基于PLC控制的無塔變頻恒壓供水系統設計

PAGEPAGE1基于PLC控制的無塔變頻恒壓供水系統設計第一篇：基于PLC控制的無塔變頻恒壓供水系統設計基于PLC控制的無塔變頻恒壓供水系統設計第一章緒論1.1概述隨著改革開放的不斷深入，我國中小城市的城市建設及其經濟迅猛發(fā)展，人們生活水平不斷提高，同時，城市需水量日益加大，對城市供水系統提出了更高的要求。供水的可靠性、穩(wěn)定性、經濟節(jié)能性直接影響到城區(qū)的建設和經濟的發(fā)展，也影響到城區(qū)居民的正常工作和生活。我國中小城市城市傳統的供水方式主要采用恒速泵加壓供水以及水塔高位供水等，恒速泵加壓供水方式無法對供水管網的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現象嚴重，電機硬起動易產生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。水塔高位水箱供水具有控制方式簡單、運行經濟合理、短時間維修或停電可不停水等優(yōu)點，但存在基建投資大，占地面積大，影響城市整體規(guī)劃，維護不方便，水泵電機為硬起動，啟動電流大等缺點，頻繁起動易損壞聯軸器，且能耗大。綜上所述，傳統的供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自動化程度不高等缺點，難以滿足當前經濟生活的需要。當前，隨著可編程序控制器(PLC)技術的發(fā)展，由于其高可靠性、高性價比、廣泛的工業(yè)現場適應性方便的工藝擴展性能，PLC在工業(yè)自動控制過程中得到了越來越廣泛的應用。同時，交流異步電動機變頻調速技術的日益成熟，與以往任何調速方法相比具有節(jié)能效果明顯、調速過程簡單、起動性能優(yōu)越、自動化程度高等許多優(yōu)點。因此將PLC及變頻器應用于供水系統，可滿足城市供水系統對可靠性、穩(wěn)定性、經濟節(jié)能性的要求。1.2問題的提出及解決方案張家口市地處河北省西北部山區(qū)，城市人口約45萬人，過去為軍事重地，改革開放較晚，屬經濟欠發(fā)達地區(qū)。改革開放后，張家口加快了城市建設步伐。但城市供水系統陳舊，城區(qū)管網多采取傳統的水塔高位供水方式。水塔分布在市區(qū)內，不僅影響城市整體規(guī)劃，且存在能耗大，維護不方便，電機的啟動電流對電網沖擊大的缺點；各供水系統相距較遠，不能及時有效地掌握各供水系統的運行狀況，系統運行可靠性低，故障排除慢，系統運行中的一些參數也無法監(jiān)控與記錄。為滿足城市需水量日益加大的要求，供水公司決定興建新水源——在距市區(qū)南17公里的洋河邊打井取水，并經西泵站二次加壓為城區(qū)供水。同時為降低單位供水能耗，實現全自動、可靠、穩(wěn)定的供水，需要利用變頻恒壓供水技術對原供水系統進行自動化改造，采用PLC控制并進行遠程監(jiān)控、管理及故障遠程報警。在實現過程中主要研究并解決以下問題。1、研究并完成利用PLC、變頻器、遠傳壓力表和多臺水泵機組等主要設備構建變頻調速恒壓供水系統的設備選型與方案設計，為提高變頻器的使用效率，減少設備投資，采用一臺變頻器拖動多臺水泵電機變頻運行的方案。2、深入分析變頻恒壓供水系統的工況變化過程，確定工況轉換方式，完成PLC控制程序的設計，實現水泵的變頻起動，保證水泵從變頻到工頻的可靠、安全的切換。3、設定PID調節(jié)參數，實現在全流量范圍內靠變頻泵的連續(xù)調節(jié)和工頻泵的分級調節(jié)相結合，維持供水壓力恒定。4、研究PLC和計算機的通信模式，確定通信協議，開發(fā)通信與監(jiān)控軟件，實現供水系統的遠程監(jiān)控、管理與報警。5、加強系統的可靠性設計，提高系統的冗余度，設計自動工頻運行方式和手動運行方式作為系統全自動變頻恒壓運行的備用方案，在故障時作為應急處理，維持供水。通過該項目的研究和實施可以極大地改善城區(qū)供水的可靠性和穩(wěn)定性，降低能耗及維護成本，方便管理。具有較好的應用前景和推廣價值。1.3相關技術概況1.3.1PLC技術概況對于由繼電器控制裝置構成的自動控制系統，每一次設計或改進都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。因此，可編程控制器這一新的控制裝置應運而生，并取代了繼電器控制裝置。可編程控制器(PLC)是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起，具有可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等特點，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統產業(yè)等方面得到普通應用，越來越多的工廠設備采用PLC、變頻器、人機界面等自動化器件來控制，使設備自動化程度越來越高?，F代工業(yè)生產是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同?？删幊炭刂破?PLC)由于具有以下特點而深受工程技術人員的歡迎。(1)可靠性高，抗干擾能力強其平均無故障時間大大超過IEC規(guī)定的10萬小時，同時，有些PLC還采用了冗余設計和差異設計，進一步提高了其可靠性。(2)適應性強，應用靈活多數采用模塊式的硬件結構，組合和擴展方便。(3)編程方便，易于使用梯形圖語言和順控流程圖語言(SequentialFunctionFig)使編程簡單方便。(4)控制系統設計、安裝、調試方便設計人員只要有PLC就可進行控制系統設計，并可在實驗室進行模擬調試。(5)維修方便，工作量小PLC有完善的自診斷、歷史資料存儲及監(jiān)視功能，工作人員可以方便的查出故障原因，迅速處理。(6)功能完善除基本的邏輯控制、定時、計數、算術運算等功能外，配合特殊功能塊，還可以實現點位控制、PID運算、過程控制、數字控制等功能，既方便管理又可與上位機通信，通過遠程模塊還可以控制遠方設備[1]由于具有以上特點，使得PLC的應用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠、有控制要求，就會有PLC的應用。1.3.2變頻調速技術概況變頻調速技術是近十幾年來迅速發(fā)展起來的比以往任何調速方法更加優(yōu)越的新技術，具有節(jié)能效果明顯、調速曲線平滑、調速過程簡單、安全可靠、保護功能齊全、起動性能優(yōu)越、自動化程度高等特點，被應用到工業(yè)生產控制過程中的任何場合，顯著的節(jié)能效果也給眾多的企業(yè)帶來了巨大的經濟效益，特別是近幾年來隨著IGBT功率元件和DSP微處理系統在變頻器中的應用，變頻器本身己非常成熟，使得變頻調速技術的優(yōu)越性更加突出，傳動效率越來越高，使用越來越方便，可靠性也得到了進一步的提高。變頻器已形成了與電機相配合的不同功率、不同用途的系列化產品，具有多種速度切換、加減速時間的外部設定、V/F曲線設定、轉距升高調整、輸出頻率上、下限幅、頻率跳躍等功能;具有各種接口，能與計算機、可編程序控制器及自動化儀表聯機，并具有遠程控制的功能。目前產品已經廣泛地應用于石油、石化、鋼鐵、冶金、礦山、機械、紡織、建筑、造紙等行業(yè)。1.4本章小結本章首先概述了論文的選題背景、意義及課題來源，在對現有供水系統存在問題調研的基礎上，確定了以實現節(jié)能、自動、可靠、穩(wěn)定供水的PLC控制的變頻恒壓供水及其遠程監(jiān)控系統的設計目標。對PLC及變頻調速技術做了簡要敘述，提出了設計需要解決的主要技術問題和論文的主要研究內容。第二章恒壓供水方案與分析2.1恒壓供水的方案比較與選擇在傳統城市供水系統中，常采取恒速泵供水方式。由于用戶用水具有不確定性，用水量處于動態(tài)變化過程之中，恒速泵供水方式雖然可通過水泵切換控制管網壓力，但無法維持管壓恒定，不斷地起停水泵電機不僅也影響設備的壽命同時也使能耗增加，供水質量不能保證。若采取閥門控制調節(jié)流量來維持管壓，一方面頻繁的調節(jié)使閥門的機械磨損加劇，設備維護工作量及設備投資增大；另一方面控制精度差且造成大量的電能浪費。此外，水泵電機直接工頻起動與制動帶來的水錘效應，對管網、閥門等也具有破壞性的影響?？紤]到交流異步電動機對于泵類負載可采用調電壓調速，雖然能夠實現恒壓供水，但其調速范圍小、能耗大，調節(jié)效果差。隨著變頻調速技術發(fā)展，變頻器的日益成熟，以及功能的完善，基于恒壓、節(jié)能及安全性考慮，采取變頻調速恒壓供水方式是一種最好的選擇。變頻調速精度高、調速范圍大、效率高。據統計采用變頻調速技術調節(jié)流量實現恒壓供水，可節(jié)能20XX0%，節(jié)能效果相當顯著。2.2供水系統的模型、特性及恒壓控制2.2.1供水系統的基本模型和主要參數張家口市供水公司西泵站為二級泵站，是將清水池中的水經二次加壓后為城區(qū)供水。供水系統的基本模型如圖2-1所示。圖中：L0——水泵中心位置；水面吸入口水壓表城區(qū)管網h0——吸水口水位；h1——水平面水位；h2——管道最高處水位；h3——在管道高度不受限制的情況下，水泵能夠泵水上揚的最高位置的水位。表明水泵的泵水能力。在真實的管道系統中，這個位置并不存在。只有在h3大于管道的實際最高位置的情況下，才能正常供水。主要參數有：1.流量Q單位時間內流過管道內某一截面的水流量，常用單位是m3/min。2.揚程H也稱水頭，是供水系統把水從一個位置上揚到另一位置時水位的變化量，數值上等于對應的水位差。常用單位是m。3.實際揚程HB供水系統中，實際的最高水位h2與最低水位h1之間的水位差，即供水系統實際提高的水位。即：HB=h2h14.全揚程HT水泵能夠泵水上揚的最高水位h3與吸入口的水位h0之間的水位差。全揚程的大小說明了水泵的泵水能力。即HT=h3h05.損失揚程HL全揚程與實際揚程之差，即為損失揚程。HB、HT、HL之間的關系是：HT=HB+HL。供水系統為了保證供水，其全揚程必須大于實際揚程，這多余的揚程一方面用于提高及控制水的流速，另一方面用于抵償各部分管道內的摩擦損失。6.管阻R閥門和管道系統對水流的阻力。和閥門開度、流量大小、管道系統等多種因素有關，難以定量計算，常用揚程與流量間的關系曲線來描述。7.壓力P表明供水系統中某個位置水壓大小的物理量。其大小在靜態(tài)時主要取決于管路的結構和所處的位置，而在動態(tài)情況下，則還與流量與揚程之間的平衡情況有關。2.2.2供水系統的特性曲線和工作點供水系統的參數表明了供水的性能。但各參數之間不是靜止孤立的，相互間存在一定的內在聯系和變化規(guī)律。這種聯系和變化規(guī)律可用供水系統的特性曲線直觀地反映，主要有揚程特性曲線和管組特性曲線，如圖2-2。通過特性曲線可以掌握供水系統的性能，確定其工作點圖2-2中：曲線①——額定轉速nN時的揚程特性曲線曲線②——轉速n1時的揚程特性曲線曲線③——閥門開度100%時的管阻特性曲線曲線④——閥門開度不足100%時的管阻特性曲線1.揚程特性以管路中的閥門開度不改變?yōu)榍疤?，即截面積不變，水泵在某一轉速下，全揚程與流量間的關系曲線HT=f（Q）稱為揚程特性曲線。不同轉速下，揚程特性曲線不同，圖2-2中的曲線①、②分別對應于轉速nN、n1，且nN>n1。曲線表明轉速一定時，用水量增大，即流量增大，管道中的管阻損耗也就越大，供水系統的全揚程就越小，反映用戶的用水需求狀況對全揚程的影響的。在這里，流量的大小取決于用戶，用水流量用QU表示。用水量一定時，即QU不變，轉速越低，水泵的供水能力越低，供水系統的全揚程就越小。2.管阻特性以水泵的轉速不改變?yōu)榍疤?，閥門在某一開度下，全揚程與流量間的關系曲線HT=f（Q），稱為管阻特性曲線。不同閥門開度，管阻特性曲線不同，圖2-2中的曲線③對應閥門開度大于曲線④對應的閥門開度。管阻特性表明由閥門開度來控制供水能力的特性曲線。此時轉速一定，表明水泵供水能力不變，流量的大小取決于閥門的開度，即管阻的大小，是由供水側來決定的，故管阻特性的流量可以認為是供水流量，用QG表示。在實際的供水管道中，流量具有連續(xù)性，并不存在供水流量與用水流量的差別。這里的QG和QU是為了便于說明供水能力和用水需求之間的平衡關系而假設的量。當供水流量QG接近于0時，所需的揚程等于實際揚程(HT=HB)。表明了如果全揚程小于實際揚程的話，將不能供水。因此，實際揚程也就是能夠供水的基本揚程。3.供水系統的工作點揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統的工作點。在這一點，供水系統既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性。供水系統處于平衡狀態(tài)，系統穩(wěn)定運行。圖2-2中的N點表示水泵工作于額定轉速，閥門開度為100%時的供水狀態(tài)，為系統的額定工作點。供水功率供水系統向用戶供水時所消耗的功率PG（Kw）稱為供水功率，供水功率與流量和揚程的乘積成正比：PGCPHTQ（2—1）式中：CP——比例常數·2.2.3供水系統中恒壓實現方式對供水系統進行的控制，歸根結底是為了滿足用戶對流量的需求。所以，流量是供水系統的基本控制對象。而流量的大小又取決于揚程，而揚程難以進行具體測量和控制?？紤]到動態(tài)情況下，管道中水壓的大小是揚程大小的反映，而揚程與供水能力(由流量QG表示)和用水需求(由用水流量QU表示)之間的平衡情況有關。若:供水能力QG>用水需求QU，則壓力P上升；若:供水能力QGf1>f2>f3>f4變頻調速過程的特點:靜差率小，調速范圍大，調速平滑性好，而且，很關鍵的一點是調速過程中，其轉差率不變。電機的運行效率高，適合于恒壓供水方式中的轉速控制法。因此恒壓供水系統中采取變頻調速方式可以獲得優(yōu)良的運行特性和明顯的節(jié)能效果。2.4變頻調速恒壓供水系統能耗分析1．轉速控制調節(jié)流量實現節(jié)能(1)．轉速控制法與閥門控制法供水能耗分析在圖2-2中，將閥門控制法和轉速控制法的特性曲線畫在了同一坐標系中。假設系統原工作于額定狀態(tài)N點，當所需流量減少，從額定流量QN變?yōu)镼E時，在恒壓前提下，采用閥門控制法時供水系統工作點將移到A點，對應的供水功率PG與面積AHEOQE成正比；采用轉速控制法時供水系統工作點將移到B點，對應的供水功率PG與面積BHEOQE成正比。兩種控制方式下的面積之差PAHBHCB表明了采取轉速控制方式相對于閥門控制方式可以實現節(jié)能。(2)．轉速調節(jié)與恒速運行供水能耗分析根據水泵比例定理，改變轉速n，水泵流量Q、揚程H和軸功率P都隨之相應變化，其關系式為：Q1n1Qn2（2—5）H1n1（2—6）Hn3P1n1（2—7）Pn式中，n1、Q1、H1、P1分別為調速后的水泵轉速、流量、揚程和軸功率。從以上關系可知，當轉速n下降時，軸功率按轉速變化的3次方關系下降，可見轉速對功率的影響是最大的。一般在設計中，水泵均考慮在最不利工況下供水，水泵在選型上也是按水泵額定工作點選型和安裝使用，即按額定工作點設計。但在實際運行中，管網用水量常常低于最不利工況，這時，如降低轉速相對于恒速泵供水運行，能使水泵的軸功率大大減少?？梢?，在供水系統中根據用水量的大小，通過變頻方式調節(jié)水泵轉速的方式來實現供水具有很好的節(jié)能效果。而且這種方式在用水量較少時節(jié)能效果更為明顯。2．轉速控制供水系統的工作效率高(1)．工作效率的定義供水系統的工作效率P為水泵的供水功率PG與軸功率PP之比，即：PPGPP（2—8）該效率是包含了水泵本身效率在內的整個供水系統的總效率。式(2-8)中，PP是指水泵是在一定流量、揚程下運行時所需的外來功率，即電動機的輸出功率；PG是供水系統的輸出功率也就是水獲得的實際功率，由實際供水的揚程和流量計算。供水過程中的損耗主要來自于水泵本身的機械損耗、水力損失、容積損失，以及管路中的管阻損耗。(2)．供水系統工作效率的近似計算公式*水泵工作效率相對值P的近似計算公式如下*PC（1Qn**）C（2Qn**（2—9））*式（2—9）中：P、Q*、n*—效率、流量和轉速的相對值，均小于1：*有以下關系：PN*、QPQQN*、nPnnNC1、C2—常數，其關系為C1C21。(3)．不同控制方式時的工作效率閥門控制法方式，因轉速不變，n1比值*Qn**Q**隨著流量的減小。Q*減小，水泵工作的效率P降低十分明顯。轉速控制方式時，因閥門開度不變，由式(2—5)，流量Q*和轉速礦n*是成正比的，比值Qn**不變。即水泵的工作效率是不變的，總是處于最佳狀態(tài)。所以，轉速控制方式與閥門控制方式相比，供水系統的工作效率要大得多。這是變頻調速供水系統具有節(jié)能效果的第二個方面。3．變頻調速電機運行效率高在設計供水系統時，額定揚程和額定流量通常留有裕量，而且，實際用水流量也往往達不到額定值，電動機也常常處于輕載狀態(tài)，電機恒速運行時效率和功率因數很低。采用變頻調速方式變頻器能夠根據負載輕重調整輸入電壓，從而提高了電動機的工作效率。這是變頻調速供水系統具有節(jié)能效果的第三個方面。2.5供水系統安全性討論1．水錘效應在極短時間內，因水流量的急巨變化，引起在管道的壓強過高或過低的沖擊，并產生空化現象，使管道受壓產生噪聲，猶如錘子敲擊管子一樣，稱為水錘效應。水錘效應具有極大的破壞性。壓強過高，將引起管子的破裂;壓強過低又會導致管子的癟塌。此外，水錘效應還可能損壞閥門和固定件。2．產生水錘效應的原因及消除辦法產生水錘效應的根本原因，是水泵在起動和制動過程中的動態(tài)轉矩太大，短時間內流量的巨大變化而引起的。采用變頻調速，通過減少動態(tài)轉矩，可以實現徹底消除水錘效應。水泵的動態(tài)轉矩大小決定了水泵加速過程的快慢，決定了加速過程流量變化的快慢，也就決定了水錘效應的強弱。拖動系統中，動態(tài)轉矩TJTMTLTM：是電動機的拖動轉矩TL：是供水系統的制動轉矩圖2—4反映了全壓起動和變頻起動過程中動態(tài)轉矩情況。圖中，曲線①是異步電動機的機械特性，曲線②是水泵的機械特性，圖2—4b)中的鋸齒狀線是變頻起動過程中的動態(tài)轉矩。由圖2—4可知，水泵在直接起動過程時，因動態(tài)轉矩很大，造成了強烈的水錘效應，通過變頻起動，可有效地降低動態(tài)轉矩消除水錘效應。停機過程效果類似。3．變頻調速對供水系統安全性的作用采用變頻調速，對系統的安全性有一系列的好處(1)消除了水錘效應，減少了對水泵及管道系統的沖擊，可大大延長水泵及管道系統的壽命。(2)降低水泵平均轉速，減小工作過程中的平均轉矩，從而減小葉片承受的應力，減小軸承的磨損，使水泵的工作壽命將大大延長。(3)避免了電機和水泵的硬起動，可大大延長聯軸器壽命。(4)減少了起動電流，也就減少了系統對電網的沖擊，提高了自身系統的可靠性。2.6本章小結本章在分析供水系統模型及其特性參數的基礎上，探討了影響供水系統能耗及其安全性的一些因素，得出了以下結論:1.對供水系統進行的控制，歸根結底是對供水能力的調節(jié)，以滿足用戶對流量的需求。這種調節(jié)又是以水壓調節(jié)為目標。2.供水系統揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點是系統的工作點，實際運行中的工作點會隨用水需求的變化而改變。為保證水壓恒定，采取轉速調節(jié)方式較閥門控制方式節(jié)能效果明顯。3.采取變頻調速方式控制流量實現恒壓供水，可減少系統能耗，提高工作效率。4.采取變頻調速方式可以消除水錘效應，可減少沖擊，增加系統運行的安全性，延長系統運行壽命。第三章變頻調速恒壓供水控制系統設計3.1供水系統總體方案的確定1．對西泵站供水系統總體要求：(1)．由多臺水泵機組實現供水，流量范圍4000m3/h，揚程45米左右(2)．設置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水(3)．供水壓力要求恒定，尤其在換泵時波動要小(4)．系統能自動可靠運行，為方便檢修和應急，應具備手動功能(5)．各主泵均能可靠地實觀軟啟動(6)．具有完善的保護和報警功能(7)．系統要求較高的經濟運行性能2.方案確定確定供水系統總體設計方案的基本依據是設計供水能力能滿足系統最不利點用水需求，同時還需要結合用戶用水量變化類型，考慮方案適用性、節(jié)能性，及其它技術要求。根據用戶的用水時段特點，可將用戶用水量變化類型分為連續(xù)型、間歇型兩大類，根據流量的變化特點，還可進一步細分為高流量變化型，低流量變化型，全流量變化型等。不同季節(jié)、不同月份，流量變化類型也會改變。連續(xù)型是指一天內很少有流量為零的時候，或本身管網的正常泄漏就保持有一定的流量。間歇型指一天內有多段用水低谷時間，流量很小或為零。各種類型的水流量變化關系曲線如圖3—1西泵站供水系統主要負責張家口市橋西區(qū)域用戶的用水，屬連續(xù)型高流量變化型。這類型用水需求在較長時間段表現為高流量，低流量時，采用變頻調速方式來實現的恒壓供水節(jié)能效果比較明顯，與通常的工頻氣壓給水設備相比平均節(jié)能可達30%。水泵變頻軟起動沖擊電流小，也有利于電機泵的壽命，此外水泵在低速運行時，噪聲小。由于用水呈高流量變化型的特點，采用多臺水泵并聯供水，根據用水量大小調節(jié)投入水泵臺數的方案。在全流量范圍內靠變頻泵的連續(xù)調節(jié)和工頻泵的分級調節(jié)相結合，使供水壓力始終保持為設定值。多泵并聯代替一、二臺大泵單獨供水不會增加投資，而其好處是多方面的。首先是節(jié)能，每臺泵都可以較高效率運行，長期運行費用少；其二，供水可靠性好，一臺泵故障時，一般并不影響系統供水，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動電流小，不要求增加電源容量；其四，只須按單臺泵來配置變頻器容量，減少投資。處于供水低谷小流量或夜間小流量時，為進一步減少功耗，采用一臺小流量泵來維持正常的泄漏和水壓。多泵變頻循環(huán)工作方式的可靠切換，是實現多泵分級調節(jié)的關鍵，可選用編程靈活、可靠性高、抗干擾能力強、調試方便、維護工作量小的PLC通過編程來實現。供水系統的恒壓通過壓力變送器、PID調節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調節(jié)系統控制。根據水壓的變化，由變頻器調節(jié)電機轉速來實現恒壓。為了減少對泵組、管道所產生的水錘，泵組配置電動蝶閥，先啟水泵后打開電動碟閥，當水泵停止時先關電動碟閥后停機。為實現遠程監(jiān)控的功能，系統中還配置了計算機和通信模塊。綜合以上分析，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設備變頻器和PLC作為主要控制設備來設計變頻調速恒壓供水系統，其總體結構如圖3-2所示。3.2控制系統的硬件設計3.2.1系統主要配置的選型1.水泵機組的選型根據系統要求的總流量范圍、揚程大小，確定供水系統設計秒流量和設計供水壓力(水泵揚程)，考慮到用水量類型為連續(xù)型低流量變化型，確定采用3臺主水泵機組和1臺輔助泵機組，型號及參數見表3-1。2.變頻器的選型(1).容量確定方法依據所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。在一臺變頻器驅動一臺電機連續(xù)運轉時，變頻器容量(kVA)應同時滿足下列三式：PCNkPMcos（kVA）（3—1）3PCNk3UMIM10（kVA）（3—2）PCNkIM（A）（3—3）式中，PM—負載所要求的電動機的輸出功率；—電動機的效率（通常在0.85以上）；—電動機的功率因數（通常在0.8以上）cos；UM—電動機電壓（V）；IM—電動機工頻電源時的電流（A）；k—電流波形的修正系數，對PWM方式，取1.0～1.05；PCN—變頻器的額定容量（KVA）；ICN—變頻器的額定電流（A）。這三個式子是統一的，選擇變頻器容量時，應同時滿足三個算式的關系，尤其變頻器電流是一個較關鍵的量。(2).型號選擇根據控制功能不同，通用變頻器為分為三種類型。普通功能型U/f控制變頻器、具有轉矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器、矢量控制高功能型變頻器。供水系統屬泵類負載，低速運行時的轉矩小，可選用價格相對便宜的U/f控制變頻器。綜合以上因素，系統選用專為風機、泵用負載設計的普通功能型U/f控制方式的富士變頻器FRN55P11S-4CX，變頻器內置PID控制模塊，可用于閉環(huán)控制系統，實現恒壓供水。其主要參數及性能介紹如下。①.主要參數額定容量：85(kVA)；額定輸出電流：112A；過載容量：110%額定輸出電流、1分鐘；起動轉矩：50%以上；適配電機容量：55KW；②.功能特點風機、泵等二次方遞減轉矩專用型變頻器;可選用自動和手動的轉矩提升功能，保證最佳的啟動;加速時間設定范圍寬(0.01秒到3600秒)，具有S形加減速功能和曲線加減速功能，讓加減速過程變得緩和，防止沖擊和載物倒塌;直流制動功能，制動時間在0-30秒范圍可調，保證快速可控的制動，不需要外接電阻;內置PID模塊，可用于閉環(huán)控制;多種頻率設定方式;多種附加功能;五路晶體管輸出③.I/0特性9個可設定的開關量輸入口，給操作者極大的靈活性(如固定頻率、固定給定、電動電位計、點動);四路可設定的開路集電極晶體管輸出，可用于頻率到達、頻率值檢測、過載、運行等多種提示;RS-485接口，可實現遠程通信;④.保護功能具有過電壓/欠電壓保護、短路保護、過熱保護、PTC熱敏電阻保護、電機鎖死保護、缺相保護、電涌保護、失速保護、CPU/存貯器異常保護等。3.PLC的選型依據控制任務，從PLC的輸入1輸出點數、存儲器容量、輸入l輸出接口模塊類型等方面等來選擇PLC型號。在供水系統的設計中，我們選擇三菱FX2N-32MR及擴展輸出模塊FX2N-16EYR，其I/O端子分配在3.4節(jié)給出。FX2N-32MR主要參數及特點:I/O點數:16/16;用戶程序步數:4K;基本指令:27條;功能指令:298條;基本指令執(zhí)行時間:0.08微秒;通信功能:強;輸出形式:繼電型;輸出能力：2A/點;擴展輸出模塊FX2N-16EYR有16個輸出點;4.壓力變送器及數顯儀的選型選用普通壓力表Y-100和XMT-1270數顯儀實現壓力的檢測、顯示和變送。壓力表測量范圍0～1MP，精度1.5；數顯儀輸出一路4～20XX電流信號，送給變頻器作為PID調節(jié)的反饋電信號，可設定壓力上下、限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。3.2.2主電路方案設計三臺大容量的主水泵(1#,2#,3#)根據供水狀態(tài)的不同，具有變頻、工頻兩種運行方式，因此每臺主水泵均要求通過兩個接觸器分別與工頻電源和變頻電源輸出相聯;輔助泵只運行在工頻狀態(tài)，通過一個接觸器接入工頻。連線時一定要注意，保證水泵旋向正確，接觸器的選擇依據電動機制容量來確定。QF1,QF2,QF3,QF4,QF5,QF6分別為主電路、變頻器和各水泵的工頻運行空氣開關，FR1,FR2,FR3,FR4為工頻運行時的電機過載保護用熱繼電器，變頻運行時由變頻器來實現電機過載保護。變頻器的主電路輸出端子(U,V,W)經接觸器接至三相電動機上，當旋轉方向與工頻時電機轉向不一致時，需要調換輸出端子(U,V,W)的相序，否則無法工作。變頻器和電動機之間的配線長度應控制在100m以內。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子FWD(REV)來操作，不得以主電路空氣開關QF2的通斷來進行。為了改善變頻器的功率因素，還應在變頻器的(Pl、P+)端子之間接入需相應的DC電抗器。變頻器接地端子必須可靠接地，以保證安全，減少噪聲。在電動機三相電源輸入端前接入電流互感器和電流表，用來觀察電機工作電流大小;設計三相電源信號指示。圖3-3給出了供水系統電氣控制主回路的主要聯線關系。3.2.3控制電路設計在控制電路的設計中，必須要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。為了保護PLC設備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過中間繼電器控制接觸器線圈的得電/失電，進而控制電機或者閥門的動作。通過隔離，可延長系統的使用壽命，增強系統工作的可靠性?？刂齐娐分羞€要考慮電路之間互鎖的關系，這對于變頻器安全運行十分重要。變頻器的輸出端嚴禁和工頻電源相連，也就是說不允許一臺電機同時接到工頻電源和變頻電源的情況出現。因此，在控制電路中多處對各主泵電機的工頻/變頻運行接觸器作了互鎖設計;另外，變頻器是按單臺電機容量配置，不允許同時帶多臺電機運行，為此對各電機的變頻運行也作了互鎖設計。為提高互鎖的可靠性，在PLC控制程序設計時，進一步通過PLC內部的軟繼電器來作互鎖?？刂齐娐分羞€考慮了電機和閥門的當前工作狀態(tài)指示的設計，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應常開觸點的斷開和閉合來控制相應電機和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當前系統電機和閥門的工作狀態(tài)。出于可靠性及檢修方面的考慮，設計了手動/自動轉換控制電路。通過轉換開關及相應的電路來實現。圖3-4給出了供水系統的部份電氣控制線路圖。圖3-4中，SA為手動/自動轉換開關，KA為手動/自動轉換用中間繼電器，打在①位置為手動狀態(tài)，打在②位置KA吸合，為自動狀態(tài)。在手動狀態(tài)，通過按鈕SB1-SB14控制各臺泵的起停。在自動狀態(tài)時，系統執(zhí)行PLC的控制程序，自動控制泵的起停。中間繼電器KA的7個常閉觸點串接在四臺泵的手動控制電路上，控制四臺泵的手動運行。中間繼電器KA的常開觸點接PLC的XO，控制自動變頻運行程序的執(zhí)行。在自動狀態(tài)時，四臺泵在PLC的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運行。電機動電源的通斷，由中間繼電器KA1-KA7控制接觸器KM1-KM7的線圈來實現。HLO為自動運行指示燈。FR1,FR2,FR3,FR4為四臺泵的熱繼電器的常閉觸點，對電機進行過流保護。3.2.4PLCI/0端子分配說明:1#.2#.3#分別代表I號主水泵、2號主水泵、3號主水泵。3.2.5變頻器接線及功能設定表3-2中頻率參數設置說明：(1).最高頻率:水泵屬于平方律負載，轉矩Tn2，當轉速超過其額定轉速時，轉矩將按平方規(guī)律增加，導致電動機嚴重過載。因此，變頻器的最高頻率只能與水泵額定頻率相等。(2).上限頻率:由于變頻器內部具有轉差補償功能，在50Hz的情況下，水泵在變頻運行時的實際轉速要高于工頻運行時的轉速，從而增大了電動機的負載，因此實際預置得略低于額定頻率。(3).下限頻率:在供水系統中，轉速過低，會出現水泵的全揚程小于基本揚程(實際揚程)，形成水泵“空轉”的現象。所以，在多數情況下，下限頻率不能太低，可根據實際情況適當調整。(4).啟動頻率:水泵在啟動前，其葉輪全部在水中，啟動時，存在著一定的阻力，在從0Hz開始啟動的一段頻率內，實際上轉不起來。因此，應適當預置啟動頻率值，使其在啟動瞬間有一點沖擊力。3.3PLC控制程序的設計3.3.1全自動變頻恒壓運行方式水泵運行狀態(tài)及轉換過程分析1.轉換過程分析啟動自動變頻運行方式時，首先起動輔助穩(wěn)壓泵工頻運行供水，當用水量大，超過輔助泵最大供水能力而無法維持管道內水壓時，延時1分鐘PLC通過變頻器啟動1號主水泵供水，同時關閉輔助泵的運行。在1號主水泵供水過程中，變頻器根據水壓的變化通過PID調節(jié)器調整1#主水泵的轉速來控制流量，維持水壓。若用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率達到上限頻率時，仍達不到設定壓力，延時分鐘，由PLC給出控制信號，將1號主水泵與變頻器斷開，轉為工頻恒速運行，同時變頻器對2號主水泵軟啟動。系統工作于1號工頻、2號變頻的兩臺水泵并聯運行的供水狀態(tài)。若用水量繼續(xù)增加，兩水泵也不能滿足水壓要求時，將按上述過程繼續(xù)增開水泵臺數……直到滿足水壓要求。整個加泵過程中，總是保證原來工作于變頻運行狀態(tài)的水泵轉入工頻恒速運行，新開泵軟啟動并運行在變頻狀態(tài)，保證只有一臺水泵運行在變頻狀態(tài)。當用水量減少時，變頻器通過PID調節(jié)器降低水泵轉速來維持水壓。若變頻器輸出頻率達到下限頻率時，水壓仍過高，延時1分鐘，按“先起先?！钡脑瓌t，由PLC給出控制信號，將當前供水狀態(tài)中最先工作在工頻方式的水泵關閉，同時PID調節(jié)器將根據新的水壓偏差自動升高變頻器輸出頻率，加大供水量，維持水壓。當用水量持續(xù)減少，系統繼續(xù)按“先起先?！痹瓌t逐臺關閉處于工頻運行的水泵。當系統處于單臺主水泵變頻供水狀態(tài)時，若用水量減少，變頻器輸出頻率達到下限頻率時，水壓仍過高時，延時5分鐘后，關閉變頻器運行，啟動輔助泵維持供水。供水狀態(tài)及其轉換關系供水狀態(tài)是指在供水時投入運行的水泵臺數及運行狀況(工頻或變頻)。為保證在一個較長的時間周期內，各臺水泵運行時間基本均等，避免某臺電機長期得不到運行而出現繡死現象，供水狀態(tài)的切換按照“有效狀態(tài)循環(huán)法”即“先起先?！钡脑瓌t操作。若有N臺水泵參與變頻調速，則滿足“先起先?！痹瓌t的最大有效狀態(tài)數為N2十1。將來的供水狀態(tài)就在這些有效狀態(tài)范圍內來回循環(huán)。本系統采用了三臺主水泵和一臺輔助穩(wěn)壓泵供水，其中只有主水泵參與變頻運行，共有10種有效供水狀態(tài)，見表3-4各狀態(tài)之間的轉換關系見下圖3-5從圖3-5可見，供水狀態(tài)之間的轉換不但和轉換條件有關，還與其目前所處的供水狀態(tài)有關;由輔助泵切換到主泵供水也遵循有效狀態(tài)循環(huán)方式，即上一次啟動1#主泵，則下次由輔助泵切換到主泵供水，應啟動2#泵。3.狀態(tài)轉換條件供水狀態(tài)之間的轉換條件是依據變頻器輸出頻率是否到達極限頻率及水壓是否達到上、下限值。設變頻器輸出頻率達到極限頻率時的信號為X1，水壓達到設定壓力下限值時的欠壓信號為X2，水壓達到設定壓力上限值時的超壓信號為X3。從輔助泵切換到主泵條件:滿足X2;從主泵切換到輔助泵條件:同時滿足X1、X3;增泵條件:同時滿足X1、X2,減泵條件:同時滿足X1,X3;4.狀態(tài)轉換過程的實現方法從輔助泵切換到主泵只需斷開輔助泵的供電，同時用變頻器以起始頻率起動一臺主泵的運行即可;從主泵切換到輔助泵只需將主泵和變頻器的輸出斷開，同時將輔助泵直接投入工頻運行即可;減泵過程是在滿足減泵條件的前提下，通過PLC控制，斷開工頻運行狀態(tài)電機的接觸器主觸點即可。增泵過程的實現相對復雜一些，首先要將運行在變頻狀態(tài)的電機和變頻器脫離后，再切換到電網運行，同時變頻器又要以起始頻率起動一臺新的電機運行。切換過程主要考慮三方面的問題:第一，切換過程的可靠性。決不允許出現變頻器的輸出端和工頻電源相連的情況，這一點通過控制電路、PLC內部軟繼電器的互鎖及PLC控制程序中動作的時間先后次序來保證。其次，切換過程的完成時間。時間太長，原變頻運行的電機轉速下降太多，一方面造成水壓下降大，另一方面在接下來切換到工頻時沖擊電流大;時間太短，切換過程的可靠性下降。具體時間還需根據電動機的容量大小來設定，容量越大時間越長，一般情況下，500ms足夠。再次，切換過程的電流。因變頻器輸出電壓相位和電網電壓相位一般不同，當電機從變頻器斷開后，轉子電流磁場在定于繞組中的感應電壓與電網電壓往往也存在相位差。此時，切換到工頻電網瞬間，如果二者剛好反相，則將產生比直接起動時的起動電流更大的沖擊電流，反過來對變頻器造成沖擊。解決辦法有：(1).電機定子繞組中接入三相滅磁電阻的方法。這種方法一般需要延時2-3秒，時間太長，水泵轉速下降太多，不合適:(2).相位鑒定法。通過相位鑒別電路，在電網電壓和變頻器輸出電壓相位一致時，快速切換。這種方法十分有效，可靠，對于100kW以上的大容量電機一般要求采用這一方法(3)利用變頻器的自由停車指令BX來實現的快速滅磁法。這一方法的實質是通過定子繞組中和變頻器逆變橋上的續(xù)流二極管組成的回路來達到快速滅磁的目的。其動作順序是，在電機從變頻器斷開前，PLC的Y16給出動作信號，變頻器Xl端子功能生效，自由停車命令BX生效，變頻器立即停止輸出，經短暫延時(約500ms)滅磁后，將電機從變頻器斷開，并立即投入電網。這種方法簡單有效、控制方便，本次設計中采用了這一方法。3.3.2PLC程序設計方法1.PLC編程語言PLC是由繼電器接觸器控制系統發(fā)展而來的一種新型的工業(yè)自動化控制裝置。采用了面向控制過程、面向問題、簡單直觀的PLC編程語言，易于學習和掌握。盡管國內外不同廠家采用的編程語言不盡相同，但程序的表達方式基本類似，主要有四種形式:梯形圖，指令表，狀態(tài)轉移圖和高級語言。梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯等術語和圖形符號，與傳統的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程。絕大多數PLC用戶都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫字母來表達PLC的各種功能的助記符號，類似于計算機匯編語言。由指令構成的能夠完成控制任務的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成。比較抽象，通常都先用其它方式表達，然后改寫成相應的語句表。編程設備簡單價廉。狀態(tài)轉移圖語言(SFC)類似于計算機常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較詳細具體，包括每一框前的輸入信號，框內的判斷和工作內容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構思，是一種常用的程序表達方式。高級語言類似于BACIC語言、C語言等，在某些廠家的PLC中應用。2.梯形圖語言編程的一般規(guī)則通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有:(1).梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內。(2).梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認為它只能由左向右單方向流;層次的改變也只能自上而下。(3).梯形圖中的繼電器實質上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應某位觸發(fā)器為“1”態(tài)，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“0”態(tài)。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內部繼電器線圈外，還包括定時器、計數器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結果。(4).梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。(5).繼電器線圈在一個程序中不能重復使用:而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數不受限制。(6).PLC在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設計梯形圖時，可以減少許多有約束關系的聯鎖電路，從而使電路設計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。3.PLC程序開發(fā)平臺不同公司的PLC采取的開發(fā)平臺不同，這次設計采用MITSUBISHI公司提供的Windows環(huán)境下的編程軟件FXGPWIN來開發(fā)。先用狀態(tài)轉移圖(SFC)來描述供水狀態(tài)的轉換過程和轉換條件，再用步進順控指令(STL)轉換為步進梯形圖，通過檢查、編譯后，用專用編程電纜SC09下載到PLC程序存儲器中。其間還需要一個調試過程。4.程序掃描工作方式的原理當PLC運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。掃描從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結束。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復始。順序掃描的工作方式簡單直觀，它簡化了程序的設計，并為PLC的可靠運行提供了非常有用的保證。一方面，掃描到的指令被執(zhí)行后，其結果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用。另一方面，還可以通過CPU設置的定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間，從而避免了由于CPU內部故障使程序執(zhí)行進入死循環(huán)而造成故障的影響PLC的工作過程就是程序執(zhí)行過程。它分為三個階段進行，即輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段，輸出刷新階段，如圖3-6所示(1).輸入采樣階段在開始執(zhí)行程序之前，PLC以掃描方式按順序將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)(開或關、“1”或“0”)讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，這個過程稱為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新。在程序執(zhí)行期間，所需輸入信息取自輸入映像寄存器的內容。在本工作周期內，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內容也不會改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個工作周期的輸入采樣階段才被重新讀人。(2).程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描。每掃描到一條指令時，所需要的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀出，然后將執(zhí)行結果寫入到元素映像寄存器中。這就是說，對于每個元素來說，元素映像寄存器中寄存的內容，會隨程序執(zhí)行的進程而變化。但這個結果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到端子上。(3).輸出刷新階段當程序執(zhí)行完后，進入輸出刷新階段。此時，將元素映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉存到輸出鎖存電路，再去驅動用戶輸出設備(負載)，這才是PLC的實際輸出。PLC重復地執(zhí)行上述三個階段，每重復一次的時間就是一個工作周期(或掃描周期)。工作周期的長短與程序的長短(即組成程序的語句多少)、指令的種類和CPU執(zhí)行的速度有很大關系。一般說來，一個掃描過程中，執(zhí)行指令的時間占了絕大部分。PLC在每次掃描中，對輸入信號采樣一次，對輸出刷新一次。這就保證了PLC在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內容或數據保持不變。3.3.3供水系統控制程序設計供水系統根據需要實現的主要功能有自動變頻恒壓運行、自動工頻運行、遠程手動控制和現場手控制等。全自動變頻恒壓運行方式是系統中最主要的運行方式，也是系統的主要功能，是指利用PLC控制，結合PID調節(jié)功能，通過變頻調速實現自動恒壓供水，其核心是根據恒壓條件下供水系統中水泵運行狀態(tài)及轉換過程設計的PLC控制程序;自動工頻運行是指在變頻器故障狀態(tài)時，為維持壓力的相對恒定，系統根據水壓大小自動調節(jié)工頻運行電機臺數，維持供水，這種運行方式只是在特殊情況下的一種備用供水方案，提高了系統可靠性的冗余度;遠程手動控制是指在控制室，通過計算機和PLC通信遠程操控水泵的運行，是一種輔助供水方案;現場手動控制運行是指通過現場按鈕來人工控制電機工頻、變頻運行，這一方式完全通過電氣控制線路設計來實現，PLC不參與，主要用用于檢修、調試及PLC故障時的運行。系統還具有水泵故障鎖定功能。當有水泵出現故障時，系統自動鎖定出故障的水泵，將其退出系統運行，并報警提示。PLC控制程序設計的主要任務是接收受各種外部開關量信號的輸入，判斷當前的供水狀態(tài)，輸出信號去控制繼電器、接觸器、信號燈等電器的動作，進而調整水泵的運行，并給出相應指示或報警。供水系統控制程序的主流程如圖3-7。主要由系統初始化模塊、輔助泵/主泵運行轉換模塊、增加主泵的狀態(tài)轉換模塊、減少主泵的狀態(tài)轉換模塊、遠程手動控制模塊和故障處理模塊等構成。1.系統初始化模塊在初始化模塊中設置通信用數據寄存器D8120XXD8121,D8129的通信參數，具體設置程序見論文4.3節(jié);置標志M6=1，在自動運行時，首先起動輔助泵進入SO狀態(tài):置標志M0=1，保證輔助泵運行狀態(tài)首次SO轉入主泵運行狀態(tài)S20XX始化過程通過M8002產生的初始化脈沖來完成。2.輔助泵/主泵運行轉換模塊主泵轉輔助泵運行是指在單臺主泵供水時，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時，延時5分鐘，關閉變頻器運行，啟動輔助泵的過程。即由狀態(tài)S20XXS21,S22)轉入SO的過程。PLC置輸出繼電器YI(或Y3,Y5)為0，同時置Y7=1。輔助泵轉主泵運行是指由輔助泵供水，水壓達到壓力下限時，延時1分鐘，關閉輔助泵，用變頻器啟動一臺主泵運行的過程。即由狀態(tài)so轉入S20XXS21,S22)的過程。具體起動哪一臺主泵，進入哪一種狀態(tài)，要依據其上一個狀態(tài)，按有效狀態(tài)循環(huán)法的原則來操作。在編程時，以輔助繼電器M3,M2,Ml作為S20XXS21,S22狀態(tài)的轉入標志，三者按循環(huán)方式動作，保證S20XXS21,S22狀態(tài)的循環(huán)。3.增加主泵的狀態(tài)轉換模塊增加主泵是將當前主泵由變頻轉工頻，同時變頻起動一臺新水泵的切換過程。當變頻器輸出上限頻率，水壓達到壓力下限時，延時1分鐘，PLC給出控制信號，PLC的Y16得電，變頻器的X1端子對CM短接，變頻器的自由停車指令BX生效，切斷變頻器輸出，延時500ms(滅磁作用)后，將主水泵與變頻器斷開，延時looms(防止變頻器輸出對工頻短路)，將其轉為工頻恒速運行，同時PLC的Y16失電，BX指令取消，變頻器以起始頻率啟動一臺新的主水泵。這段程序設計時要充分考慮動作的先后關系及互鎖保護。增加主泵的狀態(tài)轉換模塊包括六種狀態(tài)轉換關系，三臺主泵增開程序。下面以當前狀態(tài)S20XX開2#主泵為例，用PLC的狀態(tài)轉移圖(SFC)來說明泵增開過程，如圖3-804.減少主泵的狀態(tài)轉換模塊減少主泵是指在多臺主泵供水時，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時，按“先起先?！痹瓌t，將當前運行狀態(tài)中最先進入工頻運行的水泵從電網斷開。5.遠程手動控制通信模塊初始化模塊中設置好PLC和上位機的通信協議后，在PLC程序執(zhí)行過程中，當接收到上位機的遠程手動控制命令置M5M4=10時，PLC程序自動轉入遠程手動控制運行方式，接收水泵運行狀態(tài)控制字。當接收到命令置M5M4=01時，先停止全部水泵的運行，延時后重新轉入全自動恒壓變頻運行方式。6.故障處理模塊對變頻器故障、熱繼電器動作、空氣開關跳開、水位過低等故障給出聲光報警，并做出相應的故障處理。(1).欠水位故障進入狀態(tài)S30，停止全部的電機運行，防止水泵空轉。當欠水位信號解除后，延時一段時間，自動進入SO狀態(tài)。(2).變頻器故障變頻器出現故障時，對應PLC輸入繼電器X5動作，系統自動轉入自動工頻運行模塊。此時變頻器退出運行，三臺主泵電機均工作于工頻狀態(tài)。該方式下的水泵的投入和切除順序和自動變頻恒壓運行方式時的大致相同，只是原來運行在變頻狀態(tài)下的電機改為了工頻運行。由于沒有了變頻器的調速和PID調節(jié)，水壓無法恒定。為防止出現停開一臺水泵水壓不足而增開一臺水泵又超壓造成系統的頻繁切換，通過增加延時的方法來解決。設定延時時間為20XX。(3).電機故障熱繼電器、空氣開關一般用于電機保護，二者的動作往往表明了電機潛在故障。檢測到此類故障時，系統首先鎖定故障電機，并自動投入下一臺電機運行。此時系統處于“一輔泵兩主泵”的運行狀態(tài)。3.4PID調節(jié)原理在恒壓供水系統中的應用在供水系統的設計中，選用了具有PID調節(jié)模塊的變頻器來實現閉環(huán)控制保證供水系統中的壓力恒定，較好地滿足系統的恒壓要求。3.4.1PID控制及其控制算法在連續(xù)控制系統中，常采用Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivative(微分)控制方式，稱之為PID控制。PID控制是連續(xù)控制系統中技術最成熟、應用最廣泛的控制方式。具有以下優(yōu)點：理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握。模擬PID控制及算法PID控制器是一種線性控制器，它是對給定值:(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t):e(t)=y(t)-r(t)(3一4)經比例(P)、積分(I)和微分(D)運算后通過線性組合構成控制量u(t)，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。系統由擬PID控制器和被控對象組成，其控制系統原理框圖如圖3-9。圖中U(t)為PID調節(jié)器輸出的調節(jié)量。PID控制規(guī)律為PID控制器各環(huán)節(jié)的作用及調節(jié)規(guī)律如下:(1).比例環(huán)節(jié):成比例地反映控制系統偏差信號的作用，偏差e(t)一旦產生，控制器立即產生控制作用，以減少偏差。比例環(huán)節(jié)反映了系統對當前變化的一種反映。比例環(huán)節(jié)不能徹底消除系統偏差，系統偏差隨比例系數K的增大而減少，比例系數過大將導致系統不穩(wěn)定。(2).積分環(huán)節(jié):表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關，即與偏差對時間的積分成線性關系。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，實現對被控對象的調節(jié)，直到系統偏差為零。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數Tl,Tl越大，積分作用越弱，易引起系統超調量加大，反之則越強，易引起系統振蕩。(3)微分環(huán)節(jié):對偏差信號的變化趨勢(變化速率)做出反應，并能在偏差信號變得太大之前，在系統中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統的動作速度，減少調節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調量的振蕩，減小超調量，加快系統響應時間，改善系統的動態(tài)特性。但過大的TD對于干擾信號的抑制能力卻將減弱。PID的三種作用是相互獨立，互不影響。改變一個調節(jié)參數，只影響一種調節(jié)作用，不會影響其他的調節(jié)作用。然而，對于大多數系統來說，單獨使用一種控制規(guī)律都難以獲得良好的控制性能。如果能將它們的作用作適當的配合，可以使調節(jié)器快速，平穩(wěn)、準確的運行，從而獲得滿意的控制效果。2.數字PID控制算法自從計算機進入控制領域以來，用數字計算機代替模擬調節(jié)器來實現PID控制算法具有更大的靈活性和可靠性。數字PID控制算法是通過對式(3-5)離散化來實現的。用一系列的采樣時刻點nT代表連續(xù)時間，用矩形法數值積分近似代替連續(xù)系統的積分，以一階后向差分近似代替連續(xù)系統的微分，得到PID位置控制算法表達式:式(3-7)中，T一一采樣周期，n一一采樣序號，e(n)一一第n時刻的偏差信號，e(n-1)—第(n-1)時刻的偏差信號，y(n)—第n時刻的控制量。PID位置控制算法采用全量輸出，一方面需要計算本次與上次的偏差信號e(n),e(n-1)，而且還要把歷次的偏差信號e(j)相加，計算繁鎖，占用內存大;另一方面計算機輸出的控制量u(n)對應的是執(zhí)行機構的實際位置偏差，如果位置傳感器出現故障，u(n)可能出現大幅度變化，引起執(zhí)行機構的大幅度變化，這是不允許的。為此實際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達式為:增量式算法中不需要累加，調節(jié)器輸出的控制增量△u(n)僅與最近幾次采樣有關，所以誤動作時影響較小，必要時可以通過邏輯判斷去掉過大的增量，而且較容易通過加權處理獲得比較好的控制效果。3.4.2恒壓供水PID調節(jié)過程分析恒壓供水的目的就是要保證供水能力Qc適應用水需求Qu變化。當供水能力QG和用水需求Qu之間不能平衡時，必然引起壓力的變化。因此，可根據壓力的變化，來實現對供水流量的調節(jié)，維持供水能力QG和用水需求Qu之間的乎衡。在供水系統中，變頻器、PID調節(jié)器、壓力變送器、電機、水泵等構成了一個閉環(huán)控制系統，可以對供水能力實現有效的自動調節(jié)，從而實現恒壓供水。其實現方法是，首先據用戶對水壓的要求，給PID調節(jié)器預置一個目標壓力值，管道中的實際水壓，經壓力變送器轉換成4～20XX的模擬電流信號反饋給變頻器內置的PID調節(jié)器，PID調節(jié)器根據目標壓力值和實際壓力值的偏差，給出調節(jié)量，自動調節(jié)變頻器輸出頻率，調節(jié)電機轉速，使供水量適應用水量的變化，取得動態(tài)平衡，維持水壓不變。其具體調節(jié)過程如下：(1).穩(wěn)態(tài)運行當供水能力QG=用水需求Qu，目標壓力信號;和壓力反饋信號y相等，偏差e=y-r=0,PID輸出的控制增量△u=0，變頻器輸出頻率不變，水泵轉速不變，處于穩(wěn)態(tài)運行。如圖3-10中的0～t1段。(2).用水量增加時當用水量增加，用水需求Qu>供水能力QG，水壓下降，壓力反饋信號y減少，偏差e=y-r<0,PID輸出的控制增量△u>0，變頻器輸出頻率上升，水泵轉速升高，增加供水能力，最后達到一個新的平衡狀態(tài)，使壓力回復，維持供需平衡。這是一個動態(tài)變化的過程，在達到新的平衡狀態(tài)之前，壓力反饋信號y、偏差e,控制增量△“均處于變化之中，其變化過程如圖3-10中的tl～t3段，其中t2～t3段為增加用水量后新的平衡狀態(tài)。(3).用水量減少時當用水量減少，用水需求Qu0,PID輸出的控制增量△u<0，變頻器輸出頻率下降，水泵轉速降低，降低供水能力，最后達到一個新的平衡狀態(tài)，使壓力回復，維持供需平衡。這一動態(tài)變化過程，如圖3-10中的t3～t4段，其中t4段以后為減少用水量后新的平衡狀態(tài)。3.4.3變頻器PID控制功能參數設置變頻器PID控制功能代碼有H20XX21,H22,H23,H24,H25共6個，通過對功能代碼的設定來保證合理的PID運行。1.PID模式預置H20XX設置PID模式。設定值0:不動作;1:正動作；2:反運行。其關系如圖3-11.在供水系統中，當壓力增大(即用水量減少)，水泵的轉速應下降，即變頻器輸出頻率與被控量(水壓)的變化趨勢相反，所以選取模式2。2.反饋方式預置系統采取的是電流輸入反動作，設定H21為2。3.壓力目標值的預置壓力目標值是一個比值，它和允許的管道壓力大小及選用的傳感器有關。其關系為:壓力目標值=（管道允許壓力／壓力表量程）×100%根據教育學院學生公寓供水管網情況及水壓需要，確定總出水口水壓大小為0.4MPa，選用的遠傳壓力表量程是0-1MPa，則目標值為40%.選擇XI端子功能，設定“E01”為II，通過變頻器鍵盤面板操作直接輸入確定的壓力目標值。4.P、I、D參數預置P、I、D參數通過H22,H23,H24來設定。其中H22用以設定P增益，設定范圍:0.01～10倍;H23用以設定積分時間，設定范圍0.1～3600s;H24用以設定微分時間，設定范圍0.01～10.0s由于P、I、D的取值與系統的慣性大小有很大的關系，需經現場反復調試，可按以下總體原則來進行整定。H22(增益P)，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值;H23(積分時間I)，在不發(fā)生振蕩條件下減小其值;H24(微分時間D)，在不發(fā)生振蕩條件下增大其值:用示波器監(jiān)視壓力表輸出電壓波形，根據波形情況來做參數調整。常見有下面幾種情況。(1)抑制超調增大H23(積分時間)，減小H24(微分時間)，如圖3-12:a)。(2).允許小量超調前提下加快響應速度減小H23(積分時間)，增大H24(微分時間)，如圖3-12:b)。(3).抑制比H23積分時間)長的周期性振蕩增大H23(積分時間)，如圖3-12:c)。(4).抑制大約和H24(微分時間)同樣長周期的振蕩減小H24(微分時間)。設定0時，若仍有振蕩時，減小H22(增益)，如圖3-l2:d)在PID功能有效且完成參數預置后，變頻器完全按用戶設定的P、I、D調節(jié)規(guī)律運行，其工作特點是;(1)變頻器的輸出頻率只根據水壓實際壓力大小與設定的目標壓力的偏差進行調整，與被實際水壓大小并無對應關系:(2)變頻器的升、降速時間完全取決于由P、I、D值所決定的動態(tài)響應時間;(3)變頻器的輸出頻率始終處于調整狀態(tài)，因此，其顯示的數值常不穩(wěn)定。5反饋濾波時間預預置設置對控制端子12輸入的反饋信號的濾波時間，使PID控制系統穩(wěn)定，設定值過大，反應變差。3.5系統可靠性措施系統中采用的工控設備變頻器和PLC均具有抗干抗能力強，可靠性好的特點。但作為一個完整的系統，應用于工業(yè)現場，還是有必要考慮加強抗干擾措施，保證運行的穩(wěn)定性。1、變頻器和PLC應安裝于專門的控制柜中，但一定要保證良好的通風環(huán)境和散熱，PLC四周留有50mm以上的凈空間。環(huán)境溫度最好控制在45℃以下，相對濕度在5～90%，盡量不要安裝在多塵、有油煙、有導電灰塵、有腐蝕性氣體、振動、熱源或潮濕的地方。2、控制柜和水泵現場距離不要太遠，尤其是遠傳壓力表至變頻器的4-20XX電流信號和至PLC的壓力上、下限開關量信號的傳輸電纜要盡可能短，而且要盡量遠離那些會產生電磁干擾的裝置。3、外圍設備信號線、控制信號線和動力線應分開敷設，不能扎在一起，且應采用屏蔽線且屏蔽層接地.4、變頻器和PLC均要可靠接地。接地電阻應小于100，接地線須盡可能短和粗，并且應連接于專用接地極或公用接地極上，不要使用變頻器、PLC外殼或側板上的螺釘作為接地端。而且二者在接地時，應盡量分開，不要使用同一接地線。5、電動機在低速運行時，電機冷卻效果下降，應保證電動機具有良好的通風條件。6、在電氣設計和軟件設計中，充分考慮電氣設備之間的互鎖關系。7、選用性能可靠的繼電器、接觸器對于系統的可靠運行也具有十分重要的意義。8、要考慮防雷設計。如電源是架空進線.在進線處裝設變頻器專用避雷器，或按規(guī)范要求在離變頻器20XX處預埋鋼管做專用接地保護。如果電源是電纜引入，則應做好控制室的防雷系統，以防雷電竄入破壞設備。9、系統設計時還加入了無人執(zhí)守故障自動撥號報警器。當出現變頻器故障、電機故障、PLC故障以及水位過低等現象時，自動撥打管理人員的電話，提高系統故障的應急處理能力。3.6本章小結本章針對用戶需求，在滿足供水能力的前提下，實現了變頻調速恒壓供水控制系統的設計。該系統由PLC控制的多泵分級調節(jié)和變頻器控制的單泵連續(xù)調節(jié)相結合，實現流量在大范圍內變化時的恒壓供水?；谶@一設計方案，本章的具體內容概括如下:1.變頻調速恒壓供水控制系統由PLC、變頻器、遠傳壓力表、3臺主水泵機組、1臺輔助泵機組、控制柜等組成，采用一臺變頻器分時控制3臺主水泵的起動、調速和運行。2.控制系統的硬件設計包括了設備選型、主電路設計、控制電路設計及PLC的I/O端子分配、變頻器接線及功能設定等。電路設計時充分考慮了水泵電機變頻運行和工頻運行間的互鎖關系。3.分析了多泵供水方式的運行狀態(tài)和狀態(tài)轉換條件，由遠傳壓力表給出的上、下極限水壓信號作為水泵切換的條件，實現水泵的分級調節(jié)。狀態(tài)轉換遵循“先起先?！痹瓌t。4.由遠傳壓力表檢測的水壓信號經變頻器內部的PID模塊處理后，控制變頻器輸出頻率，實現對水泵轉速的連續(xù)控制，來維持恒壓供水。5.分析了PID控制器的基本原理和供水系統中PID調節(jié)過程，討論了PID參數的調節(jié)方法。6.供水系統PLC控制程序主要由系統初始化模塊、輔助泵/主泵運行轉換模塊、增加主泵的狀態(tài)轉換模塊、減少主泵的狀態(tài)轉換模塊、遠程手動控制模塊和故障處理模塊等構成，可實現全自動變頻恒壓運行、自動工頻運行、遠程手動控制和現場手控制等方式。7.在系統設計時，考慮了抗干擾措施和故障應急處理功能，保證運行的穩(wěn)定性。[1]郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應用技術.南京二東南大學出版社，20XX.75-78第二篇：PLC控制恒壓供水系統摘要本文主要針對當前供水系統中存在的自動化程度不高、能耗嚴重、可靠性低的缺點加以研究，開發(fā)出一種新型的并在這三個方面都有所提高的PLC控制的恒壓供水系統。全文共分為五章。第一章闡明了恒壓供水系統的應用背景、選題意義及主要研究內容。第二章對本系統的總體方案進行了介紹，其中包括系統的工藝要求，系統的組成和基本工作原理以及主要元器件的選型。第三章著重寫控制系統的硬件部分的基本原理。第四章介紹了系統的軟件開發(fā)工作，對PLC程序做了詳細描述并介紹了過程控制中占據重要地位的PID調節(jié)原理及參數設置依據，方法。第五章是項目調試和小結部分，給出了調試結果。本論文綜合運用了可編程控制器（PLC）、變頻器、PID調節(jié)儀、傳感器等現代工業(yè)控制常用的控制部件及其相關程序設計方法。所做的研究對同類系統的研究和開發(fā)具有一定的參考價值。關鍵詞：可編程序控制器變頻器PID目錄前言11.1課題的意義及應用背景11.1.1變頻恒壓供水控制系統主要有11.2本文研究的內容22恒壓供水原理及系統的技術指標32.1任務32.2系統技術指標32.3系統的組成和基本工作原理32.4主要元器件選型33硬件的基本原理及其應用43.1PLC可編程控制器43.1.1可編程控制器的特點43.1.2可編程控制器的工作原理43.2變頻器的原理83.2.1變頻器簡介83.2.2變頻與變壓(VVVF)原理93.2.3變頻調速的基本原理93.2.4變頻調速的升速和啟動103.2.5變頻調速的降速和制動104軟件設計114.1PLC程序114.1.1基本步驟114.1.2程序中使用的繼電器124.1.3程序流程134.1.4程序梯形圖144.2PLC程序的運行和模擬調試184.3系統總體調試18結束語19致謝20XX考文獻21附錄22包頭鋼鐵職業(yè)技術學院畢業(yè)實踐任務書前言1.1課題的意義及應用背景位國民經濟總產值所消耗的電是美國、德國等的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國的大量用電設備中，風機和泵類電機的耗電量占全國發(fā)電量的50%左右,若推廣新型電機調速技術,可節(jié)電40%左右,即可以節(jié)約全國發(fā)電量的1/5.由于我國人均占有水、電資源相對于別國又少很多,因此,在我國一方面水電供應緊張,而另一方面,水電的浪費又十分驚人.節(jié)電節(jié)水,不僅潛力巨大,而且意義深。變頻控制技術的進步不僅僅是異步電動機結構簡單、堅固、易于維護等優(yōu)點，更主要的是采用變頻調速技術的異步電動機的機械特性達到了直流電動機調壓調速的特性。由于計算機技術的介入，使得變頻器具有豐富的功能和方便好用的特點，因此人們才有可能按照實際要求，自行構成一個適用和可靠的調速系統。變頻調速恒壓供水設備以其節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(yōu)點，使我國供水行業(yè)的技術裝備水平從90年代初開始經歷了一次飛躍。恒壓供水調速系統實現水泵電機無級調在我國，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。據有關國際組織發(fā)表的資料顯示:中國的單速，依據用水量的變化自動調節(jié)系統的運行參數，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求，是當今最先進、合理的節(jié)能型供水系統。在實際應用中得到了很大的發(fā)展。隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，變頻器的功能也越來越強。充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻調速恒壓供水設備，降低成本，保證產品質量等方面有著非常重要的意義。1.1.1變頻恒壓供水控制系統主要有1.帶PID回路調節(jié)器和/或可編程序控制器(PLC)的控制系統在該系統中，變頻器的作用是為電動機提供可變頻率的電源，實現電動機的無級調速，從而使管網水壓可控。傳感器的任務是檢測管網水壓；壓力設定單元為系統提供滿足用戶需要的水壓期望值；壓力設定信號和壓力反饋信號輸入可編程控制器后，經可編程控制器內部PID控制程序的計算，輸給變頻器一個轉速控制信號。還有一種辦法是將壓力設定信號和壓力反饋信號送入PID回路調節(jié)器，由后者進行運算后，輸給變頻器一個轉速控制信號。2.新型變頻調速供水設備包頭鋼鐵職業(yè)技術學院畢業(yè)實踐任務書針對傳統的變頻調供水設備的不足之處，國內外不少生產廠家近年來紛紛推出了一系列新產品，如華為的TD2100，施耐德公司的Altivar58泵切換卡，SANKEN的SAMCO-I系列，ABB公司的ACS600、ACS400系列，富士公司的G11S/P11S系列等。這些產品將PID調節(jié)器以及簡易可編程控制器的功能都綜合進變頻器內，形成了帶有各種應用宏的新型變頻器。由于PID運算在變頻器內部，這就省去了對可編程控制器存儲容量的要求和對PID算法的編程，而且PID參數的在線調試非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。3.供水專用變頻器供水專用變頻器是將普通變頻器和PLC控制器集成在一起，是集供水管控一體化的系統，內置供水專用PID調節(jié)器，只需加一只壓力傳感器，即可方便地組成供水閉環(huán)控制系統。傳感器反饋的水壓信號直接送入變頻器自帶的PID調節(jié)器輸入口，而壓力設定既可使用變頻器的鍵盤設定，也可采用一只電位器以模擬量的形式送入。每日可設定多段壓力運行，以適應供水壓力的需要。也可設定指定日供水壓力。1.2本文研究的內容本文設計了一個以可編程控制器(PLC)為控制核心，CIMRG7系列變頻器為執(zhí)行元件，采用PID調節(jié)儀控制水泵電機轉速，即可調節(jié)出口管網壓力，使之達到用戶期望的恒定壓力的系統。其中主要內容包括恒壓供水原理，PLC原理，變頻調速原理。包頭鋼鐵職業(yè)技術學院畢業(yè)實踐任務書恒壓供水原理及系統的技術指標2.1任務用PLC，變頻器，PID調節(jié)儀，壓力傳感器及低壓部件組成PLC控制變頻調速恒壓供水自動控制系統，并使系統達到工藝要求的性能指標。2.2系統技術指標出口管網壓力：恒定在400KPa（4公斤）左右，可調水泵運行時間：全天候長期運行2.3系統的組成和基本工作原理系統由水泵機組、變頻器，控制柜（內含PID控制器、PLC低壓電器和變頻器）、壓力傳感器、管路系統等構成。系統控制75KW水泵2臺?；竟ぷ髟恚核饭芫W壓力低時，變頻器啟動1#泵，至全速運行一段時間后，由遠傳壓力表來的壓力信號仍未到達設定值時，PLC控制1#泵由變頻切換到工運行，然后變頻啟動2#泵運行，據管網壓力情況隨機調整2#泵的轉速，來達到恒壓供水的目的。當用水量變小，管網壓力變高時，2#泵降為零速時，管網壓力仍高，則PLC控制停掉1#工頻泵，由2#泵實施恒壓供水。至管網壓力又低時，將2#泵由變頻切為工頻運行，變頻器啟動1#泵，調整1#泵的轉速，維修恒壓供水。如此循環(huán)不已。2.4主要元器件選型PLC：FXos—20XX（三菱）變頻器：CIMRG7(安川)其他低壓配件選擇施耐德品牌為主包頭鋼鐵職業(yè)技術學院畢業(yè)實踐任務書硬件的基本原理及其應用3.1PLC可編程控制器3.1.1可編程控制器的特點1．可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據，因此，每個PLC生產廠都將可靠性作為第一指標而加以研制，以單片機為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使PLC的平均無故障時間達到30萬小時以上，使用壽命更長。2．控制功能強。PLC具有邏輯判斷、計數、定時、步進、跳轉、移位、記憶、四則運算和數據傳送等功能，可以實現順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。3．編程方便，易于使用。PLC采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術人員和電工的歡迎，容易推廣應用。PLC可取代原繼電器控制系統，有利于對老設備的技術改造。4．使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強。5．具有各種接口，與外部設備連接非常方便。6．采用積木式結構或模塊式結構，具有較大的靈活性和可擴展性，擴展靈活方便。7．維修方便。PLC上有I/O指示燈（LED），哪個I/O元件有故障，一目了然。8．可根據生產工藝要求或運行情況，隨時對程序進行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應性強。3.1.2可編程控制器的工作原理1.PLC的等效工作電路PLC是一種微機控制系統，其工