自動控制在生活中的應(yīng)用舉例

1、模塊一 多泵切換恒壓供水系統(tǒng)控制方案一、預(yù)備知識1變頻器恒壓供水系統(tǒng)在生產(chǎn)、生活的實(shí)際中，用戶用水的多少是經(jīng)常變動的，因此供水不 足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供 水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。 保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時(shí)供水也 多，用水少時(shí)供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。圖1住宅區(qū)恒壓供水示意圖恒壓供水是指在供水網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出水口壓力保持不變的供水方式。供水網(wǎng)系出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。傳隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛的應(yīng)用，利用內(nèi)部包含用PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件有

2、機(jī)結(jié)合的供水專用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵輸出流量，以 實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻器恒壓供水，如上圖 1所示。利用變頻器內(nèi)部的PID調(diào)節(jié)功能，如圖2，目標(biāo)信號SP是一個(gè)與壓力 的控制目標(biāo)相對應(yīng)的值，通常用百分?jǐn)?shù)表示。圖2 變頻器PID調(diào)節(jié)功能2、“一拖多”恒壓供水實(shí)際應(yīng)用中，單臺水泵供水一般不能滿足用水要求，常用多泵單變頻恒壓供水。即是“一拖多”控制方案，這種多臺泵調(diào)速的方式，系統(tǒng)通過計(jì)算判定目前是否已達(dá) 到設(shè)定壓力，決定是否增加（投入）或減少（撤出）水泵。由于“一拖多”變頻恒壓供水系統(tǒng)需要涉及壓力PID控制、工頻和變頻等功能，所以需要由專門的程序控制來實(shí)現(xiàn)。目前的“一拖多”變頻供水系統(tǒng)主要由 3種

3、方式:1）微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)此系統(tǒng)以多臺水泵并聯(lián)供水，系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)恒定的壓力值，當(dāng)用水量變化而產(chǎn)生管網(wǎng)壓力的變化時(shí)，通過遠(yuǎn)傳壓力表，將管網(wǎng)壓力反饋給PI控制器，通過PI控制器調(diào)整變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速以保持恒壓供水。微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng) 如圖3所示。圖3微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)2) PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)PLC除了完成供水PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)與微機(jī)控制器類似，所不同的是控制外，還可以完成其他的特殊功能，具有更大的靈活性。3) 供水專用變頻器供水系統(tǒng)采用供水專用的變頻器，不需另外配置供水系統(tǒng)的控制，就可完成對由26臺水泵組成的供水系統(tǒng)的控制，使用相當(dāng)方便；供水專用變

4、頻器=普通變頻器+PLC是集供水控制和供水管理一體化的系統(tǒng)，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn) 效率。西門子的MM 430變頻器供水專用變頻器框圖如圖4所示。圖4 MM 430變頻器供水框圖二、確定控制方案根據(jù)實(shí)際情況，我們采用PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)。變頻器采用MM440 PLC采用S7-200 ,實(shí)現(xiàn)“一拖二”方式。在加泵過程中，變頻器驅(qū)動電動機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器內(nèi)部輸出繼電器動作，作為一個(gè)控制信號將電動機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電運(yùn)行，而變頻器再去啟動其他的 電動機(jī)。以達(dá)到電動機(jī)軟啟動和節(jié)能的目的，切換過程由PLC控制實(shí)現(xiàn)。減泵時(shí)，則由PLC控制直接停止工頻運(yùn)行的電動機(jī)。采用“啟

5、先停”方式。模塊系統(tǒng)電氣原理圖繪制一、預(yù)備知識電氣控制電路圖通常由主電路和輔助電路兩部分組成。主電路 （ 也稱動力電路 ） 是通過強(qiáng)電流的電路。它包括電源電路、受電的動力裝置 及其控制、保護(hù)電器支路等。輔助電路是通過弱電流的電路。一般生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的輔助電路，包括控制電路、 照明電路和信號電路等。電氣控制電路圖繪制的一般規(guī)則1）元件和連接線在電路圖中的表示 連接線在電路圖中的三種描述方法：多線表示法、單線表示法和混合表示法。 表示連接線去向的兩種方法：有連續(xù)線表示法和中斷線表示法。 電路圖中，對有直接電聯(lián)系的交叉導(dǎo)線連接點(diǎn)，要用小黑圓點(diǎn)表示，無直接電 聯(lián)系的交叉導(dǎo)線連接點(diǎn)則不畫小黑圓點(diǎn)。 電氣元

6、件在電路圖中的三種表示方法：集中表示法、半集中表示法、分開表示 法。2）圖幅分區(qū)和元件在圖上位置的表示方法為了確定圖上內(nèi)容 （如圖形等 ）的位置及其用途，以便于檢修和方便閱讀原理圖， 一些幅面較大、內(nèi)容復(fù)雜的電氣圖進(jìn)行分區(qū)。3）注釋當(dāng)含義不便于用圖示形式表達(dá)清楚時(shí)， 可在圖上采用注釋。 注釋可采用兩種方式： 一是直接放在所要說明的對象附近； 二是加標(biāo)記， 將注釋放在圖面上的其他適當(dāng)位置。4）技術(shù)數(shù)據(jù)的表示方法 當(dāng)需要在電氣工程圖上表示出元件的技術(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，通常采用的方法有，標(biāo)注在圖形符號旁、標(biāo)注在圖形符號內(nèi)、以表格的形式給出。5）電原理圖中元、器件狀態(tài)的規(guī)定 繼電器、接觸器在非激勵的狀態(tài)，即其線

7、圈未通電的狀態(tài)。 斷路器、隔離開關(guān)等在斷開位置。 帶零位的手動控制開關(guān)在零位位置，而不考慮電路的實(shí)際工作狀態(tài)。 機(jī)械操作開關(guān)在非工作狀態(tài)的位置，例如終端開關(guān)沒有達(dá)到極限行程前的位 置。6）電原理圖中的電源表示方法表1電氣線路和三相電氣設(shè)備端的表記代號項(xiàng)目名稱標(biāo)記代號備注交流電源交流系統(tǒng)電源第1相L1交流系統(tǒng)電源第2相L2交流系統(tǒng)電源第3相L3中線（中性線）N直流電源直流電源正極L+,+直流電源負(fù)極L-,-中間線M三相電氣設(shè)備端交流系統(tǒng)設(shè)備端第1相U交流系統(tǒng)設(shè)備端第2相V交流系統(tǒng)設(shè)備端第 3相W保護(hù)接地保護(hù)接地PE保護(hù)和中性共同線PEN接地E無噪聲接地T不接地保護(hù)PU機(jī)殼或機(jī)架MM等電位CC交流

8、電AC直流電DC7）電原理圖中各欄目的含義 圖紙上方的1、213是圖區(qū)編號，是為了便于檢索電氣線路、方便閱讀電 原理圖而設(shè)置的。 圖區(qū)編號下面的“電源開關(guān)照明及信號”一欄，表明它對應(yīng)的下方元件或電路的功能。 原理圖中的接觸器、繼電器的線圈與受其控制的主觸頭或輔助觸點(diǎn)的從屬關(guān)系 應(yīng)按下述方法標(biāo)志：在每個(gè)接觸器線圈的文字符號KM的下面畫兩條豎直線，分成左、中、右三欄，把受其控制而動作的主觸頭及輔助觸點(diǎn)所處的圖區(qū)號數(shù)字，按下表2左半部分規(guī)定的內(nèi)容填上。對備而未用的觸頭及觸點(diǎn)，在相應(yīng)的欄中用記號“X”標(biāo)出。在每個(gè)繼電器線圈的文字符號 （如KT）下面畫一條豎直線， 分成左、右兩欄，把受其控制而動作的觸點(diǎn)

9、所處的圖區(qū)號數(shù)字，按下表右半部分規(guī)定的內(nèi)容填上。同樣，對 備而未用的觸點(diǎn)在相應(yīng)的欄中用記號“X'標(biāo)出。原理圖中每個(gè)觸頭的文字符號下面的數(shù)字表示使其動作的線圈所處的圖區(qū)號。表2接觸器線圈、繼電器線圈符號下的數(shù)字標(biāo)志接觸器線圈符號下的數(shù)字標(biāo)志繼電器線圈符號下的數(shù)字標(biāo)志左欄中欄右欄左欄右欄主觸頭所處輔助常開（動合）觸輔助常閉（動斷）觸r常開（動合）觸點(diǎn)常閉（動斷）觸點(diǎn)的圖區(qū)號點(diǎn)所處的圖區(qū)號點(diǎn)所處的圖區(qū)號所處的圖區(qū)號所處的圖區(qū)號、繪制電氣原理圖繪制電氣原理圖前，要根據(jù)任務(wù)要求確定I/O的點(diǎn)數(shù)，然后選擇適當(dāng)?shù)?PLC模塊, 再進(jìn)行分配I/O 口。本例中手動功能不使用 PLC和變頻器，直接由按鈕控

10、制水泵的起動和停止，不占 用PLC的I/O 口；在自動狀態(tài)下，起動和停止控制系統(tǒng)需占用2個(gè)PLC的輸入點(diǎn)，變頻器增加、減少和故障信號輸入占用3個(gè)PLC的輸入點(diǎn)，還有遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號輸入占用1個(gè)模擬量輸入點(diǎn)。輸出端，KML KM4占用4個(gè)PLC的輸出點(diǎn)，同時(shí)變頻器的啟動命令占用1個(gè)PLC的輸出點(diǎn)，還有變頻器 PID的給定目標(biāo)值輸入占用 1模擬量 輸出點(diǎn)。PLC分配I/O 口分配如下：表3 PLC的I/O 分配表輸入位序號位功能iI0.1接SB5,自動時(shí)起動2I0.2接SB6,自動時(shí)停止3I0.3接變頻器RL1繼電器，變頻器故障切換信號4:I0.4接變頻器RL2繼電器，增加泵信號5I0.5接變

11、頻器RL3繼電器，減少泵信號6A+接遠(yuǎn)傳壓力表送來的反饋信號輸出位7Q0.1接KM1泵1工頻運(yùn)行8Q0.2接KM2泵1變頻起動9Q0.3接KM3泵2變頻起動10Q0.4接KM4泵1工頻運(yùn)行11Q0.5接KA,變頻器起動12V0接變頻器ADC1端，PID的給定目標(biāo)值根據(jù)分配好的I/O 口，再按照電路圖的繪制原則接可直接設(shè)計(jì)出電氣原理圖。要注意KM1與KM2 KM3與 KM4須進(jìn)行機(jī)械互鎖。三、選擇低壓電器低壓電器通常是指工作在交流 1000V 以下與直流 1200V 以下電路中的電器，它可 以按在電氣線路中的地位，作用和動作方式分類按在電氣線路中的地位和作用分類： 低壓配電電器。如刀開關(guān)、熔斷器

12、等，主要用于低壓配電系統(tǒng)和動力設(shè)備中。 低壓控制電器。 如接觸器、 控制繼電器等， 主要用電力拖動和自動控制系統(tǒng)中， 按動作方式分類： 非自動切換電器。如刀開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)等，它們是依靠外力來進(jìn)行切換的。 自動切換電器。如自動開關(guān)，接觸器等，它們是依靠本身參數(shù)的變化或外來信 號自動地進(jìn)行切換的。1）刀開關(guān)的選擇 閘刀開關(guān)。用于照明電路時(shí)可選擇額定電壓為220V,用于電動機(jī)直接起動時(shí)，可選擇額定電壓為 380V。 組合開關(guān)。根據(jù)電源種類、電壓等級、所需觸點(diǎn)數(shù)、接線方式進(jìn)行選擇。2）斷路器的選擇 斷路器的額定工作電壓線路額定電壓。 斷路器的額定電流線路計(jì)算負(fù)載電流。3）熔斷器的選擇 應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和

13、負(fù)載性質(zhì)選擇適當(dāng)類型的熔斷器。 電阻性負(fù)載的短路電流保護(hù)，熔體額定電流應(yīng)等于或略大干電路工作電流。4）主令電器的選擇 控制按鈕主要根據(jù)使用場合、觸頭數(shù)和所需顏色選擇。 行程開關(guān)根據(jù)動作要求和觸頭的數(shù)量選擇。5）接觸器的選擇 接觸器的類型?？筛鶕?jù)被控制的電動機(jī)或負(fù)載電流類型來選擇。 接觸器觸頭的額定電壓。大于或等于負(fù)載回路的額定電壓。 接觸器主觸頭的額定電流。大于或等于電動機(jī)或負(fù)載的額定電流。6）熱繼電器的選擇 熱繼電器的類型。對于三角形接線的重要電動機(jī)，可選用帶斷相保護(hù)裝置的熱 繼電器。 熱繼電器的額定電流。等于或稍大于電動機(jī)的額定電流.7）時(shí)間繼電器的選擇 時(shí)間繼電器的類型。對延時(shí)要求不高時(shí)

14、，選用價(jià)格較低的JS7-A系列，對延時(shí)要求較高，應(yīng)選 JS11 系列。 延時(shí)方式。應(yīng)根據(jù)控制線路的要求選擇延時(shí)方式。8）速度繼電器的選擇 速度繼電器的類型主要根據(jù)電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速選擇。9）中間繼電器的選擇 中間繼電器主要根據(jù)控制線路的電壓等級，所需觸頭的數(shù)量和種類、容量等要求選擇。10）電流和電壓繼電器的選擇 對于頻繁起動的電動機(jī)，考慮起動電流在繼電器中的發(fā)熱效應(yīng)。模塊三系統(tǒng)控制程序編寫一、預(yù)備知識1) S7200 PLC 使用西門子S7 200系列PLC可通過PC/PPI電纜連接到計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)可直接 把LAD（梯形圖）或STL （語句表）傳送到 PLC的CPU中。S7 200 PLC的

15、控制程序可直接 STEP Mier / WIN32編程軟件中編寫。STEPMicro / WIN32提供梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）三種編輯器來創(chuàng)建程 序，用任何一種程序編輯器編寫的程序都可以用另外一種程序編輯器來瀏覽和編輯。nr150.002）MM440變頻器使用MM440變頻器具有默認(rèn)的工廠設(shè)置參數(shù), 具有全面而完善的控制功能?；静僮髅姘澹˙OP如圖6所示。圖6基本操作面板（BOP表3表示采用基本操作面板（BOP操作時(shí)，變頻器的工廠缺省設(shè)置值。表3用BOP操作時(shí)的缺省設(shè)置值參數(shù)說明缺省值，歐洲（或北美）地區(qū)P0100運(yùn)行方式，歐洲/北美50 Hz , kW( 6

16、0Hz, hp)P0307功率（電動機(jī)額定值）量綱kW（ Hp）,取決于P0100的設(shè)定值P0310電動機(jī)的額定頻率50 Hz (60 Hz )P0311電動機(jī)的額定速度1395 (1680) r/min ( 決定于變量)P1082最大電動機(jī)頻率50 Hz (60 Hz )用基本操作面板（BOP）可以修改任何一個(gè)參數(shù)。修改參數(shù)的數(shù)值時(shí)，BOP有時(shí)會顯示“ busy”，表明變頻器正忙于處理優(yōu)先級更高的任務(wù)。表4 基本操作面板BOP上的按鍵顯示、按鈕功能功能的說明f rOOOO狀態(tài)顯示LCD顯示變頻器當(dāng)前的設(shè)定值。起動電動機(jī)按此鍵起動變頻器。缺省值運(yùn)行時(shí)此鍵是被封鎖的。為了使此 鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)

17、定P0700 = 1。停止電動機(jī)0FF1:按此鍵，變頻器將按選定的斜坡卜降速率減速停車；缺省值運(yùn)行時(shí)此鍵被封鎖；為了允許此鍵操作，應(yīng)設(shè)定P0700 = 1 OFF2按此鍵兩次（或一次，但時(shí)間較長）電動機(jī)將在慣性作 用下自由停車。此功能總是“使能”的。改變電動機(jī) 的轉(zhuǎn)動方向按此鍵可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。電動機(jī)的反向用負(fù)號“一 表示或用閃爍的小數(shù)點(diǎn)表示。缺省值運(yùn)行時(shí)此鍵是被封鎖的， 為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè) 定P0700 = 1 。電動機(jī)點(diǎn)動在變頻器無輸岀的情況下按此鍵，將使電動機(jī)起動，并按預(yù)設(shè) 定的點(diǎn)動頻率運(yùn)行。釋放此鍵時(shí)，變頻器停車。如果變頻器和 電動機(jī)正在運(yùn)行，按此鍵將不起作用。此鍵用于

18、瀏覽輔助信息。變頻器運(yùn)行過程中，在顯示任何一個(gè)參數(shù)時(shí)按下此鍵并保持不 動2秒鐘，將顯示以下參數(shù)值（在變頻器運(yùn)行中，從任何一個(gè) 參數(shù)開始）：1、直流回路電壓（用 d表示，單位：V）2、輸岀電流（A）3、輸岀頻率（Hz）4、輸出電壓（用0表示，單位：V）。5、由P0005選定的數(shù)值（如果 P0005選擇顯示上述參數(shù)中的 任何一個(gè)（3、4或5 ），這里將不再顯示）。連續(xù)多次按下此鍵，將輪流顯示以上參數(shù)。在顯示任何一個(gè)參數(shù)（rXXXX或PXXXX時(shí)短時(shí)間按下此鍵， 將立即跳轉(zhuǎn)到r0000,如果需要的話，您可以接著修改其它的參 數(shù)。跳轉(zhuǎn)到r0000后，按此 鍵將返回原來的顯示點(diǎn)。在岀現(xiàn)故障或報(bào)警的情況下

19、，按此鍵可以將操作面板上顯示的 故障或報(bào)警信息復(fù)位訪問參數(shù)增加數(shù)值按此鍵即可訪問參數(shù)按此鍵即可增加面板上顯示的參數(shù)數(shù)值。減少數(shù)值按此鍵即可減少面板上顯示的參數(shù)數(shù)值3）觸摸屏TP170B使用TP170B和S7-200 PLC 的連接使用 MPI電纜或 DP電纜，一頭接 0P的IF 1B 接口， 另一頭可接 S7-200 PLC 的0 口、1 口或連接在 EM277上。 在Step7-Micro/WIN32中的通訊設(shè)置首先使用System Block 對S7-200 PLC 進(jìn)行設(shè)置。端口 0中，PLC站地址選為 2,波特率設(shè)為187.5kbps二、編寫控制程序1）編寫 PLC 控制程序 編寫梯形

20、圖時(shí)要注意基本原則和技巧： 繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等器件的觸點(diǎn)（動合和動斷）可多次重復(fù)使用，次數(shù) 不受限制。 梯形圖的每一行都是從左邊的母線開始，線圈接在最右邊，觸點(diǎn)不能放在線圈 的右邊。 梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則，即從左至右，從上至下地執(zhí)行。 編寫主程序和子程序時(shí)要注意參數(shù)的傳遞，盡量不要使用公共變量。2）變頻器參數(shù)設(shè)置要注意MM440變頻器的模擬輸入端 ADC2接入反饋信號010V, ADC1作為給定的 PID 目標(biāo)值通過 S7-200 的模擬輸出輸給定。要注意參數(shù)設(shè)置的操作步驟。3）觸摸屏畫面的組態(tài)TP170B觸摸屏組態(tài)時(shí)要注意正確選擇PLC通信協(xié)議，且與PLC中系統(tǒng)模塊里設(shè)置的

21、波特率一致。三、調(diào)試控制程序控制程序調(diào)試時(shí)要先根據(jù)控制工藝要求編寫出調(diào)試要求,然后根據(jù)調(diào)試要求進(jìn)行一一驗(yàn)證控制系統(tǒng)是否滿足要求。先把控制器件單獨(dú)調(diào)試,然后再綜合調(diào)試。PLC調(diào)試時(shí)，可以通過PC機(jī)在線監(jiān)控和PLC上的I/O狀態(tài)燈來直接觀察。需要時(shí) 可把定時(shí)器的設(shè)定值改小，以便節(jié)省調(diào)試時(shí)間。PLC的模擬輸出可直接送給電壓表，直接觀察輸出結(jié)果。變頻器調(diào)試時(shí), 可以采用小電機(jī)或無電機(jī)調(diào)試, 但須注意變頻器的缺相保護(hù)功能。 給定目標(biāo)值和反饋信號可直接由信號源供給,也可以通過電位器模擬給定。觸摸屏的調(diào)試必須連接 PLC觸摸屏的電源24VDC可直接由PLC的信號電源供給。模塊四 系統(tǒng)控制柜安裝一、安裝低壓電器1）安裝前的檢查要全面檢查電器是否有損缺， 檢查電器的銘牌及技術(shù)數(shù)據(jù)， 如額定電壓、 電流、 操作頻率和通電持續(xù)率等，是否符合實(shí)際使用要求。 檢查接觸器時(shí)?？捎檬址趾辖佑|器的活動部分，要求動作靈活、無卡住現(xiàn)象。 檢查繼電器時(shí)，需檢查繼電器的可動部分，要求動作靈活可靠。2）電器布局安裝 先要按照電路圖考慮低壓電氣元件的布局，以便使得接線最方便， 連接線最短。 刀開關(guān)和自動空氣開關(guān)安裝時(shí)，其位置一般位于控制柜的上方。 螺旋式熔斷器安裝時(shí)，要把熔管有指示色片的一端向上。 接觸器安裝接線時(shí)，應(yīng)注意勿使螺釘、