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1、情境8：恒压供水,8.1任务资讯8.2任务分析8.3任务决策8.4任务计划8.5任务实施8.6评价提高,S7-200,S7-200,情境8：恒压供水,8.1任务资讯8.2任务分析8.3任务决策8.4任务计划8.5任务实施8.6评价提高,S7-200,S7-200,8.1任务资讯,生产及生活都离不开水。而将水送到较远或较高的地方，管路中是需要有一定水压的。产生水压的设备是水泵，水泵转动得越快，产生的水压越高。传统的维持水压的方法是建造水塔，水泵开着时将水打到水塔中，水泵休息时，借助水塔的水位继续供水。建造水塔需花费财力，水塔还会造成水的二次污染。,恒压供水的基本思路：用水量大时，增加水泵数量或提
2、高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这在电动机速度调节技术不发达的年代是不可设想的，交流变频器的诞生为水泵转速的平滑连续调节提供了方便。,8.1.1任务目标,恒压供水泵站一般需设多台水泵及电机。恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵电机供电。数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换，供水运行时，一台水泵变频运行，其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求。,8.1.2供水泵站组成,变频恒压供水系统的基本构成,8.1.3变频器,交流变频器是微计算机及现代电力电子技术高度发展的结果。微计算机是变频器的
3、核心，电力电子器件构成了变频器的主电路。,通用变频器多是交-直-交变频器，由主回路，包括整流器、中间直流环节、逆变器和控制回路组成,交-直-交变频器的基本结构,变频器的控制有四种方式：,(1)操作面板控制方式(2)外输入端子数字量操作方式。 (3)外输入端子模拟量操作方式。 (4)通信数字量操作方式。,8.1.4模拟量模块 EM235,模拟量模块在接入电路工作前需完成配置及校准，配置指根据实际需接入的信号类型对模块进行的一些设定。校准可以简单地理解为仪器仪表使用前的调零及调满度。配置及校准操作位置见图9-7。图中可见增益及偏置调节使用的电位器及配置调节使用的6只开关。开关状态组合所对应的输入范
4、围及分辨率，表中分成单极性输入及双极性输入两种情况。,8.1.5 PID指令,PID控制即比例、积分、微分控制比例部分与误差信号在时间上是一致的，具有调节及时的特点。Kc越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高，但过大会使系统的输出量震荡加剧，稳定性降低。,积分部分与误差的大小和历史有关，即与过去有关，只要误差不为零，积分就一直起作用，因此积分部分可以消除稳态误差，提高控制精度。Ti越大，系统的稳定性可能有所改善，但积分动作越缓慢，消除稳态误差的速度减慢。,微分部分反映了被控量变化的趋势（误差变化速度），即与将来有关，较比例调节更为及时，具有超前和预测的特点。Td增大，超调量减小，动态性能得
5、到改善，但系统抑制高频干扰的能力下降。,西门子PLC的PID指令有两个参数，其一是LOOP为回路号，取值07，表示在一个程序中最多可设8个PID调节回路。第二个参数是TABLE，为参数表或称回路表，TABLE用回路表的起始地址表示。该表是存储PID参数的相关单元。表中包含9个参数，用来控制和监视PID运算。这些参数分别是过程变量当前值(PVn)，过程变量前值(PVn-l)，给定值(SPn，输出值(Mn)，增益(Kc)，采样时间(Ts)，积分时间(TI)，微分时间(TD)和积分项前值(MX)。,情境8：恒压供水,8.1任务资讯8.2任务分析8.3任务决策8.4任务计划8.5任务实施8.6评价提高
6、,S7-200,S7-200,（1）代替调节器实现水压给定值与反馈值的综合与调节工作，实现数字式PID调节。一只传统调节器往往只能实现一路PID设置，用PLC作调节器可同时实现多路PID设置，在多功能供水泵站的各类工况中PID参数可能不一样，使用PLC作数字式调节器十分方便。,8.2任务分析,（2）控制水泵的运行与切换。在多泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀地磨损，水泵及电机是轮换工作的。在设单一变频器的多泵组泵站中，如规定和变频器相连接的泵为主泵，主泵也是轮流担任的。主泵在运行时达到最高频率时，增加一台工频泵投入运行。,（3）变频器的驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需
7、采用PLC的模拟量控制模块，该模块的模拟量输入端接受传感器送来的模拟信号，输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量控制信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率。,（4）泵站的其他逻辑控制。除了泵组的运行管理工作外，泵站还有许多逻辑控制工作，如手动、自动操作转换，泵站的工作状态指示，泵站工作异常的报警，系统的自检等。,情境8：恒压供水,8.1任务资讯8.2任务分析8.3任务决策8.4任务计划8.5任务实施8.6评价提高,S7-200,S7-200,8.3任务决策,传统的水塔控制，不仅存在二次污染，恒压也是相对的。利用PLC和变频器实现恒压供水，是现代恒压控制的主要设计思路。,
8、情境8：恒压供水,8.1任务资讯8.2任务分析8.3任务决策8.4任务计划8.5任务实施8.6评价提高,S7-200,S7-200,8.4任务计划,整个项目计划书主要包含以下几个方面内容：项目设计、材料准备、项目实施、项目验收。,情境8：恒压供水,8.1任务资讯8.2任务分析8.3任务决策8.4任务计划8.5任务实施8.6评价提高,S7-200,S7-200,8.5任务实施,8.5.1变频器模拟量外控接线 为了方便与输出量为模拟电流或电压的调节器、控制器的连接，变频器还设有模拟量输入端，Cl端为电流输入端。L1、L2、L3端为三相电压输入端，当接在这些端口上的电流或电压量在一定范围内平滑变化时
9、，变频器的输出频率在一定范围内平滑变化。,8.5.2EM235校准,（1）切断模块电源。选择需要的输入范围。（2）接通CPU各模块电源，并稳定15min。（3）用一个传感器、一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。（4）读出CPU中测量值。（5）调节偏置电位器，使读数为零或为一个所需要的数据值。（6）将一个满刻度信号接入某个输入端，读取CPU的值。（7）调节增益电位器，直到CPU的读数为32000，或所需要的数据值。必要时，重复偏置及增益的校准过程。,8.5.3系统选型,系统共有开关量输入点6个、开关量输出点12个、模拟量输入点1个、模拟量输出点1个。如果选用CPU224PLC，也需
10、要扩展单元，如果选用CPU226PLC，则价格较高，浪费较大。参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU222(8入/6继电器输出)一台，加上一台扩展模块EM222(8继电器输出)，再扩展一个模拟量模块EM235,8.5.4主电路,三台电机分别为M1、M1、M3。接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行。FR1、FR2、FR3分别为三台电机过载用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4分别为三台泵电机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器；VVVF为通用变频器。,8.5.5软件编程,1
11、.程序的结构由于PLC在恒压供水系统中的功能较多，由于模拟量单元及PID调节都需要编制初始化及中断程序，本程序分可为三部分：主程序、子程序和中断程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。主程序的功能最多，如泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等都在主程序。,2.初始化子程序,3.模拟量采集及处理,给定值和过程变量都是实际的工程量，其幅度、范围及测量单位都会不同，用PLC完成PID运算时，要把实际的测量输入量、设定值和回路表中的其他输入参数进行标准化处理，即用程序将它们转化为PLC能够识别及处理的数据，也即把它们转化为无量纲的归一化纯量，采用浮点数形式。,情境8：恒压供水,8.1任务资讯8.2任务分析8.3任务决策8.4任务计划8.5任务实施8.6评价提高,S7-200,S7-200,8.6评价提高,8.6.1评价验收 依据国家标准对工程进行验收，验收过程可以分为几个小组，当一个小组担当工程实施施工队伍，而另一组的将做为监理队伍实施全过程监理。有依据工程建设标准的模板设计的表格，针对上述施工的项目，对应相应的条目，进行施工质量的验收。,8.6.2总结,1.供水泵站的构成。2.变频器组成与控制模式。3.EM235的结构与连接。4.PID指令。,
