目录 第1章绪论1 1.1课题来源及研究意义1 1.2水泵调控技术1 1.2.1调速节能分析1 1.2.2常用的调速方式2 1.3主要研究内容4 1.3.1多泵恒压供水的关键问题4 1.3.2本文的主要研究内容4 1.4本章小结5 第2章变频调速恒压供水系统能耗机理分析6 2.1水泵理论及水泵工况点确定的研究6 2.1.1水泵的工作参数6 2.1.2水泵基本性能曲线8 2.1.3水泵理论工况点的确定9 2.2水泵工况的调节10 2.3变频调速恒压供水系统能耗机理分析12 2.3.1水泵工况的调节过程12 2.3.2水泵工况调节与传统节流调节能耗之比较12 2.3.3调速范围的确定13 2.4本章小结14 第3章内置PID变频频器15 3.1 PID控制及其调节规律15 3.1.1经典PID控制及调节15 3.1.2数字PID控制16 3.2数字PID控制器的设计17 3.3本系统内置PID变频器选择17 3.3.1变频器输入输出接口17 3.3.2变频器的外围设备选择17 3.4变频调速恒压系统的基本特点20 3.5本章小结21 第4章可编程控制器PLC 22 4.1 PLC的定义22 4.2 PLC的发展阶段及发展方向22 4.3 PLC的特点与应用领域23 4.3.1可编程序控制器的特点23 4.3.2可编程序控制器与继电器控制系统的比较24 4.3.3可编程序控制器的应用领域24 4.3.4 PLC在现代自动控制系统应用中所面临的问题25 4.4我国常用PLC的性能比较研究25 4.4.1 PLC的一般结构25 4.4.2 PLC基本工作原理26 4.5我国常用PLC的性能特点27 4.5.1 SIMATIC S7系列PLC 27 4.5.2 S7-200系列可编程序控制器27 4.5.3 PLC控制系统设计内容28 4.5.4 PLC控制系统设计步骤29 4.5.5 PLC控制系统的硬件设计29 4.6 PLC控制系统的软件设计31 4.6.1 PLC软件设计概述31 4.6.2软件设计31 4.6.3 PLC程序设计的常用方法32 4.6.4 PLC程序设计步骤33 4.7本章小节35 第5章变频调速恒压供水系统设计36 5.1系统的方案设计及工作过程36 5.1.1系统的方案设计36 5.1.2系统控制方案研究36 5.2控制系统硬件设计37 5.2.1主电路设计37 5.2.2控制电路设计38 5.2.3 PLC配置38 5.2.4基于S7-200楼宇恒压供水系统的控制电路39 5.3本系统程序设计40 5.3.1 PLC程序设计40 5.3.2设置切换延时时间41 5.3.3确保触点互锁41 5.4本章小节41 参考文献42 致谢44 附录45 第4章可编程控制器PLC 4.1 PLC的定义 可编程控制器((Programmable Co
ntroller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Co
ntroller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大的超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Perso
nal Computer )的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 为了使PLC生产和发展标准化，国际电工委(IEC)先后颁布了PLC标准草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过对它的定义: “可编程控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计的，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计的[1,6]。 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 4.2 PLC的发展阶段及发展方向 1, PLC的发展阶段 虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通迅技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分为三个阶段[17]： (1)早期的PLC（60年代末~70年代中期) 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 (2)中期的PLC (70年代中期~80年代中、后期) 在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块，使PLC得应用范围得以扩大。 (3)近期的PLC (80年代中、后期至今) 进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。 2,PLC的发展方向 PLC是一门综合技术，其发展与微电子技术和计算机技术密切相关。随着可编程序控制器应用领域的不断扩大，它本身也在不断发展。目前PLC主要朝两个方向发展。[3,4] (1)小型化方向发展 目前的小型PLC大都局限在开关量的输入输出，而且CPU和1/O部件组装在一个箱体内，今后的小型PLC也将增加模拟量的处理功能，而且也将有灵活的组态特性，并且能与其它机型连用。 小型PLC的基本特点是价格低廉、经济可靠，适用于回路或设备的单机控制，便于“机电仪”一体化。但免不了要牺牲一些用户使用的方便性。既要简单经济，又要不断增强功能和使用的方便性是小型PLC的发展方向。 (2)大型化方向发展 主要包含以下几个方面: ①功能不断加强:不仅具有逻辑运算、计数、定时等基本功能，还具数值运算、模拟调节、监控、记录、显示、与计算机接口、通讯等功能。 ②网络功能是PLC发展的一个重要特征。各种个人计算机，图形工作站、小型机等都可以作为PLC的监控主机或工作站，这些装置的结合能够提供屏幕显示、数据采集、记录保持、回路面板显示等功能。大量的PLC联网及不同厂家生产的PLC兼容性增加，使得分散控制或集中管理都能轻易地实现。 ③应用范围不断扩大:不仅能进行一般的逻辑控制，还能进行中断控制、智能控制、过程控制为、远程控制等。 ④用于过程控制的PLC往往对存贮器容量及速度要求较高，为此，开发了高速模拟量输入模块，专用独立的PID控制器，多路转换器等，使得数字技术和模拟量技术在可编程序控制器中得到统一。 ⑤编程软件的多样化和高级化:采用多种编程语言，有面向顺序语言和面向过程控制系统的流程图语言;还有与计算机兼容的高级语言，如BASIC, C及汇编语一言;另外还有专用的高级语言，例如三菱的MELSAP采用编译的方法将语句变为梯形图程序;也有采用布尔逻辑语言的。PLC也将具有数据库，并可实现整 用网络的数据库共享。还将不断发展自适应控制和专家系统。 ⑥构成形式的分散化和集散化:PLC与I/0口分散，PLC本身也可分散，分散的PLC可以连用，这样可将集中控制存在的“危险集中”化为“危险分散”。分散的PLC与上位机结合构成集散系统，分散地进行控制，这就便于构成多层分布式控制，以实现整个工厂或企业的自动化控制和管理。