变频器和传感器在供水系统中的应用

毕业设计任务书设计题目变频器和传感器在供水系统中的应用设计时间2007年10月20日2008年5月25日设计任务1、系统能够自动调节输出，维持输出水压恒定2、系统能够自动增加或减少水泵的运行数量4、系统具有运行指示功能5、系统具有点动输出功能6、系统有故障时自动停车功能绪论近年来，交流调速发展十分迅速，打破了过去直流拖动在调速领域中的统治地位，交流拖动已经进入了与直流拖动相媲美、相抗衡的时代。目前，变频器调速控制系统已广泛应用于机械、冶金、化工、供水等各个行业。随着变频调速技术的发展和人们对生活用水品质要求的不断提高，交流变频调速供水系统已经逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于住宅小区的生活、消防供水系统。从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。本文介绍了基于SIEMENS公司PLC（CPU214）、变频器（MMV300/3）构成的交流变频调速供水控制系统的结构和工作原理。系统运用PLC、变频器、YTT150型差动远传压力表组成了一个简单的交流变频调速电路。利用PLC的可编程控制功能、变频器内置PID调节的闭环反馈控制功能和输出继电器RL1、RL2的可编程功能，外加少量低压电器，设计了具有双泵自动切换运行的电气控制线路。其工作方式为一台变量泵（变频）加一台定量泵（工频）的配置方式，非常适用中小型供水用户的使用。本系统的特点是电路简单、性能优良、工作可靠、成本低廉，完全可满足一般生活供水的需求。关键词PLC变频器交流变频调速目录第一章前言1第二章控制系统的结构及总体设计221控制系统的结构222控制系统的总体设计3第三章控制系统的硬件组成及原理731变频器的特性及操作732可编程控制器的组成及工作原理1133YTT150型差动远传压力表17第四章控制系统的软件系统1941可编程控制器的程序设计2442变频器的参数设定26第五章结论30致谢31参考文献32第一章前言通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中得到了很大的发展。随着电力电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强。充分利用变频器内置的各种功能，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，保证产品质量等方面有着非常重要的意义。新型供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。恒压供水调速系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品。变频调速技术是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势。交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电子技术的飞速发展，变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停，不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，确保系统安全、稳定、长周期运行。利用PLC、变频器、传感器等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，取代了水塔水箱等原有的供水系统，其配置日趋合理，成为供水网系的换代产品。其意义在于提高供水的质量。用户用水的多少是经常变动的，因此，供水不足或供水过剩的情况时有发生，而用水和供水之间的不平衡集中地反映在供水的压力上，即用水多而供水少则压力低，用水少而供水多则压力高，保持压力恒定，可使供水和用水之间保持平衡，从而提高供水质量。1变频调速供水控制系统的主要特点是（1）高效节能。（2）占地面积小，投入少，效率高。（3）配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。（4）运行合理，由于一天内的平均转速下降，轴上的平均扭矩和磨损减小，水泵的寿命将大为提高。（5）由于能对水泵实现软停和软起，并可消除水锤效应（水锤效应直接起动和停止时，液体能动的急剧变化，导致对管网的极大冲击，有很大的破坏力）。（6）操作简便，省时省力。2变频调速供水控制系统的主要应用场合（1）高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水。（2）各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等。（3）中央空调系统。（4）自来水厂增压系统。（5）农田灌溉，污水处理，人造喷泉。（6）各种流体恒压控制系统。总之，变频调速供水控制系统的应用，为人民群众的生活带来了极大的方便，也为企业带来了巨大的经济效益。同时得到了科技工作者、企业家与广大人民群众的认可。将来的趋势必定是全面取代传统供水方式，成为供水系统的主流。第二章控制系统的结构及总体设计21控制系统的结构变频调速控制系统是供水系统的核心部分，整个系统的结构图如图21所示。96758123410图21变频调速供水系统结构图1水源2阀门3水泵4单向阀5控制箱6控制器（PLC）7变频器8压力传感器9水位传感器10用户反馈频率指令运行指令用户压力传感器控制器变频器水泵电机出口水压检测点给定图22变频调速供水系统方框图其中，与虚线关联的部分为变频调速控制系统，如图22所示。图中，水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变流量恒压控制。压力传感器检测管网出水压力，并将其转变为变频器可接受的模拟量信号。变频器接受反馈信号后，根据给定信号和反馈信号的比值，进行PID调节来控制自身的输出频率，从而对水泵进行速度控制。控制系统的工作原理变频调速恒压供水控制最终是通过调节水泵转速来实现的，水泵是供水的执行单元。通过调速能实现水压恒定是由水泵特性决定的。22控制系统的总体设计本系统采用SIEMENS公司S7200PLC（CPU214）、MICROMASTERVECTOR300/3、TD200和西安仪表厂YTT150型差动远传压力表，控制两台水泵恒压供水。利用PLC的可编程控制功能、变频器内置PID调节器的闭环控制功能以及输出继电器RL1、RL2的可编程功能，外加少量的低压电器，设计了具有双泵控制功能的电气控制线路。其工作方式为一台变量泵（变频）加一台定量泵（工频）的配置方式，非常适合中小型供水用户使用。它的特点是电路简单、性能优良、工作可靠、成本低廉，完全可满足一般生活供水的需要。221控制流程系统运行中压力检测F增加降低M2是否已运行M2是否已运行FP31P3延时60S起动延时60S起动运行运行高否否否低否是是是是图23控制流程图控制流程如图23所示。其中P321和P322是变频器的参数号，P321是下限频率，P322是上限频率，F是变频器运行时的频率，M2是定量泵。为了避免因用水量的短时变化、压力波动时，造成定量泵频繁起动和停止，在增减定量泵之前特设了60S（可利用TD200修改）的判断延迟时间（一般不应低于30S），这样，只有当压力低于或高于设定值运行60S，定量泵才起动或停止运行。222工作原理根据控制流程图，设计出电气原理图如图24所示。（1）点动运行断路器QS合上后，电源指示灯L1亮。当按下SB1时，PLC输出端子Q00接通，KM1线圈带电，其常开触点闭合，点动运行指示灯L2亮，变量泵M1点动运行。松开SB1后，Q00断开，KM1断电，L2熄灭，M1停止点动。去输入端子L321QSFURSTUVWM13KM3F2104592VLPCL123KMNFU压力传感器6K图24电气原理图（2）起动运行当按下SB2后，PLC输出端子Q01接通，KM2线圈带电，其常开触点闭合，变量泵运行指示灯L3亮，变频器散热扇M运行，变频器通电并开始工作，输出频率逐渐增加，变量泵M1的转速逐渐升高，水泵输出压力也随之上升，若此时的用水量小于变量泵的最大供水量时，变频器将以小于上限设定的频率（P32250HZ）运行。水压通过压力传感器转换成电流信号反馈之变频器，经过PID调节，使变频器的输出频率随着用水量的多少自动增减。因为电动机的转速与频率成正比，所以水泵的转速也随之增减，从而维持水压的恒定。（3）定量泵自动投入运行过程若用水量大于变量泵的最大供水量，变频器的输出增至上限频率（50HZ）运行，此时变频器的多功能输出端子RL1导通，PLC内定时器A开始计时，当以50HZ持续运行60S（可以用TD200修改的变量）后，定时器A触点动作，PLC输出端子Q02接通，使KM3线圈带电，其主触点和常开触点闭合，定量泵M2运行指示灯L4亮，M2投入运行，同时PLC输出端子Q01断开，内部定时器B开始计时，变频器停止输出，指示灯L3熄灭，散热扇M停转，此时RL1端截止。30S（可以用TD200修改的变量）后Q01接通，指示灯L3亮，散热扇M运行，变频器重新开始工作，其频率变为零后重新开始上升。这样避免了定量泵M2起动后因变量泵M1转速短时减不下来，造成水压的急剧升高。M2起动后将以额定转速运行，而M1则仍以变速运行来恒定压力。（4）定量泵自动停止运行过程在M1和M2都投入运行的情况下，有与用水量的减少，使得变频器的输出频率降至设定的下限值P321时，变频器的输出继电器RL2导通，PLC内的计时器C开始计时。下限频率持续运行60S（可以用TD200修改的变量）后，计时器触点动作，使PLC输出端子Q02端子断开，KM3线圈断电，定量泵M2停止运行，便量泵M1继续变速运行，维持压力恒定。（5）停止运行需要停止运行时，按下SB3，PLC输出端子去Q01、Q02断开，线圈KM2、KM3断电，指示灯L3、L4熄灭，便量泵M1和定量泵M2停止运行。223PLC外围接线PLC外围接线图如图25所示。地1LL1S720PC240VA图25PLC外围接线图224控制系统的I/O点及地址分配控制系统的输入信号及代码、地址编号如表21所示表21输入代码和地址编号名称代码地址编码点动按钮SB1I00起动按钮SB2I01停止按钮SB3I03变频器上限运行信号RL1I04变频器下限运行信号RL2I05控制系统的输出信号及代码、地址编号如表22所示表22输出代码和地址编号名称代码地址编码变量泵点动运行接触器及指示灯KM1，L2Q00变量泵运行接触器及指示灯KM2，L3Q01定量泵运行接触器及指示灯KM3，L4Q02第三章控制系统的硬件组成及原理31变频器的特性及操作MMV300/3是一种集多种功能于一体的变频器，它适用于各种需要电机调速的场合。它可通过操作面板或通过现场总线通讯方式操作，通过修改其内置参数，即可工作于各种场合。主要特点是内置多种运行控制方式快速电流限制，实现无跳闸运行；内置式制动斩波器，实现直流注入制动；具有PID控制功能的闭环控制，控制参数可自动整定；多组参数设定且可相互切换，变频器可用于控制多个交替工作的生产过程；多功能数字、模拟输入输出，可任意定期其功能和具有完善的保护功能。311控制方式变频器运行控制方式，即变频器输出电压与频率的不同控制关系。可通过变频器相应的参数设置选择。主要有线性V/F控制变频器输出电压与频率为线性关系，用于改变转矩和恒定转矩负载。带磁通电流控制（FCC）的线性V/F控制在这种模式下，变频器根据电动机特性实时计算所需要的输出电压，以此来保持电动机的磁通处于最佳状态，此方式可提高电动机效率和改善电动机的动态响应特性。平方V/F控制变频器输出电压平方与频率为线性关系，用于改变转矩负载，如风机和水泵。免测速机矢量控制变频器可计算出用于维持所需要电机转矩的输出电压的变化量。312保护特性过电压、欠电压保护、变频器过热保护、接地故障保护、短路保护、电动机股在保护和用PTC为传感器的电动机过热保护等。313变频器功能方框图如图31所示为变频器内部功能方框图。DIN1DIN6为数字输入端子，一般用于变频器外部控制，其具体功能有相应的设置决定。例如出厂设置DIN1为正向运行、DIN2为反向运行等，根据需要通过修改参数可改变功能。AIN1、AIN2为模拟信号输入端子，可作为频率给定信号和闭环时反馈信号输入。RL1、RL2为继电器输出，其功能也是可编程的。AOUT1端子为模拟量输出420MA信号。PTC端子用于电动机内置PTC测温保护，为PTC传感器输入端。P、N为RS485通讯接口。图31内部功能方框图314运行方式1）开关量控制采用开关量控制的基本起动运行步骤如下（A）将一个简单的启/停开关将端子9和5连接起来。这样变频器为顺时针旋转运行状态（出厂设置）（B）固定好所有的盖板并接通变频器主电源。将P009设为002或003，使所有参数可以被调整。（C）将参数P006设定为000，定义为开关量控制。（D）将参数P007设为000，定义为开关量输入（即此时为DIN1（端子5），并使前面板控制无效。（E）将P005设置为所需要的频率。（F）将电机额定铭牌上的数据对应地输入到P080至P085。注变频器可以运行在免测速机矢量控制或V/F控制方式。（G）将启停开关接通，变频器将驱动电机按P005中所设的频率运行。2模拟量控制采用模拟量控制的基本起动运行步骤如下（A）用一个简单的启停开关将端子9和5连接起来，这样变频器设定为顺时针旋转运行。（出厂设置）（B）按图将一个47K的电位器连接到控制端子，或将端子2（OV）和端子4连接上，并将一个010V信号连在端子2（OV）与端子3（AIN）之间。（C）将设置模拟量输入1的DIP选择开关1，2和3设为电压（V）输入。（D）固定好所有盖板并接通变频器的主电源。将参数P009设为002或003，使所有参数可以被调整。（E）将参数P006设定为001，即为模拟量控制。（F）设置参数P007为000，即为数字量输入（即此时为DIN1（端子5）,并使前面板控制无效。（G）通过参数P021和P022设置最小和最大输出频率。（H）将电机额定铭牌上的数据对应地输入到P080至P085。注变频器可以运行在免测速机矢量控制或V/F控制方式。（I）将启停开关接通，转动电位器（或调节模拟量输入电压）直到变频器上显示出所需要的频率。315控制面板说明及其操作过程操作面板（OP）上的按钮如表31所示表31控制面板按钮面板/按钮功能功能的说明状态显示用于显示频率（缺省），参数号或参数值（当按下P键时）或故障码。电动机点动在变频器停止时按下此键可使变频器起动并运行到预设点动频率。一旦释放此键，变频器既停止。当变频器运行时，按此键无效。当P1230时此键封锁。起动变频器按下此键可起动变频器。当P1210时此键封锁。停止变频器按下此键停止变频器运行。按一次为OFF1，按两次为OFF2。OFF2是电动机的电压立即被切断，电动机自由停车。改变电动机的转动方向按下此键可改变电动机的旋转方向。反转时显示一个“”号（当显示值100时）。当P1220时，此键封锁。增加数值按此键可增加频率。在设置参数时，可增加参数号和数值。当P1240说，此键无效。减少数值按此键可减少频率。在设置参数时，可减少参数号和数值。当P1240说，此键无效。访问参数用于访问参数。当采用数字量输入，P015P055和P35614是此键无效。变频器的基本操作在使用变频器时，设定的基本方法如表32所示。这种方法用来设定一个数字量频率值并只需从出厂设定中改变最少量的参数。假设变频器连接的是一台西门子四极电机。表32变频器的基本操作操作按键显示值1接通变频器的主电源频率实际值（00HZ）与频率设定值（出厂设定为50HZ）交替显示00502按编程键P0003按键直到显示P005P0054按键显示当前频率设定值。（5HZ为出厂设定值）00505按键设定所需要的频率值（例如35HZ）03506按键将设定值写入P0057按返回到P000P0008按键退出编程状态。显示将在当前频率值和频率设定值之间变换003509按RUN键启动变频器。电机轴将开始转动，显示屏显示出变频器逐步上升到35HZ0035010按停止键可使变频器停止运行。电机将减速并逐渐停止0032可编程控制器组成及工作原理321PLC的系统组成PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路组成。PLC的结构框图如图32所示。行程开关继电器触点指示灯电磁阀接触器按钮输出设备输入设备编程设备或其它编程设备电源部分存储器图32PLC结构框图322PLC的工作过程PLC的工作过程可分为三部分第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化，包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其它初始化处理等。第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成于其它外设的通讯处理，再进行试种、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，自阿转入自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。323PLC的软件系统PLC软件系统和硬件电路共同构成可编程控制器系统的整体。PLC软件系统可分为系统程序和用户程序两大类。系统程序的主要功能是时序管理、存储空间分配、系统自检额用户程序编译等。用户程序是用户根据控制要求，按系统程序允许的编程规则，用厂家提供的编程语言编写的程序。324PLC的特点及应用现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。其主要特点如下A抗干扰能力强，可靠性高B控制系统结构简单，通用性强C编程方便，易于使用D功能完善E设计、施工、调试的周期短F体积小，维护操作方便最近几年来，PLC的应用面越来越大，目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、供水、造纸、装卸等各种行业。PLC的应用范围通常可分成五种类型A顺序控制这是PLC应用最为广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产线控制等。B运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。但在每个轴移动时，位置模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。C过程控制PLC能控制大量的物理参数，例如温度、流量、压力和速度。PID模块提供了PLC具有闭环控制的功能。当过程控制中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。D数据处理在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数字控制（CNC）设备紧密结合的趋势。E通讯为了适应近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统的发展需要，许多厂家开发了PLC之间、PLC与上级计算机之间具有通讯功能。33TD200简介331概述TD200文本显示器是所有SIMATICS7200系列操作员界面问题的最佳解决方法。TD200连接简单，只需用它提供的连接电缆接到S7200系列PPI接口上即可。不需要单独的电源。操作时不必对TD200进行组态和编程。唯一存储在TD200里的操作参数是TD200的地址、CPU的地址、波特率和参数块的位置。TD200的组态存储在CPU可变存储器（V存储器）里的一个TD200参数块内。TD200操作参数，例如语言、更新速率、信息和信息使能位，存储在CPU中TD200参数块内。上电后，TD200从CPU读参数块。对所有参数均进行合法性检查。如果一切合格，TD200开始主动轮询信息使能位一决定要显示的信息，并从CPU读取信息，然后显示信息。332TD200具有的用途显示信息在控制系统中起设定和修正参数的作用，例如改变动作、报警等的设定值，设定实时时钟的时间等。可以提供8个由用户自定义的功能键。提供密码保护。333TD200具有的特点牢固的塑料壳，前面板IP65防护等级。27MM的安装深度，无需附件即可安装在箱内或面板内，或用作手持设备。背光LCD液晶显示即使在逆光情况下也易看清。人体工学设计的输入键位于可编程的功能键上部。TD200中文版内置国标字库内置连接电缆的接口如果TD200与S7200系列之间距离超过25M，需接额外电源。这时用PROFIBUS总线电缆连接。334TD200具有的功能文本信息的显示用选择项确认方法可显示最多80条信息，每条信息最多可包括4个变量。五中系统语言可设定实时时钟提供强制I/O点诊断功能提供密码保护功能过程参数的显示和修改，参数在显示器中显示并可用输入键进行修改，例如，进行温度设定或速度改变。可编程的8个功能键可以替代普通的控制按钮，作为控制键。这样还可以节省8个输入点。可选择通讯的速率。输入和输出的设定8个可编程功能键的每一个都分配了一个存储器位。例如这些功能键可在系统启动、测试时进行设置和诊断。又例如可以不用其它的操作设备即可实现对电动机的控制。可选择显示信息刷新时间。335TD200的主要部件TD200是一个小巧紧凑的设备，配备有与S7200CPU连接所需的全部部件。如图33所示，部件说明如表33。图33TD200的主要部件主要部件的说明表33TD200主要部件说明部件说明文本显示区文本显示区为一个背光液晶显示（LCD），可显示两行信息，每行20个字符。它使你可以看到从S7200接收来的信息。垫圈TD200随机提供一个垫圈，用于在恶劣环境安装使用。通讯端口通讯端口是一个9针D型连接器，它使你可以用提供的TD/CPU电缆把TD200连接到S7200CPU。电源连线可以通过TD200右边的电源接入口，把外部电源连接到TD200。当使用TD/CPU电缆时，则不需外部电源。TD/CPU电缆通过TD/CPU电缆可以与TD200通讯并向其提供电源。它是9针直通的电缆，与TD200随机提供。用户标签用户标签是严格插入式标签，可以根据您的应用改制功能键标签。键TD200有9个键。其中有5个键提供预定义的、上下文有关的功能，其余4个键用户可定义起功能。垫片包括有自粘的垫片，用于把TD200安装在安装面上。336TD200键盘的特点TD200键盘共有9个键。5个预定义、上下文有关的命令键，说明如表34所示。4个用户定义的功能键（F1，F2，F3，F4）。在S7200CPU程序中可以定义这4个功能键，设置一个M位。程序可以用这个位去触发一个特定的动作，说明如表35所示。命令键的说明表34命令键说明命令键说明ENTER用此键写入新数据和确认的信息。ESC用此键转换DISPLAYMESSAGE方式和MENU方式，或紧急停止一个编辑。UPARROWUP箭头用于递增数据和上卷光标到下一个更高优先级的信息。DOWNARROWDOWN箭头用于递减和卷动光标到下一个较低优先级的信息。SHIFTSHIFT键转换所有功能的数值。当按SHIFT键时，在TD200显示区的右下方显示一个闪烁的S功能键的说明表35功能键说明功能键说明F1功能键F1设置标志位MX0。如果按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F1，则F1设置标志位MX4。F2功能键F2设置标志位MX1。如果按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F2，则F2设置标志位MX5。F3功能键F3设置标志位MX2。如果按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F3，则F3设置标志位MX6。F4功能键F4设置标志位MX3。如果按SHIFT键的同时（或预先按下SHIFT键）按下功能键F4，则F4设置标志位MX7。33YTT150型差动远传压力表YTT150型差动远传压力表是二线制本质安全型防爆仪表，用于检测对铜和钢及其合金不起腐蚀的液体、气体和蒸汽的压力。仪表在进行压力指示外，还连续输出与被测压力成线性关系的420MA直流信号。该表用于水压恒定的PID检测环节。341技术指标1测量范围0103（MPA）2输出信号420MADC，二线制3精度等级15级4负载电阻2503505供电电源直流24（1015）6工作环境温度1055度；相对湿度85342工作原理被测液体压力通过弹簧管产生位移，再通过齿轮转动机构放大使指针指示压力值。弹簧管的末端同时带动铁芯移动，使差动变压器输出一个跟压力成正比的电压，此电压经转换电路变成420MA直流电流输出，其原理图如图33所示弹簧管差动变送器24VDC转换电路图33工作原理图第四章控制系统的软件系统41TD200的设定411TD200组态向导在STEP7MICRO/WIN32中打开“工具”菜单，点击“TD200精灵”，根据提示对TD200进行设定。需要设定的具体内容包括A）选择语言和字符集TD200组态向导的第一个对话框，用来选择语言和字符集。这个选择不影响显示在TD200上的用户消息文本。B启用TIMEOFDAY,FORCE功能和口令保护利用TIMEOFDAYTODHE强制菜单的选择，可以分别地启用TODCLOCK菜单或FORCE菜单。选择项启用后，即可访问TD200里的相应的菜单。如果此菜单没有启用，它将不在TD200MENU方式里出现。口令保护选择项可以使能一个4位数字的口令（从0000到9999）。这个口令控制操作人员编辑嵌入在消息里的变量和访问MENU方式的能力。如果启用口令保护，对话框中将出现一个字段来设置口令。该口令不是CPU口令。该口令存储在TD200参数块中并只影响访问编辑TD200的功能。C确定功能键存储位和显示更新速率利用TD200组态向导对话框可以指定TD200功能键的标志字节（M存储器）地址和决定TD200的更新速率。当按功能键时，必须保留标志存储器的8个位供TD200使用。当按一个键时，程序检查这些位置并完成一个动作。每按一次相应的功能键，TD200就置位一个M位。甚至在程序不使用功能键时，也应经常保留一个MAREA地址。如果不打算使用功能键，就没有给功能键指定一个M字节地址的话，TD200就给功能键缺省设定到字节M0中的位，同时又有用户按任何一个功能键，TD200就将M0中的相应位置置位，程序就重写了赋予那个位的数值。更新速率选择项决定TD200为显示的消息多长时间轮询一次S7200CPU。由于消息的长度、需要的处理情况或网络信息的流通量等因素，实际更新时间要比所选择的时间慢。D选择消息的长度和消息的数量利用TD200组态对话框可以设置消息的长度和消息的数量。可供选择的消息长度为20或40个字符（对中文字符，选择文本的1行或文本的2行）。TD200最多可以支持80条消息。输入一个180之间的数到文本字段，以确定要建立的消息数目。E指定参数块地址、消息使能位地址和消息位置TD200在CPU的V存储器里寻找参数块。参数块的缺省位置时VB0。消息使能标志的起始字节决定了V存储器里消息使能标志开始的位置。缺省位置是14发。每个字节存储有8个消息使能标志位。即使不是左右的位都使用，全部字节也必须分配给消息使能标志。“使能标志的起始字节字段”说明消息使能标志需要多少个V存储器的字节（这决定所设置消息的数量）。消息起始字节均定V存储器里地1条消息的起始位置。消息使连续存放在存储器里的。为每条消息保留20或40个字节。F建立只有文本消息利用TD200组态对话框可以输入文本作为一条TD200的消息。对话框还给出消息的起始字节（消息开始地址）。它还给出消息的消息使能位地址。程序用消息使能位控制消息在TD200上显示。将此消息使能位置为1，使TD200读取和现实消息。如果消息数量设置的不是一条，当第一条完成后请单击“下一条”。G把数据嵌入文本消息数据可以存放在TD200显示的消息中间。为显示数据值，必须在消息中为数据和格式消息留有空间。格式消息告诉TD200如何显示和编辑数据值。格式消息要求在消息中有2个字符的空间。字数据值除格式信息外还要求2个字符的空间（共计4个字符）。双字或实数（浮点）值除格式信息外还要求4个字符的空间（共计6个字符）。当在消息中插入数据值时，必须确保显示的当前行上有足够的字符来容纳格式信息和嵌入的数据值。在TD200显示中，把嵌入数据值最右边的字符当作此值得锚点。在TD200显示的消息中，数据值总是右侧对齐锚点的。当数据值变长时，要用到锚点左边更多的空格。在文本的末端与锚点之间，务必流出足够的空间，为数据值的预期长度做好准备。显示一个数值所用的显示字符数随这个数值的长度而变。显示一个数字所需的字符数不同于在消息中存储嵌入数据值所需的字符数。要求的显示字符的数量决定于那个数字在特定应用中的数值长度。TD200以十进制数形式显示全部数值。显示正值不带符号，显示负值在前面加一个负号，显示无符号值不带符号。全部分数在前面加0。实数按照规定的小数位显示。数值舍入到规定的小数位。H格式化嵌入数据值单击“数据格式”，显示数据格式对话框。这个对话框可以指定一个嵌入数据值的数据类型、格式和显示特性。还可以选择消息是否需要确认，数据值是否可以编辑和编辑是否需要口令。可以决定有些选择项，在对话框打开时不出现。数据格式选择决定嵌入消息的数据值的长度NONE为当消息需要确认，但是没有嵌入数据值在TD200上显示时。当嵌入数据值是一个整数时，选择“WORD”。一个字或整数值需要消息中2个字符的空间来容纳数据值。当嵌入数据值是一个双字或一个实（浮点）值时选择“DOUBLEWORD”。一个双字或实值需要信息中4个字符的空间来容纳数据值。显示格式选择告诉TD200，数据值是带符号的还是不带符号的，TD200在编辑数据值时要用到这个信息。带符号的值可以是正数或负数。不带符号的值只限于正数。选择小数点右边的位数，为数据值显示提供定位。如果数据值是个整数，这个选择可以用确定小数点位置的办法来定位显示的整数值。“数据格式”对话框包含一个复选框来要求对消息的确认。如果一个消息要求确认，它将在TD200显示去上闪烁，直到操作员按ENTER。对话框还包括一个允许编辑数据值的复选框。如果这个选项被选中，操作员就可以编辑嵌入数据值；如果这个选项没有被选中，就不能编辑数据。对话框还列出了消息中数据值的地址。用户程序用这个地址把数据值写入信息。口令保护复选框决定是否要对编辑这个数据值设定一个口令。如果选中，操作员必须在输入一个口令之后才能允许编辑数据值。当完成此信息中嵌入数据值的选择之后，单击“下一条”。I建立要确认的消息为了确保操作员对重要消息的显示和确认，可以组态一个要求确认的消息。此消息在TD200上显示时闪烁，操作员必须按TD200上的ENTER键确认此消息。当消息被确认后，发生下列事情消息停止闪烁。CPU中的确认标志位置位。CPU中此消息的此消息使能位复位。在消息中嵌入一个格式字以强制消息的确认。格式字告诉TD200如何显示此消息。格式字使用消息中两个相连的字符。由于此格式自不涉及数据，因此可以放置在消息中的任何位置（只要不是末尾）。格式字符在TD200显示上表现为空。单击“完成”，退出TD200组态向导。JTD200参数块和信息设定完成后，TD200组态向导自动生成一个包括TD200参数块和消息的数据块保存所设定的信息。412TD200的设定TD200最多可以设定80条信息。在本控制系统中共设定了5条信息，每条信息占40个字符的位置，信息内容起始字节为VW40，为保证数据安全为TD200设定密码1111。第一条是一条提示信息（CANSHUSHEZHI），信息启动位为V147。为了方便用户迅速查看后面四条信息中新设定的信息内容，为了在实际操作中对参数修改的方便，第一条信息必须认可，认可通知位为V551。第二条是一条可编辑的变量（T37TIME），信息起动位为V146。在第二条信息中嵌入了1个数据，用作程序中定时器T37的时间参数，数据格式为无符号整数字格式，这个数据允许用户编辑，但编辑时需要密码。第三条是一条可编辑的变量（T38TIME），信息启动位为V145。在第三条信息中嵌入了1个数据，用作程序中定时器T38的时间参数，数据格式为无符号整数字格式，这个数据允许用户编辑，但编辑时需要密码。第四条信息也是一条可编辑的变量（T39TIME），信息启动位是V144。在第四条信息中嵌入了1个数据，用作程序中定时器T39的时间参数，数据格式为无符号整数字格式，这个数据允许用户编辑，但编辑时需要密码。3个可编辑数据的编辑通知位分别为V892、V1292、V1692，3个数据的地址起始位分别为VW91、VW131、VW171。第五条信息是一条提示信息（SHEZHIWANCHENG），无编辑，无认可。其余项目保持系统默认设定。对TD200设定完成以后，变成软件STEP7MICRO/WIN32自动生成一个数据块保存所设定的信息，该数据块的详细内容如下/BEGINTD200_BLOCK0/不应编辑或删除本块内的注释/VB0TDVB21610/将语言设定为英语,UPDATE更新设定为尽可能快VB316F1/将显示设定为40字符模式UP上键V32DOWN下键V33VB45/设定消息数目VB50/将功能键通知位设定为M00M07VW640/将消息起始地址设定为VW40VW814/将消息启动位起始地址设定为VW14VW101111/全局密码如启动VW121/字符组拉丁语1/MESSAGE1/信息启动位V147VB40CANSHUSHEZHIVB551601/无编辑认可通知V551无密码VB561600/无数据小数点右侧0数位；VB57/MESSAGE2/信息启动位V146VB80T37TIMEVB891618/编辑通知V892无认可编辑要求密码VB901610/带符号字小数点右侧0数位；VW91160000/嵌入数据值将显示数据移至此处。VB93/MESSAGE3/信息启动位V145VB120T38TIMEVB1291618/编辑通知V1292无认可编辑要求密码VB1301610/带符号字小数点右侧0数位；VW131160000/嵌入数据值将显示数据移至此处。VB133/MESSAGE4/信息启动位V144VB160T39TIMEVB1691618/编辑通知V1692无认可编辑要求密码VB1701610/带符号字小数点右侧0数位；VW171160000/嵌入数据值将显示数据移至此处。VB173/MESSAGE5/信息启动位V143VB200SHEZHIWANCHENG/ENDTD200_BLOCK042可编程控制器的程序设计TD200设定好以后，根据控制要求建立梯形图。编译正确后，把程序和数据块下载到CPU。将TD200连接到CPU查看用TD200向导建立的消息。按F1键，编辑信息中的变量。按ENTER键，编辑设定值；再按ENTER键，查阅确认信息。按ESC键，选择VIEWMESSAGE选项，浏览建立的信息交流变频调速恒压供水控制系统的梯形图程序如图41所示图41供水系统梯形图程序图41供水系统梯形图程序（续）图41供水系统梯形图程序（续）43变频器的参数设定本控制系统采用SIEMENS公司的MMV300/3变频器控制输出，以实现恒压供水的目的。根据MMV300/3具有内置PID调节功能及输出继电器RL1、RL2的可编程功能，运用PLC的逻辑控制功能，实现变量泵和定量泵自动切换，维持水压的恒定。421水压闭环调节的原理该系统的水压闭环调节的原理是在水泵输出管上的压力传感器将出水的压力转换成420MA直流电源输入变频器，该信号与压力给定值相比较，经PID运算，控制变频器的输出频率，从而控制供水泵电机转速，达到输出供水水压稳定在设定的压力上。422PID调节功能简介（1）比较与判断功能设压力给定信号为XP1，压力传感器的反馈信号为XF，PID调节首先对上述信号进行比较，得到偏差信号XXXP1XF接着根据X值判断如下X为“”，说明供水压力低于给定值，水泵应升速。X大，说明供水压力低得较多，应加快水泵的升速。X为“”，说明供水压力高于给定值，水泵应减速。X大，说明供水压力高出较多，应加快水泵的减速。图42A所示是用水量从Q1增大至Q2的情况，图42B所示，是PID调节器中得到偏差信号的情形。用水量Q增大了，引起供水不足，供水压力下降，于是出现了偏差信号X。图中，供水压力用与之对应的压力信号XP来表示。XP的大小与供水压力成比例，但具体数值因压力变换器的型号的不同而各异。仅仅依靠X的变化来进行上述控制，虽然也基本可行，但在X值很小时，反应不够灵敏，不可能使X减小为0，而存在静差。（2）P（比例）功能简略地说，P功能就是将X值按比例放大。这样，X值即使很小，也被放大得足够大，使水泵的转速得到迅速的调整，从而减小静差。但是，另一方面，P值设定得大，则灵敏度高，供水压力XP到达给定值XP1的速度快。但由于拖动系统有惯性的原因，很容易发生超调（供水压力超过了给定值）。于是又必须向相反方向回调，回调也容易超调，。结果，使供水流量Q在新的用水流量值处振荡，如图42C所示；而供水压力XP则在给定值XP1处振荡，如图42D所示。AQ12Q图42PID功能示意图A用水流量增大B）供水压力下降CP调节后的供水流量DP调节后的供水压力EPI调节后的供水流量F）PI调节后的供水压力GPID调节后的供水流量HPID调节后的供水压力（3）I（积分）功能振荡现象之所以发生，主要是水泵的升速过程和降速过程都太快的缘故。I（积分）功能就是用来减缓升速和降速的功能，以缓解因P功能设定过大而引起的超调。I功能和P功能相结合，即为PI功能。图42E所示为经PI调节后的供水流量Q的变化情形；而图42F所示则是经PI调节后供水压力XP的变化情形。但是，I值设定过大，会拖延供水流量重新满足用水流量（供水压力重新达到给定值）的时间。（4）D（微分）功能为了克服因I值设定过大而带来的缺陷，又增加了D（微分）功能。D功能是将X的变化率（DX/DT）作为自己的输出信号。当用水流量刚刚增大、供水压力XP刚下降的瞬间，DX/DT最大；随着水泵转速的逐渐上升，供水压力XP的逐渐恢复，DX/DT将迅速衰减。D功能和PI功能想结合，便得到PID调节功能。D功能加入的结果是，水泵的转速将首先猛升一下，然后又逐渐回复到只有PI的状态，从而大大缩短了供水压力XP回复到给定值的时间。图42G所示是经PID调节后的供水流量Q的变化情形，图42H所示则是经PID调节后供水压力XP的变化情形。421变频器的参数设定根据本控制系统的控制要求，将变频器的参数设定如表41所示表41变频器参数设定及说明参数号参数值说明P0093所有参数可被读写P0010输出频率P0061模拟式输入。通过模拟量输入信号完成P0070运行，点动和反转键被禁止，控制由开关量输入完成P0111关断后有效。即使当变频器断电后，通过/键改变的设定值仍可被存储P0517选择控制功能，DIN1（端子5），向右点动P0521选择控制功能，DIN2（端子6），向右运行P06113PID闭环控制电机高速极限值P06212PID闭环控制电机低速极限值P0772控制方式，电压/频率平方关系P080082电机铭牌功率因数表41变频器参数设定及说明续参数号参数值说明P08150电机铭牌额定频率（HZ）P0821420电机铭牌额定转速（RPM）P08368电机铭牌额定电流（A）P084380电机铭牌额定电压（V）P0853电机名铭牌的额定功率（KW）P0871外部PTC有效P0881当按下运行键时，变频器将自动测定定子电阻，存入P089中P1113变频器的额定功率（KW/HP）P1126变频器类型，MMVP11326变频器型号，MMV300/3P1250反向禁止。禁止任何来源的反向命令P2011闭环过程控制，使用模拟量输入2作为反馈信号P202100比例增益P2031S积分增益P20402S微分增益P32150对应输入最小值即4MA的频率值。与P323及DIP选择开关4、5设定有关P32215对应输入最大值即20MA的频率值。与P323及DIP选择开关4、5设定有关P9103远程控制，但频率通过本机控制P922204软件版本号，（不能被修改）结论在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水。PLC是成熟的工控产品，它采用模块化结构设计，组态灵活，具有通讯功能，编程方便。应用它结合变频器实现恒压供水，具有很高的可靠性，降低了能耗，提高了供水质量，创造了很好的经济效益和社会效益。具有很好的应用推广前景。而且MMV300/3变频器具有内置PID调节功能，将远传压力信号直接加在变频器输入端，调节方便，易于掌握。比扩展PLC模拟量输入模块进行PID编程调节简便，加上TD200操作员界面的应用，使控制系统变得简单、方便、实用。变频器恒压供水控制通过供水管道上的远传压力表，输出010V模拟量信号送入变频器，来自动调节变频器的输出频率，从而改变水泵的转速，保持供水管网的压力恒定。随着我国供水行业的发展，生产规模的不断扩大，人们生活水平的日益提高，高层楼宇的兴建越来越多，楼宇恒压供水工程具有很大的发展空间。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。本控制系统在设计的过程中，还有一些新的构想，但由于各种因素没能够在此阐述。如（1）能够用TD200操作面板上的功能键控制系统的点动、起动和停止，和控制按钮一起构成多