【正文】 編程語 言，與計算機語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內部的結構原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設計和運行維護人員所接受，是初學者理想的編程工具。 基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 軟件設計 29 (1) 系統(tǒng)初始化 程序 在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當前工作狀態(tài)進行檢測，如出錯則報警，接著對 變頻器變頻運行的上下限頻率、 PID 控制的各參數(shù) 進行初始化處理，賦予一定的初值 ，在初始化子程序的最后進行中斷連接。 (3) 水泵的軟啟動程序 增減泵或倒泵時復位變頻器為軟啟動做準備，同時變頻泵號加一，并產生當前泵工頻啟動脈沖信號和下一臺水泵變頻啟動脈沖信號，延時后啟動運行。 (5) 各水泵 工頻運行控制邏輯 程序 水泵的工頻運行不但取決于變頻泵的泵號，還取決于工頻泵的臺數(shù)。當故障信號產生時，相應的指示燈會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時報警電鈴響起。詳細的主程序梯形圖請參考附錄 C。 1泵的運行控制情況與 2泵相似，在此就不再重復。最后再設置定時中斷和中斷連接。 基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 軟件設計 35 圖 PID 控制中斷子程序 INT_0 梯形圖 PID 控制器參數(shù)整定 PID 控制及其控制算法 在供水系統(tǒng)的設計中，選用了 含 PID 調節(jié)的 PLC 來實現(xiàn)閉環(huán)控制保證供水系統(tǒng)中的壓力恒定 。 PID 控制器是一種線性控制器，它是對給定值 r(t)和實際輸出值 y(t)之間的偏差 e(t)[15]： ( ) ( ) ( )e t y t r t?? （ ） 經(jīng)比例 (P)、積分 (I)和微分 (D)運算后通過線性組合構成控制量基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 軟件設計 36 u(t)，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。 (2) 積分環(huán)節(jié) ： 表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關。 (3) 微分環(huán)節(jié) ： 對偏差信號的變化趨勢做出反應，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。以一階后向差分近似代替連續(xù)系統(tǒng)的微分，得到PID 位置控制算法表達式 ： ? ?0( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 )n dP ji TTu n K e n e j e n e nTT???? ? ? ? ?????? （ ） 式中 ： T 為采樣周期 ； n 為采樣序號 ； e(n)為第 n 時刻的偏差信號 ；e(n? l)為第 n? 1 時刻的偏差信號 。本設計中選擇北京亞控公司的“組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控系統(tǒng)。 系統(tǒng)運行主監(jiān)控界面如圖 所示，主界面實時顯示了 當前時間，設定的水 壓值和當前水壓值，系統(tǒng)的自動 /手動運行情況，兩 臺水泵變頻 /工頻運行狀態(tài)、轉速、運行頻率， 各設備的故障報警顯示等。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定，而且 具有 工作可靠、施工簡單、節(jié)能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優(yōu)點。 (2) 通過對控制過程和原理的分析，利用西門子 STEP7 MicroWIN 編程軟件設計了一個 用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主 程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。在提高自己的同時，我也更加清楚的認識到自己的一些不足之處?；?PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 附錄 42 參考文獻 .變頻調速恒壓供水在建筑給水應用的理論探討 [J],蘭州鐵道學院學報 ,20xx,1:8488 .變頻調速應用實踐 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,20xx,135137 ,毛宗源 .變頻調速技術在水泵控制系統(tǒng)中的應用 [J],電子技術應用 ,20xx,2:3839 4. 張燕賓 .SPWM 變頻 調 速 應用 技 術 [M]. 北京 : 機械 工 業(yè)出 版社 ,20xx,244251 Logic Controller[J],the free wikipedia encyclopedia,20xx,3:18 .PLC 編程及應用。 通過這半年的實踐和學習，我學到了很基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 結束語 41 多課本中無法涉及到的 知識，體會到了工程設計的復雜與困難，也感受到了親自做出成績的成功與喜悅，這些都為即將開始的研究生生活打 下了堅實的基礎。 根據(jù)泵站監(jiān)控要求， 利用組態(tài)王軟件 完成了泵站組態(tài)監(jiān)控畫面的 各個功能的設計，系統(tǒng)界面清楚明了，易于操作，能動態(tài)地顯示當前運行情況、當前水壓以及故障情況。系統(tǒng)采用 PLC 實現(xiàn)對多泵切換的控制。 該系統(tǒng)利用單臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機的軟起動和調速，摒棄了原有的自 耦 降壓起動裝置，同時把水泵電機控制納入自動控制 系統(tǒng)。為了加強系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設置了相應的權限。 基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 38 5 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 組態(tài)軟件簡介 組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。 自從計算機進入控制領域以來，用 數(shù)字計算機代替模擬調節(jié)器來實現(xiàn)PID 控制算法具有更大的靈活性和可靠性。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 r ( t )e ( t )比 例積 分++++u ( t )水 泵 管 網(wǎng)y ( t )－實 際 壓 力給 定 壓 力頻 率轉 速壓 力 變 送 器微 分圖 PID 控制原理框圖 PID 控制規(guī)律為 ： 1 ( )( ) ( ) ( )pdid e ty t K e t e t d t TT d t??? ? ?????? （ ） 式中： Kp 為比例系數(shù)； Ti 為積分時間常數(shù)； Td 為微分時間常數(shù)。 PID 控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術最成熟、應用最廣泛的控制方式。 圖 初始化子程序 SBR_0 梯形圖 (2) PID 控制中斷子程序 基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 軟件設計 34 首先將由 AIW0 輸入的采樣數(shù)據(jù)進行標準化轉換，經(jīng)過 PID 運算后，再將標準值轉化成輸出值，由 AQW0 輸出模擬信號。假設所選變頻器的輸出頻率范圍為 0~100HZ，則上下限給定值分別為 16000 和 6400。由于在圖 中并未對各臺水泵的變頻和工頻運行控制做詳細介紹，因此圖 和圖 對其作了完整的補充。 故障發(fā)生后重新設定變頻泵號和工頻泵運行臺數(shù)，在故障結束后產生故障結束脈沖信號。產生當前泵工頻運行啟動脈沖后，若當前 2泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于 0， 則 置 1， KM1 線圈得電，使得 KM1 常開觸點閉合， 1水泵工頻運行，同時 KM1 常閉觸點打開 防止 KM2 線圈得電，從而實現(xiàn)變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖， KM1 的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。 (4) 各水泵變頻運行控制邏輯 程序 各水泵變頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進行說明。 在初始化后緊接著要設定白天 /夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。 PLC 控制程序由一個主程序、若干子程序構成，程序的編制在計算機上完成，編譯后通過 PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務的完成，是通過在 RUN 模式下主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。 該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言、功能塊圖 (FWD)語言 [14]。主程序的功能最多，如 泵切換信號的生基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 軟件設計 28 成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等都在主程序。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設計中使用泵號加 1 的方法實 現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制，用工頻泵的總數(shù)結合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的確實性，應濾去偶然 的頻率波動引起的頻率達到上限情況，在程序中應考慮采取時間濾波。它忽略了以下因素： (1) 直流電源的容量； (2) 電源方面的抗干擾措施； (3) 輸出方面的保護措施； (4) 系統(tǒng)的保護措施等。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入 PLC 的擴展模塊 EM235 的模擬量輸入端口作為模擬量輸入；開關 SA1 用來控制白天 /夜間兩種模式之間的切換，它作為開關量輸入 ； 液位變送器把測得的水池水位轉換成標準基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 硬件設計 26 電信號后送入窗口比較器，在窗口比較器中設定水池水位的上下限，當超出上下限時，窗口比較其輸出高電平 1，送入 ；變頻器的故障輸出端與 PLC 的 相連，作為變頻器故障報警信號；開關 SB7 與 相連作為試燈信號，用于手動檢測各指示燈是否正常工作。 根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系 統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表 所示。 倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺變頻泵長時間工作的情況下。當 輸出1 時，水池水位上下 限報警指示燈 HL5 點亮；當 輸出 1 時，變頻器故障報警指示燈 HL6 點亮； 當 輸出 1 時，白天供水模式指示燈 HL7點亮； 當 輸出 1 時， 報警電鈴 HA 響起；當 輸出 1 時，中間繼電器 KA 的線圈得電，常開觸點 KA 閉合使得變頻器的頻率復位；處于自動控制狀態(tài)下，自動運行狀態(tài)電源指示燈 HL10 一直點亮。 （ 2）自動控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。單刀雙擲開關 SA 打至 1 端時開啟手動控制模式，此時基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 硬件設計 23 可以通過開關分別控制兩 臺水泵電機在工頻下的運行和停止。對變頻器頻率進行復位是只提供一個干觸發(fā)點信號，本系統(tǒng)通過一個中間繼電器 KA 的觸點對變頻器進行復頻控制。 如圖 為電控系統(tǒng)控制電路圖。當采用手動控制時，必須采用自 耦 變壓器降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用軟啟動器。初始運行時，必須觀察電動機的轉向，使之符合要求。同樣從工頻轉為變頻時，也必須 先將工頻接觸器斷開，基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的 硬件設計 21 才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以 KM1 和 KM KM3 和 KM4 絕對不能同時動作，相互之間必須設計可靠的互鎖。當電機工頻運行時，連接至變頻器的 隔離開關及變頻器輸出端的接觸器斷開，接通工頻運行的接觸器 和隔離開關。接觸器 KM KM3 分別控制M M2 的工頻運行；接觸器 KM KM4 分別控制 M M2 的變頻運行； FR FR2 分別為 兩 臺水泵電機過載保護用的熱繼電器； QS QSQS3 分別為變頻器和兩 臺水泵電機主電路的隔離開關； FU 為主電路的熔斷器。 由于實際中需要模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1 個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是 EM235， 該模塊有 4 個模擬輸入 (AIW)， 1 個模擬輸出 (AQW)信號通道。 S7200 型 PLC 的結構緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。 實際的機組切換 判別條件如下 [11]： 加泵條件： UPff? 2dfsPPP??? 且延時判別成立 () 基于 PLC 的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定 16 減泵條件： LOWff? 2dfsPPP??? 且延時判別成立 () 式中： UPf ： 上限頻率 LOWf ： 下限頻率 sP ： 設定壓力 fP ： 反饋壓力 17 3 系統(tǒng) 的 硬件設計 系統(tǒng)主要設備的選型 根據(jù) 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng) 的原理， 系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖 所示 ： A / D 模 塊 可 編 程 控 制 器 ( P L C ) 通 訊 模 塊壓 力變 送 器故 障 、 狀 態(tài)等 量 輸 入報 警 、 控 制等 量 輸 出人 機 界 面上 位 機 、組 態(tài) 等變 頻 器水 泵 機 組軟 啟 動 、 自耦 變 壓 器 圖 系統(tǒng)的電氣控制總框圖 由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看