)動電磁閥、接觸器、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。4.4.4 S7-300CPUSM

51、331模擬量輸入模塊SM331模擬量模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補償電路、恒流源、光電隔離和邏輯電路等組成。4.4.5 S7-300CPUSM332模擬量輸出模塊SM332與負載/執(zhí)行裝置的連接：SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。4.4.6 S7-300PS307電源模塊PS307是西門子公司為S7-300專配的DC24V電源。PS307系列模塊除輸出額定電流不同外（有2A、5A、10A三種），其工作原理和各種參數(shù)都一樣。此模塊通過下列方式分擔CPU的任務(wù):直接連接增量編碼器、通過集成數(shù)字輸入端直接連接門控信號、比較功能和通過集成數(shù)字輸出端輸出響應(yīng)、模塊給編碼器供電。4.5

52、STEP7的程序結(jié)構(gòu)和編程語言4.5.1 STEP7的程序結(jié)構(gòu)STEP7的程序結(jié)構(gòu)可分為以下三類（1） 線性程序結(jié)構(gòu)。（2） 分塊程序結(jié)構(gòu)。（3） 結(jié)構(gòu)程序結(jié)構(gòu)。4.5.2 STEP7的編程語言（1） 梯形圖（LAD）（2） 語句表（STL）（3） 功能圖（FBD） STEP7支持3種語言的混合編程4.6 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)PROFIBUS是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一，它一其獨特的技術(shù)特點、嚴格的認證、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，已被納入現(xiàn)場總線的國際IEC31158和歐美標準EN50170，并于2001年被定為我國的行業(yè)標準。PROFIBUS是不依賴生產(chǎn)廠

53、家的、開放式的現(xiàn)場總線，各種各樣的自動化設(shè)備均可以通過同樣的接口交換信息。PROFIBUS用于分布式I/O設(shè)備、傳動裝置、PLC和基于PC的自動化系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線技術(shù)是為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)自動化的發(fā)展而出現(xiàn)的，在現(xiàn)場總線基礎(chǔ)上構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)具有現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)所要求的開放性、集散性、智能化、信息電子化和網(wǎng)絡(luò)化等特點。根據(jù)國際電工委員會(IEC)的定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)。PPROFIBUS支持主從模式、純主站模式、多主多從模式等，主站對總線具有控制權(quán)，可主動發(fā)信息。對多主站模式，在主站間按令牌傳遞決定對總線的控制權(quán)，取得控制權(quán)的主站，

54、可向從站發(fā)送、獲取信息，實現(xiàn)點對點通訊。4.6.1 PROFIBUS現(xiàn)場總線簡述過程現(xiàn)場總線PROFIBUS在歐洲占有較大的市場份額，它是以西門子為主的14家德國公司聯(lián)合提出的，1989年12月成立了PNO, 1991年首批產(chǎn)品上市，1998年P(guān)ROFIBUS規(guī)范被列入德國國家標準DIN 19245，進而列入歐洲標準PrEN50170。其傳輸速率為9.6-12kbps，最大傳輸距離在12kbps時為100m, 1.5mbps時為400m，可用中繼器延長至lOkm，最多可掛接127個站點。從表4-4可以看出，PROFIBUS協(xié)議采用了ISOtOSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，必要時還采用了應(yīng)用層

55、。PROFIBUS的協(xié)議結(jié)構(gòu)4.44.6.2 PROFIBUS的組成1. PROFIBUS-FMS PROFIBUS-FMS用來完成控制器和智能現(xiàn)場設(shè)備之間的通信以及控制器之間的信息交換。2. PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP以德國標準DfN19245的第一部分為基礎(chǔ)，根據(jù)其需要達到的目標對其通信功能加以擴充。3. PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA應(yīng)用于過程自動化。PROFIBUS-PA實現(xiàn)了IEC1 1582標準中規(guī)定的通信規(guī)程，用于對安全性要求較高的場合以及由總線供電的站點。4.6.3 PROFIBUS的介質(zhì)存取協(xié)議PROFIBUS的介質(zhì)存取協(xié)議包括主站之間的令

56、牌方式和主站與從站之間的主一從方式，這種混合的方式稱為混合介質(zhì)存取。令牌方式使得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間段內(nèi)得到總線控制權(quán)。令牌是一條特殊的電文，它在總線之間傳遞總線控制權(quán)。令牌在所有主站中循環(huán)一周的最長時間是事先規(guī)定的。在PROFIBUS中，令牌只在主站之間按地址升序傳遞。主從方式允許主站在得到總線控制權(quán)時可以與從站通訊，每一個主站均可向從站發(fā)送及索取信息。利用PROFIBUS的混合介質(zhì)存取方式可以實現(xiàn):(1) 純主從系統(tǒng)單主站);(2) 純主站系統(tǒng)(多主站);(3) 混合系統(tǒng)(多主多從)。4.7 PLC控制PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)

57、整。工作流程如圖4.5所示。圖4.5 PLC程序流程圖工作流程圖4.5系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。4.7.1 手動運行當按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時

58、，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行,再起動下一臺電機。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用。4.7.2 自動運行由PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制. 升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止狀態(tài).系統(tǒng)

59、開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運行狀態(tài).當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行;同時，使第二臺水泵M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼

60、續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行.當最后一臺水泵M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值.當用水量繼續(xù)下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。 4.8 編程及介紹4.8.1 總程序的順序功能圖系統(tǒng)分為手動運行和自動運行兩部分總程序的順序功能圖4.64.8.2 自動運行順序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進入自動運行模式，順序功能

61、圖如4.7所示。自動運行順序功能圖4.7Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行系統(tǒng)起動時，KM1閉合，#1泵以變頻方式運行。 當變頻器的運行頻率超出一個上限信號后，PLC通過這個上限信號后將1#水泵有變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行，KM1斷開KM0吸合，同時KM3吸合變頻起動第2#水泵。如果再次接收到變頻器上限信號，則KM3斷開KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3#水泵變頻起動。如果變頻器頻率偏低，即壓力過高，輸出的下限信號使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。再次接到下限信號就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。為了防止出現(xiàn)某臺電動機既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖