基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

1、課題名稱 PLC恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)名稱：班 級：學(xué) 號：姓 名：指導(dǎo)教師：日 期：2012.3.14-2012.5.7 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc322633291 摘 要 HYPERLINK l _Toc322633292 第一章 緒 論 HYPERLINK l _Toc322633293 1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀 HYPERLINK l _Toc322633294 1.2課題來源及本文的主要研究內(nèi)容 HYPERLINK l _Toc322633295 1.3本論文中所做的工作 HYPERLINK l _Toc32263329

2、6 1.4恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 HYPERLINK l _Toc322633297 第二章 PLC功能選擇及應(yīng)用 HYPERLINK l _Toc322633298 2.1可編程控制器的產(chǎn)生 HYPERLINK l _Toc322633299 2.2 PLC的命名與定義 HYPERLINK l _Toc322633300 2.3 PLC的工作原理 HYPERLINK l _Toc322633301 2.4 PLC的主要特點及應(yīng)用范圍 HYPERLINK l _Toc322633302 2.4.1 PLC的特點 HYPERLINK l _Toc322633303 2.5 PLC的分類及發(fā)展趨勢

3、 HYPERLINK l _Toc322633304 2.5.1 PLC的分類 HYPERLINK l _Toc322633305 2.5.2 PLC的發(fā)展 HYPERLINK l _Toc322633306 第三章 變頻器和壓力傳感器 HYPERLINK l _Toc322633307 3.1變頻器的分類及工作原理 HYPERLINK l _Toc322633308 3.2 變頻器硬件選擇 HYPERLINK l _Toc322633309 3.3 壓力傳感器 HYPERLINK l _Toc322633310 第四章 系統(tǒng)設(shè)計 HYPERLINK l _Toc322633311 4.1 系

4、統(tǒng)要求 HYPERLINK l _Toc322633312 4.2控制系統(tǒng)的I/O分配 HYPERLINK l _Toc322633313 4.3 電氣控制系統(tǒng)原理圖 HYPERLINK l _Toc322633314 4.3.1主電路圖 HYPERLINK l _Toc322633315 4.3.2 控制電路 HYPERLINK l _Toc322633316 4.4 變頻器的參數(shù)設(shè)置 HYPERLINK l _Toc322633317 4.5 系統(tǒng)程序設(shè)計 HYPERLINK l _Toc322633318 4.6系統(tǒng)調(diào)試 HYPERLINK l _Toc322633319 參 考 文 獻(xiàn)

5、 TOC o 1-3 h z u PLC恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(電氣自動化專業(yè)0933班，徐慧虹）摘要：本文介紹基于變頻器、觸摸屏和PLC的恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速的方式，自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定，PLC控制投入工作水泵的臺數(shù)，在用水量的高峰及低谷都能滿足系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)具有節(jié)能、工作可靠、自動化程度高等優(yōu)點，提高了供水質(zhì)量。關(guān)鍵詞： 變頻器、觸摸屏、PLC、恒壓供水1.引言隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，水對人民生活與工業(yè)生產(chǎn)的影響日益加強，人民對供水的質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。把先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統(tǒng)

6、的新要求。變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。1.1變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力

7、恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日本三菱公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控

8、系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電機(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn);有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面

9、的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒能達(dá)到所有用戶的要求。艾默生電氣公司和成都希望集團(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器(5。5kW-22kW)，無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所。 可以看出 ，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此

10、，有待于進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)實踐。1.2課題來源及本文的主要研究內(nèi)容1、課題來源本課題來源于生產(chǎn)、生活供水的實際應(yīng)用。2、研究的主要內(nèi)容本系統(tǒng)是2個水泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、觸摸屏、壓力傳感器組成。本文研究的目標(biāo)是對恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進一步提高，操作更加簡捷，故障報警及時迅速，同時具有開放的數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)可以生活供水和消防供水的雙用供水系統(tǒng)。1.3本論文中所做的工作根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計出滿足要求的恒壓供水系統(tǒng)，對PLC、變頻器、觸摸屏、壓力傳感器進行選型，根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計

11、出能滿足控制要求的控制電路和控制程序。1.4恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需沒多臺水泵及電機，這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時開一臺大電機肯定是浪費的電機選小了用水量大時供水會不足。而且水泵與電機都有維修的時候，備用是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機供電。這也有兩種配置方案，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當(dāng)然方便，電機與變頻器間不須切換，但購變頻器的費用較高。另一種方案是數(shù)臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行。

12、其余水泵工頻運行，以滿足不同用水量的需求。調(diào)節(jié)器是一種電子裝置，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)正常工作時的恒壓值。另外有些供水系統(tǒng)可能有多種用水目的， (2)接收傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置成為反饋，調(diào)節(jié)器是反饋的接收點。 (3)根據(jù)結(jié)定值與實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。調(diào)節(jié)器接收了水壓的實測反饋信號后，將它與結(jié)定值比較，得到給定值與實測值之差。如給定位大于實際值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機的轉(zhuǎn)速如水壓高于理想水

13、壓，要降低水泵電機的轉(zhuǎn)速。這些都由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器工作中還有個調(diào)節(jié)規(guī)律問題，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)器。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者通過觸摸屏設(shè)定的。PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的內(nèi)部構(gòu)成有數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微計算機為核心的調(diào)節(jié)器多為數(shù)字式調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)器的輸出信號一般是模擬信號，420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號。信號的量值與前邊提到的差值成比例，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，執(zhí)行設(shè)備就是變頻器。第二章 PLC功能選擇及應(yīng)用2.1 PLC模擬量擴展單元的

14、配置及應(yīng)用 PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了使PLC能完成模擬量的處理，常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴展單元。模擬量擴展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)換為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為機外所需的模擬量。模擬量擴展單元有單獨用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模/數(shù)及數(shù)/模兩種功能的。以下介紹三菱FX系列PLC的模擬量模塊以及，它們分別具有FX-4AD及FX-2DA，它們分別具有4路模擬量輸入及2路模擬量輸出，可以用于恒壓供水控制中。 2.2 模擬量輸入模塊的功能及與PLC系統(tǒng)的連接 FX-4AD 4模擬量輸入模塊具有4個通道，可同時接受并處理4路模擬

15、量輸入信號， 最大分辨率為12位。輸入信號可以是-10+10V的電壓信號（分辨率為5Mv），也可以420mV（分辨率為16A）或-20+20mA（分辨20A）的電流信號。模擬量信號可通過雙絞屏蔽電纜接入，連接及方法如圖2-1所示，當(dāng)使用電流輸入時，需將V+及I+端短接。 圖2-1 FX-4AD模塊的連接圖FX-4AD的寬及高與FX相同，在安裝時裝在FX基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的總線插孔中。FX系列可編程控制器中，與PLC連接的特殊功能擴展模塊位置從左至右依次編號（擴展單元不所示。占編號），如圖4-所示FX-4AD將消耗基本單元或電源擴展單元的+5VDC電源（內(nèi)部電源）30mA電

16、流，+24VDC電源（外部電源）55mA電流。其通常轉(zhuǎn)換速度為15ms/ 道，高速轉(zhuǎn)換速度為6/ms道。2.3 模擬量輸入模塊緩沖存儲器（BFM）的分配為了能適用于多種規(guī)格的輸入、輸出量，模擬量處理模塊都設(shè)成可編程的。FX-4AD模塊利用緩沖存儲器(簡稱模BFM)的設(shè)置完成編輯工作。FX-4AD擬量量輸入模塊共有32個緩沖存儲器，但目前只使用了以下21個BFM：L1FX-32MR A/D FX-8EX A/D D/A FX基本單元 #0 #1 #22-1特殊功能模塊2.4 模擬量輸出模塊的功能及PLC系統(tǒng)連接FX-2DA模塊用來將12位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流輸出。它具有2個模擬量輸出通道

17、。這兩個通道都可以輸出010VVDC(分辨率2。5mV)、05DVC（分辨率1。25mV）的電壓信號，或420Ma(分辨率為4A)的電流信號。模擬量輸出可通過雙絞屏蔽電纜與驅(qū)動負(fù)載相連，當(dāng)使用電壓輸出時，需要IOUT和COM端短接。COM IOUT VOUTCOM IOUT VOUT基本單元FX-2DA記錄儀器電流輸出變頻器等電壓輸出圖2-2 FX-2DA模塊的連接圖FX-2DA安裝時裝在FX基本單元的右邊。FX-2DA將消耗基本單元或電源擴展單元的+5VDC電源單元的（內(nèi)部電源）20mA電流，+24VDC電源5mA電流。轉(zhuǎn)換時間為4ms/通道。3.變頻器和壓力傳感器交流變頻器是微計算機及現(xiàn)代

18、電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計算機是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒50Hz。而交流電動機的同步轉(zhuǎn)速。 （3-1）式中同步轉(zhuǎn)速，r/min； 定子頻率，Hz； 電機的磁極對數(shù)。而異步電動機轉(zhuǎn)速 （3-2）式中異步電機轉(zhuǎn)差率，一般小于3%。均與送入電機的電流頻率/成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變電機的運行速度，也就是說變頻對于交流電機的調(diào)運來說是十分合適的。3.1變頻器的分類及工作原理變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類如下： （1）控制?？刂萍措妷号c頻率成

19、比例變化控制。 由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動機，出于電動機磁場恒定的考慮，在變頻的同時都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)?？刂朴捎诤雎粤穗妱訖C漏阻抗的作用，在低頻段工作特性不理想。因而實際變頻器中采用控制。采用控制方式的變頻器通常被稱為普通功能變頻器。（2）轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制是在控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。從電動機的轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動機的實際運行速度加上該速度下電動機的轉(zhuǎn)差頻率確定變頻器的輸出頻率的控制方式。更重要的是，在=常數(shù)的條件下，通過對轉(zhuǎn)差率的控制，可以實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的控制。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻器通常屬于多功能型變頻器。（3）矢量控制。矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電動

20、機磁場電流及轉(zhuǎn)矩電流可分別控制啟發(fā)而設(shè)計的一種控制方式。矢量控制將交流電動機的定子電流采用矢量分解的方法，計算出定子電流的磁場分量及轉(zhuǎn)矩分量，并分別控制，從而大大提高了變頻器對電動機轉(zhuǎn)速及力矩控制的精度及性能。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。通用變頻器按工作方式分類的主要工程意義在于各類變頻器對負(fù)載的適應(yīng)性。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。3.2 變頻器硬件選擇 根據(jù)設(shè)計要求，變頻器選用日本三菱變頻器FR-A500產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以和三菱PLC工作協(xié)調(diào)。變頻器選用日本三菱變頻器FR-A500產(chǎn)品，適配電機15 kW，該變頻器基本配

21、置中帶有PID功能。通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來的壓力信號(010 V)接至變頻器的輔助輸入端FI、FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。M1、M2為變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端，該信號進PLC，作為泵變頻與工頻切換的控制信息之一，變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設(shè)定。MA、MC為變頻器發(fā)生故障的輸出信號，該兩端連接信號燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可重新啟動變頻器。S1和S2短接，并與S3連接到PLC的輸出點上，由PLC控制變頻器的運行與

22、關(guān)斷；U、V、W輸出端并聯(lián)三個接觸器分別接M1、M2、M3泵電機，變頻器可分別驅(qū)動三臺泵，另外這三臺泵電機還通過另外三個接觸器并聯(lián)到工頻電源上，這6個接觸器線包連接到PLC的四個輸出點上，由PLC控制其工頻、變頻切換工作。通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值(14端)，壓力傳感器反饋來的壓力信號(010V)接至變頻器端子的7端、8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器端子的19端和20端是傳感器壓力設(shè)定的上、下限值，該信號進PLC，作為工頻切換的控制信息，由PLC控制水泵的工頻或變頻運行。變頻器有2個作用，一是作為電機的軟起動裝置，限制電動機

23、的啟動電流；二是改變異步電動機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。下圖3-1為日本三菱變頻器FR-A500在電路中的接線圖。R S TS1 US2 VS3 W FR-A500FIFCM1 接PLC接PLC 接指示燈接電機380V78圖3-1 日本三菱變頻器FR-A500在電路中的接線圖3.3 壓力傳感器在智能系統(tǒng)中檢測是非常重要的一部分，它將檢測到控制量反饋給系統(tǒng)，才能實現(xiàn)自動控制，給系統(tǒng)所用的檢測的是水壓，這個系統(tǒng)中選用壓力傳感器，它的作用是通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC的端口進行PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進

24、行比較，得出一個調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制切換器進行加減泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。供水系統(tǒng)的壓強是，下面單位都是估計標(biāo)準(zhǔn)單位，g=9.8，一般情況下，h60米，所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)輸出壓力一般小于或等于0.6Mpa，系統(tǒng)選用YT

25、Z-150型帶電接點式的壓力傳感器，其水壓檢測范圍為01MPa，檢測精度為土0.01MPa，該傳感器將01MPa范圍的壓力對應(yīng)轉(zhuǎn)換成010V的電信號。該傳感器還具有體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的特點。4.系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)要求1）恒壓供水系統(tǒng)共有倆臺水泵供水，要求一臺運行，一臺備用，自動運行時運行累計達(dá)10個小時自動切換到備用泵，實行輪換一次，手動時候不切換；2）兩臺水泵分別由M1,M2電機拖動，由接觸器KM,KM2控制；3)切換后啟動很停止后啟動必須5S報警，當(dāng)運行泵運行異常是自動卻換到備用泵，并報警；4）設(shè)定水壓在0100Mpa可調(diào)，通過觸摸屏輸入調(diào)節(jié)；5)觸摸屏可以顯示設(shè)定水壓、

26、實際水壓，水泵運行時間、電機轉(zhuǎn)速與報警信號等。4.2控制系統(tǒng)的I/O分配將系統(tǒng)所有的輸入信號和輸出信號統(tǒng)一進行編址，該系統(tǒng)有7個輸入信號和13個輸出信號，表4-1是將控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號。觸摸屏軟元件PLC輸入輸出觸摸屏輸入觸摸屏出入PLC輸入PLC輸入軟元件功能軟元件地址設(shè)備名稱地址設(shè)備名稱M500自動啟動Y01#泵運行時間X11#水流開關(guān)Y0KM1M100手動1#泵啟動Y12#泵運行指示X22#水流開關(guān)Y1KM2M101手動2#泵啟動M201#泵故障Y41#泵故障指示M104清楚報請D502泵累計運行時間顯示Y52#泵故障指示M103運行時間復(fù)位D101當(dāng)前水壓Y1

27、0變頻器正轉(zhuǎn)啟動端子STFM102停止M212#泵故障Y6開換指示燈D500水壓設(shè)定D102電動機轉(zhuǎn)速4.3 電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖。4.3.1主電路圖如圖4-1所示為電控系統(tǒng)的主電路圖。2臺電機分別為M1、M2。接觸器KM1、KM2、分別控制M1、M2的變頻運行；FRl、FR2分別為2臺水泵電機過載保護用的熱繼電器：QS1、QS2別為變頻器和觸摸屏主電路的隔離開關(guān)；圖4-1 電控系統(tǒng)的主電路圖4.3.2 控制電路 如下圖中當(dāng)點擊觸摸屏手動按鈕，進入手動畫面；當(dāng)點擊觸摸屏自動畫面，進入自動畫面。進入手動畫面后，可以控制M1，M2電機的啟動，可以調(diào)節(jié)水壓的大小。

28、進入自動畫面后，會在plc程序下自動運行。1、 手動運行按下按鈕啟動或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#、2#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。2 、自動運行合上自動開關(guān)后，點擊觸摸屏自動按鈕，1#泵電機通電，變頻器輸出頻率從0 Hz上升，同時PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，水泵的速度開始減慢，同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。若有電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動恢復(fù)運行，然后按自動運行方式啟動1#泵變頻，直至在給

29、定水壓值上穩(wěn)定運行。4.4 變頻器的參數(shù)設(shè)置 （1）上限頻率pr1=50hz；（2）下線頻率pr2=30hz；（3）基底頻率pr3=50hz；（4）du面板的第三監(jiān)視功能變?yōu)樽冾l器的輸出功率pr5=14；（5）加速時間pr7=3s；（6）減速時間pr8=3s；（7）電子過流保護pr9=33A；（8）啟動頻率pr13=10hz；（9）智能模式選擇為節(jié)能模式pr60=4；（10）設(shè)定端子25間的頻率設(shè)定為電壓010v pr73=0；（11）應(yīng)許所有參數(shù)的讀/寫pr160=4；（12）操作模式pr79=2；（13）其他值為默認(rèn)值。4.5 系統(tǒng)程序設(shè)計硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)結(jié)

30、合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計分折如下：plc程序2）觸摸屏畫面4.6系統(tǒng)調(diào)試（1）將觸摸屏rs232接口與計算機連接，將觸摸屏rs422接口與plc編程接口連接好。（2）按上圖所示編寫好的觸摸屏畫面和plc程序，并傳送到觸摸屏和plc。（3）將plc運行開關(guān)保持off，程序設(shè)定為監(jiān)視狀態(tài)，按觸摸屏上的按鈕，觀察程序觸點動作情況，如動作不正確，檢查觸摸屏屬性設(shè)置和程序是否對應(yīng)。（4）系統(tǒng)時間應(yīng)該正確顯示。（5）改變觸摸屏輸入寄存器值，觀察程序?qū)?yīng)寄存器的值變化。（6）按圖連接好平樂村的i/o線路和變頻器的控制電路及主電路。（7）將plc運行開關(guān)包吃on，設(shè)定水壓調(diào)整為0.3mpa（8）按

31、手動起動，設(shè)備應(yīng)正常起動，觀察設(shè)備運行是否正常，變頻器輸出的頻率是否相對穩(wěn)定，實際水壓與設(shè)定水壓的偏差。（9）如果水壓的設(shè)定值上下劇烈的抖動，應(yīng)該調(diào)節(jié)pid指令的微分參數(shù)，將至設(shè)定小一些，同時適當(dāng)增加積分參數(shù)值。如果調(diào)整過于緩慢，水壓的上下偏差很大，則系統(tǒng)比例常數(shù)太大，應(yīng)該適當(dāng)減小。（10）測試其他功能是否跟控制要求相符。參 考 文 獻(xiàn)1 厲無咎、顧明時，應(yīng)用變頻調(diào)速恒壓變流量供水系統(tǒng) 中國第四屆交流電機調(diào)速傳動學(xué)術(shù)會議1995.2 孫增析、張再興等智能控制理論與技術(shù)。清華大學(xué)出版社 1997.3 張扣寶 基于PLC 和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計2007年第11 期電氣技術(shù) 2007.4 滕

32、俊沛 基于PLC 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計 2007.3.5 王樹主。變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用M 機械工業(yè)出版社，2006.6 吳忠智、吳加林，變頻器應(yīng)用手冊 機械工業(yè)出版社，2000.附錄資料：不需要的可以自行刪除 C語言圖形模式速成第一節(jié) 圖形模式的初始化Turbo C 提供了非常豐富的圖形函數(shù)，所有圖形函數(shù)的原型均在graphics. h 中，本節(jié)主要介紹圖形模式的初始化、獨立圖形程序的建立、基本圖形功能、圖形窗口以及圖形模式下的文本輸出等函數(shù)。另外，使用圖形函數(shù)時要確保有顯示器圖形驅(qū)動程序*.BGI，同時將集成開發(fā)環(huán)境options/Linker中的Graphics lib選為on，只

33、有這樣才能保證正確使用圖形函數(shù)。 不同的顯示器適配器有不同的圖形分辨率。即是同一顯示器適配器，在不同模式下也有不同分辨率。因此，在屏幕作圖之前，必須根據(jù)顯示器適配器種類將顯示器設(shè)置成為某種圖形模式，在未設(shè)置圖形模式之前，微機系統(tǒng)默認(rèn)屏幕為文本模式(80列，25行字符模式)，此時所有圖形函數(shù)均不能工作。設(shè)置屏幕為圖形模式，可用下列圖形初始化函數(shù)：void far initgraph(int far *gdriver, int far *gmode,char *path);其中g(shù)driver和gmode分別表示圖形驅(qū)動器和模式，path是指圖形驅(qū)動程序所在的目錄路徑。有關(guān)圖形驅(qū)動器、圖形模式的符號

34、常數(shù)及對應(yīng)的分辨率見graphics. h。圖形驅(qū)動程序由Turbo C出版商提供，文件擴展名為.BGI。 根據(jù)不同的圖形適配器有不同的圖形驅(qū)動程序。例如對于EGA、 VGA 圖形適配器就調(diào)用驅(qū)動程序EGAVGA.BGI。#include stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver, gmode;gdriver=VGA;gmode=VGAHI;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);bar3d(100, 100, 300, 250, 50, 1); /*畫一長方體*/getch();closegraph

35、();return 0;有時編程者并不知道所用的圖形顯示器適配器種類，或者需要將編寫的程序用于不同圖形驅(qū)動器，Turbo C 提供了一個自動檢測顯示器硬件的函數(shù)，其調(diào)用格式為：void far detectgraph(int *gdriver, *gmode);其中g(shù)driver和gmode的意義與上面相同。 自動進行硬件測試后進行圖形初始化：#include stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver, gmode;detectgraph(&gdriver, &gmode); /*自動測試硬件*/printf(the graphics dr

36、iver is %d, mode is %dn,gdriver,gmode); /*輸出測試結(jié)果*/getch();initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);/* 根據(jù)測試結(jié)果初始化圖形*/bar3d(100, 100, 300, 250, 50, 1); /*畫一長方體*/getch();closegraph();return 0;上例程序中先對圖形顯示器自動檢測，然后再用圖形初始化函數(shù)進行初始化設(shè)置，但Turbo C提供了一種更簡單的方法， 即用gdriver=DETECT 語句后再跟initgraph()函數(shù)就行了。采用這種方法后，上例可改為：#in

37、clude stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver=DETECT, gmode;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);bar3d(50, 50, 150, 30, 50, 1);getch();closegraph();return 0;另外，Turbo C 提供了退出圖形狀態(tài)的函數(shù)closegraph()，其調(diào)用格式為：void far closegraph(void);第二節(jié) 屏幕顏色的設(shè)置和清屏函數(shù)對于圖形模式的屏幕顏色設(shè)置，同樣分為背景色的設(shè)置和前景色的設(shè)置。在Turbo C中分別用下面兩

38、個函數(shù)： 設(shè)置背景色: void far setbkcolor(int color);設(shè)置作圖色: void far setcolor(int color);其中color 為圖形方式下顏色的規(guī)定數(shù)值，對EGA，VGA顯示器適配器，有關(guān)顏色的符號常數(shù)及數(shù)值見graphics.h。清除圖形屏幕內(nèi)容但不清除圖形背景使用清屏函數(shù)，其調(diào)用格式如下： voide far cleardevice(void);#include stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver, gmode, i,aa;gdriver=DETECT;initgraph(&gdri

39、ver, &gmode, C:TC2.0BGI); /*圖形初始化*/setbkcolor(0); /*設(shè)置圖形背景*/cleardevice();for(i=0; i=15; i+)setcolor(i); /*設(shè)置不同作圖色*/circle(320, 240, 20+i*10); /*畫半徑不同的圓*/getch();for(i=0; i=15; i+)setbkcolor(i); /*設(shè)置不同背景色*/cleardevice();circle(320, 240, 20+i*10);getch();aa=getmaxcolor();printf(maxcolor=%d,aa);getch(

40、);closegraph();return 0;另外，TURBO C也提供了幾個獲得現(xiàn)行顏色設(shè)置情況的函數(shù)。 int far getbkcolor(void); 返回現(xiàn)行背景顏色值。int far getcolor(void); 返回現(xiàn)行作圖顏色值。int far getmaxcolor(void); 返回最高可用的顏色值。第三節(jié) 基本畫圖函數(shù)基本圖形函數(shù)包括畫點，線以及其它一些基本圖形的函數(shù)。本節(jié)對這些函數(shù)作一全面的介紹。 、畫點. 畫點函數(shù) void far putpixel(int x, int y, int color); 該函數(shù)表示有指定的象元畫一個按color 所確定顏色的點。對于

41、顏色color的值可從表3中獲得而對x, y是指圖形象元的坐標(biāo)。在圖形模式下，是按象元來定義坐標(biāo)的。對VGA適配器，它的最高分辨率為640 x480，其中640為整個屏幕從左到右所有象元的個數(shù)，480為整個屏幕從上到下所有象元的個數(shù)。屏幕的左上角坐標(biāo)為(0,0)，右下角坐標(biāo)為(639, 479)，水平方向從左到右為x 軸正向，垂直方向從上到下為y軸正向。TURBO C的圖形函數(shù)都是相對于圖形屏幕坐標(biāo)，即象元來說的。關(guān)于點的另外一個函數(shù)是： int far getpixel(int x, int y); 它獲得當(dāng)前點(x, y)的顏色值。 II、有關(guān)坐標(biāo)位置的函數(shù) int far getmaxx

42、(void);返回x軸的最大值。int far getmaxy(void);返回y軸的最大值。int far getx(void); 返回游標(biāo)在x軸的位置。void far gety(void); 返回游標(biāo)有y軸的位置。void far moveto(int x, int y); 移動游標(biāo)到(x, y)點，不是畫點，在移動過程中亦畫點。void far moverel(int dx, int dy); 移動游標(biāo)從現(xiàn)行位置(x, y)移動到(x+dx, y+dy)的位置，移動過程中不畫點。、畫線I. 畫線函數(shù)TURBO C提供了一系列畫線函數(shù)： void far line(int x0, int

43、 y0, int x1, int y1); 畫一條從點(x0, y0)到(x1, y1)的直線。void far lineto(int x, int y); 畫一作從現(xiàn)行游標(biāo)到點(x, y)的直線。void far linerel(int dx, int dy); 畫一條從現(xiàn)行游標(biāo)(x，y)到按相對增量確定的點(x+dx, y+dy)的直線。void far circle(int x, int y, int radius); 以(x, y)為圓心，radius為半徑，畫一個圓。void far arc(int x, int y, int stangle, int endangle,int ra

44、dius); 以(x,y)為圓心，radius為半徑，從stangle開始到endangle結(jié)束(用度表示)畫一段圓弧線。在TURBO C中規(guī)定x軸正向為0 度，逆時針方向旋轉(zhuǎn)一周， 依次為90,180, 270和360度(其它有關(guān)函數(shù)也按此規(guī)定，不再重述)。 void ellipse(int x, int y, int stangle, int endangle,int xradius,int yradius);以(x, y)為中心，xradius，yradius為x軸和y軸半徑，從角stangle 開始到endangle結(jié)束畫一段橢圓線，當(dāng)stangle=0，endangle=360時，

45、畫出一個完整的橢圓。void far rectangle(int x1, int y1, int x2, inty2); 以(x1, y1)為左上角，(x2, y2)為右下角畫一個矩形框。 void far drawpoly(int numpoints, int far *polypoints); 畫一個頂點數(shù)為numpoints,各頂點坐標(biāo)由polypoints給出的多邊形。polypoints整型數(shù)組必須至少有2 倍頂點數(shù)個無素。每一個頂點的坐標(biāo)都定義為x,y，并且x在前。值得注意的是當(dāng)畫一個封閉的多邊形時，numpoints 的值取實際多邊形的頂點數(shù)加一，并且數(shù)組polypoints中第

46、一個和最后一個點的坐標(biāo)相同。下面舉一個用drawpoly()函數(shù)畫箭頭的例子。#include stdio.h#include graphics.hint main()int gdriver, gmode, i;int arw16=200,102,300,102,300,107,330,100,300,93,300,98,200,98,200,102;gdriver=DETECT;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);setbkcolor(BLUE);cleardevice();setcolor(12); /*設(shè)置作圖顏色*/drawpoly(8, a

47、rw); /*畫一箭頭*/getch();closegraph();return 0;II、設(shè)定線型函數(shù)在沒有對線的特性進行設(shè)定之前，TURBO C 用其默認(rèn)值，即一點寬的實線，但TURBO C 也提供了可以改變線型的函數(shù)。線型包括：寬度和形狀。其中寬度只有兩種選擇：一點寬和三點寬。而線的形狀則有五種。下面介紹有關(guān)線型的設(shè)置函數(shù)。void far setlinestyle(int linestyle,unsigned upattern,int thickness);該函數(shù)用來設(shè)置線的有關(guān)信息，其中l(wèi)inestyle是線形狀的規(guī)定，見graphics.h。對于upattern，只有l(wèi)inesty

48、le選USERBIT_LINE 時才有意義 (選其它線型，uppattern取0即可)。此時uppattern的16位二進制數(shù)的每一位代表一個象元，如果那位為1，則該象元打開，否則該象元關(guān)閉。 void far getlinesettings(struct linesettingstypefar *lineinfo);該函數(shù)將有關(guān)線的信息存放到由lineinfo 指向的結(jié)構(gòu)中，表中l(wèi)inesettingstype的結(jié)構(gòu)如下：struct linesettingstypeint linestyle;unsigned upattern;int thickness;例如下面兩句程序可以讀出當(dāng)前線的特

49、性 struct linesettingstype *info;getlinesettings(info);void far setwritemode(int mode);該函數(shù)規(guī)定畫線的方式。如果mode=0，則表示畫線時將所畫位置的原來信息覆蓋了(這是TURBO C的默認(rèn)方式)。如果mode=1， 則表示畫線時用現(xiàn)在特性的線與所畫之處原有的線進行異或(XOR)操作，實際上畫出的線是原有線與現(xiàn)在規(guī)定的線進行異或后的結(jié)果。因此，當(dāng)線的特性不變，進行兩次畫線操作相當(dāng)于沒有畫線。有關(guān)線型設(shè)定和畫線函數(shù)的例子如下所示。#include stdio.h#include graphics.hint ma

50、in()int gdriver, gmode, i;gdriver=DETECT;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);setbkcolor(BLUE);cleardevice();setcolor(GREEN);circle(320, 240, 98);setlinestyle(0, 0, 3); /*設(shè)置三點寬實線*/setcolor(2);rectangle(220, 140, 420, 340);setcolor(WHITE);setlinestyle(4, 0 xaaaa, 1);/*設(shè)置一點寬用戶定義線*/line(220, 240, 42

51、0, 240);line(320, 140, 320, 340);getch();closegraph();return 0;第四節(jié) 基本圖形的填充填充就是用規(guī)定的顏色和圖模填滿一個封閉圖形。 一般是先畫輪廓再填充。TURBO C提供了一些先畫出基本圖形輪廓， 再按規(guī)定圖模和顏色填充整個封閉圖形的函數(shù)。在沒有改變填充方式時，TURBO C 以默認(rèn)方式填充。 void far bar(int x1, int y1, int x2, int y2);確定一個以(x1,y1)為左上角，(x2,y2)為右下角的矩形窗口，再按規(guī)定圖模和顏色填充。說明：此函數(shù)不畫出邊框，所以填充色為邊框。void far

52、 bar3d(int x1, int y1, int x2, int y2,int depth,int topflag);當(dāng)topflag為非0時, 畫出一個三維的長方體。當(dāng)topflag為0時，三維圖形不封頂，實際上很少這樣使用。說明: bar3d()函數(shù)中，長方體第三維的方向不隨任何參數(shù)而變，即始終為45度的方向。void far pieslice(int x,int y,int stangle,int endangle,int radius);畫一個以(x, y)為圓心，radius為半徑，stangle為起始角度，endangle 為終止角度的扇形，再按規(guī)定方式填充。當(dāng)stangle=

53、0,endangle=360 時變成一個實心圓，并在圓內(nèi)從圓點沿X軸正向畫一條半徑。void far sector(int x, int y,int stanle,intendangle,int xradius, int yradius);畫一個以(x, y)為圓心分別以xradius, yradius為x軸和y軸半徑，stangle 為起始角，endangle為終止角的橢圓扇形，再按規(guī)定方式填充。第五節(jié) 設(shè)定填充方式TURBO C有四個與填充方式有關(guān)的函數(shù)。下面分別介紹： void far setfillstyle(int pattern, int color); color的值是當(dāng)前屏幕圖

54、形模式時顏色的有效值。pattern的值及與其等價的符號常數(shù)見graphics.h。除USER_FILL(用戶定義填充式樣)以外，其它填充式樣均可由setfillstyle() 函數(shù)設(shè)置。當(dāng)選用USER_FILL時，該函數(shù)對填充圖模和顏色不作任何改變。 之所以定義USER_FILL主要因為在獲得有關(guān)填充信息時用到此項。void far setfillpattern(char * upattern,int color); 設(shè)置用戶定義的填充圖模的顏色以供對封閉圖形填充。其中upattern是一個指向8個字節(jié)的指針。這8個字節(jié)定義了8x8點陣的圖形。每個字節(jié)的8位二進制數(shù)表示水平8點，8個字節(jié)表示

55、8行，然后以此為模型向個封閉區(qū)域填充。void far getfillpattern(char * upattern); 該函數(shù)將用戶定義的填充圖模存入upattern指針指向的內(nèi)存區(qū)域。void far getfillsetings(struct fillsettingstypefar * fillinfo); 獲得現(xiàn)行圖模的顏色并將存入結(jié)構(gòu)指針變量fillinfo中。其中fillsettingstype結(jié)構(gòu)定義如下：struct fillsettingstypeint pattern; /* 現(xiàn)行填充模式 * /int color; /* 現(xiàn)行填充模式 * /; 有關(guān)圖形填充圖模的顏色的選

56、擇，請看下面例程。#include stdio.h#include graphics.hmain()char str8=10,20,30,40,50,60,70,80; /*用戶定義圖模*/int gdriver,gmode,i;struct fillsettingstype save;/*定義一個用來存儲填充信息的結(jié)構(gòu)變量*/gdriver=DETECT;initgraph(&gdriver,&gmode,C:TC2.0BGI);setbkcolor(BLUE);cleardevice();for(i=0;i13;i+)setcolor(i+3);setfillstyle(i,2+i); /

57、* 設(shè)置填充類型 */bar(100,150,200,50); /*畫矩形并填充*/bar3d(300,100,500,200,70,1); /* 畫長方體并填充*/pieslice(200, 300, 90, 180, 90);/*畫扇形并填充*/sector(500,300,180,270,200,100);/*畫橢圓扇形并填充*/getch();cleardevice();setcolor(14);setfillpattern(str, RED);bar(100,150,200,50);bar3d(300,100,500,200,70,0);pieslice(200,300,0,360,

58、90);sector(500,300,0,360,100,50);getch();getfillsettings(&save);/*獲得用戶定義的填充模式信息*/closegraph();clrscr();printf(The pattern is %d, The color of filling is %d,save.pattern, save.color);/*輸出目前填充圖模和顏色值*/getch();第六節(jié) 任意封閉圖形的填充截止目前為止，我們只能對一些特定形狀的封閉圖形進行填充，但還不能對任意封閉圖形進行填充。為此，TURBO C 提供了一個可對任意封閉圖形填充的函數(shù)，其調(diào)用格式如下

59、： void far floodfill(int x, int y, int border); 其中：x, y為封閉圖形內(nèi)的任意一點，border為邊界的顏色，也就是封閉圖形輪廓的顏色。調(diào)用了該函數(shù)后，將用由函數(shù)setfillstyle()規(guī)定的顏色和模式填滿整個封閉圖形。注意：a. 如果x或y取在邊界上，則不進行填充。b. 如果不是封閉圖形則填充會從沒有封閉的地方溢出去，填滿其它地方。c. 如果x或y在圖形外面，則填充封閉圖形外的屏幕區(qū)域。d. 由border指定的顏色值必須與圖形輪廓的顏色值相同， 但填充色可選任意顏色。下例是有關(guān)floodfill()函數(shù)的用法，該程序填充了bar3d()

60、所畫長方體中其它兩個未填充的面。#include stdio.h#include graphics.hmain()int gdriver, gmode;struct fillsettingstype save;gdriver=DETECT;initgraph(&gdriver, &gmode, C:TC2.0BGI);setbkcolor(BLUE);cleardevice();setcolor(LIGHTRED);setlinestyle(0,0,3);setfillstyle(1,14); /*設(shè)置填充方式*/bar3d(100,200,400,350,200,1); /*畫長方體并填充*