【正文】 路基本結構示意圖。由于恒壓供水自動控制系統控制設備相對較少，因此 PLC 選用SIEMENS 公司的 S7200 型。輸入和輸出信號，可自動完成 A/ D 轉換，標準輸入信號可以轉換成一個字數字信號，輸出信號則可以自動完成端口的 D / A 轉換，一個字的數字信號轉換成標準的輸出信號。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，選擇西門子的 MicroMaster440 變頻器。 水泵機組的選型水泵機組選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經常處于高效區(qū)運行，以求取得較好的節(jié)能效果。它可用在城市給排水、鍋爐給水、空調冷卻系統、消防給水等。為防止爆管和超高水壓損壞用水設備，本設計中的供水系統采用電極點壓力表的壓力上限輸出，作為 PLC 的一個數字量輸入，當壓力超出上限時，系統關閉所有水泵并報警輸出。本設計要求貯水池水位：2m~5m，所以要通過液位變送器將檢測到的水位轉換成標準信號（4~20mA 電壓信號），再將其輸入窗口比較器，用比較器輸出的高電平作為貯水池水位的報警信號，輸入 PLC。NL 1L 2L 3F U變頻器Q S 1RSTU VWQ S 2K M 2F R 1K M 1M 13 ~K M 3M 23 ~K M 5M 33 ~K M 4F R 2Q S 3 Q S 4K M 6F R 3北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 13 頁 圖 32 變頻恒壓供水系統主電路圖本設計采用三泵循環(huán)變頻運行方式，即 3 臺水泵中只有 1 臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵在工頻下運行，在用水量小的情況下，如果變頻泵連續(xù)運行時間超 3h，則要切換下一臺水泵，即系統具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。主電路中的低壓熔斷器除接通電源外，還可實現短路保護，每臺水泵的過載保護由相應的熱繼電器 FR 實現。為監(jiān)視電機負載運行情況，主回路的電流大小可以通過電流互感器和變送器將 4~20mA 電流信號送至上位機來顯示。PLC 用于實現變頻恒壓供水系統的自動控制，要實現以下功能：自動控制三臺水泵的投入運行；能在三臺水泵之間實現變頻泵的切換；三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動/自動控制功能。北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 14 頁S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 1K M 1K M 2H L 1H L 2F R 1S B 5K M 5S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5K M 6K M 5K M 5K M 6H L 5H L 6F R 3S B 3K M 3S B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 3K M 3K M 4H L 3H L 4F R 2P L CNL 1F U 2S A12Q 1 . 1H L 7Q 1 . 3H L 9Q 1 . 2H L 8H L 1 0Q 1 . 4Q 1 . 5K AH AN 14681 01 21 41 61 82 02 22 4圖 33　變頻恒壓供水系統控制電路圖注：PLC 各 I/O 端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié) I/O 端口分配中將詳細介紹。本系統在手動/自動控制下的運行過程如下：(1) 手動控制：手動控制只在檢查故障原因時才會用到，便于電機故障的檢測與維北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 15 頁修。同理，可以通過按下 SBSB5 啟動電機 MM3，通過按下 SBSB6 來使電機 MM3停機。當 輸出 1 時，KM2 線圈得電，1水泵變頻運行指示燈HL2 點亮，同時 KM2 的常閉觸點斷開，實現 KMKM1 的電氣互鎖。白天，小區(qū)的用水量大，系統高恒壓值運行；夜間，小區(qū)用水量小，系統低恒壓值運行。(4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動/自動控制功能，北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 16 頁手動只在應急或檢修時臨時使用。AC。~分別輸出三臺水泵電機的工頻/變頻運行信號； 輸出水位超限報警信號； 輸出變頻器故障報警信號； 輸出白天模式運行信號； 輸出報警電鈴信號；輸出變頻器復位控制信號；AQW0 輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。為正確判斷變頻器工作頻率達上限值，應排除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。泵組管理的另外一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設計中采用泵號加 1 的方法實現變頻泵循環(huán)控制；用工頻運行泵的總數結合泵號實現工頻泵的輪換工作。泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等由主程序控制實現。表 41　程序中使用的 PLC 元件及其功能器件地址 功 能 器件地址 功 能VD100 過程變量標準化值 T37 工頻泵增泵濾波時間控制VD104 壓力給定值 T38 工頻泵減泵濾波時間控制VD108 PID 計算值 故障結束脈沖信號VD112 比例系數 Kc 水泵變頻啟動脈沖(增泵)VD116 采樣時間 Ts 水泵變頻啟動脈沖(減泵)VD120 積分時間 Ti 倒泵變頻啟動脈沖VD124 微分時間 Td 復位當前變頻泵運行脈沖VD204 變頻運行頻率下限值 當前泵工頻運行啟動脈沖VD208 變頻運行頻率上限值 新泵變頻啟動脈沖VD250 PID 調節(jié)結果存儲單元 泵工頻/變頻轉換邏輯控制VB300 變頻工作泵的泵號 泵工頻/變頻轉換邏輯控制VB301 工頻運行泵的總臺數 泵工頻/變頻轉換邏輯控制VD310 變頻運行時間存儲器 故障信號匯總T33 工頻/變頻轉換邏輯控制 水池水位越限邏輯T34 工頻/變頻轉換邏輯控制T35 工頻/變頻轉換邏輯控制 PLC 程序設計PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP 7MicroWINV40 編程軟件開發(fā)。 控制系統主程序設計本系統控制的主程序由系統初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機換機程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、模擬量(水壓力、頻率)比較計算程序和報警程序等構成。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。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，現在只以 1水泵為例進行說明。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)且工頻泵數大于 0，或者當前 3泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數大于 1，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，從而實現變頻和工頻之間實現良好的電氣互鎖，KM1 的常開觸點還可實現自鎖功能。故障發(fā)生后重新設定變頻泵號和工頻泵運行臺數，在故障結束后產生故障結束脈沖信號。其中圖 42 是以 2泵為例的變頻運行控制流程圖，圖 43 是以 2泵為例的工頻運行控制流程圖。北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 22 頁開始調用初始化子程序設置兩種模式下水壓給定值設定變頻泵號變頻器頻率達上限定時 5 m i n , 濾波YN工頻泵數加 1 ， 產生變頻啟動脈沖變頻器頻率達下限Y定時 5 m i n , 濾波N工頻泵數減 1 ， 產生變頻啟動脈沖是否增泵或倒泵復位變頻器 ，變頻泵號加 1YN調整變頻泵號 ， 遇 4 變 1產生當前泵工頻運行 ， 下臺泵變頻運行啟動脈沖變頻泵單獨運行時間達 3 hYN產生倒泵信號1 、 2 、 3 泵變頻運行控制1 、 2 、 3 泵工頻運行控制水池水位越限YN水位越限報警變頻器故障YN變頻器故障報警是否有報警YN變頻泵號置 1工頻泵數置 0產生故障結束脈沖程序結束圖 41　變頻恒壓供水系統主程序流程圖北 京 航 空 航 天 大 學 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 第 23 頁是否有變頻啟動脈沖信號YN變頻泵號是否為 2YN系統是否無故障YN是否無變頻器復位脈沖YN2 泵是否工頻運行NY2 泵變頻運行開始結束開始是否有工頻運行啟動脈沖YN幾號泵變頻運行 ？工頻泵數是否大于 0工頻泵數是否大于 13 泵變頻運行1 泵變頻運行YNYN2 泵是否變頻運行NY2 泵工頻運行結束圖 42　2泵變頻運行控制流程圖 圖 43　 2泵工頻運行控制流程圖 控制系統子程序設計(1) 初始化子程序 SBR_0首先初始化變頻運行的上下限頻率，在水泵切換分析中已說明水泵變頻運行的上下限頻率分別為 50HZ 和 20HZ。具體程序梯形圖如圖 44 所示。在連續(xù)控制系統中，常采用 Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivative(微分 )控制方式，稱之為 PID 控制。系統由模擬 PID 控制器和被控對象組成，其控制系統原理框圖如圖 46 所示，圖中 u(t)為 PID 調節(jié)器輸出的調節(jié)量。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統偏差為零。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調量的振蕩，減小超調量，加快系統響應時間，改善系統的動態(tài)特性。?本設計中的 PID 參數值采用恒壓供水系統行業(yè)中的經驗值，以省去繁瑣而不必的工程計算。壓力變送器采樣后的管網壓力信號經過 PID 處理傳送給變頻器，變頻器根據壓力大小調節(jié)電機轉速，通過改變水泵性能曲線來實現水泵的流量調節(jié)，保證管網壓力恒定。(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。比如：在硬件設備之間的連接，I/O 端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經過這半年的自學，以及向老師、同學們請教，我對這些知識有了更深入的理解。所以我要感謝所有的老師，是你們的教育和培養(yǎng)，才使我學有所獲。我的指導老師在我完成論文的過程中傾注了悉心的指導和大力支持，在此表示深深地感謝。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。涉密論文按學校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）