【正文】 水系統(tǒng) 吉林工程技術(shù)師范學院畢業(yè)論文 1 Abstract With China39。 并通過模中文 摘要 2 擬仿真來驗證程序編寫的正確性。利用 PLC控制的特點是 ： ①可靠性高，抗干擾能力強；②配套齊全，功能完善，適用性強；③操作簡單，易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 [4]。采用新型的 PLC 控制供水方式與過去舊的控制方式相比在運行中的經(jīng)濟性、可靠性、穩(wěn)定性、等方面有顯著優(yōu)勢，特別是在提倡低碳的情況下有很好的節(jié)能效果，且由于 PLC 強大的擴展性可以適應今后城市供水建設的發(fā)展。 水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式存在控 制精度低、能耗大的缺點。吉林工程技術(shù)師范學院畢業(yè)論文 1 摘要 隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)建設發(fā)展十分迅速，同時也對小區(qū)的基礎設施建設提出了更高的要求。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高水資源的利用率就顯得十分必要。 在現(xiàn)代工業(yè)設備及自動化項目中， PLC的可靠性、抗干擾性等諸因素是繼電器無法比擬的。 ④系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便、易于改造；⑤體積小、質(zhì)量輕、功耗低。 本文首先闡述了課題背景，在分析了當前研究中存在的問題的基礎上，論 述了本課題研究的重要意義。s social and economic development, housing system reform in depth, and continuous improvement of people39。 ③ simple operation, easy to use, well received by engineers and technicians wele [4]。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有 :恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、液力藕合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點如下 : 恒速泵加壓供水方式無法對供水管網(wǎng)的壓力做出及時的反應，水泵的增減都依賴人工進行手工操作，自動化程度低，而且為保證供水，機組常處于滿負荷運行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時，管網(wǎng)長期處于超壓運行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴重，電機硬起動易產(chǎn)生水錘效應，破壞性大，目前較少采用。 吉林工程技術(shù)師范學院畢業(yè)論文 2 單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動化程度要優(yōu)于上面4 種供水方式，但是系統(tǒng)開發(fā)周期比較長，對操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。自動化程度不高等缺點，嚴重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。 在傳統(tǒng)的加工設備和制造方法難以滿足這樣的多樣化、柔性化與形狀復雜零件的高效高質(zhì)量加工要求的情況下，數(shù)控機床作為一種自動化的加工設備而被廣泛采用〔 ]l。 第一階段 :數(shù)控 (NC)階段 (1952 一 1970)，這個階段經(jīng)歷了三代，即第一代采用電子管元件的數(shù)控系統(tǒng)，體積大、可靠性低、價格高，主要用于軍工生產(chǎn) 。第二階段 :計算機數(shù)控 (NCC)階段 (1970 一至今 )，這個階段也經(jīng)歷 了三代，即第四代采用小型計算機以軟件的形式實現(xiàn)數(shù)控功能 。其最大特點是利用存儲在存儲器里的軟件控制系統(tǒng)工作。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。 “ PC 嵌入 NC”結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。因此，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。它開放的函數(shù)庫供用戶在 W 工 NDOWS 平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。這是一種最新開放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。其典型產(chǎn)品有美國 MDSI 公司的 OpenCNC、德國 PowerAutomation 公司的 AP80OONT等 數(shù)控技術(shù)是機械、電子、自動控制理論、計算機和檢測技術(shù)密切結(jié)合的機電一體化高新技術(shù)，它能把機械裝備的功能、可靠性、效率和產(chǎn)品質(zhì)量提高到一個新水平，使機械電子行業(yè)發(fā)生深刻的變化。由于 PLC采用了“三機一體化”的綜合技術(shù)即集計算機、儀器儀表、電氣控制于一身，具有高可靠性、強抗千擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，因而與其它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場的要求 。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強、應用靈活、編程簡單、使 用方便等一系列優(yōu)點，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動控制目標實現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程 1/0 模塊和各種特殊功能模塊。在發(fā)達工業(yè)國家， PLC 己經(jīng)廣泛的應用在所有的工業(yè)部門。 2)具有豐富的 1/0 接口模塊。 3)采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。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)迅速恢復運行。 可編程控制器（ PLC）的組成 圖 PLC結(jié)構(gòu)圖 可編程控制器 PC 或 PLC 是一種以微處理器為核心的用于工程自動控制的工業(yè)控制機，其本 質(zhì)是一臺工業(yè)控制專用計算機。常用的 CPU 有通用微處理器，如MOTOROLA6800，單片機有 8031， 8051 和雙極型位式微處理器，如 AMD2903。 中央處理器的功能是 :CPU 按系統(tǒng)程序所賦予的功能，接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù) 。 2)存貯器 :可編程控制器中存貯器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)。機器出廠時，廠家把這些程序存入EPROM 存貯器或 EEPROM 存貯器。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。由于數(shù)據(jù)在控制器應用中是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的，因此數(shù)據(jù)存貯器一般選用 CMOSRAM，以滿足隨機存取的要求。輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接受的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構(gòu)。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸出模塊 D/A 轉(zhuǎn)換前的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與 PLC 的 1/0 總線掛接。模擬量輸入模塊接收到標準量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12位的二制數(shù)字信號，送給中央處理器進行處理。智能 1/0 接口模塊種類很多，例如高速技術(shù)模塊、 PLCA 控制模塊、數(shù)字位基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計置譯碼模塊、閥門控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 1/0 模塊等。圖形編程器 。使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。 編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在 PLC 機處于停機狀態(tài)時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對 已有的程序予以編輯和修改。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。因此， PLC 工作過程分為以下五步 : (1)自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復，為此 PLC 每次掃描用戶程序以前都對 CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息。 (3)輸入現(xiàn)場狀態(tài) 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。驅(qū)動用戶輸出設備即 PLC 的實際輸出。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個編程元件對應有一個編號。每一個繼電器為一個邏輯行，稱為梯形。 ③梯形圖中，一般情況下某個編號的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的觸點是可以被無限制的引用，既可是常開觸點也可以是常閉觸點。 ②簡單，易于使用，不必要求微機軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。 吉林工程技術(shù)師范學院畢業(yè)論文 14 ⑥可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場。 ⑩系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時，仍可改在另一種現(xiàn)場上使用等一系列優(yōu)點。 控制對象以及控制裝置確定后，還要進一步確定 PLC 的控制范圍。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設。因為 PLC 的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組的輸出只能有一個電源的種類和等級。 （ 2）價格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、 I/O 點 數(shù)相當?shù)?PLC 的價格能相差 40%以上。對軟件設計來說， I/O 地址分配以后才可以進行編程；對控制柜和 PLC的外圍接線來說，只有 I/O 地址確定以后 ，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。調(diào)試時。 聯(lián)機調(diào)試時，可以把編制 好的程序下載到現(xiàn)場的 PLC 中。 產(chǎn)生水壓的設備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問題。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。這就是恒壓供水的基本思路，這在電動機速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達的年代是不可以想象的，但是在今天辦到這一切已經(jīng)邊的很容易了。這也有兩種配置方式，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，下圖為恒壓供水泵站的示意圖。 圖 32 變頻恒壓 供水站的基本組成 壓力傳感器 調(diào)節(jié)器 變頻器 水箱 水泵 用戶 MAC EUR M P PS 第 3章 系統(tǒng)硬件設計 19 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）設定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設定。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置稱為反饋，調(diào)節(jié)器實反饋的 接受點。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。信號的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動執(zhí)行設備工作。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水在恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進行；當有火災發(fā)生時，電磁閥 YV2 得電， 關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵供消防用水使用，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）下進行。 PLC 是通過 I/O 單元完成此工作的。輸出單元將經(jīng)過 CUP 處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設備所需要的強電信號，以驅(qū)動各種執(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。如果選用 CPU 224 PLC，也需要擴展單元；如果選用 CUO 266 PLC 則價格較高，浪費較大。特別是 S7200CUP22*系列 PLC。模擬量擴展單元有單獨用于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨用于數(shù) /轉(zhuǎn)換的，也兼有模 /數(shù)和數(shù) /模兩種功能的，以下介紹 S7200 系列 PLC 的模擬量擴展模塊 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。 5V， 177。250Mv 177。 2%滿量程 177。 5%滿量程 177。上表中，輸入、輸出信號范圍欄給出了 EM235 的輸出、輸入信號規(guī)格，以供選用。必要時進行校準工作。接線還應注意傳感器的線路盡可能短，且應使用屏蔽雙絞線，要保證 24VDC 傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。 （ 4）為了在主機中進行輸入模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字后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，要在主機中安排一定的存儲單元。 （ 1）主電路圖 如下圖 36 所示為電控系統(tǒng)主電路圖。圖中 SA 為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA 打在 1 的位置為手動控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。這一功能可以同過比較指令來實現(xiàn)。具體的操作時，將現(xiàn)行運行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。在本系統(tǒng)中，只是用比例（ P）和積分（ I）控制，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還要進一步調(diào)整以達到第 4章 系統(tǒng)程序設計 29 最優(yōu)控制效果。利用定時器中斷功能實現(xiàn) PID 控制的定時 采樣及輸出控制。 由于變頻器泵站希望每一次啟動電機都為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運要有一個管理規(guī)范。 圖 37 電控系統(tǒng)控制電路吉林工程技術(shù)師范學院畢業(yè)論文 28 第四章 系統(tǒng)程序設計 硬件條件確定后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設計分析如下： 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，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵不能滿足要求時，需啟動第 2 臺或第 3 太泵。接觸 KM KM KM5 分別控制 M M M3 的工頻