畢業(yè)設(shè)計（論文）基于s7-200的樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

基于S7200的樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。本論文結(jié)合我國中小城市多層住宅小區(qū)的用水現(xiàn)狀，設(shè)計了一套基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動控制供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)由可編程控制器、內(nèi)置PID變頻器、水泵電機組、壓力傳感器、及控制柜等構(gòu)成。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動2臺電動機30KW的起動、運行與調(diào)速，2臺分別采用循環(huán)使用的方式運行。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，單臺水泵工況的調(diào)節(jié)是通過變頻器來改變電源的頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。分析水泵工FN況的能耗比較圖，可以看出利用變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水，當轉(zhuǎn)速降低時，流量與轉(zhuǎn)速成正比，功率以轉(zhuǎn)速的三次方下降，與傳統(tǒng)供水方式中用閥門節(jié)流方式相比，在一定程度上可以減少能量損耗，能夠明顯節(jié)能。本控制系統(tǒng)中采用了德國SIMENS公司的S7200可編程控制器，同時選取了一個用于供水系統(tǒng)壓力控制的內(nèi)置PID算法的變頻器。該變頻器對壓力給定值與測量值的偏差進行處理，實時控制變頻器的輸出電壓和頻率，進而改變水泵電動機的轉(zhuǎn)速來改變水泵出水口流量，實現(xiàn)管網(wǎng)壓力的自動調(diào)節(jié)，使管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。關(guān)鍵詞PLC；變頻調(diào)速；恒壓供水BUILDINGONTHES7200WATERSUPPLYCONTROLSYSTEMDESIGNABSTRACTWITHTHERAPIDDEVELOPMENTOFSOCIALECONOMY,ITDEMANDSTHEBETTEROFWATERSUPPLYSQUALITYANDRELIABILITYOFWATERSUPPLYSYSTEMMEANWHILEENERGYRESOURCESARESERIOUSLYLACKSOITISINEVITABLETENDENCYTODESIGNWATERSUPPLYSYSTEMWHICHHASHIGHFUNCTIONANDSAVESONENERGYWELL,WITHHELPOFADVANCEDTECHNIQUEOFAUTOMATION,CONTROLANDCOMMUNICATIONATTHESAMETIMETHISSYSTEMCANADAPTDIFFERENTWATERSUPPLYFIELDSONTHEBASISOFANALYZINGINQUOOFTHEWATERWORKSINOURCOUNTRY,THISDESIGNSASUITOFCONSTANTPRESSUREWATERSUPPLYAUTOMATICSYSTEMPAPERBYUSINGVARIABLEFREQUENCYSPEEDREGULATINGTECHNOLOGYBASEDONPLCTHESYSTEMISMADEUPOFPLC,TRANSDUCER,UNITSOFPUMPSANDELECTROMOTORS,PRESSURESENSOR,INDUSTRIALCONTROLCOMPUTERANDCONSOLETHESYSTEMISUSEDATRANSDUCERTOMAKEFOURELECTROMOTORSSTARTING,RUNNINGANDTIMINGTHETWOELECTROMOTORS30KWISPARTLYCIRCULATEDTOCONNECTCONTROLCOMPUTERWITHPLCANDREALIZESUPERVISE,AREALTIMESUPERVISECONTROLSOFTWAREOFWATERSUPPLYSYSTEMISDEVELOPEDTOTUNEUPTHEFREQUENCYOFPOWERSUPPLYBYTHETRANSDUCERINTHESYSTEM,THISADJUSTINGMAKETHESPEEDOFELECTROMOTORANDPERFORMANCECURVEOFPUMPCHANGEATLAST,ITMAKESTHESTATUSOFAPUMPALTERTHROUGHANALYZINGTHEFIGUREOFENERGYWASTINGOFPUMP,THEQUALITYINPIPESISDIRECTPROPORTIONOFTHESPEEDOFPUMPIFTHESPEEDOFPUMPISREDUCEDTHEPOWEROFELECTROMOTORFELLSTHECUBEOFTHESPEEDOFPUMPSOTHEENERGYWASTINGOFCONSTANTPRESSUREWATERSUPPLYBASEDONVARIABLEFREQUENCYSPEEDREGULATINGTECHNOLOGYISEVIDENTLYLESSTHANTHETRADITIONALMODEISUSEDTHROTTLETOSUPPLYWATERTHROUGHUSINGS7200PROGRAMSOFTWAREOFSIMENSCOMPANYINGERMANINTHECONTROLSYSTEMTHECONTROLLERCANCOMPARETHEMEASUREVALUEANDTHEVALUEINADVANCEOFPRESSURETHROUGHREALTIMECONTROLLINGTHEOUTPUTVOLTAGEANDFREQUENCYOFTRANSDUCER,THEOUTPUTQUALITYOFPUMPISCHANGEDALONGWITHTHECHANGINGOFPUMPSSPEEDITMAKESTHEPRESSUREOFPIPESELFREGULATINGANDSTEADYINTHESCHEDULEDVALUEKEYWORDSPLC；VARIABLEFREQUENCYSPEEDREGULATINGCONSTANTPRESSUREWATERSUPPLY目錄摘要ABSTRACT第1章緒論111課題來源及其研究意義112多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題和本文的主要研究內(nèi)1121多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題1122本文的主要研究內(nèi)容2第2章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)421水泵理論及水泵工況點確定的4211水泵的工作參數(shù)4212水泵基本性能曲線8213水泵理論工況點的確定1122水泵工況的調(diào)節(jié)1223變頻調(diào)速恒壓供水能耗機理分析13231水泵工況的調(diào)節(jié)過程13第3章可編程控制器PLC1431PLC的特點與應(yīng)用領(lǐng)域14311可編程序控制器的特點14312可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較15313PLC的一般結(jié)構(gòu)16314PLC基本工作原理18315PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟20316PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計2132PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計22321PLC程序設(shè)計的常用方法22322PLC程序設(shè)計步驟25第4章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計2941系統(tǒng)的方案設(shè)計及工作過程29411系統(tǒng)的方案設(shè)計29412系統(tǒng)控制方案研究3042控制系統(tǒng)硬件設(shè)計32421主電路設(shè)計32422控制電路設(shè)計34423PLC配置34424基于S7200樓宇恒壓供水控制電路3543本系統(tǒng)程序設(shè)計37431PLC程序設(shè)計37432設(shè)置切換延時時間38433確保觸點互鎖39第5章結(jié)論40參考文獻41謝辭44第1章緒論11課題來源及其研究意義近年來，隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市居住小區(qū)的建設(shè)也猶如雨后春筍，紛紛拔地而起。城市給水系統(tǒng)的水量、水壓如能隨時滿足居住小區(qū)用水要求，無疑應(yīng)采用直接供水方式。然而我國某些城市的供水能力不足，城鎮(zhèn)水廠發(fā)展速度滯后于居住小區(qū)建設(shè)發(fā)展速度，城市給水管道老化、輸水能力下降，城郊供水水壓不能滿足用水要求的情況時有發(fā)生。水壓不足，需采用加壓設(shè)備進行增壓。目前，恒壓變頻調(diào)速給水加壓設(shè)備已成功地應(yīng)用于居住小區(qū)給水增壓系統(tǒng)且有明顯的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。本文在智能化要求的基礎(chǔ)上，研究了PLC及變頻調(diào)速技術(shù)在該樓宇恒壓供水系統(tǒng)電氣控制中的應(yīng)用，提出了供水系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，并論述了硬件電路的設(shè)計和軟件的實現(xiàn)方案。以及通過運行實測。分析了節(jié)能節(jié)水的效果。12多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題和本文的主要研究內(nèi)容121多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題交流異步電動機直接起動所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會給供電系統(tǒng)和拖動系統(tǒng)帶來不利影響，故對于容量較大的異步電動機一般都要采用軟起動方案。采用變頻器帶動電機從零速開始起動，逐漸升壓升速，直至達到其額定轉(zhuǎn)速或所需的轉(zhuǎn)速，此時變頻器同時承擔了軟啟動的任務(wù)。變頻軟起動的優(yōu)點是由于采用電壓/頻率按比例控制方法，所以不會產(chǎn)生過電流，并可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動力矩，故特別適合于需重載或滿載起動的大功率水泵電機。多泵恒壓供水系統(tǒng)為了提高變頻器的使用效率，減少設(shè)備的投入費用，常采用一臺變頻器拖動多臺電機變頻運行的方案。當變頻器帶動電機達到額定轉(zhuǎn)速后，就要將電動機切換到工頻電網(wǎng)直接供電運行，變頻器可以再去起動其他的電動機。這樣就不可避免地要進行電網(wǎng)和變頻器之間的相互切換操作。變頻器的輸出切換問題，目前尚未得到足夠的重視，因而在認識上還存在著一些誤區(qū)一種看法是將變頻器當作一般的交流電源，或者像軟起動器一樣，因而可以將電動機在變頻器與供電電網(wǎng)之間任意切換另一種看法則認為由于變頻器自身的設(shè)計原理，是不允許變頻器在運行中進行切換的。122本文的主要研究內(nèi)容經(jīng)過系統(tǒng)的調(diào)研和分析，并結(jié)合樓宇供水情況，本次研究的主要內(nèi)容和目標是基于PLC的單臺變頻器（內(nèi)置PID）拖動多臺電機變頻運行的恒壓供水自適應(yīng)平衡控制系統(tǒng)的研制，該系統(tǒng)利用變頻器實現(xiàn)水泵電機的軟起動和調(diào)速，摒棄了原有的自藕降壓起動裝置，同時把水泵電機控制都納入自動控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的操作控制實現(xiàn)微機自動化管理，設(shè)備管理達到最優(yōu)效果，運行調(diào)節(jié)達到最佳節(jié)能。具體而言，論文包括以下內(nèi)容1對水泵電機的調(diào)控技術(shù)進行分析和比較，并對多泵恒壓供水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進行了論述在此基礎(chǔ)上，提出了本文的主要研究內(nèi)容和研究方法。2從水泵理論和管網(wǎng)特性曲線分析入手，討論水泵工作點工況點的確定方法和水泵工況調(diào)節(jié)的幾種常用方法。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，水泵工況的調(diào)節(jié)是通過改變水泵性能曲線得以實現(xiàn)的。本文重點對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中水泵能耗機理進行深入研究，得出一些有益的結(jié)論。3PID算法在變頻橫壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用及如何選擇變頻器。4通過對可編程控制器PLC的端口介紹及軟件分析為本論文的PLC選擇提供依據(jù)，并保證系統(tǒng)能有效的進行工作。5介紹了基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動控制供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一臺變頻器拖動多臺水泵電機變頻運行。壓力傳感器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。重點對變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作過程，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和PLC程序設(shè)計進行研究。第2章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的飛速發(fā)展，城市人口和城市居民的不斷增加，城市供水不足成為一種普遍現(xiàn)象，傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)不能滿足城市發(fā)展和人民生活的需要。自八十年代以來，變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)開始應(yīng)用于我國許多城市的自來水公司。變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)不僅能夠保證城市供水的穩(wěn)定，而且可以節(jié)約能源。據(jù)統(tǒng)計若采用變頻調(diào)速技術(shù)來改變流量，可節(jié)約205O其節(jié)能效果相當可觀12,49。采用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)和傳統(tǒng)恒速泵供水系統(tǒng)、水塔高位水箱供水系統(tǒng)、高壓罐供水系統(tǒng)相比，具有水壓穩(wěn)定、維護方便、占地面積小、節(jié)約能源和減少對水泵機組設(shè)備的沖擊等優(yōu)點13。在討論變頻調(diào)速恒壓供水的節(jié)能機理之前，有必要討論分析水泵及水泵工況調(diào)節(jié)等相關(guān)理論。21水泵理論及水泵工況點確定的水泵廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個行業(yè)中，但在供水行業(yè)中普遍采用的離心式葉片泵，也稱離心泵。離心泵屬于高揚程葉片泵，是利用葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力的原理工作的。離心泵在起動前必須使泵和進水管中充滿液體，當葉輪在泵殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)時，液體質(zhì)點在離心力作用下被甩向葉輪外緣，并匯集到泵殼內(nèi)，使液體獲得動能和壓能，并沿著出水管輸送出去。211水泵的工作參數(shù)水泵工作參數(shù)共有六個，即流量、揚程、功率、效率、轉(zhuǎn)速及允許吸上真空高度或氣穴余量。在六個參數(shù)中，流量、揚程和轉(zhuǎn)速是基本參數(shù)，只要其中一個發(fā)生變化，其余參數(shù)都會按照一定的規(guī)律發(fā)生相應(yīng)的變化14。1流量Q水泵流量是指水泵在單位時間從水泵出水口排出的水量，可分為體積流量和質(zhì)量流量兩種。以L/S升/秒、M3/S米3/秒、M3/H米3/小時、KG/S千克/秒、T/S噸/秒等表示。2揚程H水泵揚程也稱水頭，是水泵由葉輪傳給單位質(zhì)量液體的總能量，可以由水泵進水口、出水口斷面上的單位總能量E，E2的差值表示，其單位以M計。水泵揚程可用下式表示為GVHZEH21121212（21）式中，Z1,Z2分別為真空表測壓點、壓力表零位點至基準面的垂直距離，低于基準面時取負值MH1,H2分別為真空表、壓力表讀數(shù)M；GV、分別為水泵進水口、出水口斷面的流速水頭M。3功率水泵功率有以下兩種，有效功率PM和軸功率PN。有效功率PM為泵內(nèi)液體實際所獲得的凈功率KW，可以根據(jù)流量和揚程來計算。10RQHPM22式中R液體的比重KGF/M3一一液體的流量M3/SH一一一水泵的揚程M軸功率PN是水泵在一定流量、揚程下運行時所需的外來功率，即由動力機傳給水泵軸上的功率KW。軸功率不可能全部傳給液體，而要消耗一部分功率后，才成為有效功功率。1010RQHPMN23式中，水泵效率。4效率有效功率與軸功率的比值為效率10NMP24水泵效率標志著水泵傳遞能量的有效程度，亦即反映了泵內(nèi)功率損失的大小，是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標。它由泵內(nèi)水力效率、機械效率及容積效率等三個局部效率組成。1機械損失與機械效率機械損失包括軸與軸承的磨擦損失、軸與填料函的磨擦損失以及葉輪在水中旋轉(zhuǎn)時引起的損失即輪盤損失。水泵克服了機械損失之后，把剩下的功率傳給所抽的水，這部分功率叫做水功率PW。THWHQQRP25式中，QQ流過葉輪的全部流量漏損量,TH水泵理論揚程。機械損失的大小用機械效率表示10NWP262容積損失與容積效率在流過葉輪的全部流量QQ中，除了出水量Q外，另有一部分流量Q，經(jīng)過減漏環(huán)的間隙或軸流泵葉輪外緣與泵殼的間隙流回進水側(cè)，以及經(jīng)過填料函滲出泵外，流量帶走的功率為THLQHP（27）剩下的功率是LWSP（28）容積損失LP只可用容積效率R表示10WSR（29）將式25,26,27,28代入上式得10QQHTHR（210）3水力損失與水力效率水泵吸入室、葉槽、壓出室中的磨擦阻力、旋渦及撞擊等引起的水力損失，可用水力效率表示10THTWMSHQP（211）用WSNP乘以式子214右端可得SRJSMWNP（212）由上式可見水泵效率，是三個局部效率的乘積。要提高水泵效率，必須盡量減少機械磨擦和漏水量，并力求改善過流部分的設(shè)計和提高制造、裝配質(zhì)量。5轉(zhuǎn)速N。轉(zhuǎn)速N是指葉輪每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。水泵銘牌上所標明的額定轉(zhuǎn)速是設(shè)計工況時的轉(zhuǎn)速，當轉(zhuǎn)速改變后，水泵工作性能也隨著改變。6允許吸上真空高度YZH或臨界氣穴余量LH。二者是表征水泵吸水性能曲線或氣穴性能的參數(shù)，它們是確定水泵安裝高度和評述水泵發(fā)生氣穴與氣蝕問題的主要參數(shù)。212水泵基本性能曲線水泵的六個工作參數(shù)，標志著水泵的性能。但各個工作參數(shù)不是靜止孤立的，而是有一定的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律。如將它們的變化規(guī)律用一組曲線表示，則這組曲線就稱為性能曲線或稱特性曲線。通常是將水泵轉(zhuǎn)速N在某一恒定值時，揚程H，軸功率PN，效率和允許吸上真空高度YZH或臨界氣蝕余量1H隨著流量Q而變化的關(guān)系繪制成各種性能曲線。只有了解水泵的性能，掌握其變化規(guī)律，熟悉各種水泵性能曲線的特點，才能合理的選型配套，正確的決定水泵的安裝高程以及解決水泵裝置在運行中所遇到的許多的問題。1揚程與流量曲線QH流體在水泵葉輪內(nèi)的運動關(guān)系可以用下式描述UWV213式中，輪內(nèi)流體的絕對速度；輪內(nèi)流體的相對速度；U輪內(nèi)流體的牽引速度圓周速度。水泵的理論揚程可用式214表示15GVUHTH1221412152U216式中，1R,水泵葉輪進、出口半徑1,2U水泵葉輪進、出口處的圓周速度UV2，水泵葉輪進、出口處的絕對速度。從水泵的基本方程式可知，水泵流量與揚程是密切相關(guān)的。在葉片無限多時，式214經(jīng)過進一步推導，水泵理論揚程可用下式表示。KTHQBDCTGUH22（217）式中，2水泵葉輪出水口相對速度與圓周速度的夾角，由葉片的形狀決定2U水泵葉輪出水口圓周速度經(jīng)驗系數(shù)KQ水泵出水口流量。式217表示揚程隨流量變化的關(guān)系，是一個直線方程。在離心泵中，當葉片的902時，THH隨K的增加而減小。該直線在縱坐標為H的軸上交于GU，直線的斜度取決于2的值，如圖41A所示。當葉片為有限多時，理論揚程TH與T的關(guān)系用式218PHTHT1（218）進行修正、因此TH與KQ的關(guān)系仍然是一條直線，在縱坐標H軸上的交點為GPU12。如果號慮水泵內(nèi)部的水力損失和水泵的泄漏量，最后可以得到水泵揚程H與Q的關(guān)系是一條曲線。2功率與流量曲線NPQ軸功率N是水功率W與機械損失功率JP只之和，計算水泵理論揚程曲線所對應(yīng)的功率即為水泵的水功率。把式217代入式25得KTHWQBDCTGUP22（219）對于離心泵來說，902，WPKQ是一條向下彎的拋物線。機械損失JP幾乎與流量無關(guān)，在K曲線上加上J，就得到NPKQ曲線。再從PNK曲線的橫坐標上減去相應(yīng)的Q值，即得N曲線。3效率與流量曲線從己知的H及曲線，按公式25，求得相應(yīng)點的功率值，即可繪Q曲線。理論性能曲線，只能做為定性分析和比較之用，目前還不能定量確定，在實用時還必須用實測的方法來繪制性能曲線。水泵樣本中所繪出的性能曲線，均為實測或根據(jù)模型試驗換算而來的。在水泵額定轉(zhuǎn)速時，或葉片在設(shè)計安放角時，以Q為橫坐標，以H、NP、YZH或1H為縱坐標，畫出的H,NP，,YZ曲線稱為基本性能曲線。213水泵理論工況點的確定水泵在實際運行時的工作點取決于水泵性能、管路水力損失以及所需實際揚程。這三種因素任一項發(fā)生變化，水泵的運行工況都會發(fā)生變化。因此水泵工況點的確定和水泵工況調(diào)節(jié)與這三者密切相關(guān)15。1管路水力損失及性能曲線管路水力損失分沿程損失和局部損失兩種，JYSH（220）沿程損失表達式為2LQHY（221）式中V管路沿程摩擦損失系數(shù)L管路長度，包括進出水管總長，如進出水管管徑不同時，應(yīng)分別計算其沿程損失。局部損失之和的表達式22QGAVHJJJ（222）222SLJS（223）當上下水位確定后，管路所需要的水頭就等于上下水位差即實際揚程加上管路損夫。SXH（224）22水泵工況的調(diào)節(jié)在選擇和使用水泵的實踐中，常常會出現(xiàn)確定的工作點偏離水泵設(shè)計工作點較遠，以至引起水泵裝置效率降低、功率升高或者發(fā)生嚴重的氣穴現(xiàn)象，這就必須采用改變管路性能曲線或改變水泵性能曲線的方法來移動工作點，使其符合要求。這種方法叫做水泵工況的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)將常用的幾種調(diào)節(jié)方法分述如下。1車削調(diào)節(jié)沿外徑車小離心泵的葉輪，可以改變水泵的性能曲線，從而擴大水泵的使用范圍，這種方法稱為車削調(diào)節(jié)。離心泵葉輪車削不能超出某一范圍，否則原來的構(gòu)造被破壞，使葉片末端變粗，使葉輪和泵殼之間間隙過大，增加回流損失，以致水利效率降低。因而使用單位一般不采用這種調(diào)節(jié)方法來改變水泵工作點。2變角調(diào)節(jié)通過改變?nèi)~片安裝角，使水泵性能曲線改變的方法成為水泵工況的變角調(diào)節(jié)，它適用于葉片安放角可以改變的軸流泵及混流泵，并不適合離心泵，因此這里不作詳述。3節(jié)流調(diào)節(jié)對于出水管路中裝有閘閥的水泵裝置來說，當把閘閥關(guān)小時，由于在管路中增加了一個局部阻力，則管路性能曲線變陡，于是，其工作點就沿著水泵的HQ曲線朝著流量減小的方向移動。閘閥關(guān)得越小，附加阻力越大，流量就變得越小。這種通過關(guān)小閘閥來改變水泵工作點位置的方法，稱為節(jié)流調(diào)節(jié)。23變頻調(diào)速恒壓供水能耗機理分析231水泵工況的調(diào)節(jié)過程交流電動機的轉(zhuǎn)速N與電源頻率F具有的關(guān)系如下160SPF（227）式中，極對數(shù)S轉(zhuǎn)差率因此不改變電動機的極對數(shù)，只改變電源的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速就按比例變動。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，通過變頻器來改變電源的頻率F來改變電機的轉(zhuǎn)速NO改變水泵的轉(zhuǎn)速，可以使水泵性能曲線改變，達到調(diào)節(jié)水泵工況目的。當管網(wǎng)負載減小時，通過VVVF降低交流電的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速從1N降低到2N。另外根據(jù)葉片泵工作原理和相似理論，改變轉(zhuǎn)速N，可使供水泵流量Q,揚程H和軸功率N以相應(yīng)規(guī)律改變171212/NQ228H22931212/N229從上述比例律公式中消去N就得到式225及226式2KQH是頂點在坐標原點的二次拋物線族的方程，在這種拋物線上的各點具有相似的工作狀況，所以稱為相似工況拋物線。第3章可編程控制器PLC31PLC的特點與應(yīng)用領(lǐng)域311可編程序控制器的特點可編程序控制器的特點主要包括以下幾個方面1、編程方法簡單易學。PLC中配備了易于接受和掌握的梯形圖語言。梯形圖語言的電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相當接近，只用PLC的20多條開關(guān)量邏輯控制指令就可以實現(xiàn)繼電器的功能。2、硬件配套齊全，用戶使用方便。PLC配有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計和制作硬件裝置。PLC的安裝接線也很方便，PLC一般用接線端子連接外部接線。3、通用性強，適應(yīng)性強。由于PLC的系列化和模塊化，硬件配置相當靈活，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速的適應(yīng)工藝條件的變化。4、可靠性高，抗干擾能力強。PLC用軟件取代了繼電器系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的大量觸電和接線。除此之外，PLC還采取了一系列抗干擾提高可靠性的措施。5、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少?，F(xiàn)代可編程序控制器在控制領(lǐng)域越來越受到人們的重視，并得到廣泛的應(yīng)用，過去許多采用微型算計機、單板/單片計算機和集散控制系統(tǒng)的場合己逐漸被可編程序控制器及其網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)所取代，這是和PLC自身的優(yōu)點分不開的。312可編程序控制器與繼電器控制系統(tǒng)的比較PLC與繼電器均可用于開關(guān)量邏輯控制。PLC的梯形圖與繼電器的電路圖對邏輯關(guān)系的表達方式相同，它們所用的很多電路元件符號相似，梯形圖中的有的編程元件也稱為繼電器，如輸入繼電器、輸出繼電器等。1、工作原理繼電器控制系統(tǒng)的控制功能是用硬件繼電器實現(xiàn)的，而PLC的控制功能主要是用軟件編程來實現(xiàn)的5。2、功能PLC采用了計算機技術(shù)，具有順序控制、定時、計數(shù)、運動控制、數(shù)據(jù)處理、閉環(huán)控制和通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。繼電器控制也可實現(xiàn)順序控制，但其功能有限。3、可靠性、可維護性與靈活性繼電器系統(tǒng)的可靠性差，復雜的繼電器系統(tǒng)，其故障診斷與排除比較困難，繼電器系統(tǒng)的控制功能被固定在系統(tǒng)線路中，功能單一，不易修改，靈活性較差。PLC控制系統(tǒng)的功能是用軟件來實現(xiàn)，可靠性高，故障率極低，并且很容易診斷和排除故障，PLC控制系統(tǒng)的柔性很強，僅需修改梯形圖就可改變其控制功能。313PLC的一般結(jié)構(gòu)圖31PLC的一般結(jié)構(gòu)用可編程控制器實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換和物理實現(xiàn)可以說是PLC實施控制的兩個基本點，而輸入輸出變換實際上就是信息處理。物理實現(xiàn)要求PLC的輸入應(yīng)當排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，而輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用。這就要求I/O系統(tǒng)電路專門設(shè)計。根據(jù)PLC實施控制的基本點的分析，PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是CPU,RAM,ROM和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成10，11。如圖31所示。1、中央處理機中央處理機是PLC的大腦，它由中央處理器CPU組成。中央處理器CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一塊芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出I/O接口電路相連接。2、存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。系統(tǒng)程序是用來控制和完成PLC各種功能的程序，這些程序是由PLC制造廠家用相應(yīng)CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到ROM中。用戶程序存儲器用來存放由編程器或計算機輸入的用戶程序。用戶程序是指使用者根據(jù)現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可以通過編程器或計算機修改或增刪。3、輸入接口電路現(xiàn)場輸入接口電路一般有光電禍合電路和微電腦輸入接口電路組成。1光藕合電路由于輸入和輸出端是靠光信號禍合的，在電氣上是完全隔離的，因此輸出的信號不會反饋到輸入端，也不會產(chǎn)生地線干擾或其它串擾。同時，由于發(fā)光二極管的正向阻抗值較低，而外界干擾源的內(nèi)阻一般較高，根據(jù)分壓原理可知，干擾源能饋送到輸入端的干擾噪聲很小。正是由于PLC在現(xiàn)場信號的輸入環(huán)節(jié)采用了光電禍合，因而增強了抗干擾能力。2微電腦輸入接口電路它一般由數(shù)據(jù)輸入寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路構(gòu)成，這些電路集成在一個芯片上。現(xiàn)場的輸入信號通過光電禍合送到數(shù)據(jù)寄存器，然后通過數(shù)據(jù)總線送給CPU。4、輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成而成。CPU通過數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號放到輸出數(shù)據(jù)寄存器中。功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號加以放大。PLC一般采用繼電器輸出，也有的采用晶閘管或晶體管輸出。除了上面介紹的幾個主要部件外，PLC還配有和各種外圍設(shè)備的接口，均用插座引出到外殼上，可配接編程器、計算機、打印機、錄音機以及A/DD/A串行通信模塊等，可以方便地用電纜進行連接。314PLC基本工作原理PLC雖然具有微機的許多優(yōu)點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式。如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復始不斷循環(huán)。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。這個工作過程分為五個階段自診斷，與編程器等的通信，輸入采樣，用戶程序的執(zhí)行，輸出刷新7。其工作過程框圖如圖32所示。圖32PLC的工作過程1、每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容為I/O部分、存儲器、CPU等，發(fā)現(xiàn)異常停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。2,PLC檢查是否有與編程器和計算機的通信請求，若有則進行相應(yīng)處理，如接收編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯信息等發(fā)送給編程器進行顯示。如果有與計算機等的通信請求，也在這段時間完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)。3,PLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將輸入的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中，這是輸入采樣階段。4、中央處理器CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對輸入和原輸出狀態(tài)這些狀態(tài)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)進行“處理”，即按程序?qū)?shù)據(jù)進行邏輯、算術(shù)運算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是程序執(zhí)行階段。5、當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備能接收的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。PLC經(jīng)過這五個階段的工作過程，稱為一個掃描周期，完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復始地進行，掃描周期是PLC的重要指標之一，在不考慮第二個因素與編程器等通信時，掃描周期T見公式T讀入一點時間輸入點數(shù)運算速度程序步數(shù)十輸出一點時間輸出點數(shù)十故障診斷時間顯然掃描時間主要取決于程序的長短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于工業(yè)設(shè)備通常沒什么影響。但對控制要求嚴格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確地計算響應(yīng)的時間，細心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的不良影響。PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器控制是按并行方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個繼電器同時動作，而PLC是以反復掃描的方式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以串行方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電控制的觸點競爭和時序失配的問題?？傊?，采用循環(huán)掃描的工作方式也是PLC區(qū)別于微機的最大特點，使用者應(yīng)特別注意。特別注意的是在PLC的程序中，前面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果在本次掃描過程中，影響后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果而后面邏輯行的執(zhí)行結(jié)果在本次掃描中不影響前面邏輯行的結(jié)果。315PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟PLC控制系統(tǒng)的基本設(shè)計步驟如下1、深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求。如控制的基本方式，需要完成的動作動作順序、動作條件、必需的保護和連鎖等，操作方式手動、自動、連續(xù)、單周期和單步等。2、根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求和所需要的I/0信號的點數(shù)等，選擇合適類型的PLC。如果需要網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，還須選擇網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的類型。3、根據(jù)控制要求所需的用戶I/O設(shè)備，確定PLC的I/O點數(shù)，并設(shè)計I/O端子的接線圖。4、對較復雜的控制系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，畫出工作循環(huán)圖表，必要時，畫出詳細的狀態(tài)流程圖表，它能清楚的表明動作的順序和條件。5、根據(jù)工作循環(huán)圖表或動態(tài)流程圖表設(shè)計梯形圖。如果被控對象已經(jīng)有了繼電器控制線路圖，可把線路圖變換為梯形圖。設(shè)計梯形圖是編制程序的關(guān)鍵一步，也是比較困難的一步。要設(shè)計好梯形圖，首先應(yīng)熟悉控制要求，同時還要有電器設(shè)計的實踐經(jīng)驗。6、根據(jù)梯形圖編制程序清單。7、編制技術(shù)文件。以上是一個PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟，可根據(jù)控制系統(tǒng)的規(guī)模、控制要求的繁簡、控制程序步序的多少，根據(jù)實際情況有的步驟可以省略。316PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計是指硬件選型。近十幾年來，國內(nèi)外眾多生產(chǎn)廠家提供了多種系列、功能各異的PLC產(chǎn)品。PLC品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、I/O點數(shù)、用戶程序存儲器容量、運算速度、指令系統(tǒng)、編程方法和價格等各有不同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟指標著重要作用。32PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計321PLC程序設(shè)計的常用方法在工程中，對PLC應(yīng)用程序的設(shè)計有多種方法，這些方法的使用，也因各個設(shè)計人員的技術(shù)水平和喜好有較大差異?，F(xiàn)將常用的幾種應(yīng)用程序的設(shè)計方法簡要進行介紹。1、經(jīng)驗設(shè)計法在PLC發(fā)展的初期，沿用了設(shè)計繼電器電路圖的方法來設(shè)計梯形圖。即在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地調(diào)試和修改梯形圖，不斷地增加中間編程元件和輔助觸點，最后才能得到一個較為滿意的結(jié)果。經(jīng)驗設(shè)計法也叫試湊法。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的。設(shè)計所用的時間、設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，所以有人把這種設(shè)計方法叫做經(jīng)驗設(shè)計法。經(jīng)驗設(shè)計法對于一些比較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計是比較奏效的。但是，由于這種方法主要是依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗進行設(shè)計，所以對設(shè)計人員的要求也比較高，特別是要求設(shè)計者有一定的實踐經(jīng)驗，對工業(yè)控制系統(tǒng)和工業(yè)上常用的各種典型環(huán)節(jié)比較熟悉。對于較復雜的系統(tǒng)，經(jīng)驗法一般設(shè)計周期長，不易掌握，系統(tǒng)交付使用后，維護困難。所以，經(jīng)驗法一般只適合于較簡單的或與某些典型系統(tǒng)相類似的控制系統(tǒng)的設(shè)計。2、邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)計方法是根據(jù)數(shù)字電子技術(shù)中的邏輯設(shè)計方法進行PLC程序的設(shè)計。該方法使用邏輯表達式描述實際問題。在得出邏輯表達式后根據(jù)邏輯表達畫梯形圖，或者直接用邏輯表達式寫助記符程序。該方法在純粹的條件控制系統(tǒng)中，非常好用。因為純粹的條件控制系統(tǒng)相當于組合邏輯電路，邏輯表達式書寫簡單。但是在和時間有關(guān)的控制系統(tǒng)中，就顯得復雜。因為，這時的控制問題就相當于順序邏輯問題，不僅要考慮條件，還要考慮時間。用邏輯設(shè)計法設(shè)計PLC應(yīng)用程序的一般步驟如下（1）列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表；（2）繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；（3）進行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計；（4）編寫程序；3、時序圖設(shè)計法如果PLC各輸出信號的狀態(tài)變化有一定的時間順序，可用時序圖法設(shè)計程序。因為在畫出各輸出信號的時序圖后，容易理順各狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時刻和轉(zhuǎn)換的條件，從而建立清晰的設(shè)計思路。時序圖設(shè)計法歸納如下（1）把時序圖劃分成若干個時間區(qū)段，確定各區(qū)段的時間長短。找出區(qū)段間的分界點，弄清分界點處各輸出信號狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系和轉(zhuǎn)換條件。（2）根據(jù)時間區(qū)段的個數(shù)確定需要的定時器數(shù)量，分配定時器號，確定各定時器的設(shè)定值，明確各定時器開始定時和定時時間到這兩個關(guān)鍵時刻對各輸出信號狀態(tài)的影響。（3）明確各I/O信號之間的時序關(guān)系，畫出各I/O信號的工作時序圖。（4）根據(jù)定時器的功能明細表、時序圖和I/O分配畫出梯形圖。4、順序控制設(shè)計法所謂順序控制，就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。順序控制設(shè)計法又稱步進控制設(shè)計法。對那些按動作的先后順序進行控制的系統(tǒng)，非常適合使用順序控制設(shè)計法編程。順序控制設(shè)計法規(guī)律性很強，雖然編出的程序偏長，但程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性強。在用順序控制設(shè)計法編程時，功能表圖是很重要的工具。功能表圖能清楚地表現(xiàn)出系統(tǒng)各工作步的功能、步與步之間的轉(zhuǎn)換順序及其轉(zhuǎn)換條件。用順序控制設(shè)計法編程的基本步驟是（1）分析控制要求。將控制過程分成若干個工作步，明確每個工作步的功能，弄清步的轉(zhuǎn)換是單向進行單序列還是多向進行選擇或并行序列的，確定步的轉(zhuǎn)換條件可能是多個信號的“與”、“或”等邏輯組合，必要時可畫一個工作流程圖。（2）為每個步設(shè)定控制位?？刂莆蛔詈檬褂猛粋€內(nèi)存單元的若干連續(xù)位。若用定時器/計數(shù)器的輸出作為轉(zhuǎn)換條件，則應(yīng)確定各定時器/計數(shù)器的編號和設(shè)定值。（3）確定所需輸入和輸出點的點數(shù)。確定所需輸入和輸出點的個數(shù)，選擇PLC機型，做出I/O分析。（4）在前兩步的基礎(chǔ)上畫出功能表圖、畫梯形圖。（5）添加某些特殊要求的程序。順序控制設(shè)計法有一定的規(guī)律可循，所編寫的程序易讀、易檢查、易修改，是常用的設(shè)計方法之一。使用順序控制設(shè)計法的關(guān)鍵有三條一是理順動作順序，明確各步的轉(zhuǎn)換條件二是準確地畫出功能表圖三是根據(jù)功能表圖正確地畫出相應(yīng)的梯形圖，最后再根據(jù)某些特殊功能要求，添加部分控制程序。322PLC程序設(shè)計步驟根據(jù)PLC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎(chǔ)上，用相應(yīng)的編程語言指令，編制實際應(yīng)用程序并形成程序說明書的過程就是程序設(shè)計。1、程序設(shè)計步驟PLC程序設(shè)計一般分為以下幾個步驟1程序設(shè)計前的準備工作；2程序框圖設(shè)計；3編寫程序；4程序測試；5程序調(diào)試；6編寫程序說明書。2、程序設(shè)計前的準備工作1了解系統(tǒng)概況，形成整體概念這一步的工作主要是通過系統(tǒng)設(shè)計方案和軟件規(guī)格說明書了解控制系統(tǒng)的全部功能、控制規(guī)模、控制方式、輸入/輸出信號種類和數(shù)量、是否有特殊功能接口、與其他設(shè)備的關(guān)系、通信內(nèi)容與方式等。2熟悉被控對象、編制出高質(zhì)量的程序這一步的工作是通過熟悉生產(chǎn)工藝說明書和軟件規(guī)格說明書來進行的。可把控制對象和控制功能分類，按響應(yīng)要求、信號用途或控制區(qū)域劃分，確定檢測設(shè)備和控制設(shè)備的物理位置，深入細致地了解每一個檢測信號和控制信號的形式、功能、規(guī)模，以及其間的關(guān)系和預見以后可能出現(xiàn)的問題，使程序有的放矢。3充分利用手頭的硬件和軟件工具例如，硬件工具有編程器、GPC圖形編程器、FIT工廠智能終端。編程軟件有西門子STEP7，LSS，CPT，CXPROGRAMMER等。利用計算機編程，可以大大提高編程的效率和質(zhì)量。3、程序框圖設(shè)計這步的主要工作是根據(jù)軟件設(shè)計規(guī)格書的總體要求和控制系統(tǒng)具體情況，確定應(yīng)用程序的基本結(jié)構(gòu)、按程序設(shè)計標準繪制出程序結(jié)構(gòu)框圖，然后再根據(jù)工藝要求，繪制出各功能單元的詳細功能框圖。如果有人己經(jīng)做過這步工作，最好借鑒一下。有的系統(tǒng)的應(yīng)用軟件已經(jīng)模塊化，那就要對相應(yīng)程序模塊進行定義，規(guī)定其功能，確定各模塊之間連接關(guān)系，然后再繪制出各模塊內(nèi)部的詳細框圖。框圖是編程的主要依據(jù)，要盡可能詳細。如果框圖是別人設(shè)計的，一定要設(shè)法弄清楚其設(shè)計思想和方法。這步完成之后，就會對全部控制程序的功能實現(xiàn)有一個整體概念。4、編寫程序編寫程序就是根據(jù)設(shè)計出的框圖逐條地編寫控制程序，這是整個程序設(shè)計工作的核心部分。如果有編程支持軟件如STEP7,SSS,CPT等，應(yīng)盡量使用。梯形圖語言是最普遍使用的編程語言，再來編寫用戶應(yīng)用程序。在編寫程序的過程中，可以借鑒現(xiàn)成的標準程序，但必須弄懂這些程序段，否則將會給后續(xù)工作帶來困難和損失。另外，編寫程序過程中要及時地對編出的程序進行注釋，以免忘記其間相互關(guān)系，要隨編隨注。注釋要包括程序的功能、邏輯關(guān)系說明、設(shè)計思想、信號的來源和去向，以便閱讀和調(diào)試。5、程序測試程序測試是整個程序設(shè)計工作中一項很重要的內(nèi)容，它可以初步檢查程序的實際效果。程序測試和程序編寫是分不開的，程序的許多功能是在測試中修改和完善的。測試時先從各功能單元入手，設(shè)定輸入信號，觀察輸出信號的變化情況，必要時可以借用某些儀器、儀表。各功能單元測試完成后，再貫通全部程序，測試各部分的接口情況，趕到滿意為止。程序測試可以在實驗室進行，也可以在現(xiàn)場進行。如果是在現(xiàn)場進行程序測試，那就要將可編程序控制器系統(tǒng)與現(xiàn)場信號隔離，可以使用暫停輸入/輸出服務(wù)指令，也可以切斷輸入/輸出模板的外部電源，以免引起不必要的、甚至可能造成事故的機械設(shè)備動作。6、程序調(diào)試程序調(diào)試與程序測試不同，它是在成功地進行了程序測試之后才開始的工作。軟件測試試的目的是盡可能多地發(fā)現(xiàn)軟件中的錯誤，軟件調(diào)試的任務(wù)是進一步診斷和改正軟件中的錯誤。第4章變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計41系統(tǒng)的方案設(shè)計及工作過程以上通過對變頻器幾PLC的介紹我們可以根據(jù)課題的需要來進行系統(tǒng)的整體設(shè)計。411系統(tǒng)的方案設(shè)計可編程控制器PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的基本控制策略是采用變頻調(diào)速的水泵與PLC，構(gòu)成控制系統(tǒng)，根據(jù)水壓的高低自動調(diào)整水泵的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。本系統(tǒng)為某高層設(shè)計的用1臺變頻器控制2臺水泵，即“一拖二”配置方案，圖41也是該供水系統(tǒng)組態(tài)模擬的基礎(chǔ)。圖41變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)組成412系統(tǒng)控制方案研究變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有PLC、變頻器、壓力控制器、壓力傳感器、流量檢測器、動力控制線路以及2臺水泵等組成。用戶通過控制柜而板上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制系統(tǒng)的運行，也可通過組態(tài)軟件對這套變頻供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控。系統(tǒng)的各設(shè)備分別采用西門子S7200可編程控制器PLC，三菱FRF54022KCH變頻器U,YTZ150差動變壓器式遠傳壓力表SP,PXW5T3F8V壓力控制器RP。通用繼電器JT18（KA4KA6），中間繼電器J214（KA1KA3），接出器GMC25（K0K4），熱繼電器GHT22（1220A）（2個）。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器SP，把出口壓力信號變成標準信號送入RP,經(jīng)與給定壓力參數(shù)進行運算比較和PID調(diào)節(jié)，RP的C2,C3端輸出模擬控制電流420MA給變頻器的4,5端，山變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。當用水量超過1臺泵的供水量時，通過PLC控制加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。開泵時，1號泵變頻啟動，該泵轉(zhuǎn)速從零開始隨頻率上升。同時，壓力控制器接收到壓力傳感器的標準信號，經(jīng)過比較、調(diào)節(jié)輸出420MA電流給變頻器作為變頻器的控制信號。若變頻器頻率達到50HZ，而壓力仍小于設(shè)定值，延時一段時間后,1號泵由變頻切換成工頻，變頻器頻率由50HZ下降至OHZ,2號泵變頻啟動，其轉(zhuǎn)速從零開始隨頻率上升。當壓力大于設(shè)定值時，1號泵停機，2號泵繼續(xù)變頻運行。當壓力再次小于設(shè)定值時，2號泵由變頻切換成工頻，變頻器頻率下降至0HZ，延時一段時間后，1號泵變頻啟動。這樣循環(huán)下去，2臺泵輪流變頻工作來完成供水，既可以延長水泵的使用壽命，又不會發(fā)生其中一個泵因經(jīng)常不用而銹死的情況。在PLC程序設(shè)計中，必須認真考慮這切換過程，才能保證系統(tǒng)在一個工作周期內(nèi)實現(xiàn)正常切換與運行。機組工作過程流程圖42如下圖42流程圖42控制系統(tǒng)硬件設(shè)計421主電路設(shè)計在硬件系統(tǒng)設(shè)計中，采用一臺變頻器連接2臺電動機，具有變頻/工頻兩種工作狀態(tài)，每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)，每臺電機只通過一個接觸器與變頻輸出電源連接。同時熱繼電器可以實現(xiàn)對電動機的過熱保護。變頻器主電路電源輸入端子R,S,T與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子U，V,W經(jīng)接觸器接至三相電動機上，當旋轉(zhuǎn)方向預設(shè)定不一致時，需要調(diào)換輸出端子U，V,W的任意兩相。特別是對于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動機，一定要保證在工頻電源拖動和變頻輸出電源拖動兩種情況下電機旋向的一致性，否則在變頻/工頻的切換過程中會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。在變頻器起動、運行和停止操作中，必須用觸摸面板的運行和停止鍵或者是外控端子FWDREV來操作，不得以主電路的通斷來進行。另外為了改善變頻器的功率因素，還需配置相應(yīng)的DC電抗器，變頻器的P，P端子是連接DC電抗器之用。圖43為變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖圖43變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路422控制電路設(shè)計在控制電路的設(shè)計中，首先要考慮弱電和強電之間的隔離的問題。在整個控制系統(tǒng)中，所有控制電機，都是按照PLC的程序邏輯來完成的。為了保護PLC設(shè)備，PLC輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機的動作。在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實現(xiàn)系統(tǒng)中的強電和弱電之間的隔離，保護系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強系統(tǒng)工作的可靠性?？刂齐娐分写嬖陔娐分g互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實現(xiàn)分組的組內(nèi)自動循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。組內(nèi)互鎖是指同一組中電動機的互鎖，組間互鎖是指不同機組之間電動機的互鎖。在實現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時候，嚴禁出現(xiàn)一臺電動機同時接在工頻電源和變頻電源的情況，同時要求變頻器始終只與一臺電動機相連。所以在一臺電動機變頻工作的時候，要自動切斷另一臺電動機的變頻控制電路?？刂齐娐分羞€必須考慮系統(tǒng)電機的當前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計，為了節(jié)省PLC的輸出端口，在電路中可以采用PLC輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機的指示燈的亮和熄滅，指示當前系統(tǒng)電機和閥門的工作狀態(tài)。423PLC配置S7200型PLC的特點由于恒壓供水自動控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此PLC選用德國SIEMENS公司的S7200型。S7200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性能/價格比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)20。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點PLC可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。PLC和上位機的通信PC/PPI電纜，支持點對點接口PPI協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機的通信接口RS232的轉(zhuǎn)換，通信傳輸速率為96KBAUD或19