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      — 企業(yè)新聞 —

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      企業(yè)新聞

      自動控制原理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)感悟,自動控制工程設(shè)計基礎(chǔ)總結(jié)

      發(fā)布時間:2022-11-10 17:29

      (一)多泵切換恒壓供水系統(tǒng)控制方案

      一、預(yù)備知識

      1、變頻器恒壓供水系統(tǒng)

      在生產(chǎn)生活的現(xiàn)實(shí)中,用戶的用水量是不斷變化的,因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水的不平衡體現(xiàn)在供水的壓力上,就是水多了,水少了,壓力就低;水少了,水多了,壓力就大了。保持供水壓力不變,可以保持供水和用水的平衡,即用水多就供水多,用水少就供水少,提高供水質(zhì)量。

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      住宅區(qū)恒壓供水示意圖

      恒壓供水是指供水管網(wǎng)用水量變化時,出口壓力保持不變的供水方式。供水系統(tǒng)的出口壓力值根據(jù)用戶需求確定。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用,采用供水專用變頻器配以PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件組成控制系統(tǒng),調(diào)節(jié)水泵的輸出流量,實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻器以恒定的壓力供水,如上圖1所示。

      2、“一拖多”恒壓供水

      實(shí)踐中,單泵供水一般不能滿足用水需求,常用多泵、單變頻、恒壓供水。即“一對多”控制方案,多臺泵調(diào)速,系統(tǒng)通過計算判斷是否達(dá)到設(shè)定壓力,決定是增(放)還是減(撤)泵。

      由于“一對多”變頻恒壓供水系統(tǒng)需要涉及壓力PID控制、工頻和變頻等功能,需要通過專門的程序控制來實(shí)現(xiàn)。目前,“一對多”變頻供水系統(tǒng)主要有三種方式:

      1)微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)

      在該系統(tǒng)中,多臺泵并聯(lián)供水,系統(tǒng)設(shè)定恒定的壓力值。當(dāng)用水量發(fā)生變化,管網(wǎng)壓力發(fā)生變化時,管網(wǎng)壓力會通過遠(yuǎn)程壓力表反饋給PI控制器,由PI控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速,維持恒壓供水。微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)如圖所示。

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      微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)

      2)PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)

      PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)類似于微電腦控制器,但不同的是PLC可以完成供水控制之外的其他特殊功能,具有更大的靈活性。

      3)供水專用變頻器供水系統(tǒng)

      由2 ~ 6臺水泵組成的供水系統(tǒng)可以用供水專用變頻器控制,使用起來相當(dāng)方便。供水專用變頻器=普通變頻器PLC是集供水控制和供水管理于一體的系統(tǒng),不僅降低了生產(chǎn)成本,還大大提高了生產(chǎn)效率。供水專用西門子mm430變頻器框圖如圖所示。

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      Mm430變頻器供水框圖

      二、確定控制方案

      根據(jù)實(shí)際情況,我們采用PLC來控制變頻恒壓供水系統(tǒng)。采用變頻器MM440和PLC S7-200實(shí)現(xiàn)“一拖二”模式。

      在抽水過程中,當(dāng)變頻器驅(qū)動電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時,變頻器內(nèi)部輸出繼電器作為控制信號將電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電,然后變頻器啟動其他電機(jī)。為了達(dá)到電機(jī)軟啟動和節(jié)能的目的,切換過程由PLC控制。當(dāng)泵減少時,PLC控制直接停止工頻運(yùn)行的電機(jī)。采取“先啟后停”的模式。

      (二)系統(tǒng)電氣原理圖繪制

      一、預(yù)備知識

      電氣控制電路圖通常由主電路和輔助電路兩部分組成。主電路(也叫電源電路)是通過強(qiáng)電流的電路。它包括電源電路、用電設(shè)備及其控制和保護(hù)電氣支路等。輔助電路是通過微弱電流的電路。一般來說,它是一個au

      電路圖中電氣元件的三種表示法:集中表示法、半集中表示法和分離表示法。

      電氣控制電路圖繪制的一般規(guī)則如下1

      以便確定內(nèi)容(如圖形等)的位置和用途。)在圖上,為了便于維護(hù)和閱讀原理圖,對一些幅面大、內(nèi)容復(fù)雜的電氣圖進(jìn)行了分區(qū)。

      )元件和連接線在電路圖中的表示2

      當(dāng)意思不能用圖形形式表達(dá)清楚時,可以在圖上用注釋。批注的方式有兩種:一種是直接放在要解釋的對象附近;二是在圖紙上的其他適當(dāng)位置標(biāo)注并放置注釋。

      )圖幅分區(qū)和元件在圖上位置的表示方法3當(dāng)需要在電氣工程圖上表示元件的技術(shù)數(shù)據(jù)時,常用的方法有:在圖形符號旁標(biāo)注,在圖形符號內(nèi)標(biāo)注,以表格的形式給出。

      )注釋4

      繼電器和接觸器處于非勵磁狀態(tài),即它們的線圈沒有通電的狀態(tài)。

      斷路器、隔離開關(guān)等。處于關(guān)閉位置。

      零位手動控制開關(guān)處于零位,與電路實(shí)際工作狀態(tài)無關(guān)。

      機(jī)械開關(guān)處于非工作位置,如終端開關(guān)到達(dá)極限行程前的位置。

      )技術(shù)數(shù)據(jù)的表示方法、5

      )電原理圖中元、器件狀態(tài)的規(guī)定

      項目

      名稱

      標(biāo)記代號

      備注

      交流電源

      交流系統(tǒng)電源第1相

      L1


      交流系統(tǒng)電源第2相

      L2



      交流系統(tǒng)電源第3相

      L3



      中線(中性線)

      N



      直流電源

      直流電源正極

      L+,+


      直流電源負(fù)極

      L-,-



      中間線

      M



      三相電氣設(shè)備端

      交流系統(tǒng)設(shè)備端第1相

      U


      交流系統(tǒng)設(shè)備端第2相

      V



      交流系統(tǒng)設(shè)備端第3相

      W



      保護(hù)接地

      保護(hù)接地

      PE


      保護(hù)和中性共同線

      PEN



      接地

      E



      無噪聲接地

      T




      不接地保護(hù)

      PU


      機(jī)殼或機(jī)架

      MM



      等電位

      CC



      交流電

      AC



      直流電

      DC



      6

      1, 2 .13圖的頂部是繪圖區(qū)編號,這些編號是為了方便查找電氣回路和閱讀電氣原理圖而設(shè)置的。

      圖號下方的“電源開關(guān)…照明和信號”一欄表示其對應(yīng)的下部元件或電路的功能。

      原理圖中接觸器和繼電器的線圈與其控制的主觸點(diǎn)或輔助觸點(diǎn)的隸屬關(guān)系應(yīng)標(biāo)注如下:

      在每個接觸器線圈的字符符號KM下畫兩條豎線,分左、中、右三列,根據(jù)下表2左半部分規(guī)定的內(nèi)容,填寫其控制的主觸頭和輔助觸頭所在的繪圖區(qū)編號。未使用的觸點(diǎn)和觸點(diǎn)在相應(yīng)欄標(biāo)有標(biāo)記“X”。

      在每個繼電器線圈的字符符號(如KT)下畫一條豎線,分成左右兩欄,根據(jù)下表右半部分規(guī)定的內(nèi)容,填寫其控制的觸點(diǎn)的圖號。類似地,未使用的觸點(diǎn)在相應(yīng)的列中標(biāo)記有標(biāo)記“X”。

      原理圖中每個觸點(diǎn)文字符號下面的數(shù)字表示使其動作的線圈的繪圖區(qū)號。

      )電原理圖中的電源表示方法

      接觸器線圈符號下的數(shù)字標(biāo)志

      繼電器線圈符號下的數(shù)字標(biāo)志




      左欄

      中欄

      右欄

      左欄

      右欄

      主觸頭所處的圖區(qū)號

      輔助常開(動合)觸點(diǎn)所處的圖區(qū)號

      輔助常閉(動斷)觸點(diǎn)所處的圖區(qū)號

      常開(動合)觸點(diǎn)所處的圖區(qū)號

      常閉(動斷)觸點(diǎn)所處的圖區(qū)號

      表1 電氣線路和三相電氣設(shè)備端的表記代號

      在繪制電氣原理圖之前,需要根據(jù)任務(wù)要求確定I/O點(diǎn)數(shù),然后選擇合適的PLC模塊,再分配I/O口。

      本例中手動功能不使用PLC和變頻器,按鈕直接控制水泵的啟停,不占用PLC的I/O口;在自動狀態(tài)下,啟??刂葡到y(tǒng)需要占用2個PLC輸入點(diǎn),3個PLC輸入點(diǎn)用于變頻器的增、減、故障信號輸入,1個模擬量輸入點(diǎn)用于遠(yuǎn)程壓力表的反饋信號輸入。在輸出端,KM1~KM4占用4個PLC輸出點(diǎn),同時變頻器的啟動命令占用1個PLC輸出點(diǎn),變頻器PID的給定目標(biāo)值輸入占用1個模擬輸出點(diǎn)。PLC的I/O端口分布如下:

      7

      根據(jù)

      輸 入 位



      序號

      功 能

      1

      I0.1

      接SB5,自動時起動

      2

      I0.2

      接SB6,自動時停止

      3

      I0.3

      接變頻器RL1繼電器,變頻器故障切換信號

      4

      I0.4

      接變頻器RL2繼電器,增加泵信號

      5

      I0.5

      接變頻器RL3繼電器,減少泵信號

      6

      A+

      接遠(yuǎn)傳壓力表送來的反饋信號

      輸 出 位



      7

      Q0.1

      接KM1,泵1工頻運(yùn)行

      8

      Q0.2

      接KM2,泵1變頻起動

      9

      Q0.3

      接KM3,泵2變頻起動

      10

      Q0.4

      接KM4,泵1工頻運(yùn)行

      11

      Q0.5

      接KA,變頻器起動

      12

      V0

      接變頻器ADC1端,PID的給定目標(biāo)值

      分配的I/O口和電路圖的繪制原則,可以直接設(shè)計出電氣原理圖。注意KM1和KM2、KM3和KM4之間的機(jī)械聯(lián)鎖。

      )電原理圖中各欄目的含義

      低壓電器通常是指工作在交流1000伏和DC 1200伏以下電路中的電器,可按其在電路中的位置、作用和動作方式分類。

      根據(jù)在電路中的位置和功能:

      低壓配電設(shè)備。如閘刀開關(guān)、保險絲等。主要用于低壓配電系統(tǒng)和電力設(shè)備。

      低壓控制電器。例如接觸器、控制繼電器等。主要用于電氣傳動和自動控制系統(tǒng)。

      按動作模式分類:

      非自動開關(guān)電器。如閘刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。由外力切換。

      電器自動開關(guān)。例如自動的

      閘刀開關(guān)。照明電路的額定電壓可選擇220V,電機(jī)直接起動可選擇380V。

      組合開關(guān)。根據(jù)電源類型、電壓等級、所需觸點(diǎn)數(shù)量和連接模式。

      表2 接觸器線圈、繼電器線圈符號下的數(shù)字標(biāo)志二、繪制電氣原理圖

      斷路器的額定工作電壓線路額定電壓。

      斷路器的額定電流線路的計算負(fù)荷電流。

      表3 PLC的I/O分配表三、選擇低壓電器

      應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和負(fù)載性質(zhì)選擇合適的保險絲類型。

      對于阻性負(fù)載的短路電流保護(hù),熔體的額定電流應(yīng)等于或略大于電路的工作電流。01)刀開關(guān)的選擇

      控制按鈕主要根據(jù)應(yīng)用場合、觸點(diǎn)數(shù)量和所需顏色來選擇。

      行程開關(guān)根據(jù)動作要求和觸點(diǎn)數(shù)量選擇。

      02)斷路器的選擇

      接觸器的類型??梢愿鶕?jù)要控制的電機(jī)類型或負(fù)載電流進(jìn)行選擇。

      接觸器觸點(diǎn)的額定電壓。大于或等于負(fù)載電路的額定電壓。

      接觸器主觸頭的額定電流?;蛘叽笥诨虻扔陔姍C(jī)或負(fù)載的額定電流。

      03)熔斷器的選擇

      熱繼電器的類型。對于三角形連接的重要電機(jī),可選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。

      熱繼電器的額定電流?;蛘呗源笥陔姍C(jī)的額定電流。

      04)主令電器的選擇

      時間繼電器的類型。延時要求不高時,選擇價格較低的JS7-A系列,延時要求高時,選擇JS11系列。

      延遲模式。應(yīng)該根據(jù)控制電路的要求來選擇延遲模式。

      05)接觸器的選擇

      速度繼電器的類型主要根據(jù)電機(jī)的額定速度來選擇。

      06)熱繼電器的選擇

      中間繼電器主要根據(jù)控制回路的電壓等級、所需觸點(diǎn)的數(shù)量、類型和容量來選擇。

      07)時間繼電器的選擇

      對于頻繁啟動的電機(jī),考慮繼電器中啟動電流的熱效應(yīng)。

      (三)系統(tǒng)控制程序編寫

      08)

      速度繼電器的選擇09)

      西門子S7-200系列PLC可以通過PC/PPI電纜連接到計算機(jī),計算機(jī)可以直接將LAD(梯形圖)或STL(語句表)傳輸?shù)絇LC的CPU。

      S7-200 PLC的控制程序可以直接在Step 7—MICR/Win32編程軟件中編寫。Step-Micro/Win32提供了梯形圖(LAD)、語句表(STL)和功能框圖(FBD)編輯器來創(chuàng)建程序。用任何一個程序編輯器編寫的程序都可以用另一個程序編輯器瀏覽和編輯。

      中間繼電器的選擇10)

      MM440變頻器具有默認(rèn)的出廠設(shè)置參數(shù),具有全面完善的控制功能。

      表3顯示了使用基本操作面板(BOP)時變頻器的出廠默認(rèn)設(shè)置。

      電流和電壓繼電器的選擇

      使用

      參數(shù)

      說明

      缺省值,歐洲(或北美)地區(qū)

      P0100

      運(yùn)行方式,歐洲/北美

      50 Hz,kW(60Hz,hp)

      P0307

      功率(電動機(jī)額定值)

      量綱kW(Hp),取決于P0100的設(shè)定值

      P0310

      電動機(jī)的額定頻率

      50 Hz(60 Hz)

      P0311

      電動機(jī)的額定速度

      1395(1680)r/min (決定于變量)

      P1082

      最大電動機(jī)頻率

      50 Hz(60 Hz)

      基本操作面板(BOP)可以修改任何參數(shù)。當(dāng)修改參數(shù)值時,BOP有時顯示“忙碌”,這表明變頻器正忙于更高優(yōu)先級的任務(wù)。

      一、預(yù)備知識

      顯示、按鈕

      功能

      功能的說明


      狀態(tài)顯示

      LCD 顯示變頻器當(dāng)前的設(shè)定值。


      起動電動機(jī)

      按此鍵起動變頻器。缺省值運(yùn)行時此鍵是被封鎖的。為了使此鍵的操作有效, 應(yīng)設(shè)定 P0700 = 1。


      停止電動機(jī)

      OFF1:按此鍵,變頻器將按選定的斜坡下降速率減速停車;缺省值運(yùn)行時此鍵被封鎖;為了允許此鍵操作,應(yīng)設(shè)定 P0700 = 1。

      OFF2:按此鍵兩次(或一次,但時間較長)電動機(jī)將在慣性作用下自由停車。

      此功能總是“使能”的。


      改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向

      按此鍵可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。電動機(jī)的反向用負(fù)號“”表示或用閃爍的小數(shù)點(diǎn)表示。缺省值運(yùn)行時此鍵是被封鎖的,為了使此鍵的操作有效,應(yīng)設(shè) 定 P0700 = 1。


      電動機(jī)點(diǎn)動

      在變頻器無輸出的情況下按此鍵,將使電動機(jī)起動,并按預(yù)設(shè)定的點(diǎn)動頻率運(yùn)行。釋放此鍵時,變頻器停車。如果變頻器和電動機(jī)正在運(yùn)行,按此鍵將不起作用。


      功能

      此鍵用于瀏覽輔助信息。

      變頻器運(yùn)行過程中,在顯示任何一個參數(shù)時按下此鍵并保持不動2 秒鐘,將顯示以下參數(shù)值(在變頻器運(yùn)行中,從任何一個參數(shù)開始):

      1、直流回路電壓(用d表示,單位:V)

      2、輸出電流(A)

      3、輸出頻率(Hz)

      4、輸出電壓(用O表示, 單位:V)。

      5、由 P0005 選定的數(shù)值(如果 P0005 選擇顯示上述參數(shù)中的任何一個(3、4或 5),這里將不再顯示)。

      連續(xù)多次按下此鍵,將輪流顯示以上參數(shù)。

      在顯示任何一個參數(shù)(rXXXX 或 PXXXX)時短時間按下此鍵,將立即跳轉(zhuǎn)到 r0000,如果需要的話,您可以接著修改其它的參數(shù)。跳轉(zhuǎn)到 r0000 后,按此 鍵將返回原來的顯示點(diǎn)。

      在出現(xiàn)故障或報警的情況下,按此鍵可以將操作面板上顯示的故障或報警信息復(fù)位


      訪問參數(shù)

      按此鍵即可訪問參數(shù)。


      增加數(shù)值

      按此鍵即可增加面板上顯示的參數(shù)數(shù)值。


      減少數(shù)值

      按此鍵即可減少面板上顯示的參數(shù)數(shù)值.

      1

      TP170B和S7-200 PLC通過MPI電纜或DP電纜連接。一端接OP的中頻1B接口,另一端可接S7-200 PLC的0口和1口或接EM277。Step7-Micro/WIN32中的通訊設(shè)置:首先使用系統(tǒng)塊設(shè)置S7-200 PLC。0,PLC站地址選擇為2,波特率設(shè)置為187.5kbps。

      )S7-200PLC使用

      2)MM440變頻器使用

      編制梯形圖時應(yīng)注意基本原則和技巧:

      繼電器、定時器、計數(shù)器等裝置的觸點(diǎn)(通斷),可多次重復(fù)使用,次數(shù)不限。

      梯形圖每條線從左邊的母線開始,線圈接在最右邊。觸點(diǎn)不能放在線圈的右側(cè)。

      梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則,即從左到右,從上到下。

      編寫主程序和子程序時注意參數(shù)的傳遞,盡量不要使用公共變量。

      表3 用BOP操作時的缺省設(shè)置值表4  基本操作面板BOP上的按鍵

      需要注意的是,MM440變頻器的模擬輸入端ADC2接反饋信號0 ~ 10V,ADC1通過S7-200的模擬輸出作為給定的PID目標(biāo)值給出。注意參數(shù)設(shè)置的操作步驟。

      3)觸摸屏TP170B使用

      配置TP170B觸摸屏?xí)r注意PLC通訊協(xié)議的正確選擇,并與PLC的系統(tǒng)模塊中設(shè)置的波特率一致。

      二、編寫控制程序

      控制程序調(diào)試時,應(yīng)根據(jù)控制過程要求編寫調(diào)試要求,然后根據(jù)調(diào)試要求對控制系統(tǒng)逐一進(jìn)行驗(yàn)證。先單獨(dú)調(diào)試控制裝置,再全面調(diào)試。

      PLC調(diào)試時,可通過PC在線監(jiān)控和PLC上的I/O狀態(tài)燈直接觀察。必要時,可降低定時器的設(shè)定值,以節(jié)省調(diào)試時間。PLC的模擬輸出可以直接送到電壓表,直接觀察輸出結(jié)果。

      變頻器調(diào)試時,可以用小電機(jī)調(diào)試,也可以不用電機(jī)調(diào)試,但要注意變頻器的斷相保護(hù)功能。給定的目標(biāo)值和反饋信號可以由信號源直接提供,也可以用電位器模擬。

      觸摸屏的調(diào)試必須接入PLC,觸摸屏24VDC的電源可由PLC的信號電源直接提供。

      (四)系統(tǒng)控制柜安裝

      1

      )編寫PLC控制程序2

      要全面檢查電器有無損壞,檢查電器的銘牌和額定電壓、電流、工作頻率、通電持續(xù)時間等技術(shù)數(shù)據(jù)是否符合實(shí)際使用要求。

      檢查接觸器時。接觸器的活動部分可用手打開和關(guān)閉,要求動作靈活,無卡澀。

      檢查繼電器時,需要檢查繼電器的活動部分,要求活動靈活可靠。

      )變頻器參數(shù)設(shè)置3

      首先根據(jù)電路圖考慮低壓電器元件的布局,使布線最方便,連接線最短。

      安裝閘刀開關(guān)和自動空氣開關(guān)時,其位置一般在控制柜上方。

      安裝螺旋保險絲時,保險絲管帶有指示色卡的一端應(yīng)朝上。

      接觸器安裝接線時,注意不要丟失螺絲、墊圈、端子等零件,以免掉入接觸器內(nèi)造成卡澀或短路。

      安裝控制繼電器時,安裝螺釘不得松動。熱繼電器下方?jīng)]有放置加熱設(shè)備。

      )觸摸屏畫面的組態(tài)

      整個控制柜的接線應(yīng)遵循自上而下的原則;每臺設(shè)備的每組觸點(diǎn)和線圈是頂部的進(jìn)線和底部的出線。

      (2)接線時,先連接控制回路導(dǎo)線,每根控制回路導(dǎo)線兩端都要貼上編碼管,并及時寫好標(biāo)簽,壓好接線片;要求接成樹枝,不接成網(wǎng),不架空,不飛線。每一根連接的電線都要整理好,用扎線帶扎好,橫平豎直,整齊美觀。

      連接控制電路線后,連接主電路。主電路線不需要標(biāo)碼管和標(biāo)簽,不需要壓接線片。允許架空連接和飛線,要一目了然,整潔美觀。

      嚴(yán)格按照電氣原理圖進(jìn)行連接。如果需要更改接線點(diǎn),必須更改并在電氣原理圖上明確標(biāo)出。確保物理接線和電氣原理圖完全一致。

      (五)系統(tǒng)調(diào)試

      三、調(diào)試控制程序

      控制柜安裝后,必須檢查電氣部件有無損壞,還要檢查接線端子有無短接或漏接。

      檢查接線是否正確,盡可能測試電路的功能是否正確。要充分利用萬用表歐姆檔的功能,結(jié)合原理圖的特點(diǎn)來測試電路的某些功能。

      確保貴重電器的正確接線很重要,尤其是PLC和變頻器之間連接的單相電。

      一、安裝低壓電器

      發(fā)現(xiàn)故障時,需要分析原理圖的特征,確定故障的位置,然后用萬用表的歐姆檔查找。

      1

      調(diào)試過程中注意安全。操作開關(guān)和按鈕時,不要觸摸電器可能帶電的外露金屬部件。并且必須在導(dǎo)師的監(jiān)督下進(jìn)行。

      (六)結(jié)束語

      通過本文,初步了解了自動控制的應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)際應(yīng)用價值。了解selec

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