毕业设计（论文）-PLC恒压变频供水控制系统设计.doc

I 摘摘 要要 建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。根据 生活小区用水时间集中，用水量变化较大的特点，分析了小区原供水系统存在成本高， 可靠性低，水资源浪费，管网系统待完善的问题。提出以利用自来水水压供水与水泵 提水相结合的方式，并配以变频器、PLC、压力传感器、液位传感器等不同功能的传感 器，根据管网的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适 的范围。从而可以解决因楼层太高导致压力不足及小流量时能耗大的问题。 另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效 果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省近四成。结合使用可编程控制器，可实 现主泵变频，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，较大的延长了电机的使 用寿命。 关键词关键词：恒压变频供水 变频器 PLC 自动控制 II ABSTRACT Building the conservation-oriented society, the reasonable development, saves and the effective protecting water resources is an arduous task. According to the characteristic of the time to focus on water of the domestic and variation in water consumption ,it analyzes that there are questions that highly cost ,low reliability ,the water-resources waste, and the consummate of the pipe network system of the old water-supply system in the residential area. So we proposed that we could make use of the way of combining hydraulic pressure water supply of the running water with the water pump, and accompanied by the transducer, PLC, the pressure sensor, the fluid position sensor and so on. According to the pressure of the network management, it could maintain the pressure of the pipe in appropriate range through controlling rotational speed of the water pump through the inverter commands .Thus we may solve the problem that the insufficient pressure caused by the high floor and the high energy consumption when the current is small. Moreover the electric power consumption of the water pump and the rotational speed of the electrical machinery is proportional three cubed the relations, therefore the energy conservation effect of the water pump velocity modulation movement is obvious, the average power consumption usual water supply way saves 40%.Combined with the programmable controller, we may realize the main pump frequency conversion which has the short circuit protection, the overflow protection function stably and the work reliable, thus we extend electrical machinery's service life greatly. Key words: Constant pressure frequency conversion water supply, the transducer, PLC, automatic control 1 目目 录录 目目 录录1 1 第第 1 1 章章 绪绪 论论.3 3 1.11.1 恒压供水问题的提出恒压供水问题的提出.3 3 1.21.2 本课题产生的背景和意义本课题产生的背景和意义.4 4 1.31.3 变频恒压供水现况变频恒压供水现况4 4 1.3.1.3.1 1 国内外恒压供水现况国内外恒压供水现况4 4 1.3.21.3.2 变频恒压供水系统应用范围变频恒压供水系统应用范围5 5 第第 2 2 章章 变频恒压供水系统的硬件设备变频恒压供水系统的硬件设备6 6 2.12.1 变频器变频器6 6 2.1.12.1.1 变频器的变频器的基基本原理本原理.6 6 2.1.22.1.2 变频器结构电路图变频器结构电路图.7 7 2.1.32.1.3 变频器的配线变频器的配线8 8 2.2.2 2 其他低压电器的选择其他低压电器的选择1212 2.32.3 文本显示器文本显示器.1212 2.2.4 4 传感器的应用传感器的应用1313 第第 3 3 章章 PIDPID 调节在恒压供水中的应用调节在恒压供水中的应用.1414 3 3.1.1 概况概况1414 3 3.2.2 PIDPID 调节原理调节原理1414 3 3.3.3 PIDPID 参数设置参数设置1616 第第 4 4 章章 恒压供水系统软件设计恒压供水系统软件设计1818 4 4.1.1 梯形图的绘制原则梯形图的绘制原则.1818 4 4. .2 2 I/OI/O 点的统计点的统计1818 4 4.3.3 I/OI/O 点的分配点的分配1818 2 4 4. .4 4 PLCPLC 的选型基本原则的选型基本原则 .1919 4 4. .5 5 组态软件组态软件1919 第第 5 5 章章 恒压供水系统的硬件设计恒压供水系统的硬件设计2020 5 5.1.1 恒压供水系统的构成方案恒压供水系统的构成方案.2020 5.25.2 恒压供水系统的控制方案恒压供水系统的控制方案.2222 第第 6 6 章章 恒压供水系统的总结与展望恒压供水系统的总结与展望2424 6.16.1 总结总结2424 6.26.2 展望展望2424 致致 谢谢2525 参考文献参考文献.2626 附录附录 1 1 PLCPLC 程序流程图程序流程图.2727 附录附录 2 2 PLCPLC 程序程序.3030 附录附录 3 3 恒压供水画面恒压供水画面.3333 3 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1 引言引言 水是生命之源，人类生存和发展都离不开水。在通常的城市及乡镇供水中，基本 上都是靠供水站的电动机带动离心水泵，产生压力使管网中的自来水流动，把供水管 网中的自来水送给用户。但供水机泵供水的同时，也消耗大量的能量，如果能在提高 供水机泵的效率、确保供水机泵的可靠稳定运行的同时，降低能耗，将具有重要经济 意义。我国供水机泵的特点是数量大、范围广、类型多，在工程规模上也有一定水平， 但在技术水平、工程标准以及经济效益指标等方面与国外先进水平相比，还有一定的 差距。 随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统的可靠性要求不断提高。 衡量供水质量的重要标准之一是供水压力是否恒定，因为水压恒定于某些工业或特殊 用户是非常重要的，如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火， 会造成更大的经济损失或人员伤亡.但是用户用水量是经常变动的，因此用水和供水之 间的不平衡的现象时有发生，并且集中反映在供水的压力上：用水多而供水少，则供 水压力低；用水少而供水多，则供水压力大。保持管网的水压恒定供水，可使供水和 用水之间保持平衡，不但提高了供水的产量和质量，也确保了供水生产以及电机运行 的安全可靠性。 变频调速技术以其显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，在风机、水泵、空气 压缩机、制冷压缩机等高能耗设备上广泛应用。利用变频技术与自动控制技术相结合， 在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能达到比较明显的节能效果，提高供水企业的 效率，更能有效保证从水系统的安全可靠运行。变频恒压供水系统集变频技术、电气 传动技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和 可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控。同时可达到良好的节能性，提高供 水效率。所以设计基于变频调速的恒定水压供水系统(简称变频恒压供水，如图 1.2)， 对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义。 4 蓄水 池 电机 水泵 阀门 供 水 主 管 网 蓄水 池 电机 水泵 阀门 供 水 主 管 网 变频器 PLC 图1.1 传统供水机示意图 图1.2 变频供水机示意图 1.21.2 本课题产生的背景和意义本课题产生的背景和意义 我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比 较落后，工业自动化程度低。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/停电机控制和 水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响， 设备不断启停会影响设备寿命；后者则需要大量的占地与投资。而变频调速式的运行 十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免 了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。由此可见，变频调速 恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力 大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。 1.31.3 变频恒压供水的现况变频恒压供水的现况 1.3.11.3.1 国内外变频供水系统现状国内外变频供水系统现状 变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。目前国外的恒压供 水系统变频器成熟可靠，恒压控制技术先进。国外变频供水系统在设计时主要采用一 台变频器只带一台水泵机组的方式。这种方式运行安全可靠，变压方式更灵活。此方 式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，投资成本高。 目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用 进口元件组装或直接进口国外变频器，结合 PLC 和 PID 调节器实现恒压供水，在小容 量、控制要求低的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领 了相当部分小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量变频器上，国产变频器有待 于进一步改进和完善。 5 1.3.21.3.2 变频供水系统应用范围变频供水系统应用范围 变频恒压供水系统在供水行业中的应用，按所使用的范围大致分为三类: (1) 小区供水(加压泵站)变频恒压供水系统 这类变频供水系统主要用于包括工厂、小区供水、高层建筑供水、乡村加压站， 特点是变频控制的电机功率小，一般在 135kW 以下，控制系统简单。由于这一范围的 用户群十分庞大，所以是目前国内研究和推广最多的方式。 (2) 国内中小型供水厂变频恒压供水系统 这类变频供水系统主要用于中小供水厂或大中城市的辅助供水厂。这类变频器、 电机功率在 135kV320kW 之间，电网电压通常为 220V 或 380V。受中小水厂规模和经 济条件限制，目前主要采用国产通用的变频恒压供水变频器。 (3) 大型供水厂的变频恒压供水系统 这类变频供水系统用于大中城市的主力供水厂，特点是功率大(一般都大于 320kW)、 机组多、多数采用高压变频系统。这类系统一般变频器和控制器要求较高，多数采用 了国外进口变频器和控制系统。 6 第第2 2章章 变频恒压供水控制系统硬件的设计变频恒压供水控制系统硬件的设计 2.12.1 变频器变频器 2.1.12.1.1 变频器的基本原理变频器的基本原理 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制 装置。现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF 变频） ，先把工频交流电源通 过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源 以供给电动机。变频器的电路一般由整流环节、中间直流环节、逆变环节和控制环节 4 个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器， 且输出为 PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 从理论上可知电机的转速 N 与供电频率 f 有以下关系： ( q-电机极数 s-转差率) （2-1） )1 ( 602 s q f n 由上式可知，转速 n 与频率 f 成正比，如果不改变电动机的级数，只要改变频率 f 即可改变电动机的转速，当频率 f 在 050Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围 非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、 高性能的调速手段。 变频器在工频以下和工频以上工作时的情况： （1）变频器小于 50Hz 时，由于 I*R 很小，所以 U/F=E/F 不变时，磁通为常数，转矩 和电流成正比，这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载（转矩）能力， 并成为恒转矩调速。 （2）变频器 50Hz 以上时，通常的电机是按 50Hz 电压设计制造的，其额定转矩也是在 这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速。 (T=Te, P60Hz 时，X 会相应减小。对于电机来说， (K-常数，I-电流，X-磁通) （2-4）XIKT 因此转矩 T 会跟着磁通 X 减小而减小。 结论：当变频器输出频率从 50Hz 以上增加时，电机的输出转矩会减小。 2.1.22.1.2 变频器结构电路图变频器结构电路图 主回路主要由整流电路、限流电路、滤波电路、制动电路、逆变电路和检测取样 电路部分组成。变频器结构图如图 2-1 所示。 图 2-1 变频器结构图 8 2.1.32.1.3 变频器的配线变频器的配线 1、主回路端子台的配线图如图 2-2 所示。 图 2-2 变频器配线图 2、控制回路端子 （1）控制回路端子图 变频器实际应用中接线端子排列如图 2-3 所示。 图 2-3 变频器端子图 （2）控制回路端子功能说明 变频器中所用的各个端子说明如表 2-1 所示。 JP1 跳线说明： 电源：1-2 短接，V+输出 5V/50mA。 电源：2-3 短接，V+输出 10V/10mA。 9 表 2-1 变频器端子功能表 种类端子符号端子功能备 注 V+ 向外提供+5V/50mA 电源 或+10V/10mA 电源 由控制板上 JP1 选择 V-向外提供-10V/10mA 电源 VI1频率设定电压信号输入端 1010V VI2频率设定电压信号输入端 2-1010V II 频率设定电流信号输入正端（电流流 入端） 020mA 模 拟 输 入 GND 频率设定电压信号的公共端（V+、V- 电源地） ，频率设定电流信号输入负端 （电流流出端） X1多功能输入端子 1 X2多功能输入端子 2 X3多功能输入端子 3 X4多功能输入端子 4 X5多功能输入端子 5 X6多功能输入端子 6 X7 多功能输入端子 7，也可作外部脉冲信 号的输入端子 多功能输入端子的具体功能由参数 L-63 L-69 设定，端子与 CM 端闭 合有效 FWD正转控制命令端 REV逆转控制命令端 RST故障复位输入端 与 CM 端闭合有效，FWD-CM 决定面 板控制方式时的运转方向。 CM控制端子的公共端 控 制 端 子 +24 向外提供的+24V/50mA 的电源 （CM 端 子为该电源地） AM 可编程电压信号输出端，外接电压表头 （由参数 b-10 设定） 最大允许电流 1mA 输出电压 010V FM 可编程频率信号输出端，外接频率计 （由参数 b-11 设定） 最高输出信号频率 50KHz、幅值 10V 模拟 输出 AM-AM、FM 端子的公共端内部与 GND 端相连 OC 输出 OC1 OC2 可编程开路集电极输出，由参数 b-15 及 b-16 设定 最大负载电流 50mA，最高承受电压 24V 故 障 输 出 TA TB TC 变频器正常：TA-TB 闭合 TA-TC 断开 变频器故障：TA-TB 断开 TA-TC 闭合 触点容量：AC250V 1A 阻性负载 RS485 通讯 A B RS485 通讯端子 10 3、变频器的基本配线图如图 2-4 所示。 图 2-4 变频器基本配线图 4、故障诊断与对策 当变频器有故障时，1 泵故障输入置 1，1 泵停止，具体故障如表 2-2。 M 电动机 Ta Tb Tc U W V R S T FWD REV CM AM FM AM- 故障报警输出 电压表（010V） 频率计（0.2KHz10KHz） 三相电源 正转指令 反转指令 E CM X1 X2 X3 X4 X5 CM X6 X7 RST 可编程输入端 脉冲输入端 （也可作一般输入口） 故障复位 V+ VI1 GND II V- P- PB 外接制动电阻 开路集电极输出 RS485 通讯 OC1 OC2 CM A B 接大地 × × × 三相断路器 P +24 辅助直流电源 -10V10V 频率设定 0V10V 频率设定 VI2 020mA 频率设定 11 表 2-2 变频器故障对策表 故障代码故障说明可能原因对 策 Er.01加速中过流 1. 加速时间过短 2. 转矩提升过高或 V/F 曲线不合 适 1. 延长加速时间 2. 降低转矩提升电压、调整 V/F 曲 线 Er.02减速中过流减速时间太短增加减速时间 Er.03运行中过流负载发生突变减小负载波动 Er.04加速中过压 1. 输入电压太高 2. 电源频繁开、关 1. 检查电源电压 2. 用变频器的控制端子控制变频器 的起、停 Er.05减速中过压 1. 减速时间太短 2. 输入电压异常 1. 延长减速时间 2. 检查电源电压 3. 安装或重新选择制动电阻 Er.06运行中过压 1. 电源电压异常 2. 有能量回馈性负载 1. 检查电源电压 2. 安装或重新选择制动电阻 Er.07停机时过压电源电压异常检查电源电压 Er.08运行中欠压 1. 电源电压异常 2. 电网中有大的负载起动 1. 检查电源电压 2. 分开供电 Er.09变频器过载 1. 负载过大 2. 加速时间过短 3. 转矩提升过高或 V/F 曲线 不 合适 4.电网电压过低 1. 减小负载或更换成较大容量变频 器 2. 延长加速时间 3. 降低转矩提升电压、调整 V/F 曲 线 4. 检查电网电压 Er.10电机过载 1. 负载过大 2. 加速时间过短 3. 保护系数设定过小 4. 转矩提升过高或 V/F 曲线 不 合适 1. 减小负载 2. 延长加速时间 3. 加大电机过载保护系数（H-2） 4. 降低转矩提升电压、调整 V/F 曲 线 Er.11变频器过热 1. 风道阻塞 2. 环境温度过高 3. 风扇损坏 1. 清理风道或改善通风条件 2. 改善通风条件、降低载波频率 3. 更换风扇 Er.12输出接地 1. 变频器的输出端接地 2. 变频器与电机的连线过长 且 载波 频率过高 1. 检查连接线 2. 缩短接线、降低载波频率 Er.13干扰由于周围电磁干扰而引起的误动 作 给变频器周围的干扰源加吸收电路 Er.14输出缺相 变频器与电机之间的接线不良或 断开 检查接线 Er.15IPM 故障 1. 输出短路或接地 2. 负载过重 1. 检查接线 2. 减轻负载 Er.16外部设备故障 变频器的外部设备故障输入 端子有信号输入 检查信号源及相关设备 Er.17电流检测错误 1. 电流检测器件或电路损坏 2. 辅助电源有问题 向厂家寻求服务 Er.18PID 反馈故障 1. PID 反馈信号线断开 2. 用于检测反馈信号的传感器发 生故障 3. 反馈信号与设定不符 1. 检查反馈通道 2. 检查传感器有无故障 3. 核实反馈信号是否符合设定要求 12 2.22.2 其他低压电器的选择其他低压电器的选择 1. 断路器的选择 （1） ，选择。断路器具有隔离,过电流及欠电压等保护功能,当变频器的 2 QF 3 QF 输入侧发生短路或电源电压过低等故障时,可迅速进行保护。考虑变频器允许的过载能 力为150%，时间为1min。所以为了避免误动作，断路器的额定电流应选 2 QF qn I （A） （2-5）1.31.46287 qnn II: 式中为变频器的额定输出电流。 n I 所以，选90A。 2 QF 3 QF （2） 断路器选择。在电动机要求实现工频和变频切换驱动的电路中，断路器 1 QF 应按电动机在工频下起动电流来考虑，断路器的额定电流应选 1 QF qn I (A) （2-6）2.52.5 60150 qnmn II 式中为电动机的额定电流，=60A。 mn I mn I 所以选160A。 1 QF 2. 接触器的选择 接触器的选择应考虑到电动机在工频下的起动情况，其触点电流通常可按电动机 的额定电流再加大一个档次来选择，由于电动机的额定电流为60A，所以接触器的触点 电流选70A即可。 2.32.3文本显示器文本显示器 在 PLC 程序设计中，有一些参数需要根据实际情况变动，这时如果再重新改变程 序的话，会增加出错率。这时通过串口线把 PLC 的 RS232 端口和文本显示器的 RS232 端口连接起来，显示器中设置的参数和 PLC 里设定的特定寄存器值相对应。通过屏幕 键盘的操作可该变程序里寄存器的数值。文本显示器面板如下图所示。 图2-5 文本显示器面板 13 2.42.4 传感器的传感器的应用应用 1. 压力传感器 CYYB-120系列压力变送器为两线制420mA电流信号输出产品。它采用CYYB-105 系列压力传感器的压力敏感元件。经后续电路给电桥供电，并对输出信号进行放大、 温度补偿及非线性修正、V/I变换等处理，对供电电压要求宽松，具有420mA标准信 号输出。一对导线同时用于电源供电及信号传输，输出信号与环路导线电阻无关，抗 干扰性强、便于电缆铺设及远距离传输，与数字显示仪表、A/D转换器及计算机数据采 集系统连接方便。CYYB-120系列压力变送器新增加了全密封结构带现场数字显示的隔 爆型产品。可广泛应用于航空航天、科学试验、石油化工、制冷设备、污水处理、工 程机械等液压系统产品及所有压力测控领域。主要特点： （1）高稳定性、高精度、宽的工作温度范围； （2）抗冲击、耐震动、体积小、防水； （3）标准信号输出、良好的互换性、抗干扰性强； （4）最具有竞争力的价格。 2. 液位传感器的选择 SL980-投入式液位变送器，广泛用于储水池、污水池、水井、水箱的水位测量， 油池、油罐的油位测量，江河湖海的深度测量。接受与液体深度成正比的液压信号， 并将其转换为开关量输出，送给计算机、记录仪、调节仪或变频调节系统以实现液位 的全自动控制。主要特点是：安装简单，精度高，可靠性高，性能稳定，能实现自身 保护等。 14 第第 3 3 章章 PIDPID 调节在恒压供水中的应用调节在恒压供水中的应用 3.13.1 概况概况 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称 PID 控制，又称 PID 调节。PID 控制器问世至今已有近 70 年历史，它以其结构简单、 稳定性好、工作可靠调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID 控制器就是根据系 统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 西门子变频器的西门子变频器的 PID 控制属于闭环控制，是使控制系统的被控量 迅速而准确地无限接近目标值的一种手段。即实时地将传感器反馈回来的信号与被控 量的目标信号相比较，以判断是否达到预期的目标，变频器内置调节器作为压力调节 器，调节器将来自压力传感器的压力反馈信号与出口压力给定值比较运算，其结果作 为频率指令输送给变频器，调节水泵的转速使出口压保持一定。即当用水量增加，水 压降低时，调节器使变频器输出频率增加，电机拖动水泵加速，水压增大；反之，当 用水量减少，水压上升，调节器使变频器输出频率减少，电机拖动水泵减速，水压减 小。 3.23.2 PIDPID 调节原理调节原理 仅用P动作控制，不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般采用增加I动作的 P+I控制。用 PI控制时，能消除由改变目标值和经常的外来扰动等引起的偏差。但是， I动作过强时，对快速变化偏差响应迟缓。对有积分元件的负载系统可以单独使用P动 作控制。 对于PD控制，发生偏差时，很快产生比单独D动作还要大的操作量，以此抑制偏差 的增加。偏差小时，P动作的作用减小。控制对象含有积分元件的负载场合，仅P动作 控制，有时由于此积分元件的作用，系统发生振荡。在该场合，为使P动作的振荡衰减 和系统稳定，可用PD控制。换言之，该种控制方式适用于过程本身没有制动作用的负 载。 利用I动作消除偏差作用和用D动作抑制振荡作用。在结合P动作就构成了PID控制， 本系统就是采用了这种方式。采用PID控制较其它组合控制效果要好，基本上能获得无 偏差、精度高和系统稳定的控制过程。这种控制方式用于从产生偏差到出现响应需要 15 一定时间的负载系统（即实时性要求不高，工业上的过程控制系统一般都是此类系统， 本系统也比较适合PID调节）效果比较好。 PID 调节器的动作规律是 （3-1） 0 1 t cd i de UK eedtT Tdt 或 （3-2） 0 11 t d i de UeedtT Tdt 式中 ：调节器的比例系数 c K ：调节器的积分时间 i T ：调节器的微分时间 d T ：比例带，它是惯用增益的倒数 e : 调节器的偏差信号 U ：输出 PID 调节器的传递函数是 （3-3） 11 ( )1 cd i G sT s Ts 不难看出，由上式表示的调节器动作规律在物理上是不能实现的。工业上实际采 用的PID调节器的传递函数一般为 （3-4） ' ' ' 1 1 ( ) 1 1 d i cc d iid T s T s G sK T s K T sK 其中； ' c K c FK ' i T i FT ' d d T T F 16 式中带（ ）的量是调节器参数的实际值，不带的为参数的刻度值。F 成为相互干扰 系数：为积分增益；为微分增益. i K d K 3.33.3 PIDPID 参数设置参数设置 1. PID 设定值信号源(P2253) 在 MM4 系列变频器中，主设定值的给定主要通过以下几种方式： 模拟输入 固定 PID 设定值 已激活的 PID 设定值 2. 反馈通道设定 （P2264） 通过各种传感器、编码器采集的信号或者变频器的模拟输出信号，均可以作为闭 环系统 的反馈信号，反馈通道的设定同主设定值相同 3. PID控制器的设计 PID 比例增益系数 P(P2280)的作用使得控制器的输入输出成比例关系, 一一 对应。一有偏差立即会产生控制作用当偏差为 0 时控制作用也就为 0。因此,比例 控制是基于偏差进行调节的是有差调节。为了尽量减小偏差同时也为了加快响应 速度,缩短调节时间就需要增大 P, 但是 P 又受到系统稳定性的限制，不能任意增 大,如果系统容易遭受突然跳变的反馈信号。一般情况下应将比例项 P 设定为较小 的数值（0.5）。注意,如果在 P2280 为零的情况下，积分项的作用是误差信号的 平方。 PID 的积分作用 I(P2285)是为了消除静差而引入的,然而, I 的引入使得响应 的快速性下降,稳定性变差,尤其在大偏差阶段的积分往往使得系统响应出现过大 的超调，调节时间变长。因此可以通过增大积分时间来减少积分作用，从而增加 系统稳定性。注意当积分时间 P2285 为零的情况下，并不投入积分项。 微分作用 D(P2274)的引入使之能够根据偏差变化的趋势做出反应, 加快了对 偏差变化的反应速度 ，能够有效地减小超调,缩小最大动态偏差，但同时又使系 统容易受到高频干扰的影响。通常情况下，并不投入微分项，即 P2274=0。 4. PID 参数的预置 由于 SIEMENS MM430 变频器自带了 PID 模块，我们不需要进行 PID 调节器的设计， 只需进行简单的参数设置就可以了。首先将设置模拟输入的 DIP 开关 1 拨到 ON 位置， 17 选择为 420mA 输入，将 DIP 开关 2 拨到 OFF 位置选择电动机的频率，OFF 位置为 50Hz。其它参数的设置如表 3.7 所示。 表 3.1 MM430 参数预置表 参数名称参数名称 P0003=2用户访问级别为专家级P2255=100PID的增益系数 P0004=22参数滤过，选择PID应用宏P2256=100PID微调信号的增益系数 P0700=2选择命令源，选择为端子控 制 P2257=10SPID设定值的斜坡加速时间 P1000=2频率设定选择为模拟设定值P2258=10SPID设定值的斜坡减速时间 P1080=5Hz最小频率R2260=100%显示PID的总设定值 P1082=50Hz最大频率R2261=3SPID设定值的滤波时间常数 P2200=1闭环控制选择，PID功能有效R2262=100%显示滤波后的PID设定值 P2231=1允许存储P2240的设定值P2265=3SPID反馈立场拨时间常数 P2240=75%键盘给定的PID设定值P2267=100PID反馈信号的上限值 P2253=2250:0选择P2240的值作为PID给定P2268=0PID反馈信号的下限值 P2250=100%显示P2240的设定值输出P2269=100%PID反馈信号的的增益 P2254=0.0缺省值，对微调信号没有选 择 P2291=100PID输出的上限 P2292=0.00PID输出的下限P2280=3.00PID的比例增益系数 P2285=7.00SPID的微分时间P2294=100%实际的PID控制器输出 18 第第 4 4 章章 PLCPLC 的选型及端口分配的选型及端口分配 4.14.1 PLCPLC选型的基本原则选型的基本原则 这是PLC应用设计中很重要的一步，目前，国内外生产的PLC种类很多，在选用PLC 时应考虑以下几个方面。 （1）规模要适当； （2）功能要相当，结构要合理； （3）输入，输出功能及负载能力的选择要正确； （4）要考虑环境条件。 根据以上原则，这次设计选择西门子 S7-200 系列的 CPU222AC/DC。 4.24.2 I/OI/O 点的统计点的统计 恒压变频供水控制系统的输入输出点的统计如表所示。 表 4-1 I/O 统计表 输入器件输出器件 编号符号名称编号符号名称 1SB1 启动 1KM1 1#泵变频 2SB2 停止 2KM2 2#泵变频 3S1 液位传感器 3KM3 1#泵工频 4S2 变频器达到上限 4KM4 2#泵工频 5S3 变频器达到下限 5KM5 备用泵工频 6S4 1#水泵故障 6L1 报警指示灯 7S5 2#水泵故障 8S6 变频器故障 4.34.3 I/OI/O的分配的分配 根据功能要求和PLC程序流程图（见附录一） ，我们统一了I/O接点的分配，分配表 如表3.6所示。根据PLC口的分配，系统的控制要求以及合理利用I/O口的原则。 表4-2 I/O分配表 输入器件输出器件 I0.0 启动（SB0） Q0.0 驱动 KM1（1#泵变频） I0.1 停止（SB1） Q0.1 驱动 KM2（2#泵变频） I0.2 液位传感器 Q0.2 驱动 KM3（1#泵工频） 19 I0.3 变频器达到上限 Q0.3 驱动 KM4（2#泵工频） I0.4 变频器达到下限 Q0.4 驱动 KM5（备用泵工频） I0.5 1#水泵故障 Q0.5 报警指示灯 I0.6 2#水泵故障 I0.7 变频器故障 4.44.4 梯形图的基本绘制规则梯形图的基本绘制规则 1、编程顺序 梯形图按照从上到下，从左到右的顺序控制。每个逻辑行开始于左母线，一般来 说，触点要放在左侧，线圈和指令盒放在右侧，线圈和指令盒右侧不能有触点，整个 梯形图形成阶梯形结构。 2、编号分配 对于外接电路的各元件分配编号，编号的分配必须是主机或者扩展模块本身实际 提供的，而且可以用来编程，两个设备不能共用一个输入输出点。 3、触点的使用次数和线圈的使用次数 在 PLC 的梯形图中，触点的使用次数可能用无数次，而线圈的使用次数只能是一 次，否则，容易引发系统出现意外的事故。 4、线圈的连接 使用一个条件驱动多个线圈时，不能串联，只能并联。 根据以上原则编写的程序见附录二 4.54.5 组态软件组态软件 组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组 态式监控软件” 。 “组态(Configure)”的含义是“配置” 、 “设定” 、 “设置”等意思， 是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编 写计算机程序，也就是所谓的“组态” 。它有时候也称为“二次开发” ，组态软件就称 为“二次开发平台” 。 “监控（Supervisory Control） ” ，即“监视和控制” ，是指通过 计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。 组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最 早出现在工业计算机控制中。如 DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形 图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如 AutoCAD，PhotoShop 等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控 20 的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。 工控组态软件也提 供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类 BASIC 语言，有的支持 VB，现在有的 组态软件甚至支持 C#高级语言。 组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数 据管理和网络功能。对应于原有的 HMI（人机接口软件，Human Machine Interface） 的概念，组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应 用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据 接口、对 I/O 设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新 的内容。 考虑到运行速度和可靠性，本系统主机采用联想 4 处理器机，通讯协议为标准的 Modbus 协议。组态软件采用的是北京三维力控科技有限公司的力控软件。软件的实时 监控画面见附录三。 21 第第 5 5 章章 恒压供水系统的硬件设计恒压供水系统的硬件设计 5.15.1 恒压供水控制系统的构成方案恒压供水控制系统的构成方案 从变频恒压供水的原理分析可知，该系统主要