恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 樓宇供水系統(tǒng)的控制要求11.3 樓宇供水系統(tǒng)的工作原理21.4樓宇供水系統(tǒng)的工作原理31.5 系統(tǒng)主要特點(diǎn)5第二章 恒壓供水控制硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)72.1 PLC的特點(diǎn)72.2 PLC的硬件系統(tǒng)82.3 恒壓供水控制系統(tǒng)PLC的選擇和功能82.4 恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)92.5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的一般步驟92.6 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)功能說(shuō)明112.7 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)電路圖12第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)183.1 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容183.2 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)步驟183.3 編程的基本原則183.4 系統(tǒng)軟件流程

2、圖193.5供水系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)203.6 供水系統(tǒng)的子程序設(shè)計(jì)233.7 供水系統(tǒng)的中斷程序設(shè)計(jì)233.8 儲(chǔ)存器功能表與整體程序分析24結(jié)論與體會(huì)25主要參考材料：26附錄1：系統(tǒng)的主程序指令27附錄2：系統(tǒng)的子程序指令29附錄3：系統(tǒng)的中斷程序指令30第一章 緒論1.1 引言由于生活用水過(guò)程中存在不同時(shí)間段用水量不均現(xiàn)象。如果不對(duì)供水量進(jìn)行調(diào)節(jié),管網(wǎng)壓力的波動(dòng)也會(huì)很大,容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故,同時(shí)也浪費(fèi)了大量能源。為了節(jié)約電能,又能保證正常用水,供水部門也采取了不少措施。近幾年最為常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)能根據(jù)壓力變化情況及時(shí)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速,將供水壓力控制在一定范圍之內(nèi)，既滿足了變化的用水

3、需求，也起到了節(jié)能降耗的目的。恒壓供水技術(shù)以其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，恒壓供水對(duì)水泵、電機(jī)也起到了很好的保護(hù)作用和有效地節(jié)約了電能的消耗。結(jié)合使用可編程控制器，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動(dòng)，具有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。但是，變頻恒壓供水系統(tǒng)存在如下不足：（1）由于供水系統(tǒng)出口壓力與實(shí)際用水需求存在較大的滯后性，供水系統(tǒng)存在較大的周期性壓力波動(dòng)。（2）變頻范圍只有在離心泵的特性曲線最佳工作范圍內(nèi)，也就是下調(diào)頻率10%30%才能顯示出其最大的節(jié)能效益，如

4、再往下調(diào)頻率，就會(huì)出現(xiàn)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)而不出水的工況，即超出了離心泵的極限工作范圍。（3）在深夜用水量很小的時(shí)候，水泵在變頻器控制下較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)低頻(速)運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)水泵機(jī)械工況不利，同時(shí)耗能增加，約為額定功率的25%。針對(duì)上述問(wèn)題，以PLC為核心，采用模糊控制技術(shù)和壓力補(bǔ)償策略實(shí)現(xiàn)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)較好地解決了上述問(wèn)題。1.2 樓宇供水系統(tǒng)的控制要求變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。采用PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求。設(shè)計(jì)可編程控制器程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的控

5、制有兩個(gè)基本要本要求。 水泵的啟停根據(jù)主管道給出的壓力信號(hào)決定水泵的啟停，當(dāng)壓力低于正常壓力時(shí)啟動(dòng)一個(gè)水泵，10S后仍低，則啟動(dòng)下一臺(tái)；當(dāng)壓力高于正常壓力時(shí)，切斷一臺(tái)水泵，10S后高壓信號(hào)仍存在，切斷下一臺(tái)。每臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能。 水泵啟停切換原則恒壓供水系統(tǒng)主要是由幾個(gè)水泵完成對(duì)主管道供水壓力的維持，考慮到電機(jī)的保護(hù)，要求幾臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間和頻率盡可能一致。也就是說(shuō)，需要接通時(shí)，首先啟動(dòng)停止時(shí)間最長(zhǎng)的那臺(tái)，而需要切斷時(shí)則先停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最長(zhǎng)的那臺(tái)。對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。按照實(shí)際需要，還可以確定恒壓供水系統(tǒng)主要控制要求如下：系統(tǒng)控制生活和消防水管網(wǎng)供水

6、。生活用水泵組也可做消防供水的備用，消防泵組也可參與生活泵組的交替使用。系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，使設(shè)備運(yùn)行在高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。系統(tǒng)應(yīng)采用閉環(huán)控制能自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)定壓力和管網(wǎng)實(shí)際水壓的差值，使管網(wǎng)供水壓力始終保持恒定。系統(tǒng)具有短路、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、過(guò)載等多種保護(hù)。水泵運(yùn)行如有故障，則自動(dòng)停止工作并報(bào)警輸出，然后進(jìn)行故障判斷并自動(dòng)啟動(dòng)備用泵等。采用各種措施盡可能使系統(tǒng)在安全運(yùn)行的情況下達(dá)到節(jié)能的目的。1.3 樓宇供水系統(tǒng)的工作原理樓宇供水系統(tǒng)的構(gòu)成本文的供水系統(tǒng)可適用于生活水、工業(yè)用水以及消防等多種場(chǎng)合的供水。以兩臺(tái)水泵組成的供水系統(tǒng)為例，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、

7、信號(hào)檢測(cè)、控制系統(tǒng)、變頻器、人機(jī)界面、上位連接以及報(bào)警裝置等部分組成。其工作過(guò)程：首先檢測(cè)給水池液位保護(hù)開(kāi)關(guān)是否動(dòng)作，否則直接由變頻器啟動(dòng)第一臺(tái)水泵；同時(shí)由遠(yuǎn)傳壓力表測(cè)出出水口管路水壓，將模擬量送到控制器，與給定水壓值（設(shè)定上下限）比較后，控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最大或最小時(shí)，由控制增加水泵或減少水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。通常，在同一路供水系統(tǒng)中，設(shè)置多臺(tái)常用泵，供水量大時(shí)多臺(tái)泵全開(kāi)，供水量少時(shí)少開(kāi)一臺(tái)或兩臺(tái)。在采用變頻器進(jìn)行恒壓供水時(shí)，就存在著所有的水泵配用一臺(tái)變頻器還是每臺(tái)水泵配用一臺(tái)變頻器的問(wèn)題。這兩種方案哪一種更好 呢？本

8、文提出了用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)電機(jī)的方案，既節(jié)約了投資，又達(dá)到了恒壓供水的目的。供水系統(tǒng)由主供水回路、泵房組成，其中泵房裝有2臺(tái)泵。另外，還有多個(gè)電動(dòng)閘閥或控制設(shè)備。系統(tǒng)需要供水量比較少時(shí)就開(kāi)一臺(tái)水泵向管網(wǎng)充壓，供水量大時(shí)開(kāi)2臺(tái)泵機(jī)同時(shí)向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，根據(jù)反饋定理在管網(wǎng)系統(tǒng)的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件。采用以PLC控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)泵切換及工頻變頻的切換控制。用變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。恒壓供水系統(tǒng)主要由上位機(jī)、PLC、一臺(tái)變頻器、壓力變送器、電機(jī)(M1和M2)、水泵組和氣壓罐組成，其中上位機(jī)、PLC和變頻器組成系統(tǒng)的核心，自動(dòng)控制給水泵的投入臺(tái)數(shù)和電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)

9、，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。兩臺(tái)變頻器均具有內(nèi)置PID，可消除控制參量的靜態(tài)誤差、突變、滯后等現(xiàn)象，縮短系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間。樓宇供水系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖如圖1.1所示。操作信號(hào)PLC變頻器PID壓力信號(hào) 限值信號(hào)切換裝置2號(hào)泵1號(hào)泵圖1.1 樓宇供水系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖1.4樓宇供水系統(tǒng)的工作原理考慮整個(gè)供水系統(tǒng)由2臺(tái)水泵組成，分成生活泵組和消防泵組，生活泵組主要用于生活管網(wǎng)供水，消防泵組用于消防狀態(tài)下的消防用水補(bǔ)給(同時(shí)生活泵組的恒速泵也作為消防泵組的恒速泵的備用)，生活泵組和消防泵組定時(shí)倒換，并互相備用。因此消防和生活供水便成為既獨(dú)立又互相聯(lián)系的兩個(gè)系統(tǒng)(每套系統(tǒng)由一臺(tái)變速泵和一臺(tái)恒速泵組成，同時(shí)生活

10、泵組的恒速泵可作為消防泵的備用)，被控量為消防和生活供水管網(wǎng)的壓力信號(hào)。一般情況下由上位PC機(jī)給定生活管網(wǎng)壓力，然后與壓力傳感器所測(cè)管網(wǎng)實(shí)際壓力進(jìn)行比較，將差值送入變頻器內(nèi)置PID進(jìn)行運(yùn)算，用結(jié)果控制變頻器的頻率輸出，當(dāng)管網(wǎng)壓力低于給定值時(shí)，PID正向積分控制變頻器輸出，頻率增加，水泵加速，管網(wǎng)壓力將不斷增大直到趨于設(shè)定值。反之，當(dāng)管網(wǎng)壓力高于給定值時(shí)，PID反向積分，變頻器輸出頻率降低，水泵減速，管網(wǎng)壓力將不斷減小。當(dāng)管網(wǎng)壓力等于設(shè)定值時(shí)，變頻器頻率保持恒定，管網(wǎng)水壓也基本恒定。當(dāng)用水量過(guò)大時(shí)，調(diào)速全速運(yùn)行也不能滿足管網(wǎng)壓力恒定，壓力的下限信號(hào)和變頻器的工頻信號(hào)同時(shí)被系統(tǒng)檢測(cè)到時(shí)，PLC將自

11、動(dòng)投入一臺(tái)恒速泵，增加一供水固定值，仍由調(diào)速泵調(diào)至恒壓。變頻器的輸出頻率在050Hz之間變化，頻率越高，水泵的出口壓力越大。調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，就可以改變水泵的輸出能力。我們采用的是差動(dòng)式壓力傳感器，安裝在水泵的出水管道上，用于水壓的閉環(huán)控制。同時(shí)啟動(dòng)必須為變頻啟動(dòng)，以保證較小的啟動(dòng)電流和較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。壓力信號(hào)通過(guò)PID調(diào)節(jié)器驅(qū)動(dòng)變頻器，然后通過(guò)報(bào)警表的限值輸出控制PLC切換泵的運(yùn)行狀態(tài)。加上啟動(dòng)信號(hào)后，首先1#號(hào)泵變頻啟動(dòng)，延時(shí)10S后（延時(shí)目的使壓力穩(wěn)定下來(lái)），如壓力信號(hào)為正常值則保持變頻運(yùn)行；如壓力信號(hào)為下限則1#號(hào)切換工頻，同時(shí)延時(shí)1S后（延時(shí)目的使開(kāi)關(guān)熄弧，防止短路）把2號(hào)投入變

12、頻運(yùn)行；如果運(yùn)行一段時(shí)間水壓較低（正常值的低值），則把2號(hào)也切換為工頻運(yùn)行，以保證供水壓力；如達(dá)到較高壓力（正常值的高值）則把其中一臺(tái)切換為變頻運(yùn)行，另一臺(tái)工頻運(yùn)行；如達(dá)到上限值則切除工頻，保持變頻運(yùn)行。若仍為上限值則1、2號(hào)泵停機(jī)。若恢復(fù)到正常值則按流程圖的正常值條件運(yùn)行。根據(jù)上面的對(duì)于供水系統(tǒng)的分析，首先由上位機(jī)給定壓力值，然后系統(tǒng)按控制過(guò)程通過(guò)變頻器和PLC的控制迅速使消防管網(wǎng)壓力到達(dá)設(shè)定值附近?；赑LC和變頻器的恒壓供水控制系統(tǒng)工作原理圖如圖1.2所示。圖1.2 恒壓供水控制系統(tǒng)工作原理圖1.5 系統(tǒng)主要特點(diǎn)為了避免啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，電機(jī)采用變頻啟動(dòng)方式，從變頻器的輸出得到逐漸上升的

13、頻率和電壓。啟動(dòng)前變頻器要復(fù)位。根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。如設(shè)備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時(shí)，PLC發(fā)出指令1號(hào)泵自動(dòng)切換到工頻電源運(yùn)行，待1號(hào)泵完全退出變頻運(yùn)行，對(duì)變頻器復(fù)位后，2號(hào)水泵投入變頻運(yùn)行。根據(jù)恒壓的需要，采取無(wú)主次切換，即“先開(kāi)先?！钡脑瓌t接入和退出。在PLC的程序中，通過(guò)設(shè)置工頻水泵的臺(tái)數(shù)，由給定頻率是否達(dá)到上限頻率或下限頻率來(lái)判斷增加水泵或減少水泵。為了避免一臺(tái)水泵長(zhǎng)期工作，任一水泵最好不要連續(xù)變頻運(yùn)行超過(guò)3小時(shí)。這個(gè)系統(tǒng)還能對(duì)水位下限，變頻器、PLC故障等報(bào)警。當(dāng)PLC發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)從自動(dòng)

14、轉(zhuǎn)入手動(dòng)方式。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，用戶用水管網(wǎng)上的壓力傳感器對(duì)用戶的用水水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，傳輸至PLC，與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)和水泵啟動(dòng)臺(tái)數(shù)信號(hào)分別送至變頻器和可編程控制器。變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的電源頻率，進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，PLC控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)對(duì)水泵的啟動(dòng)和停止臺(tái)數(shù)及其中變頻泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，將用戶管網(wǎng)中的水壓恒定于用戶預(yù)先設(shè)計(jì)的壓力值，達(dá)到變頻恒壓供水的目的。該恒壓供水系統(tǒng)的各部分主要特點(diǎn)與功能：（1）操作臺(tái)：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作控制及參數(shù)的設(shè)定與顯示。（2）可編程序控制器：操作控制信號(hào)的輸入，以及PLC的控制輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩臺(tái)變頻器的切換及調(diào)速控制。（3）變頻器：有手動(dòng)、

15、自動(dòng)調(diào)速功能。第二章 恒壓供水控制硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 PLC的特點(diǎn)恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。PLC有以下特點(diǎn)：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)現(xiàn)代PLC采用了集成度很高的微電子器件，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，其可靠程度是使用機(jī)械觸點(diǎn)的接觸器繼電器系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。為了保證PLC在惡劣的工業(yè)環(huán)境下可靠工作，在其設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了一系列硬件和軟件方面的抗干擾措施來(lái)提高它的可靠性。（2）編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC采用與接觸器繼電器控制線路圖非常接近的梯形圖作為編程語(yǔ)言，它既有繼電器電路清晰直觀的特點(diǎn)，又充分考慮到電氣工人和技

16、術(shù)人員的讀圖習(xí)慣；對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，幾乎不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此，易學(xué)易懂，程序改變時(shí)也容易修改。（3）功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)目前PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和模塊化，不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控等功能。它能根據(jù)實(shí)際需要，方便靈活地組裝成大小各異、功能不一的控制系統(tǒng)：既可控制一臺(tái)單機(jī)、一條生產(chǎn)線，又可以控制一個(gè)機(jī)群、多條生產(chǎn)線；既可以現(xiàn)場(chǎng)控制，又可以遠(yuǎn)程控制。（4）使用簡(jiǎn)單，調(diào)試維修方便PLC的接線及其方便，只需將產(chǎn)生輸入信號(hào)的設(shè)備（如按鈕、開(kāi)關(guān)等）與PLC的輸入端子連接，將接收輸出信號(hào)的被控設(shè)備（如接觸器、電磁

17、閥等）與PLC的輸出端子連接，僅用螺絲刀即可完成全部接線工作。PLC的用戶程序可在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，輸出信號(hào)可以用PLC的發(fā)光二極管來(lái)模擬。調(diào)試后再將PLC在現(xiàn)場(chǎng)安裝通調(diào)。調(diào)試工作工作量要比接觸器繼電器控制系統(tǒng)少得多。（5）體積小、質(zhì)量小、功耗低由于PLC采用半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路，因此整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量小、功耗低，所以，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想的控制設(shè)備。2.2 PLC的硬件系統(tǒng)PLC是一種以微處理器為核心和工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。因此，它的組成與一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大

18、部分組成的。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)，它們相輔相成，缺一不可。沒(méi)有軟件的PLC系統(tǒng)稱為裸機(jī)系統(tǒng)，不起任何作用。反之，如果沒(méi)有硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)也失去了基本的外部條件，程序根本無(wú)法運(yùn)行。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出（I/O）部件、電源部件、編程器、其他外部設(shè)備、I/O擴(kuò)展單元組成。2.3 恒壓供水控制系統(tǒng)PLC的選擇和功能恒壓供水控制系統(tǒng)中可編程控制器選用德國(guó)SIEMENS公司的S7-200系列PLC, S7-200具有豐富的指令系統(tǒng)和基于WINDOWS的編程工具,很方便程序編制和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試?？删幊炭刂破髟诖藢?shí)現(xiàn)以下功能:（1）自動(dòng)/手動(dòng)工作方式采用

19、狀態(tài)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可選擇自動(dòng)工作、手動(dòng)調(diào)整兩種工作方式，便于調(diào)試和檢修， 并可在出現(xiàn)故障時(shí)切換到手動(dòng)控制方式，保證連續(xù)供水。（2）自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)速在PLC通電后,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)管網(wǎng)實(shí)際壓力值，根據(jù)設(shè)定值和測(cè)量值的差值，配合變頻器對(duì)投入水泵臺(tái)數(shù)以及調(diào)速泵頻率進(jìn)行自動(dòng)處理。（3）監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)PLC各輸出有發(fā)光二極管顯示，可清楚地看出其動(dòng)作過(guò)程，判別系統(tǒng)動(dòng)作的正確性，同時(shí)若系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)也可作為故障判別的依據(jù)。（4）通訊功能PLC通過(guò)PPI傳輸電纜實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和參數(shù)的讀取等。（5）故障檢測(cè)與報(bào)警PLC可以實(shí)現(xiàn)變頻器故障檢測(cè)與報(bào)警、超壓檢測(cè)與報(bào)警等功能。超壓報(bào)警是指在特殊情況下(如壓力

20、傳感器失靈等)出現(xiàn)，當(dāng)實(shí)測(cè)壓力大大超過(guò)設(shè)定水壓時(shí)，PLC則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人員處理。（6）保護(hù)功能PLC能實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能，如過(guò)熱和過(guò)流、電源欠壓和過(guò)壓、短路、瞬間斷電、過(guò)載等保護(hù)功能，對(duì)啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種故障均能給出相應(yīng)的狀態(tài)指示和報(bào)警信號(hào)。2.4 恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 變頻器的容量一般地說(shuō)，當(dāng)由一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，只需使變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量與實(shí)際電動(dòng)機(jī)容量相符即可。當(dāng)一臺(tái)變頻器同時(shí)控制兩臺(tái)電機(jī)時(shí)，原則上變頻器的配用電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)等于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量之和。但如果在高峰負(fù)載時(shí)的用水量比兩臺(tái)水泵全速供水的供水量相差很多，可考慮適當(dāng)減小變頻器的容量，但應(yīng)注意留有足夠的余量

21、。 電動(dòng)機(jī)的保護(hù)雖然水泵在低速運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作電流較小。但是，當(dāng)用戶的用水量變化頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于頻繁的升、降速狀態(tài)，而升、降速的電流可能略超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。因此，電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)是必要的。對(duì)于這種由于頻繁地開(kāi)、升降速而積累起來(lái)的溫升，變頻器內(nèi)的電子熱保護(hù)功能是難以起到保護(hù)作用的，所以應(yīng)采用熱繼電器來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)。 注意問(wèn)題最高頻率：應(yīng)以電動(dòng)機(jī)的額定頻率為變頻器的最高工作頻率，一般為50HZ。升降速時(shí)間：在采用PID調(diào)節(jié)器的情況下，升、降速時(shí)間應(yīng)盡量設(shè)定得短一些，以免影響由PID調(diào)節(jié)器決定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程。如變頻器本身具有PID調(diào)節(jié)功能時(shí)，只要在預(yù)置時(shí)設(shè)定PID功能

22、有效，則所設(shè)定的升速和降速時(shí)間將自動(dòng)失效。2.5 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的一般步驟任何一種控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循一些基本方法和步驟，PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟如圖2.1所示。分析工藝流程和控制要求確定輸入/輸出設(shè)備選擇合適的PLCI/O點(diǎn)分配程序設(shè)計(jì)離線模擬調(diào)試修改程序模擬調(diào)試正常硬件設(shè)計(jì)硬件現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試修改程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試正常硬件改動(dòng)整理技術(shù)文件是是否否否開(kāi)始結(jié)束圖2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟圖2.6 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)功能說(shuō)明 控制對(duì)象對(duì)于電機(jī)的調(diào)速方面，由于大多數(shù)水泵采用交流異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其

23、轉(zhuǎn)速為 （2.1）式中，n為轉(zhuǎn)速；p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；f為電源頻率；s為轉(zhuǎn)差率。變級(jí)調(diào)速，通過(guò)改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，即改變定子繞組的接線方法而改變極對(duì)數(shù)，可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；變頻調(diào)速則是將電網(wǎng)中的交流電通過(guò)變頻器轉(zhuǎn)換為電壓和頻率均可變的交流電之后，供給電動(dòng)機(jī)，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)采用接觸器等機(jī)械構(gòu)件來(lái)完成通、斷電，所有的控制全部依靠人工來(lái)進(jìn)行操作，對(duì)于管網(wǎng)的壓力和水位的變化很難做出及時(shí)和適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，因此采用PLC控制變頻器，并對(duì)反饋回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 變頻調(diào)速系統(tǒng)工作過(guò)程變頻調(diào)速系統(tǒng)的主要任務(wù)是在不同的水管壓力下，對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，增加或減少水泵

24、的功率，既能保證用戶的用水要求，又能減少對(duì)資源的浪費(fèi)。根據(jù)對(duì)控制任務(wù)的分析，該系統(tǒng)的主要功能為：低速啟動(dòng)，以減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊；變頻運(yùn)行，對(duì)于不同的供水需要做出不同的運(yùn)行指令；工頻運(yùn)行，滿足大量用水的需求，其簡(jiǎn)單工作過(guò)程如圖2.2所示。電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行啟動(dòng)管壓小于設(shè)定值管壓大于設(shè)定值圖2.2 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)簡(jiǎn)單工作過(guò)程啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)后，逐漸升高頻率，同時(shí)不斷檢測(cè)供水管內(nèi)的壓力值，當(dāng)壓力值小于設(shè)定值時(shí)，繼續(xù)升頻，直到達(dá)到工頻，然后切換掉變頻器使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在工頻階段；若檢測(cè)到管內(nèi)的壓力值大于預(yù)設(shè)值，則再次啟動(dòng)變頻器，使之對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，這樣就完成了一次變頻與工頻的切換過(guò)程。如果采

25、用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制的話，其過(guò)程類似，若一臺(tái)電動(dòng)機(jī)在工頻狀態(tài)下仍無(wú)法滿足管內(nèi)壓力，則啟動(dòng)第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)在變頻下工作。若管內(nèi)壓力減小后小于設(shè)定值，則先停止第一臺(tái)工頻運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，然后繼續(xù)對(duì)第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行，直至達(dá)到設(shè)定的壓力值。 控制功能框圖根據(jù)變頻系統(tǒng)控制要求和圖3-2所示的工作過(guò)程，設(shè)計(jì)出以下功能框圖，如圖2.3所示。PLC控制按鈕反饋信號(hào)變頻器電動(dòng)機(jī)圖2.3 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)功能框圖根據(jù)圖2.3所示的功能框圖，啟動(dòng)PLC后，先用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)，然后由傳感器檢測(cè)管內(nèi)的壓力值，傳入到PLC中，經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算輸出對(duì)變頻器的控制信號(hào)，使變頻器處于工作狀態(tài)，達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的目的。2.7 變頻調(diào)

26、速恒壓供水系統(tǒng)電路圖變頻調(diào)速是目前最理想的調(diào)速技術(shù)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟起來(lái)，且廣泛應(yīng)用在鋼鐵、冶金、電力和輕工業(yè)等各個(gè)行業(yè)中。隨著節(jié)約型社會(huì)的建立，生產(chǎn)和生活對(duì)用水的要求越來(lái)越高，變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被提出，而且技術(shù)成熟，系統(tǒng)具有能穩(wěn)定運(yùn)行、可靠性高和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。供水系統(tǒng)的主電路圖根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，對(duì)控制功能做出分析之后，設(shè)計(jì)出如圖2.4所示的主電路圖，QS為主電路的隔離開(kāi)關(guān)；FU為主電路的短路保護(hù)；FR1和FR2是主電路過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；該主電路有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)M1和M2；接觸器KM1和KM4控制電動(dòng)機(jī)直接接到工頻電網(wǎng)上，KM2和KM3控制電動(dòng)機(jī)變頻

27、運(yùn)行。圖2.4 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主電路 供水系統(tǒng)的控制電路圖變頻調(diào)速主電路的控制電路的設(shè)計(jì)如圖3-5所示，SB0是系統(tǒng)的停止按鈕，用于控制電動(dòng)機(jī)的停止；SB1是電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)按鈕，用于控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)；在變頻與工頻回路之間添加了互鎖觸電，KM1,KM2,KM3和KM4的常閉觸點(diǎn)，防止變頻與工頻同時(shí)運(yùn)行，造成控制失效。圖2.5 恒壓供水系統(tǒng)控制電路 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件連接圖根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能的分析及以上的主電路和控制電路的描述，設(shè)計(jì)出如圖2.6所示的硬件連線圖。圖2.6 恒壓供水系統(tǒng)硬件連線圖根據(jù)系統(tǒng)的功能要求和主電路及控制電路圖，對(duì)PLC的I/O分配如表2.1所示。表2.1 恒壓供水系統(tǒng)I/O分配表

28、名稱地址編號(hào)說(shuō)明SB0I0.1停止按鈕SB1I0.0啟動(dòng)按鈕AIW0接收傳感器信號(hào)KM1Q0.01#工頻接觸器KM2Q0.11#變頻接觸器KM3Q0.22#變頻接觸器KM4Q0.32#工頻接觸器RSTQ0.4對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位控制AQW0輸出模擬信號(hào)到變頻器表2.1中I0.0、I0.1和AIW0是輸入信號(hào)，Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4和AQW0是輸出信號(hào)。根據(jù)圖2.6所示的硬件框圖，以下將詳細(xì)介紹硬件系統(tǒng)中的各個(gè)部分。一、主機(jī)PLC該系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)較多，且需要擴(kuò)展模塊，所以采用西門子S7-200系列的PLC，由于CPU221型不具有擴(kuò)展功能，所以選用CPU222型。CPU

29、222具有以下特性：1）4KB程序存儲(chǔ)器，典型的為1.3K條指令。2）1024字?jǐn)?shù)據(jù)存存儲(chǔ)器。3）1個(gè)可插入的存儲(chǔ)器子模塊。4）8個(gè)數(shù)字量輸入，有4個(gè)可用作硬件中斷，6個(gè)用于高速功能。5）6個(gè)數(shù)字量輸出，其中2個(gè)可用作本機(jī)集成功能。6）1個(gè)8位分辨率的模擬電位器。7）數(shù)字量輸入/輸出，最多可以擴(kuò)展成40個(gè)數(shù)字量輸入，38個(gè)數(shù)字量輸出。8）模擬量輸入/輸出，最多可以擴(kuò)展成8個(gè)模擬量輸入與2個(gè)模擬量輸出，或者是4個(gè)模擬量輸出，最多2個(gè)模塊。9）256個(gè)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)范圍為032767。10）256個(gè)內(nèi)部標(biāo)志位。11）256個(gè)定時(shí)器，其中，分辨率為1ms的有4個(gè)，其定時(shí)范圍為1ms30s；分辨率為10

30、ms5min；分辨率為100ms的有236個(gè)，其實(shí)時(shí)范圍為100ms54min。12）具有4個(gè)中斷輸入。13）4個(gè)32位的高速計(jì)數(shù)器，可作為加/減計(jì)數(shù)器用，或?qū)⒃隽烤幋a器的兩個(gè)相互之間相移為90度的脈沖序列連接到高速計(jì)數(shù)輸入端，可編程使能和復(fù)位輸入，在達(dá)到設(shè)定值時(shí)可以中斷，計(jì)數(shù)方向可反向。14）2個(gè)高速脈沖輸出，可產(chǎn)生中斷，脈沖寬度和頻率可調(diào)。15）1個(gè)RS-485通信接口。RS-485有3個(gè)方面的應(yīng)用，一是作為PPI接口，用于PG功能、HMI功能、TD200 OP S7200系列CPU/CPU通信，傳輸率為9.6kbs、19.2kbs、187.5kbs；二是作為MPI從站，用于與主站交換數(shù)據(jù)

31、S7-300/400CPU OPTD按鈕面板，在MPI網(wǎng)上不能進(jìn)行CPU 22X系列CPU相互之間的通信；三是作為具有中斷功能的自由可編程接口方式用于同其他外部設(shè)備進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交換。16）AS接口最大輸入/輸出有496個(gè)，可以擴(kuò)展2個(gè)模塊。二、 模擬量輸入、輸出擴(kuò)展模塊因?yàn)檫@個(gè)系列需要采集傳感器傳來(lái)的模擬信號(hào)，輸入到PLC中之后，經(jīng)過(guò)PLC運(yùn)算后將數(shù)據(jù)傳送到變頻器中，所以需要擴(kuò)展一個(gè)模擬輸入/輸出模塊。選用的模塊是西門子的特殊功能模塊EM235，該模塊為4輸入/1輸出模塊，其轉(zhuǎn)換精度為12位，可以滿足該控制系統(tǒng)的功能要求。EM235擴(kuò)展模塊具有以下特性：1）實(shí)際中，4路模擬量差分輸入，1路模擬

32、量輸出。2）輸入范圍，單極性電壓為010V，05V；雙極性電壓為5V，2.5V；電流為020mA。3）輸入分辨率，單極性電壓，010V時(shí)為2.5mA，05V時(shí)為1.25mA；雙極性電壓，5V時(shí)為2.5mA，2.5V時(shí)為1.25mA；對(duì)于電流，分辨率為5uA。4）輸入阻抗不小于10。5）12位A/D轉(zhuǎn)換器。6）數(shù)據(jù)字格式，單極性時(shí)為32000+32000，雙極性時(shí)為0+32000。7）最大輸入電壓為30V DC。8）最大輸入電流為32mA。9）輸出穩(wěn)定時(shí)間，電壓為100us，電流為2ms。10）輸出驅(qū)動(dòng)能力，電壓輸出最小為5000，電流輸出最大為500。11）輸出分辨率，電壓為12位；電流為11

33、位。12）功耗為2W。三、傳感器傳感器的作用是將壓力、溫度等非電量的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)，以便后續(xù)電路進(jìn)行處理。在此系統(tǒng)中，傳感器將供水管中的壓力轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)后，傳送到PLC的特殊功能模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳給變頻器控制電動(dòng)機(jī)。四、變頻器變頻器是這個(gè)系統(tǒng)中的核心器件，通過(guò)PLC對(duì)變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的要求。PLC將模擬量輸入、輸出模塊經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將計(jì)算值輸出到變頻器，變頻器根據(jù)輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變管內(nèi)壓力值。第三章 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容PLC應(yīng)用

34、軟件的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，它要求設(shè)計(jì)人員既要有PLC，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，又要有自動(dòng)控制的技術(shù)，還要有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)實(shí)用的PLC軟件工程的設(shè)計(jì)通常要涉及以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：(1)PLC軟件功能的分析與設(shè)計(jì)。(2)I/O信號(hào)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。(3)程序結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。(4)軟件設(shè)計(jì)規(guī)格說(shuō)明書編制。(5)用編程語(yǔ)言,PLC指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。(6)軟件測(cè)試。(7)程序使用說(shuō)明書編制。3.2 PLC應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)步驟根據(jù)可編程序控制器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝要求，在軟件規(guī)格說(shuō)明書的基礎(chǔ)上，編制實(shí)際應(yīng)用程序并形成程序說(shuō)明書的過(guò)程就是應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在了解了程序結(jié)構(gòu)和編程方法的

35、基礎(chǔ)上，就要實(shí)際地編寫PLC程序了，一般需要經(jīng)歷如下幾個(gè)過(guò)程：(1)制定設(shè)備運(yùn)行方案。(2)畫控制流程圖。(3)制定系統(tǒng)的抗干擾措施。(4)編寫程序。(5)軟件測(cè)試。(6)整理技術(shù)文件。3.3 編程的基本原則(1)梯形圖中的觸點(diǎn)，均可在編寫程序時(shí)無(wú)限次使用，既可動(dòng)合也可動(dòng)斷。(2)梯形圖按照從上到下，從左到右的順序排列，每個(gè)繼電器線圈為一個(gè)邏輯行。每一邏輯行起于左母線，終于右母線。(3)繼電器線圈不能直接與左母線相連。(4)一般情況下，梯形圖中某個(gè)編號(hào)的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，否則容易引起誤操作。(5)在梯形圖中，串聯(lián)觸點(diǎn)使用的次數(shù)沒(méi)有限制，并聯(lián)觸點(diǎn)使用的次數(shù)也沒(méi)有限制。(6)兩個(gè)或兩個(gè)以上的

36、繼電器線圈可以并聯(lián)輸出。(7)一段完整的梯形圖程序必須以ED結(jié)束。3.4 系統(tǒng)軟件流程圖根據(jù)圖2.3所示的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)功能框圖和變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)出如圖3.1所示的軟件流程圖。延時(shí)1s啟動(dòng)1號(hào)泵變頻壓力信號(hào)檢測(cè)1號(hào)泵變頻運(yùn)行1號(hào)泵工頻2號(hào)泵變頻水壓信號(hào)檢測(cè)1號(hào)泵切除2號(hào)泵變頻水壓信號(hào)檢測(cè)1號(hào)泵停機(jī)2號(hào)泵停機(jī)水壓信號(hào)檢測(cè)1號(hào)泵變頻2號(hào)泵工頻1號(hào)泵變頻2號(hào)泵變頻延時(shí)10s下限值上限值正常值上限值延遲10s正常值上限值正常值下限正常值上限圖3.1 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)軟件流程圖3.5供水系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)根據(jù)圖3.1流程圖所示，可以設(shè)計(jì)出梯形圖程序。本程序分為三部分：主程序、子程序和中

37、斷程序。邏輯運(yùn)算等放在主程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)器采樣及輸出控制。開(kāi)始設(shè)計(jì)一段程序使1號(hào)電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行，如圖3.2所示。圖3.2 1號(hào)電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行梯形圖開(kāi)始上電初始化脈沖，然后調(diào)用初始化子程序SBR_0，啟動(dòng)按鈕I0.0接通，當(dāng)延遲定時(shí)器T37到10s時(shí)，線圈M0.0得電，M0.0動(dòng)作閉合，線圈Q0.1得電，觸點(diǎn)Q0.1接通，輸出線圈Q0.1得電，1#變頻器接觸器接通，觸點(diǎn)Q0.1動(dòng)作閉合，保證1#電機(jī)處于變頻啟動(dòng)狀態(tài)，如果Q0.1閉合，VD108的值小于VD102且VD102的值等于VD100，啟動(dòng)延遲定時(shí)器T

38、37，定時(shí)到，M0.0被觸發(fā)，Q0.0觸點(diǎn)動(dòng)作閉合，線圈Q0.0得電，1#工頻接觸器接通，1#電機(jī)工頻運(yùn)行。然后設(shè)計(jì)一段程序使2號(hào)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行，如圖3.3所示。圖3.3 2號(hào)電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行梯形圖當(dāng)定時(shí)器定時(shí)到，M0.0被觸發(fā)，線圈Q0.2得電，觸電Q0.2動(dòng)作閉合，使2#電動(dòng)機(jī)能處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，觸點(diǎn)Q0.2閉合，如果VD108的值小于VD104且VD102的值等于VD100的值，啟動(dòng)延遲定時(shí)器，定時(shí)10s，定時(shí)到，M0.1啟動(dòng)，線圈Q0.3得電，觸點(diǎn)Q0.3動(dòng)作閉合，使2#電動(dòng)機(jī)處于工頻運(yùn)行狀態(tài)。最后設(shè)計(jì)一段程序使變頻器能夠復(fù)位，如圖3.4所示。圖3.4 變頻器復(fù)位梯形圖當(dāng)觸點(diǎn)Q0.0和觸

39、點(diǎn)Q0.2同時(shí)接通或者觸點(diǎn)Q0.0和Q0.3同時(shí)接通，VD108的值大于VD106的值，延遲定時(shí)器T39就啟動(dòng)，定時(shí)時(shí)間為5s，定時(shí)到，M0.2觸點(diǎn)動(dòng)作，M0.0、M0.1、M0.2中任何一個(gè)被觸發(fā)，都使Q0.4觸點(diǎn)得電動(dòng)作，對(duì)變頻器復(fù)位。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的完整的主程序指令如附錄1所示。3.6 供水系統(tǒng)的子程序設(shè)計(jì)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的子程序完成系統(tǒng)的初始化。先將50Hz對(duì)應(yīng)的電壓標(biāo)準(zhǔn)值裝入VD100，然后將管內(nèi)壓力下限值（50%）裝入VD102，后來(lái)再將管內(nèi)壓力上限值（80%）裝入VD104，再進(jìn)行回路增益，采樣時(shí)間為0.1s，積分時(shí)間為30min，然后關(guān)閉微分環(huán)路，100ms中斷一次，連接中斷

40、，最后開(kāi)全局中斷。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)完整的子程序指令如附錄2所示。3.7 供水系統(tǒng)的中斷程序設(shè)計(jì)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的中斷子程序完成PID運(yùn)算，對(duì)變頻器輸出控制值。先將整數(shù)轉(zhuǎn)化為雙整數(shù)，然后將數(shù)值裝入VD108中，再將雙整數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)，再將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)值，再將數(shù)值寫入PID回路表中，再進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果VD208的值裝入累加器中，將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成雙整數(shù)，還要進(jìn)行取整，再將輸出結(jié)果存放在VD102中，將雙整數(shù)轉(zhuǎn)化成整數(shù)，最后輸出到I/O口。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)完整的中斷子程序指令如附錄3所示。3.8 儲(chǔ)存器功能表與整體程序分析在程序中使用到的存儲(chǔ)器及其功能如表3.1所示。表3.1 存儲(chǔ)器及其功能表

41、地址功能地址功能VD200PID網(wǎng)絡(luò)表首地址VD106管內(nèi)壓力上限對(duì)應(yīng)的電壓標(biāo)準(zhǔn)值VD100變頻器輸出為50Hz時(shí)電壓對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值VD108傳感器反饋回的電壓值VD104管內(nèi)壓力下限對(duì)應(yīng)的電壓標(biāo)準(zhǔn)值VD102經(jīng)PID運(yùn)算后輸出的電壓值對(duì)于附錄1所示的完整程序指令做簡(jiǎn)要解釋，按下啟動(dòng)按鈕SB1后，1#電動(dòng)機(jī)先以變頻器軟啟動(dòng)，然后每隔100ms讀入一次傳感器的采樣值，然后進(jìn)行PID運(yùn)算，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入到變頻器的電壓，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，若管內(nèi)的壓力小于所需壓力的下限，則定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，定時(shí)到后產(chǎn)生一個(gè)對(duì)變頻器復(fù)位的脈沖信號(hào)，將定時(shí)器復(fù)位,同時(shí)切斷1#電動(dòng)機(jī)的變頻接觸器，將1#電動(dòng)機(jī)的工頻接觸器閉合，接

42、著將2#電動(dòng)機(jī)的變頻接觸器閉合，使2#電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)；如果定時(shí)器定時(shí)未到，管內(nèi)壓力滿足所需要求，則定時(shí)器啟動(dòng)，定時(shí)完成后，將1#，2#電動(dòng)機(jī)全部置于工頻運(yùn)行狀態(tài)，切斷變頻控制的觸電。如果傳感器反饋的電壓值超過(guò)管內(nèi)壓力上限所對(duì)應(yīng)的電壓，經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的5s定時(shí)后，將1#電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)上切除，只留下一臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻控制，來(lái)滿足恒壓供水的要求。結(jié)論與體會(huì)當(dāng)我接到這個(gè)題目時(shí)對(duì)供水系統(tǒng)不是很了解，后來(lái)經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)和我查了很多資料才慢慢懂了供水系統(tǒng)的一些原理，慢慢有了思路。我的解決思路是，對(duì)于恒壓供水系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)而言，主要的問(wèn)題在兩個(gè)方面：其一，如何實(shí)現(xiàn)10S內(nèi)，下一臺(tái)水泵的切換狀態(tài)；其二，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的先

43、啟動(dòng)先停止控制。水泵的切換狀態(tài)控制可以考慮通過(guò)計(jì)時(shí)器單元設(shè)定時(shí)間，再結(jié)合水泵啟停的信號(hào)，判斷在啟動(dòng)或停止后的規(guī)定時(shí)間內(nèi)是否達(dá)到了預(yù)期的壓力范圍，這樣就可以完成下一步是否啟停另一臺(tái)泵的判斷。對(duì)于水泵的啟停選擇，實(shí)現(xiàn)起來(lái)有很多方法，選擇使用一個(gè)合理的實(shí)現(xiàn)方法對(duì)于程序的簡(jiǎn)潔和易讀性都很有好處。將2臺(tái)水泵按順序編號(hào)，啟動(dòng)時(shí)按編號(hào)從小到大依次啟動(dòng)，而切斷則編號(hào)從小到大依次切斷，這樣循環(huán)處理就可以保證是按照先啟動(dòng)先停止的原則進(jìn)行的。解決的問(wèn)題就變成了如何實(shí)現(xiàn)編號(hào)1-2的循環(huán)問(wèn)題。通過(guò)上述問(wèn)題的分析，就能完成對(duì)所需可編程控制器控制輸入輸出的選擇和邏輯實(shí)現(xiàn)方案，順利進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)。恒壓供水系統(tǒng)在水廠和一些工

44、廠生產(chǎn)中都有應(yīng)用，可能在具體的控制目標(biāo)和控制方式上有一定的區(qū)別，但對(duì)于多個(gè)用于保持管路壓力的電機(jī)控制要求是基本相同的。在本文中沒(méi)有對(duì)一些電路保護(hù)作詳細(xì)的設(shè)計(jì)和程序編寫，重點(diǎn)給出了控制中最具特色的水泵切換控制部分的程序，這部分程序的設(shè)計(jì)和應(yīng)用結(jié)果，對(duì)于系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)狀況影響很大。本程序的控制邏輯設(shè)計(jì)針對(duì)的是較少泵數(shù)的供水系統(tǒng)，本程序也不是最優(yōu)設(shè)計(jì)，程序已經(jīng)做過(guò)了大量簡(jiǎn)化，不能作為實(shí)際使用的程序。主要參考材料：1廖常初.PLC編程及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20022賈德勝.PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)用子程序.北京：人民郵電出版社，20063高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：人民郵電出版社，20044于慶廣.可編程控制器原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，20045SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Mamual.20006廖常初,周林.PLC的功能指令.重慶：重慶大學(xué)出版社，20007David G.Johnson.Programmable Controllers for Factory Automation. New York and Basel:Marcel Dekker Inc，19878溫照方. SIMATIC S7-200可編程序控制器教程.北