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摘 要 本文介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，說明了可編程控制器（PLC）在恒壓供水系統(tǒng)中所擔(dān)任的角色。從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案和實(shí)際需求分析開始，緊密的聯(lián)系實(shí)際生活的需要，力求做到使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，解決實(shí)際中問題，保證供水安全、快捷、可靠。恒壓供水保證了供水質(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。 關(guān)鍵詞:PLC；恒壓供水；變頻器 目 錄 第一章 簡(jiǎn)述 1.1 控制系統(tǒng)的選擇………………………………………………………………………1 1.2 可編程控制器（PLC）歷史與發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………2 1.2.1 可編程控制器的歷史……………………………………………………………2 1.2.2 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………3 1.3 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn)………………………………………………………3 1.3.1 PLC的基本功能…………………………………………………………………3 1.3.2 PLC的特點(diǎn)………………………………………………………………………4 1.3.3 PLC的分類………………………………………………………………………4 1.4 可編程控制器的組成和工作原理……………………………………………………5 1.4.1可編程控制器的硬件組成………………………………………………………5 1.4.2 可編程控制器的軟件系統(tǒng)和程序………………………………………………6 1.4.3可編程控制器的工作原理………………………………………………………6 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成……………………………………………………………8 2.2 系統(tǒng)控制要求…………………………………………………………………………9 2.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配………………………………………………………10 2.4 系統(tǒng)選型………………………………………………………………………………11 2.5 PLC模擬量模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用………………………………………11 2.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標(biāo)……………………………………………11 2.5.2 校準(zhǔn)及配置……………………………………………………………………12 2.5.3 EM235的安裝使用……………………………………………………………13 2.5.4 EM235工作程序編制…………………………………………………………13 2.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖…………………………………………………………14 第三章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 3.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 ……………………………………17 3.2多泵組泵站泵組管理規(guī)范………………………………………………………………17 3.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn)………………………………………………………17 結(jié)束語…………………………………………………………………………………………28 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………29 前 言 隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水質(zhì)量要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對(duì)原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對(duì)一個(gè)典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實(shí)踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。 第一章 簡(jiǎn)述 1.1控制系統(tǒng)的選擇 隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔8位、16位單片機(jī)的普及，單片機(jī)軋管系統(tǒng)由單片計(jì)算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)，但是其軟、硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開發(fā)能力。 繼電器控制裝置是采用硬邏輯的方式，一個(gè)繼電器線圈的通斷將會(huì)同時(shí)影響該繼電器的所有常開常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，同觸點(diǎn)在控制線路的位置無關(guān)。雖然繼電器控制不需要很強(qiáng)的軟、硬件支持。價(jià)格相對(duì)便宜，但是性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動(dòng)控制功能。 PLC是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它以微處理器為核心，有機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點(diǎn)如下： (一) 高可靠性 1.所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離，防止外部高壓的竄入。 2.各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms，有效的抑制了高頻抗干擾信號(hào)。 3.在PLC電路中設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來。 4.采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 5.對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 6.良好的自診斷功能，一旦電源或其它軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 7.大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 (二)豐富的I/O接口模塊 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。 有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥 直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 (三) 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 (四) 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 (五) 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 使用方便。PLC的結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。用PLC完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了周期。 PLC的功能有：1.邏輯控制；2.定時(shí)控制；3.計(jì)數(shù)控制；4.PID控制；5. 數(shù)據(jù)控制； 6. 通信和聯(lián)網(wǎng)；7其它 PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。 鑒于PLC的諸多優(yōu)勢(shì)，結(jié)合機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要，選擇日本三菱公司的S7-200系列可編程控器。SIMATIC S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的具有高性能價(jià)格比的小型可編程控制器，由于它具有控制能力強(qiáng)、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。 1.2可編程控制器（PLC）的歷史與發(fā)展趨勢(shì) 1.2.1 可編程控制器(PLC)的歷史 可編程控制器（Progremmable Controller,PC）是進(jìn)幾年迅速發(fā)展并得廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。早年的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程順序邏輯控制器（Programmable Logy Controller）.這時(shí)的PLC基本上是（硬）繼電器控制裝置的替代物，主要用于實(shí)現(xiàn)原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)、記數(shù)等功能。 國際電工委員會(huì)（IEC）與1987年2月在頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其一步定義為：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的內(nèi)存，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。 20世紀(jì)70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨變。美國、日本、德國等一些廠商先后開采用微處理器作為PLC的CPU，這樣使PLC的功能大大的增強(qiáng)。 20世紀(jì)80年代，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展微處理器價(jià)格大幅下跌，使得各種類型的PLC所采用的CPU的檔次譜偏提高，一般采用16位和32位的CPU。 目前，世界上約有200家PLC生產(chǎn)廠家。其中，美國的（Rockwell）、(GE)，德國的西門子（Siemems）,法國的施耐德（Schmeider）, 日本的三菱，奧姆龍（Omron）還有我國江蘇嘉華，他們從只有幾十個(gè)點(diǎn)（I/O總點(diǎn)數(shù)）的微型PLC到上萬個(gè)點(diǎn)的巨型PLC。可以預(yù)見PLC將會(huì)是電氣控制裝置的主要控制組件。 1.2.2 可編程控制器的發(fā)展與趨勢(shì) 由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的多樣性，今后幾年的PLC技術(shù)將圍繞如下幾個(gè)方面發(fā)展。 （1）進(jìn)一步加快CPU的處理速度。全面使用高速CPU芯片和24位、32位、64位RIST芯片；采用新型體系結(jié)構(gòu)，工作方式使掃描和中斷并存；各種模塊自能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可以使速度達(dá)到ns級(jí)。 （2）變革操作控制方式。大量使用中斷驅(qū)動(dòng)方式，以增加對(duì)輸入/輸出（I/O）的快速反應(yīng)能力。 （3）發(fā)展自能化模塊。自能化模塊主要有：通信模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與控制模塊、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換模塊、PID控制模塊及一些自能化I/O模塊。 （4）進(jìn)一步提高可靠性。PLC將在硬件上采用多CPU的容錯(cuò)系統(tǒng)，軟件上開發(fā)更加高級(jí)的診斷程序，以及發(fā)展軟件的容錯(cuò)技術(shù)，增強(qiáng)PLC的自診斷和外部故障檢測(cè)功能等。在PLC線路中采用隔離技術(shù)防止外部高壓的竄入；采用濾波技術(shù)，可以有效抑制高頻干擾信號(hào)；還設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來，從而起到自動(dòng)恢復(fù)作用。 可見PLC實(shí)質(zhì)上是一種面向用戶的工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)，它與通用計(jì)算機(jī)相比有其自身的特點(diǎn)。 （1）提供更方便靈活的編程方法，PLC的使用更加的方便。最大特點(diǎn)是采用清晰直觀的繼電器控制線路演化過來的梯形圖作為編程語言，梯形圖是面向控制過程，面向操作人員的語言。因此梯形圖程序簡(jiǎn)單易學(xué)，易修改，深受電器工作人員的歡迎。 （2）PLC的結(jié)構(gòu)和規(guī)模將更加兩極化——更強(qiáng)大和更小巧。更強(qiáng)大是指存儲(chǔ)容量更大，I/O點(diǎn)數(shù)更多，執(zhí)行速度更高，智能化程度更強(qiáng)，數(shù)據(jù)更安全；更小巧是指體積更小，價(jià)格更底，但性能更強(qiáng)的微型化PLC。 （3）PLC產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化將有利于PLC的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)。 （4）加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)功能。加強(qiáng)PLC與PLC之間，PLC與計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)能力，為實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化提供必要的條件。這樣可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、交換和處理。 1.3 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn) 1.3.1 PLC的基本功能 （1)邏輯控制功能 邏輯控制功能實(shí)際上就是位處理功能，是可編程控制器的最基本的功能之一。PLC設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場(chǎng)（開關(guān)、按扭或其它傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。因此PLC中一個(gè)邏輯位的狀態(tài)可以無限次地使用，邏輯關(guān)系的修改變更也十分方便。 （2）定時(shí)控制功能 PLC中用戶提供使用的定時(shí)器，定時(shí)器的設(shè)定值（定時(shí)時(shí)間）可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。 （3）記數(shù)控制功能 PLC為用戶提供了很多計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器到某一定值時(shí)（設(shè)定值），產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，利用該信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的記數(shù)控制。PLC將根據(jù)用戶用計(jì)數(shù)器指令指定的計(jì)數(shù)器對(duì)某個(gè)控制信號(hào)的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以完成對(duì)某個(gè)工作過程的計(jì)數(shù)控制。 （4）步進(jìn)控制功能 PLC為用戶提供了若干個(gè)狀態(tài)器，可以實(shí)現(xiàn)由時(shí)間、技術(shù)和其它指定邏輯信號(hào)為轉(zhuǎn)移條件的步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件滿足時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。 （5）數(shù)據(jù)處理功能 大部分PLC都有數(shù)據(jù)處理功能，可實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、譯碼等操作。 （6）程控功能 有些PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能方便地對(duì)仿真量的控制調(diào)節(jié)。 （7）通信聯(lián)網(wǎng)功能 有些PLC采用通信技術(shù)，可以多臺(tái)PLC之間的同位鏈接、PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信等。 （8）監(jiān)控功能 PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。操作人員利用編程器或監(jiān)視器可對(duì)PLC的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。利用編程器可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護(hù)提供極大的方便。 （9）停電記憶功能 PLC內(nèi)部的部分內(nèi)存所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池），以保證斷電后這部分內(nèi)存中的信息不會(huì)丟失。 （10）故障診斷功能 PLC可對(duì)系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行。 1.3.2 PLC的特點(diǎn) PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步，其領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、程控、及集散控制等各種任務(wù)的跨越，今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用，主要特點(diǎn)有：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)工廠環(huán)境；2.編程簡(jiǎn)單、直觀，可邊學(xué)邊用；3.適應(yīng)性好，具有柔性；4.功能完善，接口多樣；5.易于操作，維護(hù)方便；6.體積小、功能強(qiáng)大、用途廣 1.3.3 PLC的分類 PLC的種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。因此，PLC的分類并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實(shí)現(xiàn)的功能大致地分類。 a.按結(jié)構(gòu)形式分類：PLC按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分整體式和模塊式。 整體式PLC ： 整體式PLC的 CPU、內(nèi)存、I/O 安裝在同一機(jī)體內(nèi)（如三菱的FX系列）。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低。適用于嵌入控制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機(jī)控制。 模塊式PLC ： 組合式PLC為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽，每個(gè)總線槽上可安裝一個(gè)PLC模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。配置靈活、組裝方便、擴(kuò)展容易。 b.按I/O點(diǎn)數(shù)和功能分類：I/O的點(diǎn)數(shù)是衡量PLC 控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒蚉LC、中型PLC和大型PLC. （1） 微型PLC I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn) （2） 小型PLC I/O點(diǎn)數(shù)在64-256點(diǎn)之間。 （3） 中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)—512點(diǎn)之間。 （4） 大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)在512—8192之間。 （5） 超大型PLC 大于8192點(diǎn) c.按控制實(shí)現(xiàn)的功能分類：按照PLC所能實(shí)現(xiàn)的功能不同，可以把PLC大致地分為低檔PLC、中檔PLC和高檔PLC三類。 1.4可編程控制器的組成和工作原理 1.4.1 可編程控制器的硬件組成 PLC主要有中央處理器（CPU）、內(nèi)存（RAM、EPROM）、I/O、電源、擴(kuò)展接口和編程器接口等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示 （1）CPU模塊 在PLC系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。 （2）I/O模塊 輸入（INPUT）模塊和輸出（OUTPUT）模塊簡(jiǎn)稱I/O模塊，他們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。 輸入模塊用來接受和采集輸入信號(hào)，數(shù)字量輸入模塊用來接受從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、等數(shù)字信號(hào)，模擬輸入模塊用來接收電位器，測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。數(shù)字量輸入模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警器裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。 CPU模塊的工作電壓一般是DC5V，而PLC的輸出/輸出信號(hào)電壓信號(hào)一般較高，如DC5V和AC220V，可防止從外部引入的尖峰電壓和干擾信號(hào)可能損壞CPU模塊中的元器件或影響PLC的正常工作。I/O模塊中，用光電耦合器、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負(fù)載，I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。 （1） 編程裝置 編程裝置用來生成用戶程序，并對(duì)它進(jìn)行編輯、檢查和修改，掌上型編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它體積小，價(jià)格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用來現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維修。使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同的編程語言的相互轉(zhuǎn)換，程序被編譯下載到PLC也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。 可以用編程軟件設(shè)置PLC內(nèi)部的各種參數(shù)，通過通信，可以顯示梯形圖中的觸點(diǎn)和線圈的通斷情況，以及運(yùn)行時(shí)PLC內(nèi)部的各種參數(shù)，對(duì)于查找故障非常有用。 （2） 電源 PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供各種直流電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。 1.4.2 可編程控制的軟件系統(tǒng)和程序 PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，不僅有硬件，軟件也是必不可少的。在PLC中軟件分為兩大部分，即系統(tǒng)程序和用戶程序。 (a) 系統(tǒng)程序是PLC賴以工作的基礎(chǔ)，采用匯編語言編寫，在PLC出廠時(shí)就已固化于ROM型系統(tǒng)程序內(nèi)存中，不需要用戶干擾。系統(tǒng)程序分為系統(tǒng)監(jiān)控程序和解釋程序。 (b) 用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一特定任務(wù)而利用PLC的編程語言而編制的程序。用戶程序通過編程器輸入到PLC的用戶內(nèi)存中，通過PLC的運(yùn)行而完成這一特定的任務(wù)。 1.4.3 可編程控制器的工作原理 PLC內(nèi)部有許多具有不同功能的器件，實(shí)際上這些器件是由電子電路和內(nèi)存組成的。例如，輸入繼電器 X由輸入電路和映像輸入觸點(diǎn)的內(nèi)存組成；輸出繼電器Y由輸出電路和映像輸出點(diǎn)的內(nèi)存組成；定時(shí)器T、記數(shù)器C、輔助繼電器M、狀態(tài)器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址積存器V/Z等都有內(nèi)存組成。為了把它們與普通的硬件區(qū)分開，通常把上面的器件稱為軟器件。從工作過程看，只注重器件的功能和器件的名稱。如，輸入繼電器X、輸出繼電器Y等，而且每個(gè)器件都有確定的地址編號(hào)，這對(duì)編程十分重要。 PLC的工作原理可概括為：在系統(tǒng)管理程監(jiān)控下，對(duì)I/O集中采樣、順序執(zhí)行用戶程序并將運(yùn)算結(jié)果集中輸出的工作過程。與計(jì)算機(jī)不同的是，計(jì)算機(jī)一般采用查詢等待命令的工序的執(zhí)行并轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序。因此，當(dāng)控制軟件發(fā)生故障時(shí)，會(huì)一直等待鍵盤或I/O命令，可能發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。而PLC作為專用工業(yè)控制機(jī)，一般采用掃描用戶程序工作方式，系統(tǒng)管理及應(yīng)用程序的執(zhí)行全部是以循環(huán)掃描方式完成。當(dāng)軟件發(fā)生故障時(shí)，可以定時(shí)執(zhí)行下一輪掃描，避免了死機(jī)現(xiàn)象，因此可靠性更高 第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)陪一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)見可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵共頻運(yùn)行，以滿足不同用水兩的需求。 下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖2所示，圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 調(diào)節(jié)器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能: (1)設(shè)定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值，另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的，如將生活用水與消防用水共享一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不只一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些，調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能，可以以數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。 （2）接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置稱為回饋，調(diào)節(jié)器實(shí)回饋的接受點(diǎn)。 （3）根據(jù)給定值和實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測(cè)水壓的回饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如果給定值大于實(shí)測(cè)值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調(diào)節(jié)，俗稱PID調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的，PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般式模擬信號(hào)，4~20mA變化的電流信號(hào)或0~10V間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。 下面以一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，如圖3所示，市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥TV1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為底水位報(bào)警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水共享三臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵共消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行。火災(zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用 2.2 系統(tǒng)控制要求 對(duì)三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： （1）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)底恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行； （2）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先停”的原則介入和退出； （3）在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過3H，則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長； （4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能； （5）要有完整的報(bào)警功能； （6）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。 2.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 PLC要能夠識(shí)別和接受描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開關(guān)量，同時(shí)要能夠發(fā)出控制信號(hào)控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。PLC是通過I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與PLC的I/O接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向PLC提供信號(hào)，包括人為的控制信號(hào)和能描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量。這些信號(hào)經(jīng)過輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成CUP能夠接受和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過CUP處理的弱電信號(hào)通過光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。 根據(jù)圖2 及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如下表1所示。水位上下限信號(hào)分別位I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎]時(shí)為0，露出時(shí)為1。 表1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱 代 碼 地址編號(hào) 輸 入 信 號(hào) 手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 I0.0 水池水位下限信號(hào) SLL I0.1 水池水位上限信號(hào) SLH I0.2 變頻器報(bào)警信號(hào) SU I0.3 消鈴按鈕 SB9 I0.4 試燈按鈕 SB10 I0.5 遠(yuǎn)程壓力表模擬量變壓值 U AIW0 輸 出 信 號(hào) 1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM1，HL1 Q0.0 1#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2，HL2 Q0.1 2#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3，HL3 Q0.2 2#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM4，HL4 Q0.3 3#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM5，HL5 Q0.4 3#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM6，HL6 Q0.5 生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Q1.0 輸 出 信 號(hào) 水池水位下限報(bào)警指示燈 HL7 Q1.1 變頻器故障報(bào)警指示燈 HL8 Q1.2 火災(zāi)報(bào)警指示燈 HL9 Q1.3 報(bào)警電鈴 HA Q1.4 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Q1.5 控制變頻器頻率用電電壓 UF AQW0 2.4 系統(tǒng)選型 從上面分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)；模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。如果選用CPU 224 PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用CUO 266 PLC 則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照S7 – 200的產(chǎn)品目以及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CUP222（8入/6繼電器輸出）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一臺(tái)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖4 2.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用 PLC的普通輸入輸出埠均為開關(guān)量處理埠，了使PLC能完成模擬量的處理,常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴(kuò)展單元。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)化為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外可以使用的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù)/轉(zhuǎn)換的，也兼有模/數(shù)和數(shù)/模兩種功能的，以下介紹S7-200系列PLC的模擬量擴(kuò)展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸入，可以用于恒壓供水控制中。 2.5.1 EM235模擬量工作單元性能指針 表2 模擬量擴(kuò)展模塊EM235輸入/輸出技術(shù)規(guī)范 輸 入 技 術(shù) 規(guī) 范 輸 出 技 術(shù) 規(guī) 范 最大輸出電壓 30VDC 隔離（現(xiàn)場(chǎng)到邏輯） 無 最大輸入電壓 32mA 信號(hào)范圍 電壓輸出 電流輸出 10 0~20 mA 輸入濾波衰減 -3dB，3.1kHz 分辨率 12位A/D轉(zhuǎn)換器 隔離 否 分辨率，滿量程 電壓 電流 ` 12位 11位 輸入類型 差分 輸入范圍 電壓?jiǎn)螛O性 0~10V，0~5V 0~1V，0~500mV 電壓 電流 -32000~+32000 0~+32000 電壓雙極性 電流 0~100Mv,0~50mV 10V，5V，2.5V 1V，500mV，250Mv 100mV, 50mV, 25mv 0~20mA 精度 最差情況0~55℃ 電壓輸出 電流輸出 2%滿量程 2%滿量程 精度 最差情況0~55℃ 電壓輸出 電流輸出 典型，25℃ 電壓輸出 電流輸出 2%滿量程 2%滿量程 5%滿量程 5%滿量程 輸入分辨率 AD轉(zhuǎn)換時(shí)間 ＜250s 模擬輸入階躍響應(yīng) 1.5 mS到95% 共模抑制 4dB,DC 到60Hz 共莫電壓 信號(hào)電壓加共加模電壓≤12V 24VDC電壓范圍 20.4~28.8V 設(shè)置時(shí)間 電壓輸出 電流輸出 100s 2ms 數(shù)據(jù)字格式 雙極性，滿量程 單極性，滿量程 -32000~+32000 0~32000 為能適用各種規(guī)格的輸入、輸出兩，模擬量處理模塊都設(shè)計(jì)成可編程，而轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量一般具有固定的長度及格式。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流量或標(biāo)準(zhǔn)電壓量以方便與其它控制接口。上表中，輸入、輸出信號(hào)范圍欄給出了EM235的輸出、輸入信號(hào)規(guī)格，以供選用。 2.5.2 校準(zhǔn)及配置 模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號(hào)類型對(duì)模塊進(jìn)行一些設(shè)定。校準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿度。 2.5.3 EM235的安裝使用 （1）根據(jù)輸入信號(hào)的類型及變化范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的配置工作。必要時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。 （2）完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號(hào)的類型不同，采用不同的接入方式。為防止空置端對(duì)接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能短，且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，要保證24VDC傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。 （3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號(hào)。S7-200擴(kuò)展單元安裝時(shí)在主機(jī)的右邊依次排列，并從模塊0開始編號(hào)。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機(jī)上的擴(kuò)展總線插口。 （4）為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字處理及為了輸出需要在模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，要在主機(jī)中安排一定的存儲(chǔ)單元。一般使用模擬量輸入AIW及模擬量輸出AQW單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。而在主機(jī)的變量存儲(chǔ)區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的的中間數(shù)據(jù)。 2.5.4 EM235工作程序編制 EM235的工作程序編制包括以下的內(nèi)容： （1）設(shè)置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數(shù)餓預(yù)置頂及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準(zhǔn)備。 （2）設(shè)置模塊檢測(cè)子程序。該子程序檢查模塊的連接的正確性以及模塊工作的正確性。 （3）設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計(jì)算工作。 （4）工程所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。 （5）處理后模擬量的輸出工作。 S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和積木式，即主機(jī)包含一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能的模塊。 一個(gè)完整的系統(tǒng)組成如圖5 （1）基本單元 基本單元（Basic Unit）有時(shí)又稱CUP模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。它包括CUP、內(nèi)存、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等，是PLC的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。 （2）擴(kuò)展單元 主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的 I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)由多種因素共同決定的。 （3）特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。 （4）相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作接口和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 （5）工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為了更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)借口軟件等幾大類構(gòu)成。 EM235安裝使用 （1）根據(jù)輸入信號(hào)的類型以及范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的控制工作。 （2）完成硬件的接線工作。 （3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由按裝位置確定模塊的編號(hào)。 （4）為了主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字量以及待送入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。 S7-200 PLC的電源電壓有（20.4~~28.8）VDC和（85~~264）VAC兩種，主機(jī)上還集成了24V直流電源，可以直接用與連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的輸出類型有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式。它可以用普通輸入端子撲捉比CUP掃描周期更快的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速記數(shù)。2路最大可達(dá)20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以便實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)。可以用模塊上的電位器來改變它對(duì)應(yīng)的特素積存器的數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)更改程序應(yīng)用中的一些參數(shù)，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過程量的控制參數(shù)等。 2.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖以及PLC外圍接線圖。 （1）主電路圖 如下圖6所示為電控系統(tǒng)主電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)超載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器喝三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡(jiǎn)單的一般變頻器。 （2）控制電路圖 圖7所示電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1~SB2控制三臺(tái)泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程控下運(yùn)行。 圖中的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的電源指示燈。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于PLC為4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共享一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，所以通過一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位控制。圖中的Q0.0~Q0.5及Q1.0~Q1.5為PLC輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào)，可結(jié)合PLC外圍接線圖一起讀圖。 第三章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 硬件條件確定后，系統(tǒng)得控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對(duì)泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下： 3.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 前面已經(jīng)說過了，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵不能滿足要求時(shí)，需啟動(dòng)第2臺(tái)或第3太泵。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可以同過比較指令來實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器的工作頻率達(dá)到上限的確定性，應(yīng)該濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。 3.2多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電機(jī)都為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有一個(gè)管理規(guī)范?？刂埔笾幸?guī)定任意一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得超過3h，因此每次需要啟動(dòng)新泵或切換變頻泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體的操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，這里我們使用泵號(hào)加1的方法來實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制（3加1等于零），用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。 3.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn) 由于PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，本程序可分為3部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)的一些初始化的工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合以及報(bào)警處理都在主程序。 邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在豬程序。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可以通過工程計(jì)算初步確定，但還要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益時(shí)間常數(shù)為 增益 采樣時(shí)間 積分時(shí)間 程序中使用的PLC元器件及其功能如下表3 表3 程序中使用的元器件及功能 器件地址 功能 器件地址 功能 VD100 過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 VD104 壓力給定值 T39 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD108 PI計(jì)算值 M0.0 故障結(jié)束脈沖信號(hào) VD112 比例系數(shù) M0.1 泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD116 積分時(shí)間 M0.3 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖 VD120 積分時(shí)間 M0.4 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動(dòng)泵脈沖 VD124 微分時(shí)間 M0.5 當(dāng)前泵工頻運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)脈沖 VD204 變頻起運(yùn)動(dòng)頻率下限值 M0.6 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD208 生活供水變頻器運(yùn)動(dòng)頻率上限值 M2.0 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD212 消防供水變頻器運(yùn)動(dòng)頻率上限值 M2.1 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD250 PI調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元 M2.2 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD300 變頻工作泵的泵號(hào) M3.0 故障信號(hào)總匯 VD301 工頻運(yùn)行的泵的總臺(tái)數(shù) M3.1 水池水位下限故障邏輯 VD310 倒泵時(shí)間內(nèi)存 M3.2 水池水位下限故障消鈴邏輯 T33 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M3.3 變頻器故障消鈴邏輯 T34 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M3.4 火災(zāi)消鈴邏輯 T37 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序以及程序注釋如下圖。對(duì)該程序有幾點(diǎn)說明： （1）因?yàn)槌绦蜉^長，所以讀圖時(shí)請(qǐng)按照網(wǎng)路標(biāo)號(hào)的順序進(jìn)行； （2）本程序的控制邏輯設(shè)計(jì)針對(duì)的是較少的泵數(shù)供水系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)4 變頻器上限時(shí)增泵濾波 IN TON PT I0.0 VD250 .M0.1 T37 >=D VD212 +50 VD250 I0.0 >=D VD208 網(wǎng)絡(luò)5 符合泵條件時(shí)，工頻泵運(yùn)行數(shù)加1 T37 VB301 <=P P INC-B EN ENO IN OUT OUT VB301 VB301 網(wǎng)絡(luò)6 頻率下限時(shí)減泵濾波 VD250 M0.2 T38 IN TON PT <=D +1800 +100 網(wǎng)絡(luò)7 符合減泵條件時(shí)，工頻泵運(yùn)行數(shù)減1 T38 VB301 M0.2 >B P （ ） DEC-B EN ENO IN OUT 0 VB301 VB301 網(wǎng)絡(luò)8 變頻泵增泵或倒泵時(shí)，置位M2.0 M0.1 M2.0 （ ） M0.3 網(wǎng)絡(luò)9 復(fù)位變頻器頻率，為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備 T 33 IN TON PT M2.0 Q0.5 +1 （ ） 網(wǎng)絡(luò)10 產(chǎn)生關(guān)斷當(dāng)前變頻泵脈沖信號(hào) Ｔ３３ 　　　　　　　　　　　　　　　　?。停?４　 　　　　　　　　　　　Ｐ　　　　?。ā。゛ 　　網(wǎng)絡(luò)１１　工頻泵數(shù)加１ 　　?。停?４.　　　　　　　?。停?１ 　　　　　　　　　　　　　?。ǎ樱? 　　　　　　　　　　　　　　?。? NC-B EN ENO IN OUT 　　　　　　　　　　　　?。郑拢常埃啊　　　　　　　　　。郑拢常埃? 　　　　　　　　　　　　　　　 網(wǎng)絡(luò)12 T34 IN TON PT M2.1 +2 網(wǎng)絡(luò)13 產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào) T34 M0.5 P （ ） M2.1 （R ） 1 網(wǎng)絡(luò)14 M0.5 M2.2 （ S ） 網(wǎng)絡(luò)15 M2.2 T39 IN TON PT +30 網(wǎng)絡(luò)16 產(chǎn)生下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行啟動(dòng)信號(hào) T39 M0.6 P （ ） M2.2 （ R ） M2 （ R ） 網(wǎng)絡(luò)17 變頻工作泵的泵號(hào)轉(zhuǎn)移 VB300 MOV--B EN ENO IN OUT >B 3 1 VB300 網(wǎng)絡(luò)18 一個(gè)變頻泵運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間判斷 VB301 SM0.4 INC—DW EN ENO IN OUT ==B P 0 VD301 VD310 網(wǎng)絡(luò)19 3H時(shí)間到，則產(chǎn)生下一臺(tái)泵的變頻啟動(dòng)信號(hào) VD301 M0.3 >=D P （ ） MOV--B EN ENO IN OUT +180 +0 VD301 網(wǎng)絡(luò)20 有工頻泵運(yùn)行時(shí)，復(fù)位VD310 MOV—DW EN ENO IN OUT VB301 <>B 0 +0 VD310 網(wǎng)絡(luò)21 1號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 SM0.1 VB300 M3.0 M0.4 Q0.0 Q0.1 ==B （ ） M0.0 1 M0.6 Q0.1 網(wǎng)絡(luò)22 2號(hào)泵變頻運(yùn)行邏輯 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.2 Q0.3 ==B （ ） 網(wǎng)絡(luò)23 3號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.4 Q0.5 ==B （ ） 2 Q0.5 網(wǎng)絡(luò)24 1號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .M0.5 VB300 VB301 Q0.1 Q0.0