畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于plc的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　一、課題簡(jiǎn)介</b></p><p>　　隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今最先進(jìn)、合理的節(jié)能

2、型供水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用專(zhuān)用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻恒壓供水設(shè)備、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。變頻恒壓供水方式與過(guò)去的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)

3、建設(shè)中成片開(kāi)發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。</p><p>　　變頻恒壓供水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場(chǎng)合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):</p><p>　　(1)供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他一些過(guò)程控制量(如:溫度、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。

4、</p><p>　　(2)用戶管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏?、水錘等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化成正比，因此變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。</p><p>　　(3)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的供水系統(tǒng)，而不同的供水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。</p>

5、;<p>　　(4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和運(yùn)行)是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是時(shí)時(shí)變化的。</p><p>　　(5)當(dāng)出現(xiàn)意外的情況(如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源

6、水位，管網(wǎng)壓力等工況點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時(shí)，執(zhí)行專(zhuān)門(mén)的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進(jìn)行供水。</p><p>　　(6)水泵的電氣控制柜，其有遠(yuǎn)程和就地控制的功能和數(shù)據(jù)通訊接口，能與控制信號(hào)或控制軟件相連，能對(duì)供水的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送，以便顯示和監(jiān)控以及報(bào)表打印等功能。</p><p>　　(7)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果

7、顯著，對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。</p><p><b>　　二、方案擬定</b></p><p>　　圖2.1 供水流程簡(jiǎn)圖</p><p>　　此次設(shè)計(jì)研究的對(duì)象是一棟樓房的供水系統(tǒng)。這棟樓有10層，由于高層樓對(duì)水壓的要求高

8、，在水壓低時(shí)，高層用戶將無(wú)法正常用水甚至出現(xiàn)無(wú)水的情況，水壓高時(shí)將造成能源的浪費(fèi)。如圖2.1所示，是這棟小樓的供水流程。自來(lái)水廠送來(lái)的水先儲(chǔ)存的水池中再通過(guò)水泵加壓送給用戶。通過(guò)水泵加壓后，必須恒壓供給每一個(gè)用戶。</p><p>　　2.1 變頻恒壓供水控制方式的選擇</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)變頻恒壓供水設(shè)備電控柜的控制方式有：</p><p>　　1．邏輯電

9、子電路控制方式</p><p>　　這類(lèi)控制電路難以實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動(dòng)、全流量變頻調(diào)節(jié)，往往采用一臺(tái)泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻狀態(tài)的方式。因此，控制精度較低、水泵切換時(shí)水壓波動(dòng)大、調(diào)試較麻煩、工頻泵起動(dòng)時(shí)有沖擊、抗干擾能力較弱，但其成本較低。</p><p>　　2．單片微機(jī)電路控制方式</p><p>　　這類(lèi)控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同

10、供水情況時(shí)，調(diào)試較麻煩；追加功能時(shí)往往要對(duì)電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不太好。</p><p>　　3．帶PID回路調(diào)節(jié)器或可編程序控制器(PLC)的控制方式</p><p>　　該方式變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源。實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測(cè)管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號(hào)和壓力

11、反饋信號(hào)在輸入可編程控后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算后，輸入給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號(hào)。</p><p>　　由于變頻器的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)是由可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器給出的，所以對(duì)可編程控制器來(lái)講。既要有模擬量輸入接口，又要有模擬量輸出接口。由于帶模擬量輸入，輸出接口的

12、可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。若采用帶有模擬量輸入，數(shù)字量輸出的可編程控制器，則要在可編程控制器的數(shù)字量輸出口端另接一塊PWM調(diào)制板，將可編程控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量。這樣，可編程控制器的成本沒(méi)有降低，還增加了連線和附加設(shè)備，降低了整套設(shè)備的可靠性。如果采用一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，輸出的可編程控制器和一個(gè)PID回路調(diào)節(jié)器，其成本也和帶模擬量輸入，輸出的可編程控制器差不多。所以，在變頻調(diào)速恒壓給水控制設(shè)備中，PI

13、D控制信號(hào)的產(chǎn)生和輸出就成為降低給水設(shè)備成本的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。</p><p>　　4．新型變頻調(diào)速供水設(shè)備</p><p>　　針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品，如華為的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切換卡；SANKEN的SAMCO— I系列；ABB公司的ACS600、ACS400系列產(chǎn)品；富士公司的GIIS／PIIS系

14、列產(chǎn)品；等等。這些產(chǎn)品將PID調(diào)節(jié)器以及簡(jiǎn)易可編程控制器的功能都綜合進(jìn)變頻器內(nèi)，形成了帶有各種應(yīng)用的新型變頻器。由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存貯容量的要求和對(duì)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。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可

15、對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。</p><p>　　考慮以上四種方案后，此次設(shè)計(jì)采用第四種方案。如圖2.2所示。</p><p>　　圖2. 2 供水系統(tǒng)方案圖</p><p>　　三、變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理</p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成</b></p><

16、p>　　圖3. 1 系統(tǒng)原理圖</p><p>　　如圖2.3所示，整個(gè)系統(tǒng)由三臺(tái)水泵，一臺(tái)變頻調(diào)速器，一臺(tái)PLC和一個(gè)壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。三臺(tái)水泵中每臺(tái)泵的出水管均裝有手動(dòng)閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，三臺(tái)泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；變頻供水系統(tǒng)中檢測(cè)管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號(hào))或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器是供水系統(tǒng)的核心，通過(guò)改變電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)

17、電機(jī)的無(wú)極調(diào)速、無(wú)波動(dòng)穩(wěn)壓的效果和各項(xiàng)功能。</p><p>　　從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制系</p><p>　　統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。</p><p><b>　　(1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)

18、，圖2.3中的3個(gè)水泵分為二種類(lèi)型:</p><p>　　調(diào)速泵:是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。</p><p>　　恒速泵:水泵運(yùn)行只在工頻狀態(tài)，速度恒定。它們用于在用水量增大而調(diào)速泵的最大供水能力不足時(shí)，對(duì)供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。</p><p><b>　　(2)信號(hào)檢測(cè)</

19、b></p><p>　　在系統(tǒng)控制過(guò)程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括自來(lái)水出水水壓信號(hào)和報(bào)警信號(hào):</p><p>　?、偎畨盒盘?hào):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(hào)。</p><p>　?、趫?bào)警信號(hào):它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過(guò)載、變頻器是否有異常。該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。</p><p><b>　

20、　(3)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。</p><p>　?、俟┧刂破?它是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的工況、壓力、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來(lái)自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過(guò)變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

21、(即水泵)進(jìn)行控制。</p><p>　?、谧冾l器:它是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來(lái)的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。</p><p>　?、垭娍卦O(shè)備:它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等電氣元件組成。用于在供水控制器的控制下完成對(duì)水泵的切換、手/自動(dòng)切換等。</p><p><b>　　(4)人機(jī)界面<

22、;/b></p><p>　　人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場(chǎng)所。通過(guò)人機(jī)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(shí)使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)示，對(duì)報(bào)警進(jìn)行顯示。</p><p><b>　　(5)通訊接口</b></p><p>　

23、　通訊接口是本系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)通過(guò)通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來(lái)，例如可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等</p><p><b>　　(6)報(bào)警裝置</b></p><p>　　作為一個(gè)控制系統(tǒng)，報(bào)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

24、系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、變頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、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(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類(lèi)別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　合上空氣開(kāi)關(guān)，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)上，系統(tǒng)進(jìn)入全自

25、動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，PLC中程序首先接通KM6，并起動(dòng)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(shí)際值(來(lái)自于壓力傳感器)的偏差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號(hào)給變頻器。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)及預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)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(shí)現(xiàn)恒壓控制。同時(shí)變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限，會(huì)將頻率到達(dá)信號(hào)送給PLC，PLC則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上、下限信號(hào)和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號(hào)，由程序判斷是否要起

26、動(dòng)第2臺(tái)泵(或第3臺(tái)泵)。當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到頻率上限值，并保持一段時(shí)間，則PLC會(huì)將當(dāng)前變頻運(yùn)行泵切換為工頻運(yùn)行，并迅速起動(dòng)下1臺(tái)泵變頻運(yùn)行。此時(shí)PID會(huì)繼續(xù)通過(guò)由遠(yuǎn)傳壓力表送來(lái)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi)。</p><p>　　增泵工作過(guò)程：假定增泵順序?yàn)閘、2、3泵。開(kāi)始時(shí)，1泵電機(jī)在PLC控制下先投入調(diào)速運(yùn)行，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)

27、節(jié)。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時(shí)變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升，反之下降。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限，并穩(wěn)定運(yùn)行后，如果供水壓力仍沒(méi)達(dá)到預(yù)置值，則需進(jìn)入增泵過(guò)程。在PLC的邏輯控制下將1泵電機(jī)與變頻器連接的電磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，1泵電機(jī)切換到工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器與2泵電機(jī)連接， 控制2泵投入調(diào)速運(yùn)行。如果還沒(méi)到達(dá)設(shè)定值，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行。</p><p>　　減泵工作過(guò)程：假定

28、減泵順序依次為3、2、1泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時(shí)，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺(tái)水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過(guò)程。如果在晚間用水不多時(shí)，當(dāng)最后一臺(tái)正在運(yùn)行的主泵處于低速運(yùn)行時(shí)，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機(jī)并啟動(dòng)輔泵投入調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能效果。</p><p>　　3.3

29、 變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析</p><p>　　在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺(tái)調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時(shí)需要增加恒速水泵來(lái)滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率，此時(shí)管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時(shí)需要減少恒速水泉來(lái)減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時(shí)進(jìn)行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時(shí)使機(jī)組不過(guò)于

30、頻繁的切換。</p><p>　　盡管通用變頻器的頻率都可以在0-400Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無(wú)限地增大和減小。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，只能在50Hz時(shí)進(jìn)行。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制，50Hz成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率己經(jīng)到達(dá)50Hz時(shí)，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸

31、出頻率了。要增加實(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過(guò)水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0Hz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動(dòng)水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，由于管網(wǎng)中的水壓會(huì)反推水泵，給帶動(dòng)水泵運(yùn)行的電機(jī)一個(gè)反向的力矩，同時(shí)這個(gè)水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個(gè)值時(shí)，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水

32、壓力也不會(huì)隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個(gè)頻率在實(shí)際應(yīng)用中就是電機(jī)運(yùn)行的下限頻率。這個(gè)頻率遠(yuǎn)大于0Hz,具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場(chǎng)所有關(guān)，一般在20Hz左右。由于在變頻運(yùn)行</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時(shí)候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時(shí)判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時(shí)間（比如1-

33、2分鐘），如果在這一段延時(shí)的時(shí)間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行實(shí)際的機(jī)組切換操作;如果切換條件不能夠維持延時(shí)時(shí)間的要求，說(shuō)明判別條件的滿足只是暫時(shí)的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。</p><p>　　3.4 主電路接線圖</p><p>　　圖2-4 水泵主回路接線圖</p><p>　　圖3. 2 主電路圖</p><p>

34、　　電機(jī)有兩種工作模式即：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。KM1、 KM3、 KM5 分別為電動(dòng)機(jī)M1 、M2 、M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器，KM0、 KM2 、KM4 分別為電動(dòng)機(jī)M1、M2、 M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。</p><p>　　熱繼電器(FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護(hù)電路，它在電路中的用作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。</p><p>　　熔斷器（FU）是

35、電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置。使用中，由于電流超過(guò)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(yán)重過(guò)載。</p><p>　　四、相關(guān)器件的選型及接線</p><p>　　4.1 PLC的選型</p><p>　　水泵M1、M2，M3可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，需PLC的6個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由PLC的1個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)

36、正轉(zhuǎn)需1個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要1個(gè)輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共9個(gè)?？刂破饎?dòng)和停止需要2個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測(cè)信號(hào)占用PLC2個(gè)輸入點(diǎn)，系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)起動(dòng)需1輸入點(diǎn)，手動(dòng)控制電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行需6個(gè)輸入點(diǎn)，控制系統(tǒng)停止運(yùn)行需1個(gè)輸入點(diǎn)，檢測(cè)電機(jī)是否過(guò)載需3個(gè)輸入點(diǎn)，共需15個(gè)輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為24個(gè)點(diǎn)。本系統(tǒng)選用FXos-30MR-D型PLC。</p><p>　　4.2 PLC

37、的接線</p><p>　　圖4. 1 PLC的接線圖</p><p>　　Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行。</p><p>　　X0接起動(dòng)按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口

38、，X4接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。</p><p>　　為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同時(shí)控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。</p><p>　　4.3 變頻器的選型</p&

39、gt;<p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用FR-A540系列變頻器，如下圖所示：</p><p>　　圖4. 2 FR-A540的管腳說(shuō)明</p><p>　　4.4 變頻器的接線</p><p>　　管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測(cè)的上/下限信號(hào)分別通過(guò)OL和FU輸出至PLC的X

40、2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號(hào)。</p><p>　　圖4. 3變頻器接線圖</p><p>　　4.5 PID調(diào)節(jié)器</p><p>　　僅用P動(dòng)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(dòng)作的PI控制。用PI控制時(shí)，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來(lái)擾動(dòng)等引起的偏差。但是， I動(dòng)作過(guò)強(qiáng)時(shí)，對(duì)快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對(duì)有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單

41、獨(dú)使用P動(dòng)作控制。</p><p>　　對(duì)于PD控制，發(fā)生偏差時(shí)，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動(dòng)作還要大的操作量，以此來(lái)抑制偏差的增加。偏差小時(shí)，P動(dòng)作的作用減小?？刂茖?duì)象含有積分元件的負(fù)載場(chǎng)合，僅P動(dòng)作控制，有時(shí)由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場(chǎng)合，為使P動(dòng)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(guò)程本身沒(méi)有制動(dòng)作用的負(fù)載。</p><p>　　利用I動(dòng)作消除偏差作用

42、和用D動(dòng)作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動(dòng)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(wú)偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過(guò)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(shí)間的負(fù)載系統(tǒng)(即實(shí)時(shí)性要求不高，工業(yè)上的過(guò)程控制系統(tǒng)一般都是此類(lèi)系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié))效果比較好</p><p>　　圖4. 4 PID控制框圖</p><p>　　

43、通過(guò)對(duì)被控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過(guò)此功能的控制動(dòng)作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)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(guò)程量的控制。在恒壓供水中常見(jiàn)的PID控制器的控制形式主要有兩種:</p><p>　　(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用時(shí)只需要進(jìn)行線路的連接和P、I、D參數(shù)及日標(biāo)值的設(shè)定。(

44、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(jī))上做PID控制器</p><p>　　此次使用硬件型控制形式。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器內(nèi)置于變頻器中。</p><p>　　圖4. 5 PID控制接線圖</p><p>　　4.6壓力傳感器的接線圖</p><p>

45、　　壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對(duì)壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力－電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，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(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。</p><p>　　該傳感器的量程為0～2.5MPa，工作溫度為5℃～60 ℃，供電電源為28

46、±3V（DC）。</p><p>　　圖4. 6 壓力傳感器的接線圖</p><p><b>　　4.7原件表</b></p><p>　　水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數(shù)見(jiàn)表3.1所示。 </p><p>　　熱繼電器的選

47、擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過(guò)載保護(hù)熱繼電器FR，F(xiàn)R1 FR2可選用規(guī)格其型號(hào)為T(mén)K-E02T-C，額定電流5－8A，F(xiàn)R3可選用規(guī)格其型號(hào)為T(mén)K-E02U-C，額定電流為6－9 A</p><p>　　熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。</p><p>　　接觸器的選擇：對(duì)于接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw</p><p&g

48、t;　　按鈕SB的選擇：PLC各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)，按鈕均選用LAY3—11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0.3A，含1對(duì)常開(kāi)和1對(duì)常閉觸點(diǎn)。</p><p>　　表4. 1元件表總圖</p><p>　　表4. 2水泵的參數(shù)</p><p>　　表4. 3 變頻器的參

49、數(shù)</p><p>　　五、 PLC控制及編程</p><p><b>　　5.1 PLC控制</b></p><p>　　PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖5.1所示。</p><p>　　圖5. 1 PLC程序流程圖</p><p>

50、　　系統(tǒng)起動(dòng)之后，檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果是手動(dòng)運(yùn)行模式則進(jìn)行手動(dòng)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(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。</p><p>　　手動(dòng)模式主要是解決系統(tǒng)出錯(cuò)或器件出問(wèn)題</p><p>　　在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到

51、頻率下限信號(hào)，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒(méi)接到信號(hào)就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　5.2.1 手動(dòng)運(yùn)行</p><p>　　當(dāng)按下SB7按鈕，用手動(dòng)方式。按下SB10手動(dòng)啟動(dòng)變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時(shí)，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時(shí)切斷電機(jī)變頻，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行,再起動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。為了變頻向工頻切換時(shí)保護(hù)變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時(shí)，

52、用時(shí)間繼電器作了時(shí)間延遲，當(dāng)壓力過(guò)大時(shí)，可以手動(dòng)按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運(yùn)行的電機(jī)，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)變頻運(yùn)行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機(jī)對(duì)應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)停止三臺(tái)水泵.該方式僅供自動(dòng)故障時(shí)使用.</p><p>　　5.2.2 自動(dòng)運(yùn)行</p><p>　　由PLC分別控制某臺(tái)電機(jī)工頻和變頻繼電器，在條件成立時(shí)，進(jìn)行增泵升壓和減泵降壓控制.</p&

53、gt;<p>　　升壓控制：系統(tǒng)工作時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開(kāi)始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí)，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時(shí)，水

54、泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時(shí)，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(yùn)行;同時(shí)，使第二臺(tái)水泵M2投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當(dāng)加速運(yùn)行的變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行.當(dāng)最后一臺(tái)水泵M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警.&l

55、t;/p><p>　　降壓控制：當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的一臺(tái)水泵關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達(dá)到設(shè)定值.當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的變頻器輸出頻率降至起動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。</p><p><b>　　5.3編程及介紹</b></p>

56、<p>　　5.3.1 總程序的順序功能圖</p><p>　　系統(tǒng)分為自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩部分</p><p>　　圖5. 2 總程序的順序功能圖</p><p>　　5.3.2 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖</p><p>　　按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式，順序功能圖如5.3所示。</p><p>　　圖

57、5. 3 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖</p><p>　　Y0接KM0控制M1的變頻運(yùn)行，Y1接KM1控制M1的工頻運(yùn)行；Y2接KM2控制M2的變頻運(yùn)行，Y3接KM3控制M2的工頻運(yùn)行；Y4接KM4控制M3的變頻運(yùn)行，Y5接KM5控制M3的工頻運(yùn)行</p><p>　　系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，KM1閉合，#1泵以變頻方式運(yùn)行。 當(dāng)變頻器的運(yùn)行頻率超出一個(gè)上限信號(hào)后，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1#水泵有變頻運(yùn)行

58、轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開(kāi)KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起動(dòng)第2#水泵。</p><p>　　如果再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開(kāi)KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動(dòng)。</p><p>　　如果變頻器頻率偏低，即壓力過(guò)高，輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開(kāi)啟KM3，2#水泵變頻起動(dòng)。</p><p>　　再次接到下限信號(hào)就關(guān)閉KM

59、3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。</p><p>　　為了防止出現(xiàn)某臺(tái)電動(dòng)機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計(jì)了電氣互鎖。在同是控制M1電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對(duì)方的常閉觸頭形成電氣互鎖。</p><p>　　5.3.4 手動(dòng)模式順序功能圖</p><p>　　當(dāng)按下SB9按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式。系統(tǒng)的每步動(dòng)作都必須有相應(yīng)的操作。順序

60、功能圖如圖5.4所示。</p><p>　　圖5. 4 自動(dòng)運(yùn)行順序功能圖</p><p>　　按下按鈕SB9之后，啟動(dòng)了變頻器，系統(tǒng)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式。當(dāng)用戶按下SBn（n=1，3，5）三臺(tái)電機(jī)分別處于工頻運(yùn)行，當(dāng)用戶按下SBn（n=2，4，6）三臺(tái)電機(jī)分別處于變頻運(yùn)行?？梢远嗯_(tái)電機(jī)于不同的頻率工作，但一臺(tái)電機(jī)只能以一種頻率下工作。（如#1電機(jī)，如果控制它工作的SB1,SB2按鈕被同時(shí)按下

61、則發(fā)出警報(bào)且電機(jī)無(wú)法起動(dòng)。）</p><p>　　5.3.5 程序說(shuō)明</p><p>　?。?）自動(dòng)運(yùn)行部分。</p><p><b>　　起動(dòng)1#泵</b></p><p>　　按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)檢測(cè)采用那種運(yùn)行模式。如果按鈕SB7沒(méi)按，則使用自動(dòng)運(yùn)行模式。變頻起動(dòng)1#水泵。</p><p>

62、<b>　　起動(dòng)1#，2#泵：</b></p><p>　　接收到變頻器上限信號(hào)，PLC通過(guò)這個(gè)上限信號(hào)后將1#水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，KM1斷開(kāi)KM0吸合，同時(shí)KM3吸合變頻起動(dòng)第2#水泵。</p><p>　　起動(dòng)1#，2#，3#泵：</p><p>　　再次接收到變頻器上限信號(hào)，則KM3斷開(kāi)KM2吸合，第2#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3

63、#水泵變頻起動(dòng)。</p><p><b>　　起動(dòng)1#泵：</b></p><p>　　接到下限信號(hào)就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。</p><p><b>　　起動(dòng)1#，2#泵：</b></p><p>　　輸出的下限信號(hào)使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開(kāi)啟KM3，2#水泵變頻

64、起動(dòng)。</p><p><b>　　起動(dòng)1#泵：</b></p><p>　　接到下限信號(hào)關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。</p><p><b>　　(2)手動(dòng)運(yùn)行部分</b></p><p>　　按下手動(dòng)起動(dòng)按鈕SB10，手動(dòng)起動(dòng)變頻器。</p><p&

65、gt;　　按下SB2,斷開(kāi)KM0，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在變工頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB4,斷開(kāi)KM2，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在變頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB6,斷開(kāi)KM4，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在變頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB1,斷開(kāi)KM1，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M1在工頻電源下運(yùn)行。</p>

66、;<p>　　按下SB3,斷開(kāi)KM3，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M2在工頻電源下運(yùn)行。</p><p>　　按下SB5,斷開(kāi)KM5，在10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后起動(dòng)M3在工頻電源下運(yùn)行。</p><p><b>　?。?）公用部分</b></p><p>　　當(dāng)熱繼電器斷開(kāi)系統(tǒng)報(bào)警。</p><p>　　電機(jī)只能在一種頻

67、率下運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)工頻/變頻同時(shí)打開(kāi)時(shí)將發(fā)出警報(bào)且電機(jī)停止運(yùn)行。</p><p>　　輔助繼電器M1,M2,M3,…M9依次控制輸出繼電器Y0,Y1,Y2,…Y10</p><p>　　按下停止按鈕，所有泵停止運(yùn)行。</p><p>　　六、MCGS組態(tài)軟件</p><p>　　6.1 MCGS組態(tài)軟件</p><p>

68、　　MCGS(Monitor And Control Generated System,通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套全中文工控組態(tài)軟件,用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件,它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行,可以以Microsoft的 Windows 95,98,Me,Nt或windows 2000 為操作系統(tǒng).通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理,以動(dòng)畫(huà)顯示,報(bào)警處理,流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際

69、工程問(wèn)題的方案,在自動(dòng)有著廣泛的應(yīng)化領(lǐng)域用.它功能齊全，便于方案設(shè)計(jì)。MCGS為解決工程監(jiān)控問(wèn)題提供了豐富多樣的手段，從設(shè)備驅(qū)動(dòng)（數(shù)據(jù)采集）到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)表輸出、曲線顯示等各個(gè)環(huán)節(jié)，均有豐富的功能組件能快速完成多數(shù)簡(jiǎn)單工程項(xiàng)目的監(jiān)控程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。用戶可避開(kāi)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟硬件問(wèn)題，集中精力解決工程本身的問(wèn)題，，組態(tài)配置出高性能、高可靠性、高度專(zhuān)業(yè)化的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維

70、護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。</p><p>　　6.1.1 MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCGS組態(tài)軟件（以下簡(jiǎn)稱MCGS）由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)</p><p>　　圖6.1 MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境

71、，由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫(xiě)控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)，其與MCGS 運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程” 。</p><p>　　6.1.2 MCGS工程的五大部分</p><p>　　圖6.2

72、MCGS的工程組成</p><p>　　主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口，設(shè)定動(dòng)畫(huà)刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤(pán)文件名稱及存盤(pán)時(shí)間等。</p><p>　　設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出

73、設(shè)備，注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。</p><p>　　用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫(huà)顯示畫(huà)面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。</p><p>　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類(lèi)型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫(huà)連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。&

74、lt;/p><p>　　運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫(xiě)控制程序（if…then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。</p><p><b>　　6.2 建立界面</b></p><p>　　6.2.1 建立窗口</p><p>　　[1]在“用戶窗口”中

75、單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口0” 。</p><p>　　[2]選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，進(jìn)入“用戶窗口屬性設(shè)置”。</p><p>　　[3]將窗口名稱改為：變頻恒壓供水系統(tǒng)；窗口標(biāo)題改為：變頻恒壓供水系統(tǒng)；窗口位置選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認(rèn)”。</p><p>　　[4]在“用戶窗口”中，選中“變頻恒壓供水系統(tǒng)”，點(diǎn)擊右鍵，選擇下拉菜單

76、中的“設(shè)置為啟動(dòng)窗口”選項(xiàng)，將該窗口設(shè)置為運(yùn)行時(shí)自動(dòng)加載的窗口。</p><p><b>　　圖6.3 工程界面</b></p><p>　　界面如圖所示。一共有四個(gè)界面，分別是變頻恒壓供水系統(tǒng)、變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)時(shí)曲線、變頻恒壓供水系統(tǒng)歷史曲線和退出提示。</p><p>　　6.2.2定義數(shù)據(jù)對(duì)象</p><p>　

77、　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對(duì)象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程也就是定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過(guò)程。定義數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類(lèi)型、初始值和數(shù)值范圍，確定與數(shù)據(jù)變量存盤(pán)相關(guān)的參數(shù)，如存盤(pán)的周期、存盤(pán)的時(shí)間范圍和保存期限等。下面以數(shù)據(jù)對(duì)象“水泵”為例，介紹一下定義數(shù)據(jù)對(duì)象的步驟：</p><p>　　[1]單擊工作臺(tái)中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”窗口標(biāo)簽，進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗

78、口頁(yè)。</p><p>　　[2]單擊“新增對(duì)象” 按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對(duì)象列表中，增加新的數(shù)據(jù)對(duì)象，系統(tǒng)缺省</p><p>　　定義的名稱為“Data1”、“Data2”、“Data3”等</p><p>　　[3]選中對(duì)象，按“對(duì)象屬性”按鈕，或雙擊選中對(duì)象，則打開(kāi)“數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置” 窗口。</p><p>　　[4]將對(duì)象名稱改為：水

79、泵1；對(duì)象類(lèi)型選擇：開(kāi)關(guān)型；在對(duì)象內(nèi)容注釋輸入框內(nèi)輸入：“控制水泵啟動(dòng)、停止的變量”，單擊“確認(rèn)”。</p><p>　　圖6.4參數(shù)的設(shè)置過(guò)程</p><p>　　按照此步驟，設(shè)置其他數(shù)據(jù)對(duì)象。</p><p><b>　　圖6.5參數(shù)的設(shè)置</b></p><p><b>　　6.3 編輯界面</b&

80、gt;</p><p><b>　　6.3.1編輯畫(huà)面</b></p><p>　　選中“變頻恒壓供水系統(tǒng)”窗口圖標(biāo)，單擊“動(dòng)畫(huà)組態(tài)”，進(jìn)入動(dòng)畫(huà)組態(tài)窗口，開(kāi)始編輯畫(huà)面。</p><p><b>　　圖6.6 編輯界面</b></p><p>　　6.3.2 對(duì)象元件的選擇</p>&l

81、t;p>　　單擊繪圖工具箱中的（插入元件）圖標(biāo)，彈出對(duì)象元件庫(kù)管理對(duì)話框，如圖6.7所示：</p><p>　　圖6.7 對(duì)象元件庫(kù)管理</p><p>　　如上所示，在元件庫(kù)中找到所需的元件組成下圖6. 8所示的畫(huà)面。</p><p>　　圖6.8 監(jiān)控界面</p><p>　　6.4 MCGS與PLC之間的連接</p>

82、;<p>　　MCGS通過(guò)上位機(jī)中的串行口設(shè)備和PLC上的通訊單元（編程口）建立串行通訊連接，從而達(dá)到操作PLC設(shè)備的目的。PLC的默認(rèn)設(shè)置是只支持RS232通信，所以要使用RS485通信協(xié)議，必須事先用RS232（即PLC的編程口）通信，設(shè)置寄存器PLC D8120寄存器。</p><p>　　此次MCGS通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的RS-232串行口讀取PLC存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)，與PLC建立連接。MCGS的結(jié)構(gòu)形

83、式使其成為一個(gè)“與設(shè)備無(wú)關(guān)”的系統(tǒng)，對(duì)于不同的硬件設(shè)備，只需定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，并設(shè)置相關(guān)的屬性，系統(tǒng)就可對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行操作，而不需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作任何改動(dòng)。</p><p>　　6.4.1添加PLC設(shè)備</p><p>　　FX-232設(shè)備必須掛接在串口父設(shè)備下，串口父設(shè)備在通用設(shè)備構(gòu)件中。串口父設(shè)備用來(lái)設(shè)置通信參數(shù)和通信端口。通信參數(shù)必須設(shè)置成與PLC的設(shè)置一樣。否

84、則就無(wú)法通信。</p><p>　　[1]      在“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)入。</p><p>　　[2]      點(diǎn)擊工具條中的“工具箱”圖標(biāo)，打開(kāi)“設(shè)備工具箱”。</p><p>　　[3]    

85、60; 單擊“設(shè)備工具箱”中的“設(shè)備管理”按鈕，彈出如圖6. 9所示窗口：</p><p>　　圖6. 9 設(shè)備管理窗口</p><p>　　[4] 在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用設(shè)備”。</p><p>　　[5]  雙擊“串口通訊父設(shè)備”，在下方出現(xiàn)串口通訊父設(shè)備圖標(biāo)。</p><p>　　[6] 雙

86、擊串口通訊父設(shè)備圖標(biāo)，即可將“串口通訊父設(shè)備”添加到右測(cè)選定設(shè)備列表中。</p><p>　　[7] 選中選定設(shè)備列表中的“串口通訊父設(shè)備”，單擊“確認(rèn)”，“ 串口通訊父設(shè)備”即被添加到“設(shè)備工具箱”中。</p><p>　　[7]按上面前三步后，雙擊“PLC設(shè)備”，雙擊“三菱”再雙擊“FX-232”在下方出現(xiàn)三菱FX-232，選中點(diǎn)擊增加，確認(rèn)。出現(xiàn)如下圖所示</p>&l

87、t;p>　　圖6. 10 設(shè)備工具箱窗口</p><p>　　[8]雙擊“串口通訊父設(shè)備”，再雙擊“三菱FX-232”。</p><p>　　[9]在設(shè)備窗口中雙擊設(shè)備1-[三菱FX-232],出現(xiàn)設(shè)備屬性對(duì)話框，如圖5-11所示。點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)進(jìn)行設(shè)置。</p><p>　　6.4.2PLC設(shè)備屬性的設(shè)置</p><p>　　圖6.

88、11 進(jìn)入設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性窗口</p><p>　　圖6. 12 設(shè)置所需要的通道</p><p>　　圖6. 13 設(shè)置通道對(duì)應(yīng)的對(duì)象</p><p><b>　　七、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本論文研究的是變頻恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)以PLC和變頻器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助于PLC強(qiáng)大而靈活的控制功能和內(nèi)置P

89、ID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的控制。該系統(tǒng)采用PCL控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，使給水泵始終在高效率下運(yùn)行，在啟動(dòng)時(shí)壓力波動(dòng)小，可控制在給定值的5%范圍內(nèi)。</p><p>　　恒壓供水在日常生活中非常重要，基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)的生活恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動(dòng)控制，不

90、需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，節(jié)約管理費(fèi)用。對(duì)整個(gè)供水過(guò)程來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，管理人員可根據(jù)每個(gè)季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達(dá)到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。</p><p>　　目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼

91、顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進(jìn)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(shí)踐中。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[2]吳忠智，吳加林

92、。變頻器應(yīng)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[3]韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[4]李華.變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，1996，</p><p>　　[5]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[