【正文】 PID運算程序圖 第六章 PLC程序仿真及調(diào)試 本次設計PLC程序的調(diào)試共分為仿真軟件調(diào)試和實驗室調(diào)試兩部分， 版完成的，實驗室調(diào)試過程是在實驗室完成的，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用PLC上有關的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負載(如接觸器、電磁閥等)。開始變量表清零是否采樣向變量表中移入當前采樣值，移除最早一次采樣值結(jié)束是否結(jié)束計算平均值采樣值總和中減去最早一次的采樣值，加上當前采樣值開始變量表清零否是 采樣值總和中減去最早一次的采樣值，加上當前采樣值否是 采用平移式平均值濾波法，對五次采樣進行處理， 表 平移式平均值濾波法處理壓力信號存儲器地址所存內(nèi)容存儲器地址所存內(nèi)容存儲器地址所存內(nèi)容存儲器地址所存內(nèi)容VW110所存內(nèi)容個數(shù)數(shù)據(jù)VW114第一次采樣值VW118第三次采樣值VW122第五次采樣值VW112實際數(shù)據(jù)個數(shù)VW116第二次采樣值VW120第四次采樣值VW162平均值 L+ N CPU226 AC/DC/RelayM L1M RA EM235 A+ 4AI/1AO AL+ 220V AC 壓力傳感器 壓力信號采集電氣接線圖 本次壓力采樣中對壓力信號進行5次采樣，取其平均值為當前壓力值，即平移式平均值濾波法，將采集到的模擬量AIW0填寫到數(shù)據(jù)表中，并將數(shù)據(jù)表中的5個數(shù)進行累加，計算5個數(shù)的平均值，保存到VD160單元，最后累加器清零。 這里采用PLC中常用的平移式平均值法，其基本原理為：若要采樣N次，則用這N次采樣值的的平均值代替當前值。RETI是無條件返回指令，CRETI是有條件返回指令 供水壓力采集程序 壓力采集的平移式平均值濾波法 由于壓力管道的原因，在實際壓力信號采集過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些無效的數(shù)據(jù)，導致壓力PID控制失控，這在遠傳壓力表信號中尤為明顯。即保護現(xiàn)場。 （2）中斷隊列在PLC中，CPU一般在指定的優(yōu)先級內(nèi)按照先來先服務的原則響應中斷事件的中斷請求，在任何時刻，CPU只執(zhí)行一個中斷程序。 中斷程序的調(diào)用原則 （1）中斷優(yōu)先級 在PLC控制系統(tǒng)中通常有多個中斷源，中斷源可大致分為三類：通信中斷、I/O中斷、時基中斷。子程序嵌套深度最多為8級。在子程序執(zhí)行過程中，如果滿足條件返回指令的返回條件，結(jié)束子程序，返回到原調(diào)用處執(zhí)行。 子程序的調(diào)用指令和返回指令子程序的調(diào)用指令CALL的功能是將正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)移到編號為n的子程序。所謂中斷是當控制系統(tǒng)執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)了某些急需處理的情況或特殊請求，這時系統(tǒng)暫時中斷現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對隨機發(fā)生的更緊迫的事件進行處理（執(zhí)行中斷服務程序），當該事件處理完后，系統(tǒng)自動回到原來被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。程序開始程序結(jié)束調(diào)用初始化子程序報警指示燈點亮設置兩種工作方式下水壓給定值NY是否有報警設定泵號規(guī)律NJ變頻器頻率達上限變頻器故障報警YNY 變頻器故障5min后，增泵，工頻泵數(shù)加1水位上下限報警N變頻器頻率達下限 YN水位越位Y切換運行規(guī)律5min后，減泵，工頻泵數(shù)減1N規(guī)律自動行 1h產(chǎn)生水泵運行規(guī)律切換信號 Y子程序在結(jié)構(gòu)程序設計中是一種方便有效地工具。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(chǎn)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 。 生活、消防模式的給定壓力值不同，兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設定的。這一功能將通過比較指令加以實現(xiàn)。同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時，也必須使工頻接觸器斷開，才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以QA0和QAQA1和QAQA2和QA5絕對不能同時動作，相互之間必須設計可靠的互鎖。這些信號經(jīng)過輸入電路進行光電隔離、濾波、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成CPU可以接受和處理的信號。 PLC要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設備的開關量，同時要能夠發(fā)出信號控制執(zhí)行設備，以達到對現(xiàn)場設備進行控制。 三相電源經(jīng)熔斷器FU0、隔離開關QS接至變頻器的R、S、T端，變頻器的輸出端U、V、W通過接觸器的觸點接至電機，控制變頻器的啟動與停止。、MM3的工頻運行；、MM3的變頻運行；；FUFUFUFU4分別為四臺水泵電機短路保護用的熔斷器；FU0為主電路的熔斷器 ，BBBBBBBB4分別為四臺水泵電機的過載保護的熱繼電器。 （2）按性能指標要求選用 變頻恒壓供水應用非常廣泛，比如小區(qū)多層、小高層，還有高壓工業(yè)用水，選擇壓力傳感器必須考慮到量程、準確度和溫度補償。（6）溫度范圍 壓力傳感器的溫度范圍分為工作溫度范圍和補償溫度范圍。一般最大壓力是額定壓力最大值的2－3倍。在實際應用中傳感器所測壓力在該范圍之內(nèi)。彈性敏感元件的作用是使被測壓力作用于某個面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應變，然后由位移敏感元件或應變計轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關系的電信號。根據(jù)本設計要求并結(jié)合實際中小區(qū)生活用水情況， AFAE HE，其余條件也均符合，輔助泵選擇CR156 ，其額定流量15m3/h，6級葉輪的多級離心水泵，揚程60~70米，符合要求，以上水泵外殼、軸上均采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導葉采用鑄造件，經(jīng)靜電噴塑處理，效率提高 5%以上。假如該棟小區(qū)有用戶100戶，樓層高度為12層，每層3米 水泵安裝在地下室一樓 地下室三米高，對水泵型號進行選擇， 因為總樓層高度為12*3+3=39m，計算出水壓頭，也就是出水壓力，現(xiàn)在的規(guī)范要求居民出水壓頭設計為15米，建筑總揚程在54米。 （5） 根據(jù)實際供水系統(tǒng)的規(guī)模即所帶負荷情況，合理確定水泵的臺數(shù)。 （3）要適當超標選水泵。 首先按下P鍵對變頻器進行復位，使變頻器的參數(shù)值回到出廠時的狀態(tài)。另外選擇西門子的變頻器可以通過RS485通信協(xié)議和接口直接與西門子PLC相連，更便于設備之間的通信。由于本設計中PLC選擇的西門子S7200型號，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。變頻器須根據(jù)水泵電機的電流和功率進行選擇。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，該模塊具有4個模擬輸入(AIW)通道，1個模擬輸出(AQW)信號通道。 (3) EM235：模擬量混合輸入/輸出(AI/AO)模塊， 1) 4路模擬量輸入，一路模擬量輸出。 3) 最大輸入電壓30VDC，最大輸入電流32mA。本次設計中需要擴展一個采集處理壓力信號的模擬信號，應擴展一個模擬量輸入/輸出（AI/AO）模塊。 (6) 大范圍的集成功能使得它的功能非常強勁。 (2) SIMENS S7200可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。由于目前I/O點數(shù)較多的PLC價格也較高，若備用的I/O點是數(shù)量太多，將使成本增加。 可編程序控制器（PLC）的選型 機型的選擇：PLC機型的選擇應是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。功能更改靈活。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 擴充臨界比例帶法PID參數(shù)整定控制度調(diào)節(jié)規(guī)律Ts/TcrKc/KcrTi/TcrTd/TcrPIPIDPIPIDPIPIDPIPID模擬控制器PIPID（3）擴充響應曲線法擴充響應曲線法是模擬控制器響應曲線補充，是一種開環(huán)整定方法?？刂贫仁且阅M控制器為基礎，定量衡量計算機數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬控制器對同一對象的控制效果。 表 被控過程特點和控制器參數(shù)項目流量、液體壓力氣體壓力液位溫度、蒸汽壓力成分時滯容量數(shù)周期噪聲無多容量1~10s有無單容量0無無單容量1~10s有變動3~6Min~h無恒定1~100Min~h往往存在比例度積分作用微分作用100%~500%50%~200%重要不用0~5%不必要不必要5%~100%少用不用10%~100%用重要100%~1000%重要可用 （2） 擴充臨界比例法 這是一種基于系統(tǒng)臨界振蕩參數(shù)的閉環(huán)控制法，實際上也是模擬控制器中采用的穩(wěn)定邊界法的推廣，用來整定數(shù)字PID算式中的Ts、Kc、Ti和Td。微分環(huán)節(jié)主要作用是控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。(2) 積分環(huán)節(jié)：只要偏差存在，控制就會發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差變?yōu)榱?。PID控制器作為一種線性控制器，它是對設定值r(t)和實際輸出值y(t)之間的偏差e(t)： （）經(jīng)比例(P) 、積分(I) 和微分(D) 運算后經(jīng)線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對被控對象進行控制，所以稱之為PID控制器。 （3）通信接口方式 可以通過通信接口，如RS48PROFIBUS等，來進行遠程的頻率給定。外接數(shù)字量信號接口可用來設定電動機的旋轉(zhuǎn)方向，以及完成分段頻率的控制。變頻應用大大提高了工藝的高效性，使變速不依賴于機械部分，同時可以比原來的定速運行電機更加節(jié)能。目前，變頻調(diào)速給水在建筑給水中應用越來越廣，其主要原因是: （1）變頻調(diào)速給水的供水壓力可調(diào)，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。此情況下水泵輸出功率正比于H0Q2，由于H1H0，所以當使用閥門控制流量時，有正比于(H1－H0)Q2的功率被損耗，并伴隨著閥門開度減小，閥門摩擦阻力變大，管阻特性曲線將上移，運行工況點也將隨之上移，于是H1增大，而被浪費的功率要隨之增加。從流體力學可得，水泵向管網(wǎng)供水時，水泵的輸出功率P與出水流量Q和管網(wǎng)的水壓H的乘積成正比；水泵轉(zhuǎn)速n與出水流量Q成正比；管網(wǎng)水壓H與出水流量Q的平方成正比。轉(zhuǎn)速控制法則是通過改變電機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水流量，不改變閥門開度，是通過改變水的動能來改變流量。在供水系統(tǒng)中，通常以流量為控制目的，常用的控制方法為閥門控制法和轉(zhuǎn)速控制法。 恒壓供水系統(tǒng)基本特征水泵、電動機、管道和閥門等構(gòu)成變頻恒壓供水系統(tǒng)供水部分。改變閥門開度，實際上改變的是在某一揚程下，供水系統(tǒng)面向用戶的供水能力。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理供水系統(tǒng)的揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q兩者之間的關系曲線。由公式可得，轉(zhuǎn)差率基本不變的情況下，三相異步電機的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f成正比。而異步電動機轉(zhuǎn)速 （）式中異步電機轉(zhuǎn)差率，一般小于3%。當正在運行的供水泵全速運行，但仍未達到給定壓力值時，切換變頻泵到工頻運行，通過變頻器軟啟動另一臺供水泵。(3) 停止轉(zhuǎn)換開關置于停止位置，設備進入停機狀態(tài)，任何設備不能啟動。若出現(xiàn)電源瞬時停電的情況，系統(tǒng)立即停止運行。(5) 通訊接口通訊接口作為本系統(tǒng)的重要組成部分，借助于該接口，系統(tǒng)能夠和組態(tài)軟件以及其他的工控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以把現(xiàn)代較為先進的網(wǎng)絡技術(shù)應用到本系統(tǒng)中，類似于可以對系統(tǒng)進行遠程診斷和維護等。應用于在供水控制器的控制下實現(xiàn)對水泵的切換、手動/自動切換等。供水控制器直接采集系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號，對人機接口和通訊接口所提供的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出控制執(zhí)行機構(gòu)的方案，通過變頻器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu) (水泵) 進行規(guī)律控制。2) 報警信號:它反映系統(tǒng)是否正常運行，水庫液位是否超限、變頻器是否有異常。 (1) 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)是由水泵組構(gòu)成，它們用于將水供給用戶管網(wǎng)，:調(diào)速泵:是由變頻器控制可以變頻調(diào)速的水泵，根據(jù)用水量的變化情況改變電機的轉(zhuǎn)速，用以維持管網(wǎng)水壓的恒定。系統(tǒng)實時跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力設計值偏差變化情況，經(jīng) PLC進行PID運算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定，由PLC控制變頻與工頻切換，自