变频恒压供水系统毕业设计说明书(编辑修改稿)

变频恒压供水系统毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

内外结合，即在自行设计制造的成套装置中采用外国进口或合资企业的先进变频调速设备，然后自己开发应用软件的办法，很好地为国内重大工程项目提供了电气传动控制系统的解决办法，适应了社会的需要。 总之，虽然国内变频调速技术取得了较好的成绩，但是总体上来说国内自行开发、生产相关设备的能力还比较弱， 对国外公司的依赖还很严重。 国内交流变频调速技术产业状况表现如下 ： 1)变频器的整体技术 落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力研究变频技术并开发新产品，但由于分散，所以并没有形成一定的技术和生产规模。 2)变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎空白。 3)相关配套产业及行业落后。 4)产品可靠性及工艺水平低。 可编程控制器 (PLC)的特点及应用 可编程序控制器 (program logical controller)，简称 PLC，是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统，它是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展 起来的一种新型工业自动控制装置，是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。 由于 PLC采用了“三机一体化一的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气控制于一身，具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，因而与其它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求：再加上 PLC发展过程中产品的系列化、产业化和标准化，使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅速扩展到了连续控制，开始进入批量控制和过程控制领域，并迅速成为工业自动化系统的支柱阻 1。 目前， PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质 的飞跃。 早期的可编程序控制器 (Pfogrammable Logic Controller， PLC)，主要用来代替继电器实现逻辑控制。 随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序兰州理工大学毕业设计说明书 11 控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能，在工业生产中得到了广泛的应用。 1969年，美国数字设备公司 (DEC)研制出世界上第一台可编程控制 器 早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成 电路组成，主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。 70年代初期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于 PLC，使得 PLC的功能大大增强。 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模块和各种特殊功能模块。 在软件方面， PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。 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，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得 PLC所采用的微处理器的档次普 遍提高。 而且，为了 进 步提高 PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了 PLC软、硬件功能。 在发达工业国家， PLC己经广泛的应用在所有的工业部门。 据“美国市场信息力的世界 PLC以及软件市场报告称， 1995年全球 PLC及其软件的市场经济规模约 50亿美元，随着电子技术和计算机技术的发展， PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点： 1)可靠性高。 PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。 2)具有丰富的 I／ O接口模块。 PLC针对不同的工 业现场信号，有相应的 I／ O模块与工业现场的器件或设备直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。 3)采用模块化结构。 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC以外，绝大多数 PLC均采用模块化结构。 PLC的各个部件，包括 CPU、电源、 I／ O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 4)编程简单易学。 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说， 不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 5)安装简单，维修方便。 PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。 各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。 由于 PLC强大功能和优点，使得其在我国的水工业自动化中得到广泛的应用。 PLC在水工业自动化中的应用主要有水厂监控系统、自动控制系统、自动加氯、自动加矾、水泵变频调速、 SCADA系统和供水管网信息管 理系统等。 其主要功能是进行工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理、设备运行状态监测以及水质监测等可编程控制器 PC或PLC是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机，其本质是一台工业控制专用计算机。 它的软、硬件配置与计算机极为类似，只不过它比一般计算机具有更强兰州理工大学毕业设计说明书 12 的与工业过程相连接的接口和更直接的适 应于控制要求的编程语言。 PLC机硬件主要由中央处理单元 (CPU)、存贮器、输入／输出单元以及编程器、电源和智能输入／输出单元等构成。 PLC可分为以下几个部分： 1） 中央处理单元 (CPU)：同一般微处 理机一样，中央处理单元是可编程 控制的核心部件， 它通过输入装置将外设的状态读入并按照用户程序去处理，根据处理结果通过输出装置去控制外设。 常用的 cPU有通用微处理器，如 MOTOROLA 6800，单片机有 803l， 8051和双极型位式微处理器，如 AMD2903。 目前，小型 PLC为单 CPU系统，而中型及大型 PLC则为双 CPU甚至多 CPU系统。 对于双 CPU来说，一般具有一个位处理器和一个字处理器。 字处理器是 CPU这个核心的核心，常由通用的 8位、 16位或 32位微处理器担任，位处理器也称布尔处理机，如美国 TI公司的 TI一 530等，它不仅使 PLC增加了功能，提高了速度，也加强了 PLC的保密性能。 中央处理器的功能是： CPU按系统程序所赋予的功能，、接收并存贮从编程器输入的用户程序和数据； CPU按扫描方式工作，从存贮器中逐条读取指令，并存入 CPU内的指令寄存器中；指令寄存器的指令操作码进行译码，执行指令规定的任务，产生相应的控制信号，启闭有关控制门电路，并根据运算结果更新有关标志和输出映像寄存器的内容，以实现输出控制、制表、打印或数据通讯；行系统诊断程序，诊断电源、 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 2)存贮器：可编程控制器中存贮器主要用于存放系统程序、用户程序和数据。 常用的存贮器形式有 CMOS ROM、 EPROM和 EEPROM。 系统存贮器用以存贮制造厂家编写的系统程序。 所谓系统程序是指控制和完成 Pc机各种功能的程序，如控制器的监控程序、基本指令和功能指令翻译程序、系统诊断程序、通信管理程序等。 机器出厂时，厂家把这些程序存入 EPROM存贮器或 EEPROM存贮器。 用户不能访问和修改存贮器这部分的内容。 用户存贮器主要用来存放用户的应用程序。 所谓用户程序是指使用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程 序。 此程序由使用者通过编程器输入到 PLC机的CMOS RAM存贮器中，以便于用户随时修改。 也可将用户程序存放在 EEPROM中。 为确保 PLC机控制系统的可靠性， CMOS RAM存贮器有预防电源掉电故障的铿电池保护措施，以防电源掉电后破坏它的存贮内容。 数据存贮器用来存放 PLC的数据。 包括输入、输出、辅助继电器状态的映像等状态的映像寄存器。 由于数据在控制器应用中是经常变化、经常存取的，因此数据存贮器一般选用 CMOS RAM，以满足随机存取的要求。 3)输入／输出模块：输入／输出模块是可编程控制器与工业生 产设备或工业生产过程连接的接口。 现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量 (压力、流量、温度、电压、电流 )等，都要通过输入模块送到 PLC。 由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器 CPU所处理的信息只能是标准电平，所以输入兰州理工大学毕业设计说明书 13 模块还需将这些信号转换成 PLC能够接受和处理的数字信号。 输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接受的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。 可编程控制器有多种输入／输出模块，其类型有数字量输入／输出模块和模拟量 输入／输出模块。 这些模块又分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有 不同的参数等级 主要有数字量输入／输出模块和模拟量输入／输出模块，部件上都设有输入接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于 PLC内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。 数字量输入模块带有光电祸合电路，其目的是把 PLC与外部电路隔离开来，以提高 PLC的抗干扰能力。 数字量输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。 模拟量输入／输出模块主要用来实现模拟量一数字量之间的转换，即 A／ D或 D／ A转换。 由于工业控制系统中有传感器或 执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入／输出模块与 PLC的中央处理器连接。 模拟量输入模块 A／ D转换后的二进制数字量，经光电耦合器和输入锁存缓冲器与 PLC的 I／ O总线挂接。 模拟量输出模块 D／ A转换前的二进制数字量，经光电祸合器和输出锁存器与 PLC的 I／ O总线挂接。 现在标准量程的模拟电压主要是 o． 5伏和 o． 10伏两种，模拟电流主要是 4． 20mA两种。 另外还有 O． 50mV，O． 1V、． 5+5V、一 10lOV， 010mA等。 模拟量输入模块接收到标准量程的模拟电压或 电流后，把它转换成 8位、 10位或 12位的二制数字信号，送给中央处理器进行处理。 模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。 4)扩展模块：当一个 PLC中心单元的 I／ O点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。 模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，各可编程控制器制造厂家已经开发出一系列的智能接口模块，使可编程控制器的功能更加强大和完善。 智能 I／ O接口模块种类很多，例如高速技术模块、 PLCA控制模块、数字位置译 码模块、阀门控制模块、中断控制模块、智能存贮模块以及智能 I／ O模块等。 5)编程器：它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。 有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在 磁带上，磁带上的信息可以重新装入 PLC。 目前编程器主要有以下三种类型：便携式编程器 (也叫简易编程器 )；图形编程器；用于 IBM— PC及其兼容机的编程器。 便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。 图形编程器以液晶显 示器 (LCD)或阴极射线管 (CRT)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。 使用图形编程器可以月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。 图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备兰州理工大学毕业设计说明书 14 连接，有较强的监控功能。 但它的价格高，适用于中、大型可编程控制器的编程要求。 用于 IBM— PC及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也很强。 编程器工作方式主要 有编程和监控两种，编程工作方式是在 PLC机处于停机状态时可以进行编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。 监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也可以对成组器件的工作状态进行监视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还可以对一些器件进行操作。 因此编程器的监控方式对控制器中新输入程序的调试与试运行是非常有用和方便的。 编程器的结 构 一般包括显示部分与键盘部分。 显示一般用液晶显示器，主要的显示内容包括 地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。 键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一个选择键，以选择其中一种方式工作。 现在产品越来越模块化，可编程控制器也不例外，它的结构紧密、坚固，外形小巧， CPU本身只提供了一定数量的数字输入和输出点数。 不同厂家、不同型号的 PLC的输入／输出点数也不同，有的大型机输入／输出点数可达 16K，而很多小型机仅有 10来点，而且 CPU本身不带模拟输入与输出，但 CPU一般都带有扩展接口。 因此，用户选型后，所需的输入或输出点数不够时，就需对系统做 出必要的扩展，各个厂家也生产了专用于扩展用的各模板供用户选用。 扩展模板的外形一般也小巧、坚固，有易于接线的端子排，带有扩展总线或通过总线连接器与 CPU相连。 主要有数字输入／输出模板，模拟输入／。