基于PLC恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（帶調(diào)試視頻及CAD圖紙）,基于,PLC,供水,變頻,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì),調(diào)試,視頻,CAD,圖紙 基于PLC恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。 基于水泵供水流量和水泵轉(zhuǎn)速的三次方成正比，設(shè)計(jì)分析了采取變壓變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水相對(duì)于傳統(tǒng)的閥門控制恒壓供水方式的節(jié)能機(jī)理。通過(guò)對(duì)變頻器內(nèi)置PID模塊參數(shù)的預(yù)置，利用遠(yuǎn)傳壓力表的水壓反饋量，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)用水量的變化，采取PID調(diào)節(jié)方式，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。 本設(shè)計(jì)依據(jù)供水要求，設(shè)計(jì)了一套由PLC、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、多臺(tái)水泵機(jī)組等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動(dòng)變頻恒壓供水，具有全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等功能。系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問(wèn)題，并具有多種輔助功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 設(shè)計(jì)分析了多泵供水方式的各種供水狀態(tài)及轉(zhuǎn)換條件，分析了電機(jī)由變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)行方式的切換過(guò)程及存在的問(wèn)題。給出了實(shí)現(xiàn)有效狀態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換控制的電氣設(shè)計(jì)方案和PLC控制程序設(shè)計(jì)方案。 設(shè)計(jì)還提出了一些增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的措施。 關(guān)鍵詞：可編程序控制器；變壓變頻調(diào)速；恒壓供水；PLC PLC-BASED INVERTER CONTRL CONSTANT PRESSURE WATER SUPPLY SYSTEM DESIGN ABSTRACT With the rapid socio-economic development of water quality and water supply systems to improve reliability requirements. In addition, the current energy shortage, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, the design of high performance, high energy, able to adapt to different areas of constant pressure water supply system has become an inevitable trend. Pumps based on water flow and pump speed is directly proportional to the third power, to take paper analyzes the way VVVF speed control constant pressure water supply compared with the traditional way of constant pressure water supply valve to control the energy-saving mechanism. Converter built by the preset parameters of PID module, using the hydraulic pressure gauge feedback Far Eas Tone volume, constitute a closed-loop system, in accordance with changes in water consumption, the way to take PID regulator, the flow in the whole range of the continuous use of pump-conditioning pump frequency and adjust the combination of the classification, to achieve constant pressure water supply and effective energy conservation. In this paper, based on water requirements, the design of a set by the PLC, frequency converter, Far EasTone pressure, multi-pump unit consisting of major equipment such as automatic frequency conversion constant pressure water supply, with automatic constant frequency operation, automatic frequency run and on-site features such as manual control. System to effectively solve the traditional way of water supply problems, and have a variety of auxiliary functions, and enhance the reliability of the system. Paper analyzes the various ways water pump the state water supply and conversion conditions, analysis of the motor to change jobs by the frequency of the switching frequency operation and problems of the process. Given the state of the cycle to achieve an effective change of control of the electrical design and PLC control program design. Also made a number of papers to enhance system reliability measures. KEY WORDS： programmable logic controller；VVVF speed control；constant pressure water supply；PLC 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 IV 概 述 1 1 恒壓供水原理及工藝 2 1.1 任務(wù) 2 1.2 工藝要求 2 1.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 2 2 PLC概述 4 2.1 PLC組成 4 2.1.1 PLC的輸入 4 2.1.2 PLC的輸出 4 2.1.3 PLC的控制機(jī)制 4 2.1.4 PLC的定義 6 2.1.6 PLC的性能指標(biāo) 7 2.1.7 PLC的分類 8 2.2 PLC工作原理 8 2.1.5 PLC的特點(diǎn) 8 2.2.1 循環(huán)掃描 8 2.2.2 I/O響應(yīng)時(shí)間 10 2.2.3 PLC中的存儲(chǔ)器 11 3 變頻器概述 12 3.1 變頻器原理 12 3.2 變頻器的參數(shù)設(shè)置 13 3.2.1 加減速時(shí)間 14 3.2.2 轉(zhuǎn)矩提升 14 3.2.3 電子熱過(guò)載保護(hù) 14 3.2.4 頻率限制 14 3.2.5 偏置頻率 15 3.2.6 頻率設(shè)定信號(hào)增益 15 3.2.7 轉(zhuǎn)矩限制 15 3.2.8 加減速模式選擇 16 3.2.9 轉(zhuǎn)矩矢量控制 16 3.2.10 節(jié)能控制 16 3.3 變頻器內(nèi)部PID調(diào)節(jié) 18 3.3.1 預(yù)置PID功能預(yù)置的內(nèi)容是： 18 3.3.2 目標(biāo)值XT的預(yù)置PID調(diào)節(jié) 18 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 4.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 21 4.2 系統(tǒng)控制要求 23 4.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 23 4.4 系統(tǒng)選型 26 4.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用 26 4.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標(biāo) 26 4.5.2 校準(zhǔn)及配置 27 4.5.3 EM235的安裝使用 27 4.5.4 EM235工作程序編制 27 4.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖 29 4.6 控制面板的設(shè)計(jì)思路 31 4.7 控制系統(tǒng)接線布置 32 5 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 33 5.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 33 5.2 泵組泵站泵組管理規(guī)范 33 5.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn) 33 6 系統(tǒng)故障處理 44 6.1 工頻與變頻切換跳閘分析及處理 44 6.2 系統(tǒng)震蕩分析及處理 45 6.3 其他故障及處理 46 結(jié) 論 47 參考文獻(xiàn) 48 附錄：編譯程序 50 外文資料 58 中文翻譯 68 v 山西工程技術(shù)學(xué)院----畢業(yè)設(shè)計(jì) 概 述 隨著各住宅小區(qū)的宿舍樓等一座座高樓拔地而起，相應(yīng)的生活用水量也大幅度增加。人們對(duì)提高供水質(zhì)量的要求越來(lái)越高，另外人們的節(jié)能意識(shí)及對(duì)運(yùn)行的可靠性的要求越來(lái)越強(qiáng)。采用變頻器及PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無(wú)塔恒壓供水系統(tǒng)，不僅能提高供水質(zhì)量，而且在節(jié)約能源和運(yùn)行可靠性具有較好的改善。其中，采用變頻調(diào)速的主要目的是通過(guò)調(diào)速來(lái)恒定用水管道的壓力以達(dá)到節(jié)能的目的，恒壓供水則是為了滿足用戶對(duì)流量的要求。 變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對(duì)原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問(wèn)題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對(duì)一個(gè)典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實(shí)踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問(wèn)題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。 應(yīng)用PLC技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)，減少手動(dòng)操作或撫慰操作，同時(shí)替代部分繼電器減少機(jī)械觸點(diǎn)的故障，增強(qiáng)可靠性。下面筆者根據(jù)這方面的工作經(jīng)驗(yàn)談?wù)勗诤銐汗┧到y(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐過(guò)程中的一些思路和做法。 1 恒壓供水原理及工藝 1.1 任務(wù) 隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問(wèn)題日益突出。以方面要求提高供水質(zhì)量，不要因?yàn)閴毫Φ牟▌?dòng)造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能可靠供水。針對(duì)這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是PLC控制的恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)。恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制——即雙恒壓系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 1.2 工藝要求 對(duì)三水泵生活/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)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行； 2. 三臺(tái)水泵可以根據(jù)恒壓的需要，采用“先開(kāi)先?！钡脑瓌t介入和退出； 3. 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過(guò)3H，則要切換到下一臺(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(guò)長(zhǎng)； 4. 三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)又要軟啟動(dòng)功能； 1.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 以一個(gè)三水泵生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程，市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器EQ來(lái)控制注水閥TV1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為低水位報(bào)警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。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，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(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，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行?；馂?zāi)結(jié)束后將三臺(tái)泵再改為生活供水使用。 2 PLC概述 2.1 PLC組成 2.1.1 PLC的輸入 通過(guò)對(duì)繼電器控制特點(diǎn)的介紹和最初通用汽車公司提出的要求分析。PLC要想取代繼電器控制，首先要解決外部設(shè)備的直接輸入問(wèn)題。由于當(dāng)時(shí)主要集中在開(kāi)關(guān)量控制，也就是開(kāi)關(guān)量（觸點(diǎn)的開(kāi)閉狀態(tài)）如何直接接入PLC并被PLC所識(shí)別，對(duì)此就需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：有源接入，無(wú)源接入，絕緣問(wèn)題，隔離問(wèn)題和互相干擾問(wèn)題。PLC就是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過(guò)程，人們?cè)鴮⒂?jì)算機(jī)直接用于工業(yè)控制，但是由于以下兩大問(wèn)題沒(méi)有解決好而難以發(fā)展：一是I/O（輸入/輸出）問(wèn)題，計(jì)算機(jī)不能直接和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接現(xiàn)在了應(yīng)用；二是計(jì)算機(jī)的I/O功能，開(kāi)關(guān)邏輯處理不夠豐富和強(qiáng)大。現(xiàn)在的PLC成功的解決了這兩個(gè)方面的問(wèn)題，可以讓PLC和外部設(shè)備直接進(jìn)行物理的連接。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部提供了豐富的從位邏輯到雙字運(yùn)算的強(qiáng)大的運(yùn)算功能，使其能夠完成復(fù)雜的控制功能，這也是PLC能夠迅速發(fā)展的原因[1]。 2.1.2 PLC的輸出 輸出問(wèn)題主要是接點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力問(wèn)題，或者說(shuō)是帶負(fù)載能力和輸出方式的問(wèn)題。輸出動(dòng)作次數(shù)的限制，是保證PLC的輸出接點(diǎn)能否驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥這樣的控制執(zhí)行元器件的問(wèn)題至少要能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器?，F(xiàn)在的PLC產(chǎn)品已經(jīng)完全有能力驅(qū)動(dòng)這些元器件,并提供了多種輸出方式且動(dòng)作次數(shù)可保證萬(wàn)次無(wú)故障的產(chǎn)品。 2.1.3 PLC的控制機(jī)制 PLC已經(jīng)完全取代繼電器控制系統(tǒng)。只要對(duì)其控制機(jī)制有了準(zhǔn)確的理解，才能對(duì)其持續(xù)的開(kāi)發(fā)并創(chuàng)造性的使用它。I/O電路已經(jīng)保證了PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的直接連接，并在內(nèi)部寄存器存儲(chǔ)了這些狀態(tài)。但是，為了取代繼電器的控制，更重要的是如何組織和使用這些開(kāi)關(guān)量，從而達(dá)到軟件程序代替硬件連線的目的。在這里通過(guò)對(duì)繼電器的控制的電路的特點(diǎn)的介紹，已經(jīng)知道繼電器控制電路的特點(diǎn)在于各個(gè)控制單元是否動(dòng)作是由其接點(diǎn)條件控制的，并不受其前后位置的影響。同一時(shí)刻，可有多個(gè)不同的控制單元繼電器的動(dòng)作（翻轉(zhuǎn)），控制的結(jié)果、邏輯動(dòng)作順序也是由接點(diǎn)條件來(lái)控制的。這于計(jì)算機(jī)順序執(zhí)行的工作的特點(diǎn)是矛盾的。主要體現(xiàn)在：一是亂序，只要條件滿足就執(zhí)行；而另一個(gè)是順序執(zhí)行。PLC充分利用了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序的思想和高速的特點(diǎn)，采用了控制系統(tǒng)中的離散控制方式，使它的控制能夠完全代替繼電器的控制。具體的說(shuō)就是將連續(xù)的控制用離散的控制代替，如下式： Y(n)=f(x(n-1) , y(n-1)) 式中，Y（n）為某一時(shí)間段的輸出值； Y（n-1）為上一時(shí)間段的輸出值； X（n-1）為上一時(shí)間段某一時(shí)刻的輸入值； F為他們應(yīng)滿足的控制關(guān)系。 即某一時(shí)間段的輸出完全取決于上一時(shí)間某一時(shí)刻的輸入和上一時(shí)間段的輸出。 至于上一時(shí)間段的輸出，在參加計(jì)算的時(shí)候，只是存儲(chǔ)在映像寄存器中的輸出結(jié)果，執(zhí)行運(yùn)算過(guò)程中并不修改端子的輸出值。真實(shí)的輸出已表現(xiàn)在端子的接點(diǎn)上，并要保持一個(gè)時(shí)間段，也就是采取集中輸出的方式，在計(jì)算的過(guò)程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會(huì)對(duì)現(xiàn)階段的輸出產(chǎn)生影響。這樣只要時(shí)間段足夠短，并且PLC周而復(fù)始的運(yùn)行著就完全可以模仿繼電器的控制并且取代它[2]。 由于采用集中I/O的思想，其I/O狀態(tài)存儲(chǔ)在寄存器中，可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大邏輯家能力，以完成更復(fù)雜的控制功能。 如圖2-1所示，PLC與通用計(jì)算機(jī)沒(méi)有什么區(qū)別，只是一臺(tái)增強(qiáng)了I/O功能的可與控制對(duì)象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行I/O變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 1. 輸入寄存器 輸入寄存器可按為進(jìn)行尋址，每一為對(duì)應(yīng)一個(gè)開(kāi)關(guān)量，其值反映了開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。CPU可以讀其值，但是不可以寫或進(jìn)行修改。 2. 輸出寄存器 輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個(gè)時(shí)間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開(kāi)始時(shí)的輸出寄存器的值，表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值，在程序執(zhí)行過(guò)程中，CPU可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對(duì)輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。 3. 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開(kāi)發(fā)固化好了的，用戶不能修改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。 4. CPU單元 CPU單元控制著I/O寄存器的讀、寫時(shí)序，以及對(duì)存儲(chǔ)器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。 5. 其他單元接口 其他單元接口用語(yǔ)提供PLC與其他設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件。 圖2-1 PLC的組成 2.1.4 PLC的定義 最初，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC。只能進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)及開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向擁護(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)[3]。 2.1.6 PLC的性能指標(biāo) 1. 存儲(chǔ)容量 這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長(zhǎng)短。大、中、小型PLC的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為2KB~~2MB。 2. I/O點(diǎn)數(shù) I/O點(diǎn)數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個(gè)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標(biāo)之一。 3. 掃描速度 掃面速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的吻合程度。從自動(dòng)控制的觀點(diǎn)來(lái)看，決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。 4. 指令的多少 它是衡量PLC能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。 5. 內(nèi)部寄存器的配置和容量 它直接對(duì)用戶編制程序提供支持，對(duì)PLC指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提供直接的支持。 6. 擴(kuò)展能力 擴(kuò)展能力包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和PLC功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。 7. 特殊功能單元 特殊功能單元種類多，也可以說(shuō)PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能[4]。 2.1.7 PLC的分類 不同的分類標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成不同的分類結(jié)果，PLC常用的分類方式有如下兩種。 按其I/O點(diǎn)數(shù)一般分為微型（32點(diǎn)以下）、小型（128點(diǎn)以下）、中型（1024點(diǎn)以下）、大型（2048點(diǎn)以下）、超大型（從2048點(diǎn)以上可達(dá)8192點(diǎn)以上）5種。 按結(jié)構(gòu)可分為箱體式、模塊式和平板式3種。 2.2 PLC工作原理 2.1.5 PLC的特點(diǎn) 1. 可靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用EPROM存儲(chǔ)，一般PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)以上。 2. 控制功能強(qiáng)。PLC采用的CUP一般是具有較強(qiáng)位處理功能的為處理機(jī)，為了增強(qiáng)其復(fù)雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以采用雙CPU的運(yùn)行方式，使其功能得到極大的增強(qiáng)。 3. 編程方便易學(xué)。第一編程語(yǔ)言（梯形圖）是一種圖形編程語(yǔ)言，與多年來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場(chǎng)人員學(xué)習(xí)。 4. 使用于惡劣的工作環(huán)境。采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場(chǎng)合。 5. 與外部設(shè)備連接方便。采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動(dòng)端子排，提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。 6. 體積小、重量輕、功耗底。 7. 性價(jià)比高。 8. 模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展和組裝，一種型號(hào)的PLC可用于控制從幾個(gè)I/O點(diǎn)到幾百個(gè)I/O點(diǎn)的控制系統(tǒng)。 9. 維修方便，功能更靈活。程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的改變非常靈活。 2.2.1 循環(huán)掃描 CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試及寫輸出等等內(nèi)容。 PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他意識(shí)周而復(fù)始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個(gè)周期中可以完成以下5個(gè)掃描過(guò)程。 1. 自診斷測(cè)試掃描過(guò)程。為保證設(shè)備的可靠行，及時(shí)放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。 2. 與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過(guò)程。一般小型系統(tǒng)沒(méi)有這一掃描過(guò)程，配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過(guò)程，這一過(guò)程用于PLC之間及PLC與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。 3. 用戶程序掃描過(guò)程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期內(nèi)都包含該掃描過(guò)程。該過(guò)程在機(jī)器運(yùn)行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長(zhǎng)短會(huì)影響過(guò)程所用的時(shí)間。 4. 讀輸入、寫輸出掃描過(guò)程。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都包含這個(gè)掃描過(guò)程。該過(guò)程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的，運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映象寄存器：一個(gè)為輸入映象寄存器，另一個(gè)為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過(guò)程中，CPU把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過(guò)程中CPU把輸出映像寄存器的值的輸出點(diǎn)[5]。 循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)： 1. 掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 2. 輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來(lái)控制程序的執(zhí)行。 3. 對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。 4. 各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點(diǎn)。 在讀輸入階段，CPU對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)周期的輸入階段才被集中讀入。 輸入/輸出采用映象寄存器的優(yōu)點(diǎn)： 1. 集中采用I/O，程序掃描期間輸入值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。用集中I/O的方式保證的程序的順序執(zhí)行與外部電路亂序執(zhí)行的統(tǒng)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。 2. 程序執(zhí)行時(shí)，存取映象寄存器要比讀寫I/O端點(diǎn)快的多，這樣可以加快程序執(zhí)行速度。 3. I/O點(diǎn)必須按位存取，而映象寄存器可按位、字節(jié)、字、雙字靈活的存取，增加了程序的靈活性。 2.2.2 I/O響應(yīng)時(shí)間 由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入和輸出信號(hào)只在沒(méi)個(gè)掃描周期的固定時(shí)間集中輸入/輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長(zhǎng)，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。 響應(yīng)時(shí)間有輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時(shí)間部分決定。 1. PLC輸入電路設(shè)置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(qiáng)。輸入延遲是由硬件決定的，有的PLC濾波器時(shí)間常數(shù)可調(diào)。 2. 從輸出鎖存器到輸出端子所經(jīng)歷的時(shí)間稱為輸出延遲，對(duì)于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對(duì)于不同信號(hào)的PLC可以通過(guò)查表得到。 3. 程序執(zhí)行時(shí)間主要由程序長(zhǎng)短來(lái)決定，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的控制程序，編程人員須對(duì)此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，使PLC的響應(yīng)時(shí)間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。 在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時(shí)間，稱為最小I/O響應(yīng)時(shí)間。在最不利的情況下，輸入點(diǎn)的狀態(tài)恰好錯(cuò)過(guò)了輸入的鎖入時(shí)刻，造成在下一個(gè)輸出鎖定才能被響應(yīng)，這就需要兩個(gè)掃描周期時(shí)間，稱為最大I/O響應(yīng)時(shí)間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的，與編程方法無(wú)關(guān)。 2.2.3 PLC中的存儲(chǔ)器 PLC中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 1. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 2. 用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。 3 變頻器概述 3.1 變頻器原理 具有節(jié)能，供水壓力可調(diào)等突出優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外獲得了愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。在消防給水中對(duì)穩(wěn)壓泵以及在消防泵巡檢時(shí)最好采用變頻控制，但在消防泵滅火控制中應(yīng)采用直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)控制方式。 三相交流 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率、極數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系如下： n=60f(1-s)/p其中： n——每分鐘的轉(zhuǎn)速； F——交流電的頻率； S——轉(zhuǎn)差率。 P——磁極對(duì)數(shù)； 在三相電動(dòng)機(jī)中對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)有多種方法，如通過(guò)調(diào)整交流電的頻率、電動(dòng)機(jī)的極數(shù)以及轉(zhuǎn)差率來(lái)實(shí)現(xiàn)。主電路是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。整流器，最近大量使用的是工二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。平波回路，在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓(電流)。裝置容量小時(shí)，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡(jiǎn)單的平波回路。逆變 器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為時(shí)間使6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開(kāi)關(guān)時(shí)間和電壓波形?？刂齐娐?，是給異步電動(dòng)機(jī)供電(電壓、頻率可調(diào))的主電路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓、電流檢測(cè)電路”，電動(dòng)機(jī)的“速度檢測(cè)電路”，將運(yùn)算電路的控制信號(hào)進(jìn)行放大的“驅(qū)動(dòng)電路”，以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的“保護(hù)電路”組成。 (1)運(yùn)算電路：將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 (2)電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。 (3)驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 (4)速度檢測(cè)電路：以裝在異步電動(dòng)機(jī)軸機(jī)上的速度檢測(cè)器(tg、plg 等)的信號(hào)為速度信號(hào)，送入運(yùn)算回路，根據(jù)指令和運(yùn)算可使電動(dòng)機(jī)按指令速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 (5)保護(hù)電路：檢測(cè)主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止逆變器和異步電動(dòng)機(jī)損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 3.2 變頻器的參數(shù)設(shè)置 變頻器主要設(shè)置參數(shù)： 1．運(yùn)行方式：主要是帶編碼器和不帶編碼器(編碼器比較精確一些)，其中分別還有是矢量控制還是V/F控制(力矩大時(shí)最好用矢量控制比較穩(wěn)定)。 2．控制方式：有變頻器自帶的那個(gè)操作面板控制正反轉(zhuǎn)還是用端子控制正反轉(zhuǎn)這個(gè)是必須要設(shè)定的參數(shù)。 3．頻率來(lái)源設(shè)定：是面板直接給還是模擬量給。 4．再有是停車方式：自由停車一般用于帶抱閘的電機(jī)，減速停車相反。 5．其他還需要設(shè)電機(jī)的一些參數(shù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)，保證電機(jī)的最佳狀態(tài)。有些變頻器在最開(kāi)始需要設(shè)定電機(jī)的一些參數(shù)，使所有參數(shù)都允許改寫和高級(jí)菜單功能。 變頻器功能參數(shù)很多，一般都有數(shù)十甚至上百個(gè)參數(shù)供用戶選擇。實(shí)際應(yīng)用中，沒(méi)必要對(duì)每一參數(shù)都進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試，多數(shù)只要采用出廠設(shè)定值即可。但有些參數(shù)由于和實(shí)際使用情況有很大關(guān)系，且有的還相互關(guān)聯(lián)，因此要根據(jù)實(shí)際進(jìn)行設(shè)定和調(diào)試。 因各類型變頻器功能有差異，而相同功能參數(shù)的名稱也不一致，為敘述方便，本文以富士變頻器基本參數(shù)名稱為例。由于基本參數(shù)是各類型變頻器幾乎都有的，完全可以做到觸類旁通。 3.2.1 加減速時(shí)間 加速時(shí)間就是輸出頻率從0.上升到最大頻率所需時(shí)間,減速時(shí)間是指從最大頻率下降到0所需時(shí)間。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來(lái)確定加減速時(shí)間。在電動(dòng)機(jī)加速時(shí)須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過(guò)電流，減速時(shí)則限制下降率以防止過(guò)電壓。 加速時(shí)間設(shè)定要求：將加速電流限制在變頻器過(guò)電流容量以下，不使過(guò)流失速而引起變頻器跳閘；減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是：防止平滑電路電壓過(guò)大，不使再生過(guò)壓失速而使變頻器跳閘。加減速時(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算出來(lái)，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定較長(zhǎng)加減速時(shí)間，通過(guò)起、停電動(dòng)機(jī)觀察有無(wú)過(guò)電流、過(guò)電壓報(bào)警；然后將加減速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳的加減速時(shí)間。 3.2.2 轉(zhuǎn)矩提升 轉(zhuǎn)矩提升又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，是為補(bǔ)償因電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍f/V增大的方法。設(shè)定為自動(dòng)時(shí)，可使加速時(shí)的電壓自動(dòng)提升以補(bǔ)償起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)加速順利進(jìn)行。如采用手動(dòng)補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動(dòng)特性，通過(guò)試驗(yàn)可選出較佳曲線。對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)的輸出電壓過(guò)高，而浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，甚至還會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。 3.2.3 電子熱過(guò)載保護(hù) 本功能為保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而設(shè)置，它是變頻器內(nèi)CPU根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)電流值和頻率計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的溫升，從而進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。本功能只適用于“一拖一”場(chǎng)合，而在“一拖多”時(shí)，則應(yīng)在各臺(tái)電動(dòng)機(jī)上加裝熱繼電器。 電子熱過(guò)載保護(hù)設(shè)定值(%) =[電動(dòng)機(jī)額定電流(A) /變頻器額定輸出電流(A) >x 100%。 3.2.4 頻率限制 即變頻器輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號(hào)源出故障，而引起輸出頻率的過(guò)高或過(guò)低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。在應(yīng)用中按實(shí)際情況設(shè)定即可。此功能還可作限速使用，如有的皮帶輸送機(jī)，由于輸送物料不太多，為減少機(jī)械和皮帶的磨損，可采用變頻器驅(qū)動(dòng)，并將變頻器上限頻率設(shè)定為某一頻率值，這樣就可使皮帶輸送機(jī)運(yùn)行在一個(gè)固定、較低的工作速度上。 3.2.5 偏置頻率 有的又叫偏差頻率或頻率偏差設(shè)定。其用途是當(dāng)頻率由外部模擬信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可用此功能調(diào)整頻率設(shè)定信號(hào)最低時(shí)輸出頻率的高低，如圖1。有的變頻器當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí)，偏差值可作用在0~fimax范圍內(nèi)，有的變頻器(如明電舍、三墾)還可對(duì)偏置極性進(jìn)行設(shè)定。如在調(diào)試中當(dāng)頻率設(shè)定信號(hào)為0%時(shí)，變頻器輸出頻率不為0 Hz,而為x Hz，則此時(shí)將偏置頻率設(shè)定為負(fù)的x Hz即可使變頻器輸出頻率為0 Hz。 3.2.6 頻率設(shè)定信號(hào)增益 此功能僅在用外部模擬信號(hào)設(shè)定頻率時(shí)才有效。它是用來(lái)彌補(bǔ)外部設(shè)定信號(hào)電壓與變頻器內(nèi)電壓(+10v)的不一致問(wèn)題；同時(shí)方便模擬設(shè)定信號(hào)電壓的選擇，設(shè)定時(shí)，當(dāng)模擬輸入信號(hào)為最大時(shí)(如10v、5v或20mA)，求出可輸出f/V圖形的頻率百分?jǐn)?shù)并以此為參數(shù)進(jìn)行設(shè)定即可；如外部設(shè)定信號(hào)為0~5v時(shí)，若變頻器輸出頻率為0~ 50Hz，則將增益信號(hào)設(shè)定為200%即可。 3.2.7 轉(zhuǎn)矩限制 可分為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制兩種。它是根據(jù)變頻器輸出電壓和電流值,經(jīng)CPU進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算，其可對(duì)加減速和恒速運(yùn)行時(shí)的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速和減速控制。假設(shè)加減速時(shí)間小于負(fù)載慣量時(shí)間時(shí)，也能保證電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動(dòng)加速和減速。 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能提供了強(qiáng)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差，而將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)，甚至在加速時(shí)間設(shè)定過(guò)短時(shí)，也不會(huì)引起變頻器跳閘。在加速時(shí)間設(shè)定過(guò)短時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也不會(huì)超過(guò)最大設(shè)定值。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大對(duì)起動(dòng)有利，以設(shè)置為80~ 100%較妥。 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小，其制動(dòng)力越大，適合急加減速的場(chǎng)合，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過(guò)大會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警現(xiàn)象。如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%，可使加到主電容器的再生總量接近于0，從而使電動(dòng)機(jī)在減速時(shí)，不使用制動(dòng)電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會(huì)跳閘。但在有的負(fù)載上，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為0%時(shí)，減速時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成變頻器反復(fù)起動(dòng)，電流大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使變頻器跳閘，應(yīng)引起注意。 3.2.8 加減速模式選擇 又叫加減速曲線選擇。一般變頻器有線性、非線性和S三種曲線，通常大多選擇線性曲線；非線性曲線適用于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如風(fēng)機(jī)等；S曲線適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其加減速變化較為緩慢。設(shè)定時(shí)可根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性，選擇相應(yīng)曲線，但也有例外，筆者在調(diào)試一臺(tái)鍋爐引風(fēng)機(jī)的變頻器時(shí)，先將加減速曲線選擇非線性曲線，一起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)變頻器就跳閘，調(diào)整改變?cè)S多參數(shù)無(wú)效果，后改為S曲線后就正常了。究其原因是：起動(dòng)前引風(fēng)機(jī)由于煙道煙氣流動(dòng)而自行轉(zhuǎn)動(dòng)，且反轉(zhuǎn)而成為負(fù)向負(fù)載，這樣選取了S曲線，使剛起動(dòng)時(shí)的頻率.上升速度較慢，從而避免了變頻器跳閘的發(fā)生，當(dāng)然這是針對(duì)沒(méi)有起動(dòng)直流制動(dòng)功能的變頻器所采用的方法。 3.2.9 轉(zhuǎn)矩矢量控制 矢量控制是基于理論上認(rèn)為：異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)具有相同的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理。矢量控制方式就是將定子電流分解成規(guī)定的磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流，分別進(jìn)行控制，同時(shí)將兩者合成后的定子電流輸出給電動(dòng)機(jī)。因此，從原理上可得到與直流電動(dòng)機(jī)相同的控制性能。采用轉(zhuǎn)矩矢量控制功能，電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行條件下都能輸出最大轉(zhuǎn)矩，尤其是電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行區(qū)域。 現(xiàn)在的變頻器幾乎都采用無(wú)反饋矢量控制，由于變頻器能根據(jù)負(fù)載電流大小和相位進(jìn)行轉(zhuǎn)差補(bǔ)償，使電動(dòng)機(jī)具有很硬的力學(xué)特性，對(duì)于多數(shù)場(chǎng)合已能滿足要求，不需在變頻器的外部設(shè)置速度反饋電路。這一功能的設(shè)定，可根據(jù)實(shí)際情況在有效和無(wú)效中選擇一項(xiàng)即可。 與之有關(guān)的功能是轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制，其作用是為補(bǔ)償由負(fù)載波動(dòng)而引起的速度偏差，可加上對(duì)應(yīng)于負(fù)載電流的轉(zhuǎn)差頻率。這一功能主要用于定位控制。 3.2.10 節(jié)能控制 風(fēng)機(jī)、水泵都屬于減轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即隨著轉(zhuǎn)速的下降，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例減小，而具有節(jié)能控制功能的變頻器設(shè)計(jì)有專用V/f 模式，這種模式可改善電動(dòng)機(jī)和變頻器的效率，其可根據(jù)負(fù)載電流自動(dòng)降低變頻器輸出電壓，從而達(dá)到節(jié)能目的，可根據(jù)具體情況設(shè)置為有效或無(wú)效。 要說(shuō)明的是，九、十這兩個(gè)參數(shù)是很先進(jìn)的，但有一些用戶在設(shè)備改造中，根本無(wú)法啟用這兩個(gè)參數(shù)，如表3-1所示，即啟用后變頻器跳閘頻繁，停用后一切正常。究其原因有： 1.原用電動(dòng)機(jī)參數(shù)與變頻器要求配用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)相差太大。如表3-2所示。 2.對(duì)設(shè)定參數(shù)功能了解不夠，如節(jié)能控制功能只能用于V/f控制方式中，不能用于矢量控制方式中。 3.啟用了矢量控制方式，但沒(méi)有進(jìn)行電動(dòng)機(jī)參數(shù)的手動(dòng)設(shè)定和自動(dòng)讀取工作，或讀取方法不當(dāng)。 表3-1 變頻器參數(shù)復(fù)位 序號(hào) 參數(shù)及設(shè)定 功能 1 P0003=1 設(shè)置用戶參數(shù)訪問(wèn)等級(jí) 2 P0010=30 工廠設(shè)定值 3 P0970=1 開(kāi)始參數(shù)復(fù)位 表3-2 設(shè)置電機(jī)參數(shù) 序號(hào) 參數(shù)及設(shè)定 參數(shù)功能 1 P0010=1 開(kāi)始快速測(cè)試 2 P0304=220 電動(dòng)機(jī)額定電壓 3 P0305=1.93 設(shè)定電機(jī)額定電流 4 P0307=0.37 設(shè)定電機(jī)額定功率 5 P0310=50 設(shè)定電機(jī)額定頻率 6 P0311=1400 設(shè)定電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 7 P3900=1 結(jié)束快速調(diào)試 3.3 變頻器內(nèi)部PID調(diào)節(jié) 3.3.1 預(yù)置PID功能預(yù)置的內(nèi)容是： 變頻器的PID功能是否有效。當(dāng)變頻器的PID調(diào)節(jié)功能有效后，其升、降速過(guò)程將完全取決于由P、I、D數(shù)據(jù)所決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，而原來(lái)預(yù)置的“升速時(shí)間”和“降速時(shí)間”將不再起作用。 3.3.2 目標(biāo)值XT的預(yù)置PID調(diào)節(jié) 目標(biāo)值XT的預(yù)置PID調(diào)節(jié)的根本依據(jù)是反饋量XF與目標(biāo)值XT之間進(jìn)行比較的結(jié)果。因此，準(zhǔn)確地預(yù)置目標(biāo)值XT是十分重要的。主要有以下兩種方法： 1.面板輸入式只需通過(guò)鍵盤輸入目標(biāo)值XT。其確定方法通常是：目標(biāo)壓力與傳感器量程之比的百分?jǐn)?shù)。例如，某供水系統(tǒng)要求的壓力(目標(biāo)壓力)為2MPa，所用壓力表的量程是0~5MPa時(shí)，則目標(biāo)值為40%。 2.外接給定式由外接電位器進(jìn)行預(yù)置，但顯示屏上仍顯示目標(biāo)值的百分?jǐn)?shù)。在此例中選用第一種方法， 此法易懂、操作簡(jiǎn)單、直觀。結(jié)合ABB變頻說(shuō)明書(shū)PID參數(shù)設(shè)置如表一所示，其實(shí)際設(shè)定值應(yīng)根據(jù)工藝要求以實(shí)際為依據(jù)。 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)較大的PLC控制系統(tǒng)時(shí)，要全面考慮多種因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設(shè)計(jì)步驟來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 隨著PLC功能的不斷完善和提高，PLC幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。但是PLC還是有最適合它的應(yīng)用場(chǎng)合，所以接到一個(gè)控制任務(wù)以后，要分析被控對(duì)象的控制過(guò)程和要求，看看用什么控制設(shè)備來(lái)完成該任務(wù)最合適。其實(shí)現(xiàn)在的可編程不僅處理開(kāi)關(guān)量，而且對(duì)模擬量的處理能力也很強(qiáng)。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）作為主控器 控制對(duì)象以及控制裝置確定后，還要進(jìn)一步確定PLC的控制范圍。一般來(lái)說(shuō)，能夠反映生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，能用傳感器直接測(cè)量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC控制來(lái)完成。 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來(lái)完成后。選擇PLC就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇什么公司的PLC以及外設(shè)。 對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量I/O模擬量I/O以及這些I/O點(diǎn)的性質(zhì)。I/O點(diǎn)是性質(zhì)主要是指他們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電源電壓。控制系統(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組的輸出只能有一個(gè)電源的種類和等級(jí)。 對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： 1. 功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但是對(duì)于某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務(wù)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表以及上位機(jī)之間靈活方便的通訊要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 2. 價(jià)格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)必須是需要考慮的。 輸入/輸出信號(hào)在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，I/O地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜和PLC的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試 硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開(kāi)主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分是否正確。 軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開(kāi)關(guān)和PLC輸出端的輸出指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號(hào)I/O時(shí)，可用電位器和萬(wàn)用表配合進(jìn)行。調(diào)試時(shí)?？衫蒙显V外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在PLC的主流產(chǎn)品都可以在P機(jī)上編程，并可以在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。 聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的PLC中。有時(shí)PLC也許只有這一臺(tái)，這時(shí)就要把PLC安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷電，只對(duì)控制電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)即可。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)信號(hào)的接入常常還會(huì)發(fā)現(xiàn)軟件以及硬件中的一些問(wèn)題，有時(shí)廠家還需要對(duì)某些控制功能進(jìn)行改進(jìn)，這種情況下，都要經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。 產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開(kāi)者時(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)水塔的高度來(lái)說(shuō)很小，也就是說(shuō)水塔能夠維持供水管路中水呀的基本恒定。 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。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問(wèn)題。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需作出相反的調(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，但是今天辦到這一點(diǎn)已經(jīng)變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉(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。 建造水塔需要花費(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(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問(wèn)題。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持管網(wǎng)中水壓的不變，用水量小時(shí)又需要做出相反的調(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)的年代是不可以想象的，但是在今天辦到這一切已經(jīng)邊的很容易了。 4.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需設(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)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，但用水量少開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持網(wǎng)水管壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購(gòu)買變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)陪一臺(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，其余水泵共頻運(yùn)行，以滿足不同用水兩的需求。 下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖4-1所示，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4-1 變頻恒壓供水站的基本組成 調(diào)節(jié)器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能： 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。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值，另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不只一個(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，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。 2. 接受傳感器送來(lái)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稱為反饋，調(diào)節(jié)器實(shí)反饋的接受點(diǎn)。 3. 根據(jù)給定值和實(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)器接受了實(shí)測(cè)水壓的反饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如果給定值大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(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)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問(wèn)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)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的，PID調(diào)節(jié)過(guò)程視調(diào)節(jié)器的的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般式模擬信號(hào)，4~20mA變化的電流信號(hào)或0~10V間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。 下面以一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程，如圖4-2所示，市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器EQ來(lái)控制注水閥TV1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為低水位報(bào)警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。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，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(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，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行?；馂?zāi)結(jié)束后將三臺(tái)泵再改為生活供水使用 圖4-2生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖 4.2 系統(tǒng)控制要求 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)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行； 2. 三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開(kāi)先?！钡脑瓌t介入和退出； 3. 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過(guò)3H，則要切換到下一臺(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(guò)長(zhǎng)； 4. 三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)又要軟啟動(dòng)功能； 5. 要有完整的報(bào)警功能； 6. 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。 4.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 PLC要能夠識(shí)別和接受描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，同時(shí)要能夠發(fā)出控制信號(hào)控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。PLC是通過(guò)I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與PLC的I/O接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向PLC提供信號(hào)，包括人為的控制信號(hào)和能描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等提供的開(kāi)關(guān)量。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成CUP能夠接受和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò)CUP處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。 根據(jù)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)如下表4-1及4-2所示。水位上下限信號(hào)分別位I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為0，露出時(shí)為1。 表4-1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱 代 碼 地址編號(hào) 輸入信號(hào) 手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 I0.0 水池水位下限信號(hào) SLL I0.1 水池水位上限信號(hào) SLH I0.2