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西门子控制器6ES7313-6CG04-0AB0

电桥的概念：用比较法测量各种量（如电阻、电容、电感等）的仪器。的是由四个支路组成的电路。各支路称为电桥的“臂"。如图电路中有一电阻为未知（R2），一对角线中接入直流电源U，另一对角线接入检流计G。可以通过调节各已知电阻的值使G中无电流通过，则电桥平衡，未知电阻R2=R1·R4/R3。

由电阻、电容、电感等元件组成的四边形测量电路叫电桥。人们常把四条边称为桥臂。作为测量电路，在四边形的一条对角线两端接上电源，另一条对角线两端接指零仪器。调节桥臂上某些元件的参数值，使指零仪器的两端电压为零，此时电桥达到平衡。利用电桥平衡方程Z1Z3=Z2Z4，即可根据桥臂中已知元件的数值求得被测元件的参量 (如电阻、电感和电容)。
常用的电桥有下列几种：

惠斯通电桥

主要用于测量电阻器Rx的电阻值，电桥平衡方程为   ，利用已知的R1、R2、R33个电阻值，通过计算即可得到Rx的阻值;

麦克斯韦电桥

用于测量电感器的电感量和电阻值，LxRx分别表示待测电感器的电感和电阻。电桥平衡方程为Lx=R1R4C3，Rx=R1R4/R3，由已知的 R2，R3，R4，C3，便可计算出结果Lx和Rx。

文氏电桥

主要用于测量电容器的电容量及电阻值，待测电容器的电阻、电容由Rx，Cx表示。电桥平衡方程为 Cx=C3R2/R1，Rx=R1R3/R2，由已知的 R2，R3，R1，C3便可计算出结果Cx和Rx。电桥作为一种基本的测量工具，应用广泛，测量的度主要取决于指零仪器的度。

原理简介
如图

假设四个电阻固定，当s闭合时，若
各式电桥
各式电桥
满足：“R3*R2=R1*R4"，即对角的电阻乘积相等，则此时Uad等于0，就是ad间没有电压。利用这个原理，当等式两边四个量中的一个为未知量的时候，如果调节其余三个电阻的值能使得等式成立，那么用公式就可以得到未知量。但是实际上只要等式两边各有一个可以调节的可变电阻，那么另外两个电阻有一个是定值，则余下的另外一个必然可以得到。用这个原理可以做成电阻测量箱。而这个原理用的就是“电桥"的概念，或者说“平衡电桥"的概念。

什么是电流：是指电荷的定向移动。电源的电动势形成了电压，继而产生了电场力，在电场力的作用下，处于电场内的电荷发生定向移动，形成了电流。电流的大小称为电流强度（简称电流，符号为I），是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量，每秒通过1库仑的电量称为1「安培」（A）。安培是国际单位制中所有电性的基本单位。 除了A，常用的单位有毫安（mA）、微安(μA) 。

水在在水管中沿着一定方向流动，水管中就有了水流，电荷在电路中沿着一定方向移动，电路中就有了电流，电荷的定向移动形成电流。

实验照图4-6那样，把小灯泡与干电池连接起来，合上开关，小灯泡就持续发光（图甲）；打开开关，小灯泡就熄灭了（图乙）。

   小灯泡持续发光，表示有持续电流通过小灯泡的灯。丝。这个持续电流是由于电池是由于电池提供的，像干电池这样能够提供持续电流的装置，叫做电源。干电池是电源，实验室里用的蓄电化也是电源（图4-7）。电源有两个极，一个正极，一个负极。电源的作用是在电源内部不断地使正极聚集正电荷，以持续对外供电。摩擦起电是用摩擦的方法，使正负电荷分开的。干电池和蓄电池是用化学的方法，使正负电荷分开的，从能量转化的观点来看，电源是把其他形式的能量转化为电能的装置，干电池、蓄电池对外供电时，电池内部发生化学变化，化学能转化为电能。

大量用电时的电源，是发电站里的发电机。发电机通过电线把电送给工厂、农村以及千家万户。发电机发出的时候，机械能转化为电能，它的原理，我们将在第十二章学习。

电流的方向水流有力向，那就是水的流动力向。电流的方向又是怎样的呢？

电行有两种，电路中有电流时，发生定向移动的电行可能是压电荷，也可能是负电荷，还可能是正负电荷同时向相反方向发生定向移动。在19世纪初，物理学家刚刚开始研究电流时，并不清楚在不同的情况下究竟是什么电荷在移动，当时就把正电荷移动的方向规定为电流的方向，这规定一直沿用至今。

按照这个规定，在电源外部，电流的方向是从电源的正极向负极（图4-8）。

二、系统介绍
1、项目工艺
　　在自来水厂中，源水要经过投加净水剂、沉淀、过滤、消毒然后进入清水池。对源水投加净水剂后，水中杂质便絮凝成矾花，此时才能进行进一步水质净化处理，因此净水剂投加工艺是影响出厂水质量的要因。同时净水剂的投加直接影响到沉淀池的使用效率和滤池反冲用水量的大小，对消毒也有直接的影响。因此
投加净水剂是自来水厂中工艺要求比较高的一个环节。

2、控制器组成
　　项目中使用的PLC、模块、控制对象等如下：

三、控制系统构成
　　本系统中一共有模拟量输入9个：源水浊度、源水流量（2个）、游动电泳仪、沉淀池浊度、计量泵开度（2个）、变频器电流（2个）。模拟量输出4个：1#、2#变频器频率、1#、2#计量泵开度。开关量输入6个：1#、2#变频器手/自动，1#、2#变频器运行，1#、2#变频器故障。开关量输出3个：1#、2#变频器运行，故障报警。联网功能采用EM277和系统中CPU315-2DP连接。

　　一共采用：CPU226 一个，模拟量输入模块EM231（4路）3个，模拟量输出模块EM232（2路）2个，DP通讯模块EM277 一个。

　　注：游动电泳仪可以测量水中可以结合杂质的游离电子的数目，而游离电子数目必须保持在一定范围，如果测量值偏大则说明投加净水剂过多影响混凝效果，反之说明投加量不够导致混凝不充分。计量单位为SCD。

四、控制系统完成的功能

1、控制要求
　　原系统的净水剂投加过程采用手动投加方式，这就直接影响到出厂水的浊度，同时也会产生投加量过度的问题。经过询问现场人员、实际调查总结了以下主要原因
a、净水剂投加设备落后：当源水浊度发生改变时无法及时调整提高投加量；
b、净水剂投加由人为掌握：投加量靠经验投加；
c、净水剂配制无标准：药剂浓度由配置人员靠经验配置，而浓度不准使投加量更加难以掌握；
d、投加量计算困难：操作人员水平差异较大，投加量随意性比较大；
　　以上种种原因造成投加量不准确，从而影响到絮凝效果、并直接导致出厂水水质下降。

系统改造要求：
　　水厂更换新的自动化投加系统，新系统可根据水质变化情况随时调整投药量，将沉淀池出水均在8NTU（NTU为浊度计量单位）以下，出厂水在1NTU以下；经防疫站检测：出厂水浊度达标率必须为。并可在控制系统中加入参数调节和监控功能。

2、控制难点及控制方法实现
　　根据对工艺过程的分析，本系统属于典型的大滞后系统。考虑到一般的PID算法对于滞后时间长的系统难以实现控制目标，而模糊控制等算法实现成本较高等原因。决定在系统中采用经验值投加和PID算法相结合的办法，既解决了PID算法的不足，又解决了成本问题。

　　整个系统软件中主要包括以下几个主要方面：
a、PID算法：定时采集沉淀池浊度，应用S7-200内置的PID进行运算。得到的模拟输出值为X。
b、经验值：对应一定流量的经验投加量进行运算——采用查表法查找对应的经验值，得出相应流量的投加量为Y。
c、按照 得出PID运算和经验投加之和。用Z直接控制计量泵开度。（其中a可以在一段时间运行后进行修改以达到优化控制。）
d、将原水浊度按照经验值，SCD按照PID算法进行入2、3进行运算，并将运算结果控制变频器频率以保证游动电泳仪测量值在设定值左右。
e、按照设定运行时间转换变频器和计量泵以便设备轮换使用。
f、报警功能：按照要求将有关故障均进行现场蜂鸣报警，并上传至CPU315-2DP中以便中控室进行记录和处理。

　　程序分为以下几个部分：

　　其中主程序和注释代码如下：

　　限于篇幅，其他几个子程序及I/O表等均省略。

五、结束语
　　采用新的净水剂投加系统后，出厂水浊度由过去的3NTU以内降到了1NTU以下，在防疫部门多次检测中达标率达到了；净水剂的投加达到了优投加量，避免了净水剂的浪费。经过统计，去年4～11月净水剂使用量比往年同期平均使用量减少了约15000Kg。同时由于沉淀池出水浊度的下降，滤池反冲周期延长了近12小时，使生产自用水量降低了约1.5%，累计比去年同期减少了约2.5万吨。按净水剂2.205元/Kg，水0.45元/吨计算，可节省供水成本：15000×2.205＋2500×0.45=44325元。

　　经过三年的使用过程证明：采用浊度控制计量泵开度、SCD控制变频器频率的方法不仅可以让投加量更加，还可以更加方便的控制投加量以达到在源水浊度低的季节中节省净水剂的效果。

六、应用体会
　　该系统控制对象为出厂水浊度，但是SCD值也是一个很重要的中间对象，要求较高的控制精度，并且控制对象滞后时间很大。要在这样的情况下完成这样的控制要求，不仅要求PLC的功能要强大，还需要设计人员进行比较复杂的编程处理，而且对PLC的模拟量处理功能要求也比较高；另外在达到系统要求功能的前提下也要求尽量降低系统的成本。尤其是程序中的查表子程序，本身就需要占用很大的程序空间以及数据存储空间。

　　而S7-200系列中CPU226在程序存储、数据存储、扫描时间等各个方面都能满足系统的要求。而S7-200系列的EM277模块使得和原系统中S7-300连接更加简单方便，从而也节省了大量编程时间和程序空间。

　　本系统投入使用后效果非常明显，系统运行稳定有效，尤其是S7-200PLC 的出色表现得到用户和专家的。