技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1課題研究的目的及意義1</p><p>　　1.2設(shè)計的內(nèi)容1</p><p><b>　　2總體方案設(shè)計3</b></p><p&g

2、t;　　2.1技術(shù)供水系統(tǒng)簡介3</p><p><b>　　2.2方案比較4</b></p><p>　　2.3方案論證與選擇5</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計6</b></p><p>　　3.1軸流式水輪機6</p><p>　　3.1.1 ZZ560

3、-LH—1130水輪機6</p><p>　　3.1.2水輪機軸承7</p><p>　　3.2 可編程邏輯控制器PLC8</p><p>　　3.3 PLC通信模塊10</p><p>　　3.4溫度檢測模塊11</p><p>　　3.5流量控制模塊16</p><p>　　3.

4、5.1 模擬量輸出模塊16</p><p>　　3.5.2 電動調(diào)節(jié)閥19</p><p>　　3.6壓力控制部分20</p><p>　　3.6.1壓力傳感器20</p><p>　　3.6.2模擬量輸入模塊21</p><p>　　3.6.3變頻器21</p><p>　　3.6

5、.4水泵的選擇22</p><p>　　3.7 液位傳感器及電磁閥的選型23</p><p>　　3.7.1 電磁閥23</p><p>　　3.7.2液位傳感器23</p><p>　　3.7.3接觸器23</p><p>　　3.8各硬件模塊的連接23</p><p><b

6、>　　4軟件設(shè)計25</b></p><p>　　4.1軟件設(shè)計工具25</p><p>　　4.2主要軟件設(shè)計流程框圖25</p><p>　　4.3 PID控制及參數(shù)整定26</p><p>　　4.4上位機設(shè)計31</p><p><b>　　5結(jié)論36</b>

7、</p><p><b>　　6總結(jié)與體會37</b></p><p>　　7謝辭（致謝）38</p><p><b>　　8參考文獻39</b></p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1課題研究的目的及意義</

8、p><p>　　水電站自動化是電力系統(tǒng)自動化的組成部分，目的是提高發(fā)供電的可靠性，保證電能質(zhì)量及電力系統(tǒng)經(jīng)濟安全運行，同時也有效地改善運行人員的工作條件，最終提高水電企業(yè)的市場競爭力。我國大中型水電廠自動化以計算機監(jiān)控技術(shù)為平臺,經(jīng)過二十多年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟,而我國農(nóng)村中小水電廠的自動化正處于一個推廣應(yīng)用快速發(fā)展的階段。中國農(nóng)村水電或中小水電起源于20世紀(jì)90年代，指總裝機在5萬kW以下水電站及其配套電網(wǎng)。中小水電

9、站的自動化技術(shù)的發(fā)展大致分三個階段：</p><p>　　第一階段為20世紀(jì)70年代以前，基本為傳統(tǒng)的機電電磁技術(shù)。第二階段大約為90年代期間，為計算機監(jiān)控技術(shù)在中小水電站移植試點階段，此階段的狀況是：模仿大中型水電廠的監(jiān)控模式，將大中型水電廠的模式直接搬到中小水電站上來；將用于變電站中的綜合自動化模式略加修改搬到水電站上來；少數(shù)廠家結(jié)合中小水電站的特點，研制開發(fā)出適合于中小水電站的計算機監(jiān)控模式，并致力于推廣應(yīng)

10、用。第三階段為2001年以來，在全國農(nóng)村水電領(lǐng)域展開了全面推廣現(xiàn)代化技術(shù)的工作，經(jīng)過十多年的試點，中小水電站自動化水平已到一個關(guān)鍵的攻堅階段。但是在設(shè)計、設(shè)備選型、設(shè)備管理、資金投入、人才水平等方面與大電網(wǎng)有較大的差距，因此迫切需要加強各方面的力量。而本次的技術(shù)供水系統(tǒng)是專門針對水電站的供水系統(tǒng)而做的，致力與提高水電站技術(shù)供水系統(tǒng)的監(jiān)視和智能控制技術(shù)。技術(shù)供水系統(tǒng)中，水輪機設(shè)備、上導(dǎo)軸承、推力軸承、水導(dǎo)軸承、發(fā)電機空氣冷卻器等等在運行過

11、程中會因為各種的機械損耗，電磁損耗和機械摩擦等等導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，散熱不及時則會對設(shè)備甚至發(fā)電機設(shè)備的癱瘓，所以在處理設(shè)備冷卻上是十分重要的，而技術(shù)供水就是為了解決這個問題的。</p><p><b>　　1.2設(shè)計的內(nèi)容</b></p><p>　　本次設(shè)計的核心內(nèi)容是通過三菱公司生產(chǎn)的功能最強、速度最快的FX系列的FX2N的微型PLC來控制整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。具體是這

12、樣的，首先對于技術(shù)供水系統(tǒng)的了解，技術(shù)供水系統(tǒng)的各用水設(shè)備對水的要求。總的原則是，水量足夠、水壓合適、水質(zhì)良好、水溫適宜。在通常情況下，也就是根據(jù)我過大中型水電站的情況，水量的分配比</p><p>　　例大致是空冷器為70%，推力和導(dǎo)軸承的油冷卻基本是18%，水輪機的導(dǎo)軸承商瑞華用水是5%，水冷式變壓器為6%，其他的用水大致是1%。由于自己的能力不足所以在這一塊的控制上就沒有去考慮，本次設(shè)計所做的重點是，對于機

13、組軸承冷器、發(fā)電機空氣冷卻器等設(shè)備的流量控制、壓力控制和溫度檢測。溫度在這個系統(tǒng)里面是不能控制的，而本次設(shè)計的重點就是，通過實時的對設(shè)備溫度進行檢測，設(shè)備溫度超過正常的工作溫度，通過溫度檢測模塊讀入的信號值反饋到PLC中通過PID調(diào)節(jié)器比較，然后給出一個調(diào)節(jié)值，這個調(diào)節(jié)值通過控制調(diào)節(jié)閥的開度控制管道中的水流量，從而通過增大管網(wǎng)中水的流量，加快設(shè)備的冷卻，來達(dá)到設(shè)備降溫的目的，保證水電站發(fā)電設(shè)備的正常運行和生產(chǎn)。而對于技術(shù)供水系統(tǒng)中管網(wǎng)中

14、壓力是有一定的要求的，軸承冷卻器和發(fā)電機空氣冷卻器，水壓不能超過0.3MPa，冷卻其入口水壓取決于冷卻器和排水管的阻力，一般不能低于0.04~0.075MPa，水冷空壓機的水壓不能低于0.05MPa，水潤滑導(dǎo)軸承的水壓一般為0.15~0.20MPa，水壓低就沒潤滑效果。通過資料等的查閱，對與壓力控制要求非常高，控制起來復(fù)雜，但從數(shù)據(jù)來看，用水設(shè)備</p><p>　　這個水壓合適各個用水設(shè)備的要求，所以這次的設(shè)計

15、決定對壓力控制是保證供水水壓在0.2MPa左右。</p><p><b>　　2總體方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1技術(shù)供水系統(tǒng)簡介</p><p>　　技術(shù)供水系統(tǒng)主要是為水輪機發(fā)電機組和水輪機的輔助設(shè)備的提供冷卻水的一個水路管網(wǎng)系統(tǒng)，另外還有部分的用水是用于機組的潤滑用，有一些水電站的技術(shù)用水還會給消防水補充供水以及生產(chǎn)人員平時

16、的生活提供水。本次設(shè)計的技術(shù)供水主要是圍繞發(fā)電機組水輪機各重要部件的冷卻用水，以及提供給消防水池補給水。</p><p>　　在這個系統(tǒng)中水輪機設(shè)備冷卻的主要的用水設(shè)備是發(fā)電機空氣冷卻器，上導(dǎo)軸承油冷卻器，推力軸承的油冷卻器以及水導(dǎo)軸承的油冷卻器，這幾個部件是水輪機整個設(shè)備中冷卻水用量相當(dāng)大的部分，這些部分因為各種電磁損耗和機械磨損等等產(chǎn)生大量的熱量，如果不能夠及時的的對設(shè)備進行散熱，會造成機組溫度升高，就會對電

17、氣設(shè)備造成極大的損失，嚴(yán)重時會破壞整個電力資源的生產(chǎn)。</p><p>　　本次設(shè)計的技術(shù)供水系統(tǒng)由技術(shù)供水的水源、水輪機的冷卻器用水設(shè)備和溫度、壓力模擬量測控制元件等主要部分構(gòu)成成，技術(shù)供水系統(tǒng)的主要水源從上面技術(shù)供水圖里面看到是蝸殼的水源，當(dāng)這些水源不足以滿足用水設(shè)備需求的時候，系統(tǒng)就會通過檢測切換到蓄水池水源供水，而蓄水池里面的水源通過一個液位信號器檢測反饋蓄水池的水位水量，保證蓄水池水量足夠。在這個技術(shù)供

18、水系統(tǒng)里面還增加了一個消防池的功能，同樣是通過一個液位信號器，實時的檢測水池的水位，水位降低，電氣控制系統(tǒng)及時的給出信號通過水泵向水池里面抽水，這部分的管道開斷選擇的是一個電磁閥，兩個狀態(tài)開關(guān)。在主要的水輪機冷卻器里面的用水系統(tǒng)中，根據(jù)各個設(shè)備的要求溫度、供水壓力、水流量等等，在水管路上裝設(shè)壓力表，流量表，以及相應(yīng)的傳感器實現(xiàn)對這些參數(shù)進行監(jiān)控，冷卻器設(shè)備主要的參數(shù)就是溫度，在設(shè)備上面裝設(shè)溫度傳感器通過特殊的功能模塊對溫度監(jiān)視，通過反饋

19、的信號控制系統(tǒng)對溫度值高于預(yù)設(shè)值的設(shè)備所在的水管網(wǎng)路通過控制電動調(diào)節(jié)閥，增加水路上的水流量，加快設(shè)備的冷卻。用水設(shè)備對水的要求，基本上滿足是水量足夠、水壓適宜、水溫合適和水質(zhì)較好就可以了。</p><p><b>　　2.2方案比較</b></p><p><b>　　2.2.1方案一</b></p><p>　　這個方案

20、一單片機為核心控制整個系統(tǒng)，原理框圖如下圖所示：</p><p>　　圖2.1 單片機控制系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　2.2.2方案二</b></p><p>　　在這個方案中，用到的是PLC作為控制核心，其原理框圖如下所示：</p><p>　　圖2.2 PLC控制系統(tǒng)原理框圖</p>&l

21、t;p>　　2.3方案論證與選擇</p><p>　　在以上所介紹的兩種方案中，第一中方案選擇的是以51或者52單片機作為技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制的核心控制器，通過A/D模塊接受來自壓力傳感器和溫度傳感器的信號然后通過單片機的控制程序，調(diào)節(jié)控制技術(shù)供水系統(tǒng)的流量、壓力等，這種方案單片機控制頗為麻煩，而且效率不高，處理器要求高，I/O控制點數(shù)太少，另外單片機的穩(wěn)定性不好，外圍電路繁瑣，一不小心就容易出現(xiàn)故障，單片

22、的內(nèi)部可擴展的功能模塊相對不多，性價比相對來說比較低。方案二中，選擇以PLC作為技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制的核心控制器，PLC的整體結(jié)構(gòu)比起單片機更加的模塊化，封裝良好，沒有很多的外圍電路，對于三菱公司的PLC還有很多結(jié)構(gòu)化的特殊功能模塊，對于模塊擴展非常容易。PLC相對單片機有很大的儲存能力，分用戶儲存器和系統(tǒng)儲存器，系統(tǒng)儲存器，用于放置生產(chǎn)廠商預(yù)置的程序，是PLC的基礎(chǔ)功能，而用戶儲存器包含了程序儲存器和數(shù)據(jù)儲存器，這些儲存器的容量小的有

23、1K，大的則可以達(dá)到幾兆，當(dāng)然這是根據(jù)廠家技術(shù)和需要來生產(chǎn)的，PLC擁有很多的I/O口完全能夠滿足本次的設(shè)計需求，在編程語言方也是比較簡單易懂的，加上其豐富的控制指令，與方案一相比的方案二，通過PLC作為</p><p><b>　　3系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　本次設(shè)計的技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制是PLC控制電機水泵、閥門達(dá)到控制冷卻水流量、溫度，在本系統(tǒng)中采用

24、特殊功能模塊，溫度模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT對溫度進行采集反饋給讀入PLC，壓力變送器通過調(diào)節(jié)器A/D模塊讀入PLC,通過PLC某種控制方式程序計算比較與設(shè)定值的關(guān)系，輸出信號通過模擬量輸出模塊輸出模擬點信號控制閥門、電機的動作從而控制整個技術(shù)供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保證發(fā)電站電氣設(shè)備正常生產(chǎn)。本次設(shè)計的技術(shù)供水對象主要是水輪機中的各個冷卻器，所以對水輪機需要一個基本的認(rèn)識，對其基本的機構(gòu)有基礎(chǔ)的了解。下面會稍微介紹本次技術(shù)供水系

25、統(tǒng)原型的水輪機的一個大概。</p><p><b>　　3.1軸流式水輪機</b></p><p>　　3.1.1 ZZ560-LH—1130水輪機</p><p>　　如下圖所示，ZZ560-LH—1130軸流式水輪機結(jié)構(gòu)，立軸、混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑1130cm。水輪機基本參數(shù)：最大水頭27m,最小水頭10.6m，額定轉(zhuǎn)速54.6r/min，

26、飛逸轉(zhuǎn)速120r/min，額定輸出功率175.3MW，額定流量1130m，安裝高程36.6m。</p><p>　　圖3.1 ZZ560-LH-1130型水輪機</p><p>　　蝸殼為混凝土蝸殼，蝸殼包角180度。導(dǎo)水機構(gòu)的型式為徑向式，活動導(dǎo)葉32個，導(dǎo)葉不知圓直徑1.31m，導(dǎo)葉高度4.54m。導(dǎo)葉密封采用橡膠密封，防止沙進入軸頸，導(dǎo)葉中下軸都采用了橡膠密封。導(dǎo)水機構(gòu)的傳動機構(gòu)為叉

27、頭式，保護裝置為剪斷銷導(dǎo)水機構(gòu)接力器2只900mm的環(huán)形接力裝置，活塞與控制環(huán)直接連在一起。主軸型式為雙法蘭空心結(jié)構(gòu)，軸的中心有操作用的油管，與軸領(lǐng)分段加工后接成整體。水導(dǎo)軸承瓦式導(dǎo)軸承，在油槽的下面部分裝設(shè)有油冷卻器。在軸承下面裝置可調(diào)的水壓密封，為防止移動時順壞，在密封蓋設(shè)置減壓排水閥，這樣設(shè)置自動補償密封塊的磨損量，還能夠保值密封面的壓力恒定，另外還可以阻擋泥沙進入密封面。</p><p>　　3.1.2水

28、輪機軸承</p><p>　　導(dǎo)軸承是為了保持主軸中心位置平衡，承受徑向力而存在的軸承。水輪機導(dǎo)軸承的主要作用承受機組運行中主軸傳來的振擺力和徑向力限制主軸軸線的位置，在布置上靠</p><p>　　近轉(zhuǎn)輪，保證主軸穩(wěn)定性、可靠性。根據(jù)潤滑介質(zhì)不一樣，有水潤滑和油潤滑導(dǎo)軸承，下面分別介紹。</p><p>　　水潤滑導(dǎo)軸承主要固定在頂蓋上的鑄鐵軸承體和固定在軸承體頂

29、部的水箱組成。軸體內(nèi)壁裝設(shè)橡膠軸瓦，和主軸形成的間隙經(jīng)過螺釘調(diào)節(jié)，軸瓦上有溝槽，方向與軸的轉(zhuǎn)動方向適應(yīng)，清潔水經(jīng)溝槽進入瓦面，形成潤滑水膜，從而起到潤滑和冷卻軸瓦的功能。水潤滑導(dǎo)軸承軸瓦材料都用的是橡膠，結(jié)構(gòu)簡單安裝方便而且成本不高。結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖3.2水潤滑導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)</p><p>　　油潤滑導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)型式有分塊軸瓦式、圓筒瓦式導(dǎo)軸承。主要由軸承體、軸瓦和調(diào)

30、整螺釘構(gòu)成軸承體安裝在頂蓋，軸瓦浸入油中，水輪機運行時冷油浸入軸瓦面形成油膜。對軸瓦潤滑和冷卻，此時油的溫度上升從軸承體頂流出，然后經(jīng)它們之間的通道回到軸領(lǐng)，形成一個自循環(huán)的系統(tǒng)，軸承體內(nèi)設(shè)冷卻器對回流的油進行降溫，在內(nèi)部還裝設(shè)有溫度信號器，過高及報警，這個型的導(dǎo)軸承受力均勻，軸瓦塊有自動調(diào)節(jié)力，安裝、檢修間隙調(diào)節(jié)方便，但成本較高。</p><p>　　圓筒瓦式導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)常見三種，帶轉(zhuǎn)動油盆的圓筒式導(dǎo)軸承、導(dǎo)軸

31、領(lǐng)的圓筒式導(dǎo)軸承和帶畢托管的圓筒式導(dǎo)軸承，主要結(jié)構(gòu)和工作原理相似。</p><p>　　這種軸承的特點是在主軸旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)動油盆的油受旋轉(zhuǎn)離心力的作用從油嘴進入軸瓦下部的環(huán)狀油槽，然后沿軸瓦面斜油溝導(dǎo)全部瓦面，熱油排進油箱，經(jīng)過冷卻器從回油管道流回油盆，形成循環(huán)。工作可靠，使用壽命長成本低，被廣泛接受使用。</p><p>　　如下圖所示，導(dǎo)水機構(gòu)的工作原理圖：</p><

32、;p>　　圖3.3導(dǎo)水機構(gòu)工作原理圖</p><p>　　圖示兩個接力器的工作情況，導(dǎo)葉此時處于中間開度，檔接力器腔體收到調(diào)速系統(tǒng)過來的壓力油后，便能控制接力器的推拉桿運動從而改變導(dǎo)葉的開度達(dá)到調(diào)節(jié)水輪機流量的效果。</p><p>　　3.2 可編程邏輯控制器PLC</p><p>　　可編程邏輯控制器，也就是PLC，它是以微處理器為基礎(chǔ)出現(xiàn)的通用工業(yè)控制系

33、統(tǒng)裝置，其應(yīng)用范圍廣大，是當(dāng)代工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的核心支柱之一，在民用和家庭自動化方面也有了飛速的發(fā)展。PLC的出現(xiàn)，帶來了新的控制理念、全新的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電-接觸器控制系統(tǒng)沒有辦法可以相比較的各種強大的功能。基于在大學(xué)期間自己學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是三菱公司PLC，而且對于本次設(shè)計技術(shù)供水控制系統(tǒng)相對不大，三菱公司生產(chǎn)PLC是能夠完全可以滿足本次設(shè)計的需求，在本次的設(shè)計中選用的是三菱公司生產(chǎn)的FX系列中功能強大、速度極高的FX2N微型PLC作

34、為本次設(shè)計的核心控制器。FX2N外形結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.4FX2N外形結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　FX系列各子系列FX1S、FX1N、FX2N和FX2NC的PLC的外觀、高度、深度沒有太大的差別，高度90mm，深度75mm(FX1S和FX1N系列)、87mm（FX2N和FX2NC系列），內(nèi)置DC 24V電源可以作為輸入回路的電源與傳感器電源使用，很合適在機電一體化

35、的產(chǎn)品中使用。</p><p>　　表3.1 FX各子系列的性能比較</p><p>　　FX1S的功能簡單實用，價格低適用于小的開關(guān)量控制系統(tǒng)；FX1N最多能夠配置128個I/O點，適用于要求高的中小系統(tǒng)；FX2N的功能是最強的，能用于要求極高的控制系統(tǒng)中，有很強的通信功能，內(nèi)置8K步RAM，支持?jǐn)U展，最大可以達(dá)到16K步，I/O口可以擴展到256個，機內(nèi)有實時鐘，PID指令用于模擬

36、量閉環(huán)控制。FX系列體積小，功能強大，內(nèi)置高速計數(shù)器，有輸入輸出刷新、中斷、輸入濾波事件調(diào)整、恒定掃描時間的功能，有高速計數(shù)器的專用比較指令。</p><p>　　FX1N和FX2N系列的擴展模塊比較如下表所示：</p><p>　　表3.2 FX1N和FX2N系列的擴展模塊</p><p>　　上表中的擴展模塊都可以用于FX2N和FX1N，F(xiàn)X系列的系統(tǒng)配置非常

37、靈活，除了可以選擇不一樣的子系列，還能夠選用多種的基本單元、擴展單元和擴展模塊，構(gòu)成不同功能和I/O點的系統(tǒng)。同樣FX2N系列還有多種功能擴展板和特殊功能模塊，可實現(xiàn)多軸定位控制。如模擬量輸入輸出模塊、溫度傳感器用模擬量輸入模塊、高速計數(shù)模塊、RS-232C通信接口模塊、RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換接口等。</p><p>　　表3.2 FX2N系列基本單元</p><p>　　根據(jù)

38、本次設(shè)計輸入輸出總點數(shù)、單元類型和輸出形式，選用的PLC型號是FX2N-64MR-001，AC電源，DC 24V輸入，繼電器輸出。</p><p>　　3.3PLC通信模塊</p><p>　　FX系列PLC有強大的通信功能，通信模塊用來完成與其他PLC、其他智能控制設(shè)備或豬計算機之間的通信。FX系列有多種通信功能擴展模塊、適配器和通信模塊，在通過功能擴展板加各種通信模塊，通過這個模塊就實

39、現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈接和外部串行接口設(shè)備的通信。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也需要配備相應(yīng)的通信接口模塊。下面是FX系列支持的五種通信方式：</p><p>　?。?）并行鏈接，使用RS-485通信適配器或者是功能擴展版，實現(xiàn)兩臺FX系列PLC之間的信息自動交換，一臺作為主站，另一臺PLC為從站。用戶不需要編寫通信程序，只需設(shè)置和通信有關(guān)的參數(shù)，兩臺計算機之間就能夠自動傳送數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）N:N

40、鏈接網(wǎng)絡(luò)，使用RS-485通信適配器或者是功能擴展板，實現(xiàn)最多8臺FX系列PLC之間的信息自動交換。一臺是主站，其余的是從站，數(shù)據(jù)為自動傳送。</p><p>　?。?）計算機鏈接，采用專用通信協(xié)議，由計算機發(fā)出讀寫PLC數(shù)據(jù)的命令幀，PLC收到后自動生成和返回響應(yīng)幀，但計算機的程序由用戶編寫?？梢杂糜谝慌_計算機與一臺配有RS-232C通信接口的PLC通信，也可以通過RD-485通信網(wǎng)絡(luò)和最多16臺PLC通信。&

41、lt;/p><p>　?。?）I/O鏈接，采用遠(yuǎn)程I/O控制方式，CPU單元附近的稱為本地I/O，遠(yuǎn)離CPU單元的I/O稱為遠(yuǎn)程I/O，兩者之間的信息交換只需要少量的通信電纜線。</p><p>　?。?）無協(xié)議通信，這種通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)PLC與各種有RS-232C接口設(shè)備之間通信，</p><p>　　通信方式通過RS指令實現(xiàn)。這種方式靈活，PLC與RS-232C設(shè)備

42、之間能夠使用用戶自定義的通信規(guī)約。·</p><p>　　本次設(shè)計會用到一個通信，選用的是FX2N-485-BD模塊，這種通信不需要通信協(xié)議，直接采用RS指令就可以完成外部設(shè)備和PLC的數(shù)據(jù)傳輸通信功能。FX2N-485-BD通信板如下圖所示：</p><p>　　圖3.5FX2N-485-BD通信板</p><p><b>　　3.4溫度檢測模

43、塊</b></p><p>　　本次設(shè)計的技術(shù)供水系統(tǒng)中，溫度的采集反饋回到PLC控制系統(tǒng)中和控制擁有極其重要的作用，對設(shè)備溫度的監(jiān)視及時從而通過PLC調(diào)節(jié)比較控制冷卻水的流量等，從而保證水輪機、發(fā)電機電氣設(shè)備的正常運行，溫度對于各個設(shè)備的運行相當(dāng)?shù)闹匾?lt;/p><p>　　圖3.6溫度讀取反饋圖</p><p>　　本次設(shè)計選用的是特殊功能模塊中的P

44、T-100型溫度傳感器用模擬量輸入模塊FX2N-4AD-PT，F(xiàn)X2N-4AD-PT供三線式鉑電阻PT-100用，有12位4通道，恒流方式下驅(qū)動電流為1mA，分辨率為0.2~0.3oC，綜合精度達(dá)到1%。內(nèi)部裝有溫度變送器和模擬量輸入電路，對傳感器的非線性進行了校正，額定溫度范圍-100~+600oC，數(shù)字輸出量-1000~+6000，轉(zhuǎn)換速度15ms/通道，數(shù)字和模擬電路之間有光隔離，在整個的程序中占用8個I/O點。</p>

45、;<p>　　表3.3FX2N-4AD-PT的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　FX2N-4AD-PT使用的是PT-100傳感器的專用電纜，或這是選擇雙絞屏蔽電纜作為模擬輸入電纜，這樣就和和那些可能產(chǎn)生電氣干擾的線線路隔開。FX2N-4AD-PT的接下圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.7FX2N-4AD-PT模塊接線圖</p><p>　　該模塊在

46、運行的過程中，會占8個I/O口能使用FROM/TO指令與可邏輯編程器PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。下圖為FX2N-4AD模塊的連接方法：</p><p>　　圖3.8通用FX2N-4AD模塊連接方法</p><p>　　在外來的干擾信號較強時，將FG端接地，這樣可以消除大部分的干擾信號。</p><p>　　下表為FX2N-4AD-PT的BFM分配表：</p>

47、<p>　　表3.4 BFM分配表</p><p>　　BFM#28是數(shù)字范圍錯誤鎖存，鎖存每個通道的錯誤狀態(tài)如下表所示：</p><p>　　表3.5 BFM#28位信息</p><p>　　根據(jù)上表可檢查熱電偶是否斷開?！暗汀北硎緶y量溫度下降，低于可測最低溫度時對應(yīng)位為ON，“高”表示當(dāng)測量溫度升高，高于最高可測溫度或熱電偶斷開時，對應(yīng)位為ON。如果出

48、現(xiàn)錯誤，那么在出現(xiàn)錯誤之前的溫度數(shù)據(jù)被鎖存。如果測量值返回到有效范圍內(nèi)問溫度數(shù)據(jù)返回正常運行，錯誤狀態(tài)依然鎖存與BFM#28之中。在錯誤消除以后，可以使用TO指令向BFM#28寫入K0或者關(guān)閉電源，從而清除錯誤的鎖存。BFM#29中的各位的狀態(tài)是FX2N-4AD-PT運行正常與否的信息，具體信息如下表所示：</p><p>　　表3.6FX2N-4AD-PTBFM#29位信息</p><p&g

49、t;　　FX2N-4AD-PT模塊的識別碼是K2040，存放在緩沖儲存器BFM#30中，在傳輸/接受數(shù)據(jù)之前，可以使用FROM指令獨處特殊功能模塊的識別碼，從而確認(rèn)正在對此特殊功能模塊進行操作。</p><p>　　而對于特殊功能模塊三菱PLC有對這個模塊的相對應(yīng)的讀寫指令，如下圖所示：</p><p>　　圖3.9特殊功能模塊的讀寫指令</p><p>　　當(dāng)上圖

50、中X3位ON時將編號為m1(0~7)的特殊功能模塊內(nèi)編號為m2(0~32767)開始的n個緩沖寄存器BFM的數(shù)據(jù)讀入PLC并且存入從[D]開始的n個數(shù)據(jù)寄存器之中。當(dāng)圖中X0為ON時將從PLC基本單元中[S]指定的元件開始n個字的數(shù)據(jù)寫到編號為m1的特殊功能模塊中編號為m2的n各緩沖寄存器之中。</p><p><b>　　初始化程序：</b></p><p>　　圖

51、3.10初始化程序</p><p>　　本次設(shè)計的技術(shù)供水系統(tǒng)中會有檢測4個冷卻器設(shè)備通道上的溫度，上導(dǎo)軸承油冷卻器、發(fā)電機空氣冷卻器、推力軸承油冷卻器、水導(dǎo)軸承油冷卻器，分別對這幾個設(shè)備冷卻器進行溫度的檢測，實時的讀入PLC，當(dāng)讀出的溫度大于預(yù)設(shè)值時，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，以便PLC發(fā)出控制信號，通過控制下面介紹的流量控制模塊，增大流量從而達(dá)到及時降溫的作用，也可以叫控制溫度。</p><p

52、><b>　　3.5流量控制模塊</b></p><p>　　本次設(shè)計的技術(shù)供水系統(tǒng)中的流量控制通過是一個PLC的模擬量閉環(huán)控制，在模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)中，被控制量流量，它是一個變化的模擬量，執(zhí)行機構(gòu)電動調(diào)節(jié)閥要求的是要PLC輸出模擬信號，而PLC的CPU卻只能夠處理數(shù)字量，首先被測量模塊溫度模塊FX2N-4AD-PT測量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號或電流信號，然后在PLC中通過測量的信號值與預(yù)

53、設(shè)的值PID的控制比較，模擬量輸出模塊的D/A轉(zhuǎn)換器將PID控制器輸出的數(shù)字量mv(n)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號或電流信號mv(t)，然后再去控制執(zhí)行機構(gòu)電動調(diào)節(jié)閥控制閥門的3種不同狀態(tài)，關(guān)閉、中間位置、全開，從而達(dá)到控制流量的效果。閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖入下所示：</p><p>　　圖3.11流量閉環(huán)控制框圖</p><p>　　3.5.1模擬量輸出模塊</p><p>　

54、　本次設(shè)計有4路輸入而對應(yīng)的會有4路輸出，所以模擬量輸出模塊選的是FX2N-4DA模塊，F(xiàn)X2N-4DA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，F(xiàn)X2N -4DA安裝時裝在FX2N基本單元的右邊，F(xiàn)X2N -4DA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。FX2N-4DA接線圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.12FX2N-4DA接線圖

55、</p><p>　　它具有2個模擬量輸出通道。這兩個通道都可以輸出0~10V DC(分辨率為2.5mV)、0~5V（分辨率為1.25mV）的電壓信號，或者4~20mA（分辨率為4μA）的電流信號，D/A轉(zhuǎn)換時間為4ms/通道，模擬量輸出端通過雙絞線屏蔽電纜與負(fù)載相連，在整個的程序中占用8個I/O點。FX2N-4DA的技術(shù)指標(biāo)如下表所示：</p><p>　　表3.11FX2N-4DA的技

56、術(shù)指標(biāo)</p><p>　　在使用電壓輸出的時候，負(fù)載的一端接在“VOUT”端，另一端“COM”和“IOUT”需要短接,另一端就接在短接后的“COM”和“IOUT”端。電流型負(fù)載接在“IOUT”和“COM”端。</p><p>　　3.13圖模擬量與數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　FX2N-4DA模塊在出廠時，調(diào)整為輸入數(shù)字值0~4000對應(yīng)于輸出電壓0~10

57、V。如果用在電流輸出，那么久需要FX2N-4DA上的調(diào)節(jié)電位器對偏置值和增益值重新進行調(diào)整，電位器想順時針方向旋轉(zhuǎn)時，數(shù)字值增加。增益是可以設(shè)定為任意的值，但是為了能夠充分的利用好12位的數(shù)字值，比較合適的輸入數(shù)字范圍為0~4000。比如4~20mA電流輸出時，調(diào)節(jié)20mA模擬輸出量對應(yīng)的數(shù)字輸入為4000。電壓輸出時，它的偏置值是0，電流輸出時4mA模擬輸出量對應(yīng)的數(shù)字輸入值就是0。</p><p>　　FX

58、2N-2DA模塊總共擁有32個緩沖儲存器（BFM），F(xiàn)X2N-2DA的BFM分配如下表所示：</p><p>　　表3.12 FX2N-4DA的BFM分配表</p><p>　　但是在通常的情況下只會使用兩個BFM#16和BFM#17：</p><p>　　BFM#16，BFM#16的低8位b7~b0用于輸出數(shù)據(jù)的當(dāng)前值，高8位保留。</p><

59、p>　　存放由BFM#17指定通道的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，D/A數(shù)據(jù)以二進制形式出現(xiàn)，并以低8位和高4位兩部分順序存放和轉(zhuǎn)換。</p><p>　　BFM#17，BFM#17的b0位從“1”變?yōu)椤?”時，通道2的D/A轉(zhuǎn)換開始；b1位從“1”變?yōu)椤?”時，通道1的D/A轉(zhuǎn)換開始；b2位從“1”變?yōu)椤?”時，D/A轉(zhuǎn)換的低8位數(shù)據(jù)被鎖存保持，其余的各位都沒有意義。</p><p>　　3.5

60、.2電動調(diào)節(jié)閥</p><p>　　本次技術(shù)供水系統(tǒng)的流量控制這個部分，通過資料的查詢和老師的指導(dǎo)，用到的是電動調(diào)節(jié)閥，通過控制閥門的開度，來控制水流量。ZDGT電動隔膜調(diào)節(jié)閥由PLS系列和3810系列直行程電動執(zhí)行結(jié)構(gòu)和隔膜閥組成，這種電動閥門可以達(dá)到控制閥門開度，控制流量，液位，溫度一些參數(shù)，但這種閥門屬于耐腐蝕電動隔膜閥，這個閥穩(wěn)定性不高，而對另一種閥門電動單座調(diào)節(jié)閥ZDLP，一樣由PLS系列和3810L系

61、列電子式的執(zhí)行機構(gòu)與單座調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的。</p><p>　　ZDLP電動閥，它的供電的電源為220V AC、50Hz電源，內(nèi)設(shè)有伺服放大器、位置信號發(fā)生器以及閥門位置顯示和位置限位開關(guān)等等，這種電動閥門它能夠直接的接受來自控制儀表或者計算機CPU等輸出的模擬電信號，4~20mA DC或者是電壓信號1~5V DC的控制，對調(diào)節(jié)閥門的開度進行控制，就能夠達(dá)到控制調(diào)節(jié)介質(zhì)水的流量控制了。</p><

62、p>　　本次設(shè)計選用的電動調(diào)節(jié)閥就是ZDLP，下面會介紹一下ZDLP的具體參數(shù)等。ZDLP電動調(diào)節(jié)閥除了可以幾首點信號外，還能反饋相應(yīng)的閥門位置電信號，閥們體為低阻流直通單座上導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，控制的精度較高，流量大，而泄漏量非常小等優(yōu)點。下表為ZDLP電動閥額技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　表ZDLP電動單座調(diào)節(jié)閥技術(shù)參數(shù)</p><p>　　下表為ZDLP電動閥的執(zhí)行機構(gòu)的參數(shù)：<

63、;/p><p>　　ZDLP電動調(diào)節(jié)閥的外形結(jié)構(gòu)，如下圖所示：</p><p>　　圖3.13ZDLP電動調(diào)節(jié)閥的外形結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.6壓力控制部分</b></p><p>　　對于本次設(shè)計的壓力控制部分，是采用恒壓供水控制，如下框圖所示：</p><p>　　圖3.14壓力控制

64、框圖</p><p>　　這部分控制用到的兩臺水泵，相互為備用，為了達(dá)到控制要求的水壓力，是通過壓力傳感器實時的檢測出水口的水壓力，然后通過A/D模塊讀入到PLC中然后通過與PLC中的設(shè)定值比較，當(dāng)水壓達(dá)不到要求時，PLC控制變頻器，通過變頻器改變水泵電機的轉(zhuǎn)速，到達(dá)穩(wěn)定壓力的目的。上圖中的壓力傳感器檢測管中的水壓。水壓傳感器將檢測到的水壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷盒盘査偷絇LC。</p><p&g

65、t;　　3.6.1壓力傳感器</p><p>　　在現(xiàn)代的自動化智能系統(tǒng)中，檢測非常重要，本設(shè)計之中的一個檢測就是壓力檢測，將檢測到的壓力反饋給系統(tǒng)，達(dá)到自動控制。將壓力傳感器安裝在水管網(wǎng)上，把出口壓力信號變成4~20mA變化的電流信號或者是0~10V變化的電壓信號送入PLC的端口進行PID調(diào)節(jié)經(jīng)過運算后和預(yù)設(shè)的壓力參數(shù)進行比較得到一個調(diào)節(jié)參數(shù)送到變頻器，從而變頻器控制調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)水量，達(dá)到供水管網(wǎng)中壓力

66、恒定的控制目的。</p><p>　　本次設(shè)計選用的是YTZ-150型帶電接點式的壓力傳感器，YTZ-150壓力傳感器水壓的檢測范圍是0~1MPa，它檢測的精度達(dá)到了0.01MPa，將檢測到的壓力信號轉(zhuǎn)換成0~10V的電信號。這種傳感器體積小、重量輕、工作可靠。</p><p>　　3.6.2模擬量輸入模塊</p><p>　　壓力信號是連續(xù)變化的模擬量，而PLC的

67、CPU智能處理數(shù)字量，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，在這個模塊上，選用的是FX2N-2AD模擬量輸入模塊。AD轉(zhuǎn)換模塊是將壓力傳感器提供的模擬量的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的信號輸入到PLC中，供PLC對數(shù)據(jù)進行處理和計算。此次選擇的AD轉(zhuǎn)換模塊為三菱公司的FX2N-2AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，它可以將2點的模擬輸入量轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字量，并將這個值輸入到可編程邏輯控制器中。<

68、/p><p>　　圖3.15FX2N-2AD模塊接線圖</p><p>　　該轉(zhuǎn)換模塊有兩個模擬輸入通道，可以選擇電壓輸入或者是電流輸入，這兩個模擬通道可以接受的輸入為0~10VDC、0~5VDC或者是4~20mA；此模塊共占用8個I/O口，能夠使用FROM/TO指令與PLC進行數(shù)據(jù)的傳輸，除此之外，該模塊的輸入與PLC的電源間還采用了光耦及DC/DC轉(zhuǎn)換器進行隔離，同時在使用時還應(yīng)注意兩個通

69、道不能同時一個輸入電流和另一個輸入電壓。</p><p><b>　　3.6.3變頻器</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計需要，變頻器選用日本安川變頻器CIMR-P5A45P5產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以和三菱PLC工作協(xié)調(diào)。變頻器選用日本安川變頻器CIMR-P5A45P5產(chǎn)品，適配電機15 kW，該變頻器基本配置中帶有PID功能。通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓

70、力給定值，壓力傳感器反饋來的壓力信號(0～10 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。</p><p>　　圖3.16基本接線圖</p><p>　　3.6.4水泵的選擇</p><p>　　水泵是把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)樗鲃菽芑騽幽艿碾姍C。離心泵是水電站用的較多的一種水

71、泵。水泵的選擇決定了這個系統(tǒng)的品質(zhì)，水量的需求。</p><p>　　推力軸承冷卻器，機組穩(wěn)定運行時，軸承達(dá)到熱平衡狀態(tài)，全部摩擦損失都變成熱量被帶走冷卻水用量</p><p>　　式中C—水的比熱，25oC，C=4186.8 (J/kgoC)；</p><p>　　?t—水在冷卻器內(nèi)的溫升，一般為?t=2~4oC；</p><p>　　?N

72、T—推力軸承損耗功率（kW）由下面公式?jīng)Q定</p><p>　　P—推力軸承總負(fù)荷；</p><p>　　f—鏡鈑與推力瓦的摩擦系數(shù)；</p><p>　　V—推力瓦表面的平均圓周速度（m/s）。</p><p>　　不同的需求經(jīng)過上面相關(guān)的公式計算可以得到相應(yīng)的水量，導(dǎo)軸承需要的冷卻水較少，一般就是可以按照推力用水量的10%~20%計算。因

73、為本次設(shè)計的重點在與溫度和壓力的控制，而且在水量的控制上十分的復(fù)雜，所以本次設(shè)計對于積水供水泵的選型就根據(jù)通常滿足的要求選擇的是單級單吸臥式離心泵IS65-40-250，轉(zhuǎn)速2900m/s，葉輪直徑250mm，效率48%，揚程80m，吸上真空高度為7m，配備的是型號Y160M2—2，功率15KW的電動機。深井泵選擇國產(chǎn)XBD17.6/10-DLL水泵，流量10(L/s)，壓力1.764(MPa)，額定功率37KW，轉(zhuǎn)速2950（r/mi

74、n），效率65%，對于蓄水池在水位降低時需要及補給水，從水井或上游抽水，揚程和功率相對就取的大一點。</p><p>　　3.7 液位傳感器及電磁閥的選型</p><p><b>　　3.7.1電磁閥</b></p><p>　　電磁閥選用的是VF-50，其中“V”表示電磁閥，“F”表示防腐蝕，50表示口徑（mm）寬度，使用電壓是AC 220V

75、 50Hz/60Hz DC 24V，功率AC 2.5KW，介質(zhì)溫度≤150℃，環(huán)境溫度-20—60℃，操作方式常閉，通電打開、斷電關(guān)閉，動作響應(yīng)迅速，高頻率。</p><p>　　3.7.2液位傳感器</p><p>　　本次的液位傳感器選用的LSF-3型液位傳感器，“L”表示是光電的，“S”表示傳感器，“F”表示是防腐蝕的，3為最大工作壓力。LSF系列液位開關(guān)可提供非

76、常準(zhǔn)確、可靠的液位檢測。其原理是依據(jù)光電反射折射原理，當(dāng)沒有液體時，光被前端的凌鏡面或球面反射回來；有液體覆蓋光電探頭球面時，光被折射出去，這使得輸出發(fā)生變化，相應(yīng)的晶體管或繼電器動作并輸出一個開關(guān)量。應(yīng)用此原理可制作成單點或多點液位開關(guān)。LSF光電液位開關(guān)具有較高的適應(yīng)環(huán)境的能力，在耐腐蝕方面有較好的抵抗能力。工作溫度上限為125℃，工作壓力≥3Mpa，觸點容量為70W，觸點壽命為100萬次，切換電流為0.5A，開關(guān)電壓為DC24V。

77、</p><p><b>　　3.7.3接觸器</b></p><p>　　本次選用的接觸器是CJ-15型接觸器，“C”表示接觸器，“J”表示交流，15為主觸頭額定電流。相關(guān)技術(shù)參數(shù)，操作頻率為1200/h，機電壽命為1000萬次，主觸頭額定電流為15(A) ，額定電壓為380/220(V)，功率為2.5KW。</p><p>　　3.8各硬件

78、模塊的連接</p><p>　　在經(jīng)過和完成了上面的硬件選型后，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖3.17硬件連接框圖</p><p>　　各個部分的連接可以從上圖看出，整個技術(shù)供水系統(tǒng)開始運行時，溫度檢測模塊FX2N-4AD-PT實時對各個部分上導(dǎo)軸承油冷卻器、發(fā)電機空氣冷卻器、推力軸承油冷卻器、水導(dǎo)軸承油冷卻器等設(shè)備進行檢測，對檢測到的數(shù)據(jù)信號送

79、回到PLC中在同過三菱PLC對讀入的信號與預(yù)設(shè)的值進行比較，通過比較，如果大于預(yù)設(shè)值PLC則輸出一個信號，通過D/A模塊轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號，當(dāng)電動調(diào)節(jié)閥ZDLP接受到電信號時，閥門做出動作調(diào)節(jié)閥門開度變大，流量增加，從而使得設(shè)備溫度下降，而溫度檢測模塊一直在檢測溫度的變化，直到檢測溫度等于預(yù)設(shè)值時，閥門回到中間位置，當(dāng)然這也是通過PLC實現(xiàn)的，在同時系統(tǒng)還在通過壓力傳感器檢測入水口的壓力，然后通過A/D模塊實時的傳回PLC中，在

80、PLC中一樣會有一個預(yù)設(shè)值進行比較，同過比較PLC會控制變頻器，通過變頻器改變技術(shù)供水泵電機的轉(zhuǎn)速然后提高水位來提升穩(wěn)定系統(tǒng)的水壓，同樣壓力檢測實時檢測，反饋PLC處理，控制壓力輸出。</p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1軟件設(shè)計工具</b></p><p>　　在本次設(shè)計中，

81、使用的PLC編程軟件為GX Developer。該軟件為三菱可編程邏輯控制器的編程軟件，可以用來編寫三菱各個系列的程序，支持梯形圖、SFC等語言的程序設(shè)計，同時還可以對程序進行在線的更改、調(diào)試及監(jiān)控。</p><p>　　4.2主要軟件設(shè)計流程框圖</p><p>　　技術(shù)供水系統(tǒng)溫度檢測和流量控制程序流程框圖如下圖所示：</p><p>　　圖4.1系統(tǒng)溫度檢測流

82、量控制程序流程框圖</p><p>　　技術(shù)供水系統(tǒng)壓力控制程序流程圖如下圖所示：</p><p>　　圖4.2系統(tǒng)壓力控制程序流程圖</p><p>　　4.3PID控制及參數(shù)整定</p><p>　　4.3.1 PID介紹</p><p>　　PID是比例、微分、積分的縮寫。PID控制方式是現(xiàn)代工業(yè)控制中應(yīng)用的最廣

83、泛的反饋控制力式之一。PID控制不需要被控的對象的數(shù)學(xué)模型，具有結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)的特點，有良好的靈活性和適應(yīng)性能。它的原理通過控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與目標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。PID控制原理如下圖所示：</p><p>　　圖

84、4.3PID控制原理圖</p><p>　　PID控制算法的一般形式 ，PID控制器根據(jù)日標(biāo)值(設(shè)定值)r(t)與反饋值(測量值)c(t)構(gòu)成的控制偏差： e(t)=r(t)-c(t)。將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進行控制。其控制規(guī)律為：</p><p><b>　　或者</b></p><p>

85、<b>　　式中</b></p><p>　　KP ：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Ti：調(diào)節(jié)器的積分時間</p><p>　　Td ：調(diào)節(jié)器的微分時間</p><p>　　e ：調(diào)節(jié)器的偏差信號</p><p><b>　　u：輸出</b></p><p>　　δ ：比例帶，它是慣用增

86、益的倒數(shù)</p><p>　?。?）比例環(huán)節(jié)： 即時成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小誤差。</p><p>　?。?）積分環(huán)節(jié) ：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度，積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti， Ti越大，積分作用越弱，反之則越強。</p><p>　?。?）微分環(huán)節(jié) ：能反應(yīng)偏差信號的變化趨勢(變化速率)

87、，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。</p><p>　　PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是：</p><p>　　當(dāng)上述控制算法公式只包含第一項時，稱為比例(P)作用，只包含第二項時，稱為積分(I)作用;但只包含第三項的單純微分(D)作用是不采用的，因為它不能起到使被控變量接近設(shè)定值的效果，只包含第一、二項的是PI作用;只包含第

88、一、三項的是PD作用;同時包含這三項的是PID作用。用P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的PI控制。用PI控制時，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。但是，I動作過強時，對快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨使用P動作控制。 對于PID控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨D動作還要大的操作量，以此來抑制偏差的增加。偏差小時，P動作的作用減小?？刂茖ο蠛蟹e分元件的負(fù)載場合，僅P動

89、作控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。換言之，該種控制方式適用于過程本身沒有制動作用的負(fù)載。</p><p>　　在FX系列中，也引入了PID指令，其指令的編號為FNC88，為16位指令，占用9個程序步，源操作數(shù)S1、S2、S3和目標(biāo)操作數(shù)D均為數(shù)據(jù)寄存器D，指令的格式如下圖所示：</p><p>　　圖4.4 PID指令格

90、式</p><p>　　S1和S2分別用來存放給定值和當(dāng)前測量到的反饋值，S3和它后面的六個位置去存放控制參數(shù)的值，運算結(jié)果存放D中。使用PID運算開始之前，應(yīng)使用MOV指令將參數(shù)的設(shè)定值預(yù)先寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中，參數(shù)值意義如下表所示：</p><p>　　表4.1 PID控制參數(shù)</p><p>　　在上表的控制參數(shù)中，S3+1的b2和b5不能同時被激活，其各位

91、定義如下表所示：</p><p>　　表4.2S3+1各位定義</p><p>　　這個PID指令是可以同時多次使用，但是不能重復(fù)使用用于運算的S3和D的數(shù)據(jù)寄存器元件號，除此之外，就是在子程序、轉(zhuǎn)移指令、步進指令以及定時中斷內(nèi)使用時，應(yīng)將S3＋7指令。</p><p><b>　　4.3.2參數(shù)整定</b></p><p&

92、gt;　　PID控制器有4個主要的參數(shù)TS、KP、TI和TD，這些參數(shù)的選擇會對控制效果有決定性的影響。通常參數(shù)的整定方法有理論計算和工程整定兩個類，因為本次設(shè)計沒有被控對象的數(shù)學(xué)模型，所以不選擇理論計算，選擇在實際應(yīng)用中較多工程整定方法，方法簡單、操作方便、容易掌握等優(yōu)點在工程實際中得到廣泛的應(yīng)用，通常的用到的工程整定方包括穩(wěn)定邊界法，衰減曲線法、反應(yīng)曲線法、經(jīng)驗湊試法等等。</p><p>　　穩(wěn)定邊界法又稱

93、臨界比例度法，是目前用的膠東的一種，從大到小逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，直至系統(tǒng)產(chǎn)生等幅度振蕩，記錄這個時刻的比例度Pm和等幅振蕩Tm，通過經(jīng)驗公式，簡單的計算，這樣得到整定參數(shù)。</p><p>　　表4.3穩(wěn)定邊界法整定參數(shù)計算表</p><p>　　圖4.4系統(tǒng)臨界振蕩曲線</p><p>　　穩(wěn)定邊界法經(jīng)驗公式的理論依據(jù)是純比例調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的最佳放大倍數(shù)等于臨界K

94、m的一半，這種整定方法不適合于時間常數(shù)很大的系統(tǒng)。</p><p>　　衰減曲線法，這種方法不需要系統(tǒng)到臨界的振蕩狀態(tài)，步驟簡單，相對安全。整定方法，取Ti=∞，Td=0，將比例度P置于較大數(shù)值，待系統(tǒng)工作平穩(wěn)，觀察過渡過程，衰減太快，就減小比例度，相反，就增大比例度，反復(fù)調(diào)節(jié)直到要求如4:1，記錄Ts，記錄對應(yīng)的比例度Ps。</p><p>　　表4.4 衰減比為4:1時，衰減曲線法整定

95、參數(shù)計算表</p><p>　　衰減曲線法比較簡單，適用于各種控制的參數(shù)整定。</p><p>　　響應(yīng)曲線法，就是動態(tài)特性參數(shù)法，是一種開環(huán)整定法，用系統(tǒng)廣以對象的階躍響應(yīng)特性曲線對調(diào)節(jié)器參數(shù)整定。先需要測定廣義對象的動態(tài)特性，根據(jù)響應(yīng)曲線確定廣義對象的動態(tài)參數(shù)。然后用這些參數(shù)計算出最佳的整定參數(shù)。</p><p>　　經(jīng)驗法，就是經(jīng)驗試湊法，是不需要進行試驗和計

96、算，是依據(jù)運行經(jīng)驗與知識，確定調(diào)節(jié)參數(shù)，然后人為加入階躍擾動，觀察，被控的響應(yīng)曲線，按照調(diào)節(jié)器個參數(shù)的影響改變整定參數(shù)，一般是P，Ti，Td的順序整定，調(diào)節(jié)出滿意的控制參數(shù)。</p><p>　　本次設(shè)計采用的經(jīng)驗法，對PID調(diào)節(jié)器，首先Td=0，Ti=∞，整定比例度P，通過整定到過渡過程4:1的衰減比，此時將P放大10%~20%，把積分時間先大后小的規(guī)律慢慢增加，最后達(dá)4:1的衰減比，整定P，Ti然后把P比例度

97、降低10~20%，Ti稍微減小，調(diào)節(jié)Td從短到長的慢慢加入，觀察過渡曲線，得到你需要的曲線。</p><p>　　表4.5調(diào)節(jié)器整定參數(shù)的經(jīng)驗取值范圍</p><p>　　按照上表把Ti確定，取Td=(1/3~1/4)Ti，通過調(diào)節(jié)P比例度由大到小，就可以得到滿意的結(jié)果，找到合適的整定參數(shù)值。</p><p><b>　　4.4上位機設(shè)計</b>

98、;</p><p>　　易控是一套通用的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件，亦稱人機界面（HMI/MMI）軟件，俗稱組態(tài)軟件。在該系統(tǒng)中上位機的設(shè)計是使用北京九思易自動化軟件有限公司的易控（INSPEC）軟件，它是中國第一套，也是目前唯一的一套完全架構(gòu)于.NET Framework 框架平臺之上的組態(tài)軟件，易控提供了豐富的監(jiān)控功能，可以用于工業(yè)自動化中。易控以通信的方式和控制系統(tǒng)相連，能讀寫控制系統(tǒng)內(nèi)部的信息，并以

99、圖形和動畫等直觀形象的方式呈現(xiàn)這些信息，以方便對控制流程的監(jiān)視。也可以通過易控直接對控制系統(tǒng)發(fā)出指令、設(shè)置參數(shù)干預(yù)控制流程。易控能對控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行運算處理，將結(jié)果返回給控制系統(tǒng)，協(xié)助控制系統(tǒng)完成復(fù)雜的控制功能。易控還能對從控制系統(tǒng)得到的以及自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行存儲、報表等等其它功能，從而延伸控制系統(tǒng)的能力和彌補控制系統(tǒng)的不足。比如易控可以作為中間橋梁，將控制系統(tǒng)和工廠的企業(yè)管理信息系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來, 將多個控制系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來，使它們之間能交

100、換數(shù)據(jù)、共享資源，協(xié)調(diào)和管理曾經(jīng)是各自孤立的控制系統(tǒng)。從而在更大范圍內(nèi)優(yōu)化了控制結(jié)構(gòu)，提高綜合自動化效率。</p><p>　　易控系統(tǒng)典型的使用情況如下圖所示：</p><p>　　圖4.5易控典型應(yīng)用</p><p>　　易控啟動后的界面如下圖所示：</p><p>　　圖4.6易控開發(fā)環(huán)境界面</p><p>　

101、　易控打開后，在菜單欄中依次選擇文件—新建工程，再在畫面上右鍵新建畫面，在打開的空白頁面上，畫出上位機的畫面，如下圖所示：</p><p>　　圖4.7技術(shù)供水初始畫面</p><p><b>　　控制畫面：</b></p><p>　　圖4.8監(jiān)視控制畫面</p><p>　　依次在按鈕上點擊右鍵選擇事件的屬性，按鈕事

102、件設(shè)置完成后給文本框設(shè)置事件，方法是點擊鼠標(biāo)右鍵文本框選擇事件，可以看到如下的畫面，設(shè)置需要的變量。</p><p>　　畫面繪制完成就是給畫面添加變量，如下圖所示：</p><p>　　圖4.9文本框顯示設(shè)置</p><p>　　其它文本框的設(shè)置與上面的類似，上面的步驟完成之后就是給工程建立變量，右鍵建立新的變量組，雙擊打開，新建變量，再更改變量名稱及類型，設(shè)置完

103、成的變量如下：</p><p>　　圖4.10文本框顯示設(shè)置</p><p>　　完成這些工作后就是讓易控可以和PLC通訊，配置相應(yīng)的通信口。右鍵I/O通信依次選擇新建、串口配置通道、新建設(shè)備。</p><p>　　圖4.11FX 屬性配置圖</p><p>　　圖4.12變量連接圖</p><p><b>

104、　　5結(jié)論</b></p><p>　　本次的所做的設(shè)計是大學(xué)階段的最后一門課程，畢業(yè)設(shè)計。本次所做的題目為水電站技術(shù)供水系統(tǒng)電氣控制設(shè)計，在這個設(shè)計中，用到的是三菱的PLC做為核心的控制設(shè)備，通過對系統(tǒng)中的溫度和壓力的實時檢測，通過PLC智能的進行自動的調(diào)節(jié)，使設(shè)計的整個技術(shù)供水系統(tǒng)始終運行在穩(wěn)定的工作狀態(tài)，作為水力發(fā)電廠水輪機輔助的設(shè)備正常運行的最好保障。</p><p>

105、　　而在這次的畢業(yè)設(shè)計中，遇到的一個很大的問題就是，在確定題目后，因為沒找到正確的方法，導(dǎo)致自己沒有找到與自己設(shè)計相關(guān)的詳細(xì)資料。最后在老師的指點迷津下，找到了方向。然后通過資料逐漸的了解這個系統(tǒng)是怎么回事。大致有一個方向了。對這個系統(tǒng)的要求相關(guān)的進行了解和認(rèn)識。</p><p>　　本次的設(shè)計中心是PLC的控制，但是怎么去控制，因為自己的基礎(chǔ)偏差，以前的東西忘了，以為對技術(shù)供水系統(tǒng)簡單的去控制很多的電機轉(zhuǎn)動，和

106、閥門的開關(guān)就可以達(dá)到控制的效果，然而并不是這樣的。所謂技術(shù)供水系統(tǒng)，一定是有一定技術(shù)質(zhì)量在里面的，而這些質(zhì)量就是，溫度、壓力、流量。溫度的檢測、壓力的檢測和控制、流量的控制等等。而溫度那一塊，通過自己查閱相關(guān)資料，知道可以用一個溫度的檢測模塊配合三菱的PLC做溫度的檢測，就是對溫度參數(shù)預(yù)設(shè)和比較，比較就會用到一定的控制手段，自己當(dāng)然不知道怎么控制，經(jīng)過一番求知知道了PID控制，在經(jīng)過王老師的一番指教后找到FX2N的手冊，去學(xué)習(xí)了關(guān)于PI

107、D指令和控制等。從而就解決了溫度的實時檢測反饋，實時比較。然后比較的結(jié)果當(dāng)然是為了控制溫度在合適的范圍，怎么控制。這個問題，是在一篇文庫看到通過PLC控制一個可以調(diào)節(jié)的閥門，控制其閥門的開度來控制管道的流量，通過增大流量來使設(shè)備溫度迅速下降，從而達(dá)到了流量和溫度的目的。</p><p>　　另一個問題就是壓力的控制，在這個問題上，我找到一個關(guān)于PLC恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計，但是這個設(shè)計中控制恒壓供水的核心便是控制變頻

108、器去控制電機的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到恒壓供水的目的，然而我知道，變頻器的控制是一個極難的技術(shù)，完全可以自成一個畢業(yè)設(shè)計，經(jīng)過與老師的討論，才確定的另一個控制方案。</p><p>　　通過這些問題的解決，這次的畢業(yè)設(shè)計的主要問題都解決了，然后就是對一些硬件的選型，模塊的選擇，和連接等等。</p><p><b>　　6總結(jié)與體會</b></p><p>

109、;　　經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計的過程，讓我對PLC的運用多了一些認(rèn)識，特別是對其中哪些模塊的了解更多了，然后就是本次的設(shè)計內(nèi)容，水電站技術(shù)供水系統(tǒng)。從開始選題目的時候，自己完全的不明白怎么回事，自己要做什么一無所知，然而就是這個問題，讓我也深深的領(lǐng)悟了一個道理，我們總是等著一個事情的自然發(fā)生，而根本不去準(zhǔn)備怎么去面對應(yīng)對它的到來，它往往會讓你淬不及防。我不應(yīng)該被動的去等著，我早該去準(zhǔn)備去思考自己可以和自己想做什么的。就是這個結(jié)果，自己當(dāng)時就傻傻

110、的那個課程設(shè)計的題目去找老師，以為這就可以做一個畢業(yè)設(shè)計，然而并沒有什么用，旋轉(zhuǎn)時濾水器，這個東西怎么能夠一個畢業(yè)設(shè)計，虧的老師不放棄我，幫我細(xì)心的指導(dǎo)分析和討論，找到了一個我能夠做下去的設(shè)計題目。設(shè)計會用到PLC，自己學(xué)過一些，能夠做。當(dāng)開始接觸的時候發(fā)現(xiàn)資料好難找呀，后面老師給了方法，更加明確了方向，就好很多了。發(fā)電站濾水系統(tǒng)，發(fā)電站水系統(tǒng)，發(fā)電站技術(shù)供水系統(tǒng)。接觸到這個技術(shù)供水系統(tǒng)的時候還是有點茫然，太多的東西了，怎么控制等等，可