哈工大課程設(shè)計(jì)變頻給水設(shè)備恒壓給水控制系統(tǒng)

1、Har bin I nstitute of Technology課程設(shè)計(jì)說明書（論文）課程名稱：電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目：變頻給水設(shè)備的恒壓給水控制系統(tǒng)院系：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：xxx設(shè) 計(jì) 者：xxx學(xué)號(hào)：xxxx指導(dǎo)教師：楊明、陳宏鈞設(shè)計(jì)時(shí)間： 2016年 1 月 11 日- 2016年 1 月 15 日哈爾濱工業(yè)大學(xué)教務(wù)處0/27哈爾濱工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名：院 （系）：電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)：工業(yè)自動(dòng)化班號(hào)：任務(wù)起至日期：2016 年 1月 10日至2016 年1月15日課程設(shè)計(jì)題目：變頻給水設(shè)備的恒壓給水控制系統(tǒng)已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：該設(shè)計(jì)題目要求利用西門子 S7 200

2、 PLC，觸摸屏 TP177B 和 G120 變頻器，以及給水系統(tǒng)模擬器，設(shè)計(jì)一個(gè)變頻給水設(shè)備的恒壓給水控制系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)功能。技術(shù)指標(biāo)：在用戶流量變化時(shí)可自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量，使給水壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近，穩(wěn)態(tài)誤差不大于 5，調(diào)節(jié)時(shí)間小于 10s。工作量：1）控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；2）PLC 程序設(shè)計(jì)；3）變頻器參數(shù)設(shè)定；4）實(shí)驗(yàn)設(shè)備線路連接；5）在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行系統(tǒng)的局部調(diào)試和聯(lián)合調(diào)試；6）整理設(shè)計(jì)文件，撰寫設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)的成果應(yīng)包括：1）控制系統(tǒng)各部件間的接線圖。2）PLC程序清單。3）變頻器參數(shù)設(shè)定清單。1/27工作計(jì)劃安排 ：(學(xué)時(shí)安排為 1 周，但考慮實(shí)驗(yàn)的安排，需

3、分散在2 周內(nèi)完成 )第 1 階段接受任務(wù)和基本實(shí)驗(yàn)。全體開會(huì)，布置任務(wù)，組成設(shè)計(jì)小組（每組4 人）。之后參加 1 次實(shí)驗(yàn)，了解變頻器的基本操作方法并熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備。第 2 階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱有關(guān)文獻(xiàn)，合作完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC編程以及變頻器參數(shù)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)際裝置上進(jìn)行調(diào)試，在調(diào)試過程中不斷改進(jìn)原設(shè)計(jì)方案，最終滿足課程設(shè)計(jì)要求。調(diào)試完成后需進(jìn)行驗(yàn)收。第 3 階段撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告。同組設(shè)計(jì)者及分工：本設(shè)計(jì)組由 4 人組成，協(xié)作完成設(shè)計(jì)任務(wù)，具體分工如下：xxx ：PLC 程序設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備線路連接；xxx ：變頻器參數(shù)設(shè)定、實(shí)驗(yàn)設(shè)備線

4、路連接；xxx ：實(shí)驗(yàn)設(shè)備線路連接；xxx ：控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；指導(dǎo)教師簽字 _年月日教研室主任意見：教研室主任簽字_年月日* 注：此任務(wù)書由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師填寫2/271 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案該設(shè)計(jì)題目要求利用西門子 S7 200 PLC、TP177B觸摸屏和 G120變頻器，以及恒壓供水模擬器，設(shè)計(jì)一個(gè)變頻給水設(shè)備的恒壓給水系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)功能。1.1 變頻給水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理變頻給水設(shè)備由變頻控制柜、穩(wěn)流罐、水泵機(jī)組、儀表、閥門及管路、基座等組成，適用于一切需要增高水壓，恒定流量的供水系統(tǒng)。其簡化結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示：從市政管網(wǎng)來的低壓水源，經(jīng)過水泵增壓后，為

5、用戶提供穩(wěn)定的供水。圖 1變頻給水系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)變頻給水能自動(dòng) 24 小時(shí)維持恒定壓力，并根據(jù)壓力信號(hào)自動(dòng)啟動(dòng)備用泵，無級(jí)調(diào)整壓力，供水質(zhì)量好。在工業(yè)和民用中應(yīng)用十分廣泛。變頻給水系統(tǒng)采用一個(gè)電位器設(shè)定壓力（也可采用面板設(shè)定壓力），采用一個(gè)壓力傳感器檢測管網(wǎng)中壓力，壓力傳感器將信號(hào)送入變頻器 PID 回路， PID 回路處理之后，送出一個(gè)水量增加或減少信號(hào)，控制水泵馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。為了節(jié)約成本同時(shí)提高水泵效率，系統(tǒng)中一般配有多臺(tái)水泵。只有一個(gè)泵由變頻器供電，工作于變頻調(diào)速狀態(tài)，其他泵或不運(yùn)行，或直接連接到電網(wǎng)上運(yùn)行于工頻狀態(tài)。當(dāng)用水量較小時(shí)，只有一個(gè)泵工作于變頻狀態(tài)，在 PID 控制下自動(dòng)調(diào)節(jié)給水壓

6、力，如在一定延時(shí)時(shí)間內(nèi)，壓力還是不足，則對(duì)該泵進(jìn)行變頻 / 工頻切換（即將該泵與變頻器脫開，直接連接到電網(wǎng)上運(yùn)行），然后利用變頻器啟動(dòng)另一臺(tái)水泵，提高供水量使實(shí)際管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力相一致。隨著用水量的減少，變頻器自動(dòng)減少輸出頻率或切除某一個(gè)工頻運(yùn)行的水泵，減少供水量，使實(shí)際管網(wǎng)壓力仍然與設(shè)定壓力相一致。1.2 恒壓給水控制系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)供水，可采用 PLC（ CPU224 XP）和變頻器（ G120），組成恒壓給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖 2所示。工作時(shí)，變頻器內(nèi)部的 PID調(diào)節(jié)器根據(jù)由電位器設(shè)定的壓力給定，以及從用戶管路中檢測的實(shí)際壓力，經(jīng)運(yùn)算后調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，從而自動(dòng)調(diào)

7、節(jié)水泵的供水量，使實(shí)際壓力與給定壓力一致。 PLC的作用是：根據(jù)操作面板上的發(fā)令元件（如啟動(dòng)按鈕）啟動(dòng)變頻器，并根據(jù)變頻器計(jì)算的壓力超限指示信號(hào)，結(jié)合合理的控制邏輯發(fā)出控制指令到泵站，決定哪臺(tái)泵啟動(dòng)，是工頻運(yùn)行還是通過變頻器變頻運(yùn)行。1/27圖 2 恒壓給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由于在實(shí)驗(yàn)室不可能真的安裝供水管路，在控制系統(tǒng)中泵站的功能是利用電子模擬器來模擬實(shí)現(xiàn)的。如圖 2 所示，模擬器接收變頻器發(fā)出的輸出頻率信號(hào)，及各個(gè)泵的啟動(dòng)控制信號(hào)，根據(jù)流體特性計(jì)算出用戶管路的可能壓力，將這個(gè)估計(jì)值作為實(shí)際壓力信號(hào)，反饋給 PID 調(diào)節(jié)器。模擬器上的數(shù)碼管可以顯示給定壓力和實(shí)際壓力。此外在模擬器上還可以改變用戶

8、的用水量，使壓力出現(xiàn)波動(dòng)，進(jìn)而觀察控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。圖3是模擬器與上位機(jī) PLC 程序、變頻器和電動(dòng)機(jī)的接線結(jié)構(gòu)示意圖，有了模擬器后，給水壓力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就完整了，可以像在實(shí)際系統(tǒng)上一樣進(jìn)行逼真的調(diào)試，以檢驗(yàn)硬件和軟件設(shè)計(jì)的正確性。圖 3 給水系統(tǒng)接線圖1.3 恒壓給水控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)功能(1)工作方式選擇利用模擬器上的開關(guān) S5 實(shí)現(xiàn)工作方式選擇功能：自動(dòng)方式和手動(dòng)方式。(2)自動(dòng)方式下的控制要求在自動(dòng)方式下，用模擬器上的 PB1 和 PB2 按鈕來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)啟動(dòng)后，要求能夠?qū)崿F(xiàn)壓力調(diào)節(jié)、壓力超限判斷、水泵切換等功能。系統(tǒng)停止時(shí)，所有泵均不工作。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)模擬器上指示燈L1

9、 亮，停止時(shí) L1 滅。壓力調(diào)節(jié)功能 ：用模擬器上的電位器P1 設(shè)定給水壓力，壓力設(shè)定值及從模擬器反饋的實(shí)際壓力，作為變頻器的模擬輸入信號(hào)，經(jīng)變頻器內(nèi)部PID 功能模塊的運(yùn)算后，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，改變水泵的供水流量，從而調(diào)節(jié)給水壓力使其跟隨給定值。調(diào)節(jié)模擬器上的電位器 P2 可改變用戶流量，從而觀察控制系統(tǒng)的抗擾特性。5 秒后，變頻器的某一壓力超限判斷功能 ：當(dāng)實(shí)際壓力超過（給定值閥值）時(shí)，延時(shí)開關(guān)量輸出端為高電平，為 PLC 提供壓力超上限的檢測信號(hào)，同時(shí)模擬器上指示燈L4亮。當(dāng)實(shí)際壓力低于 （給定值閥值） 時(shí)，變頻器的另一開關(guān)量輸出端為高電平，為 PLC提供壓力超下限的檢測信號(hào)，同時(shí)模擬

10、器上指示燈L5 亮。當(dāng)壓力超上限或超下限的時(shí)間超過 20S 后，L6 亮，作為報(bào)警指示。當(dāng)壓力正常時(shí)，開關(guān)量輸出為低電平，且指示燈滅。水泵切換功能 ：系統(tǒng)中共有 2 個(gè)水泵，但只有 1 個(gè)變頻器，所以任何時(shí)刻只能有1 個(gè)泵在變頻器驅(qū)動(dòng)下工作于變頻狀態(tài)，另1 個(gè)泵或者不工作，或者直接接到電網(wǎng)上工作于工頻狀態(tài)。系統(tǒng)啟動(dòng)后，若當(dāng)前沒有泵在運(yùn)行，則啟動(dòng)1 號(hào)泵，并使其工作于變頻狀態(tài)。運(yùn)行過程中，若檢測到壓力超下限，表明供水不足，則將當(dāng)前工作泵切換到工頻狀態(tài)，然后用變頻器驅(qū)動(dòng)另 1 個(gè)泵。若檢測到壓力超上限，則表明供水量過大，則應(yīng)停止當(dāng)前2/27工作于工頻狀態(tài)的泵，僅保留變頻泵在工作。水泵的切換控制由

11、PLC 實(shí)現(xiàn)，由 PLC 向模擬器提供泵的控制信號(hào)。 若 1 號(hào)泵工作于變頻狀態(tài)，則要求向模擬器上 PUM1 輸入端提供 1Hz 的方波信號(hào)；若 1 號(hào)泵工作于工頻狀態(tài)，則要求向 PUM1 輸入端提供高電平； 若 1 號(hào)泵停止，則要求向 PUM1 輸入端提供低電平。 2 號(hào)泵的控制與 1 號(hào)泵相似，不同在于要向 PUM1 輸入端提供控制信號(hào)。為了便于觀察，要求用 L2 和 L3 指示燈分別顯示 1 號(hào)泵和 2 號(hào)泵的控制信號(hào)。(3) 手動(dòng)方式下的控制要求在手動(dòng)方式下，用模擬器上的PB1 和 PB2 按鈕來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。系統(tǒng)啟動(dòng)后，利用模擬器上的電位器P1 直接設(shè)定變頻器輸出頻率，手動(dòng)調(diào)

12、節(jié)P1 達(dá)到期望的給水壓力。手動(dòng)方式下只有1 號(hào)泵工作于變頻狀態(tài)。系統(tǒng)停止時(shí)，所有泵均不工作。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)模擬器上指示燈L1 亮，停止時(shí) L1 滅。調(diào)節(jié)模擬器上的電位器P2 可改變用戶流量，從而觀察控制系統(tǒng)的抗擾特性。2 變頻器的參數(shù)設(shè)定2.1 G120變頻器基本知識(shí)1、 基本特點(diǎn)SINAMICS G120是SINAMICS 變頻器系列的新成員，能夠完美地滿足低壓范圍內(nèi)的高性能應(yīng)用需求。 與其他 SINAMICS 系列產(chǎn)品相比， 將為用戶帶來獨(dú)一無二的驅(qū)動(dòng)技術(shù)靈活性，全新 SINAMICS G120變頻器以其模塊化的設(shè)計(jì)（功率模塊、控制單元和 BOP）及其安全保護(hù)功能（集成化的故障安全保護(hù)）、通

13、訊能力和能量回饋等各種創(chuàng)新功能而卓爾不群。功率范圍涵蓋 0.3790kw, 可適用于各種驅(qū)動(dòng)解決方案。2、 模塊種類SINAMICS G120是一個(gè)由多種不同功能單元組成的模塊化變頻器，兩種主要的單元是：控制單元和功率單元?？刂茊卧梢砸詭追N不同的方式對(duì)功率模塊和所接的電機(jī)進(jìn)行控制和監(jiān)控。它支持與本地或中央控制的通訊并且支持通過監(jiān)控設(shè)備和輸入 輸出端子的直接控制。功率模塊支持的電機(jī)的功率范圍為 0.37Kw 到 90Kw 。功率模塊由控制單元里的微處理器進(jìn)行控制。高性能的 IGBT 電機(jī)電壓脈寬調(diào)制技術(shù)和可選擇的脈沖頻率的采用，使得電機(jī)運(yùn)行極為靈活可靠，多方面的保護(hù)功能可以為電機(jī)提供更高一級(jí)的

14、保護(hù)。3、 功能參數(shù)碼變頻器的基本功能被細(xì)化為“功能參數(shù)碼”，存儲(chǔ)在變頻器中供使用時(shí)調(diào)用和配置。功能參數(shù)碼較多的變頻器一般根據(jù)功能參數(shù)碼的用途和性質(zhì)分為若干種類。功能參數(shù)碼的結(jié)構(gòu)由參數(shù)碼和參數(shù)值組成，使用時(shí)先確定功能參數(shù)碼，再確定參數(shù)值。G120變頻器參數(shù)的類型(1) 讀寫參數(shù)：可以修改和顯示的參數(shù)，以 P開頭(2) 只讀參數(shù)：不可修改的參數(shù)，用于顯示內(nèi)部的變量，以 r 開頭2.2 變頻器參數(shù)設(shè)定1、 恢復(fù)出廠設(shè)定按下表 1 順序設(shè)定參數(shù)使變頻器的控制單元恢復(fù)出廠缺省設(shè)定值：表 1 變頻器出廠參數(shù)設(shè)置參數(shù)或操作描述P0003=1標(biāo)準(zhǔn)級(jí)：允許對(duì)最常用的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定P0004=0所有的參數(shù)P001

15、0=30調(diào)試參數(shù)，出廠設(shè)置3/27P0970=1將參數(shù)恢復(fù)為出廠默認(rèn)值操作面板顯示變頻器參數(shù)恢復(fù)完成后， P0970=0;禁用 P0010=0；“ BUSY” STARTER將顯示 準(zhǔn)備就緒進(jìn)度條2、 快速參數(shù)化按自己所設(shè)計(jì)的所有參數(shù)值，依次設(shè)定參數(shù)，完成變頻器控制單元的基本功能設(shè)定。如表 2 所示。表 2 快速參數(shù)化P0003=3專家級(jí)：僅限于高級(jí)用戶P0004=0所有的參數(shù)P0010=1快速調(diào)試P0100=0電源頻率為 50HZP0205=0重載P0300=1異步電機(jī)P0304=400v電機(jī)的額定電壓P0305=4.7A電機(jī)的額定電流P0307=2.2Kw電機(jī)的額定功率P0308=0.82

16、電機(jī)的功率因數(shù)P0309=0額定的電機(jī)效率，由電機(jī)內(nèi)部計(jì)算得出P0310=50電機(jī)的額定頻率是 50HZP0311=1420電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 1420r/minP0314=22:4- 極電機(jī)P0320=0電機(jī)的磁化電流P0335=0自冷方式，電機(jī)由安裝在軸上的風(fēng)扇同電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行冷卻P0400=0無編碼器P0500=0重載P0610=2報(bào)警并跳閘P0640=150電機(jī)的過載銀因子P0700=2接線端子作為命令源P0701=1利用實(shí)驗(yàn)裝置操作面板上的 DI0 開關(guān)實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停P0727=0選擇為西門子P1000=1MOP 設(shè)定值P1080=0最小頻率為 0HzP1082=50最大頻率為 50H

17、zP1300=20無傳感器的矢量控制P1500=0無主設(shè)定值P3900=1進(jìn)行電機(jī)參數(shù)計(jì)算并將在快速調(diào)試中未被修改的參數(shù)復(fù)位為出廠設(shè)置注意：快速參數(shù)化后，修改參數(shù)P0776=1（使 AO0 為電壓型輸出 ）繼續(xù)實(shí)驗(yàn)前，修改參數(shù)P003=3 ( 可訪問所有參數(shù) )變頻器運(yùn)行時(shí)，可通過參數(shù)r0000 觀察變頻器的輸出頻率 。3、 AI0 （1）模擬量輸入的標(biāo)定AI0(1) 比例關(guān)系設(shè)定4/27圖 4 AI0(1) 比例關(guān)系設(shè)定AI0 比例關(guān)系設(shè)定：0V-0%P757.0(AI0)=0;P758.0= 05V-100%P759.0 =5;P760.0=100轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在：r755.0AI1 比例關(guān)

18、系設(shè)定：0V-0%P757.1(AI1)=0;P758.1= 05V-100%P759.1=5;P760.1=100轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在：r755.1具體設(shè)定見表 3。表 3 AI0 （1）模擬量輸入的標(biāo)定P0756=0單極性電壓輸入P0757.0=0AI0 標(biāo)定值 x1V/mAP0758.0=0.0AI0 標(biāo)定值 y1 該參數(shù)以 P2000 的百分?jǐn)?shù)表示X1所對(duì)應(yīng)的值P0759.0=5AI0 標(biāo)定值 X2V/mAP0760.0=100AI0 標(biāo)定值 y2 該參數(shù)以 P2000 的百分?jǐn)?shù)表示X2所對(duì)應(yīng)的值P0757.1=0AI1 標(biāo)定值 x1V/mAP0758.1=0.0AI1 標(biāo)定值 y1 該參數(shù)

19、以 P2000 的百分?jǐn)?shù)表示X1所對(duì)應(yīng)的值P0759.1=5AI1 標(biāo)定值 X2V/mAP0760.1=100AI1 標(biāo)定值 y2 該參數(shù)以 P2000 的百分?jǐn)?shù)表示X2所對(duì)應(yīng)的值4、 AO0（1）比例關(guān)系設(shè)定5/27圖 5 AO0 比例關(guān)系設(shè)定AO0 比例關(guān)系設(shè)定：0%-0VP777.0(AO0)=0P778.0(AO0)=0100%-5V(10mA)P779.0(AO0)=100P780.0(AO0)=10 (mA)AO1 輸出變頻器實(shí)際頻率具體設(shè)定見表 4.表 4 AO0（1）比例關(guān)系設(shè)定P777.0(AO0)=0P778.0(AO0)=0P779.0(AO0)=100P780.0(AO

20、0)=10 (mA)P771.0=21ACTFREQ.5、 加法器、減法器生成過壓、欠壓設(shè)定信號(hào)（1）加法器、減法器生成過壓、欠壓設(shè)定信號(hào)圖 6運(yùn)算比例設(shè)置將閥值存儲(chǔ)在設(shè)定點(diǎn)參數(shù)中P2800=1ACTIVEFREEBLOCKP2889=106/27圖7ADD運(yùn)算過壓設(shè)定信號(hào)壓力設(shè)定（AI0 ）閥值（ 10）P2869.0=r755.0 （壓力設(shè)定， AI0 ）P2869.1=2889（閥值）P2802.4=1ACTIVEADD1圖8SUB運(yùn)算欠壓設(shè)定信號(hào)壓力設(shè)定（AI0 ）閥值（ 10）P2873.0=r755.0 （壓力設(shè)定， AI0 ）P2873.1=2889（閥值）P2802.6=1 A

21、CTIVESUB1具體設(shè)定見表 5。表5加法器、減法器生成過壓、欠壓設(shè)定信號(hào)P2800=1ACTIVEFREEBLOCKP2889=5上下界限的百分比P2869.0=r755.0壓力設(shè)定， AI0P2869.1=2889閾值P2802.4=1ACTIVEADD1P2873.0=r755.0壓力設(shè)定， AI0P2873.1=2889閾值P2802.6=1ACTIVESUB1（2）比較器產(chǎn)生過壓、欠壓輸出指示（比較器有 2 個(gè)，比較器 2 的參數(shù)為 P2887,P2888）7/27圖9 CMP運(yùn)算利用比較器 1 產(chǎn)生過壓指示 (IF AI1>=AI0+10%OUT=H) ：P2885.0=7

22、55.1(實(shí)際壓力： AI1)P2885.1=r2870 (過壓設(shè)定信號(hào) )P732.0（ 1） =2886(DO1 輸出比較結(jié)果 )P2802.12=3ACTIVE CMP1利用比較器 2 產(chǎn)生欠壓指示 (IF AI1<=AI0-10%OUT=H) ：P2887.0= P2874(欠壓設(shè)定信號(hào) )P2887.1= 755.1(實(shí)際壓力： AI1)P733.0（ 1） =2888(DO2 輸出比較結(jié)果 )P2802.13=3ACTIVE CMP2具體設(shè)定見表 6。表 6 比較器產(chǎn)生過壓、欠壓輸出指示P2885.0=755.1實(shí)際壓力： AI1P2885.1=r2870過壓設(shè)定信號(hào)P732

23、.0=r2886DO1 輸出比較結(jié)果P732.1=r2886DO1 輸出比較結(jié)果P2802.12=3ACTIVE CMP1P2887.0= P2874欠壓設(shè)定信號(hào)P2887.1= 755.1實(shí)際壓力： AI1P733.0=r2888DO2 輸出比較結(jié)果P733.1=r2888DO2 輸出比較結(jié)果P2802.13=3ACTIVE CMP26、 PID調(diào)節(jié)設(shè)置圖 10PID 調(diào)節(jié)設(shè)置1PID 給定和反饋參數(shù)設(shè)定：P2200=1.0(enable PID)P2254=0P2253=755.0(給定為壓力設(shè)定： AI0)P2264=755.1(反饋為實(shí)際壓力： AI1)8/27圖 11PID 調(diào)節(jié)設(shè)置

24、 2調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定和輸出限幅：P2280=10(KP)P2285=10(KI)P2291=100(up limit)P2292=0(low limit)具體設(shè)置見表 7。表 7 PID設(shè)置P2200=1.0enable PIDP2254=0P2253=755.0給定為壓力設(shè)定： AI0P2264=755.1反饋為實(shí)際壓力： AI1P2280=7KPP2285=9KIP2291=100up limitP2292=0low limit7、 數(shù)據(jù)組選擇變數(shù)據(jù)組 cds0 復(fù)制到 cds1P0809.0=0P0809.1=1P0809.2=1 (Copy cds0 to 1)9/27圖 12CDS 選擇

25、定義 DI1 為 CDS bit0 用來切換數(shù)據(jù)組P702=99P810=722.1(DI1)具體設(shè)置見表 8。表 8 數(shù)據(jù)組選擇P0809.0=0P0809.1=1P0809.2=1Copy cds0 to 1P702=99P810=722.1DI18、 頻率給定源的設(shè)定圖 13頻率給定源設(shè)置主給定采用 bico(變量連接 )方式P1000=0（不通過 P1000 選擇頻率給定源）P1070.0=755.0(主給定中 cds0:AI0)P1070.1=2294(主給定中 cds1: PID output) 具體設(shè)定見表 9。10/27表 9 頻率 給定源設(shè)定P1000=0不通過 P1000

26、選擇頻率給定源P1070.0=755.0主給定中 cds0:AI0P1070.1=2294主給定中 cds1: PID outputP776=1。3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 PLC 程序設(shè)計(jì)的思想按照控制要求編寫梯形圖程序，因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)比較簡單，將程序編寫思想總結(jié)如下：(1) 將系統(tǒng)分為啟動(dòng)后處于低于下限值的 1 號(hào)泵單獨(dú)工作狀態(tài) M0.0 ，檢測到超下限信號(hào)后并進(jìn)行延時(shí)后的 1 號(hào)泵工頻、 2 號(hào)泵變頻工作狀態(tài) M0.1 ，進(jìn)入正常狀態(tài)后的 1 號(hào)泵工頻、2 號(hào)泵變頻工作狀態(tài) M0.2，超過上限值進(jìn)行延時(shí)后的 1 號(hào)泵停止、 2 號(hào)泵變頻的工作狀態(tài) M0.3，進(jìn)入正常狀態(tài)后的 1 號(hào)泵停止、 2

27、 號(hào)泵變頻的工作狀態(tài) M0.4 ，再次超下限信號(hào)后并進(jìn)行延時(shí)后的 1 號(hào)泵變頻、2 號(hào)泵工頻工作狀態(tài) M0.5 共 6 個(gè)狀態(tài)進(jìn)行互相切換。(2) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每次檢測到超上限、超下限后都經(jīng)過一定的延時(shí)，在梯形圖設(shè)計(jì)時(shí)將計(jì)時(shí)器輸出給一個(gè) PV 值為 1 的計(jì)數(shù)器，使信號(hào)得以保持并控制相應(yīng)的輸出， 并同時(shí)注意定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)設(shè)置。(3) 按照設(shè)計(jì)要求，若泵工作于變頻狀態(tài)， 則要求向模擬器上 PUMP 輸入端提供 1Hz 的方波信號(hào)；若泵工作于工頻狀態(tài)，則要求向 PUMP 輸入端提供高電平；若泵停止，則要求向 PUMP 輸入端提供低電平。在進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)時(shí)采用并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)，變頻時(shí)需要的

28、1Hz 方波信號(hào)通過在相應(yīng)程序中串聯(lián)一個(gè)SM0.5 即可實(shí)現(xiàn)。3.2 PLC 程序設(shè)計(jì)清單對(duì)各功能按鍵、指示燈、開關(guān)信號(hào)進(jìn)行定義，根據(jù)電路圖進(jìn)行連線，所用到的變量地址如圖 14 所示。圖 14 變量地址對(duì)應(yīng)表主程序中通過開關(guān) S5 進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)功能的選擇， S5 開通時(shí)為自動(dòng)模式， S5 關(guān)斷時(shí)為手動(dòng)模式，控制邏輯梯形圖如圖15所示。11/27圖 15 控制模式選擇開關(guān)選擇賦值給數(shù)據(jù)選擇位進(jìn)行控制方式選擇，控制邏輯梯形圖如圖16 所示。圖 16 數(shù)據(jù)選擇控制運(yùn)行狀態(tài)由 L1 燈指示，控制邏輯梯形圖如圖 17 所示。12/27圖 17 運(yùn)行指示燈控制當(dāng)選擇自動(dòng)控制方式時(shí)，進(jìn)行如下的程序控制。首

29、先通過 PB1、PB2 控制變頻器的啟停，控制邏輯梯形圖如圖 18 所示。圖 18 變頻器啟停控制當(dāng)檢測到壓力超上限時(shí)， L4 燈亮，控制邏輯梯形圖如圖 19 所示。圖 19 壓力超上限指示控制當(dāng)檢測到壓力超下限時(shí)， L5 燈亮，控制邏輯梯形圖如圖 20 所示。13/27圖 20 壓力超下限指示控制當(dāng)檢測到壓力超上限或壓力超下限時(shí)，進(jìn)行 10 秒鐘計(jì)時(shí)，超過 10 秒鐘，則故障報(bào)警燈 L6 燈閃爍報(bào)警，控制邏輯梯形圖如圖21 所示。圖 21 故障指示燈控制當(dāng)壓力超上限后進(jìn)行 5 秒計(jì)時(shí)，控制邏輯梯形圖如圖 22 所示。圖 22 壓力超上限后 5 秒計(jì)時(shí)控制當(dāng)壓力超下限后進(jìn)行 5 秒計(jì)時(shí)，控制邏

30、輯梯形圖如圖 23 所示。14/27圖 23 壓力超下限 5 秒計(jì)時(shí)控制當(dāng) PB2 按下時(shí)，變頻器停止，復(fù)位所有泵控制狀態(tài)位， 控制邏輯梯形圖如圖 24 所示。圖 24 變頻器停止控制當(dāng) PB1 按下，變頻器啟動(dòng)且沒有泵工作時(shí)，先啟動(dòng) 1 號(hào)泵，控制邏輯梯形圖如圖 25 所示。圖 25 啟動(dòng) 1 號(hào)泵控制當(dāng)檢測到壓力超下限 5 秒后，本泵切換到工頻運(yùn)行，變頻器啟動(dòng)另一個(gè)泵，控制邏輯梯形圖如圖 26 所示。15/27圖 26 壓力超下限控制當(dāng)檢測到壓力超上限 5 秒后，本泵繼續(xù)調(diào)頻控制，關(guān)閉另一個(gè)泵，控制邏輯梯形圖如圖 27 所示。圖 27 壓力超上限控制用 L2 燈模擬指示 1 號(hào)泵的工作狀態(tài)

31、， L2 滅表 1 號(hào)泵停止工作， L2 亮表 1 號(hào)泵工頻運(yùn)行， L2 閃爍表 1 號(hào)泵變頻運(yùn)行，控制邏輯梯形圖如圖28 所示。16/27圖 28 1 號(hào)泵工作狀態(tài)模擬控制用 L3 燈模擬指示 2 號(hào)泵的工作狀態(tài)， L3 滅表 2 號(hào)泵停止工作， L3 亮表 2 號(hào)泵工頻運(yùn)行， L3 閃爍表 2 號(hào)泵變頻運(yùn)行，控制邏輯梯形圖如圖29 所示。圖 29 2 號(hào)泵工作狀態(tài)模擬控制手動(dòng)模式時(shí)，用模擬器上的 PB1 和 PB2 按鈕來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。 系統(tǒng)啟動(dòng)后，利用模擬器上的電位器 P1 直接設(shè)定變頻器輸出頻率， 手動(dòng)調(diào)節(jié) P1 達(dá)到期望的給水壓力。手動(dòng)方式下只有 1 號(hào)泵工作于變頻狀態(tài)。系統(tǒng)

32、停止時(shí)，所有泵均不工作。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)模擬器上指示燈 L1 亮，停止時(shí) L1 滅。調(diào)節(jié)模擬器上的電位器 P2 可改變用戶流量， 從而觀察控制系統(tǒng)的抗擾特性?？刂七壿嬏菪螆D如圖 30 所示。17/27圖 30 手動(dòng)模式下的控制4 調(diào)試過程及結(jié)果4.1 調(diào)試過程(1) 根據(jù)題目要求進(jìn)行端口分配和完成目標(biāo)確定(2) 根據(jù)要求進(jìn)行 PLC程序的初步編寫以及對(duì)模擬器進(jìn)行硬件接線(3) 熟悉掌握變頻器的參數(shù)設(shè)定方法，并理解變頻器各參數(shù)的含義。(4) 對(duì) G120 變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定(5) 進(jìn)行變頻器、模擬器以及 PLC 之間的聯(lián)合調(diào)試，使得模擬器的輸出電壓能跟蹤輸入電壓的大小，實(shí)現(xiàn)恒壓供水；并且提供的水能與用

33、戶所需的水保持一致；利用 6 個(gè) LED 燈來指示整個(gè)工作的進(jìn)行狀況， LED1 顯示的手動(dòng)和自動(dòng)， LED2 、 LED3 顯示的水泵 1、 2 的工作狀態(tài)， LED4 、LED5 顯示的壓力超上限、下限的指示， LED6對(duì)系統(tǒng)故障的指示。 4.2 調(diào)試結(jié)果在我們小組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作下，最終我們達(dá)成了課程設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)，通過驗(yàn)收：在用戶流量變化時(shí)可自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量，使給水壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近，穩(wěn)態(tài)誤差不大于 5，調(diào)節(jié)時(shí)間小于 10s，系統(tǒng)在自動(dòng)模式下可實(shí)現(xiàn)壓力調(diào)節(jié)、壓力超限判斷、水泵切換功能。變頻器的 PID 參數(shù)在 P=9，I=11 時(shí)有較好的相應(yīng)指標(biāo)，上升時(shí)間 15s，調(diào)節(jié)時(shí)間 9s，穩(wěn)態(tài)誤差在

34、 5%以內(nèi)。中途我們遇到了軟件和硬件上的不少問題，通過我們自己的排查以及實(shí)驗(yàn)室?guī)熜值哪托慕獯稹椭?，最終我們一一解決了問題。在這里對(duì)實(shí)驗(yàn)室的老師以及師兄說聲感謝！4.3 調(diào)試過程出現(xiàn)的問題問題 1：變頻器報(bào)錯(cuò) F0020，運(yùn)行一下就停機(jī)。解決方法：通過上網(wǎng)查找錯(cuò)誤代碼，得知這代表變頻器內(nèi)部溫度過高。我們仔細(xì)檢18/27查模擬器上的電路，發(fā)現(xiàn)有 1 處線路松動(dòng)，將接線更換并重新接緊之后發(fā)現(xiàn)該錯(cuò)誤不存在了，變頻器正常運(yùn)行。問題 2：變頻器報(bào)錯(cuò) F0023，運(yùn)行一下就停機(jī)。解決方法：通過上網(wǎng)查找錯(cuò)誤代碼，得知這代表變頻器與異步電機(jī)的連接一相斷線。我們檢查變頻器與異步電機(jī)的接口電纜，發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)，將接線重新接緊之后發(fā)現(xiàn)該錯(cuò)誤不存在了，變頻器可正常運(yùn)行。問題 3：指示管線實(shí)際水量的數(shù)碼管， 在系統(tǒng)尚未運(yùn)行時(shí)數(shù)字