【正文】 仿真軟件調試 （1）恒壓供水控制系統(tǒng)程序完成后，在編程軟件STEP 7Micro/WIN “文件” “導出”命令，在“導出程序塊”對話框填入文件名和保存路徑。每一次的采樣值與前N1次的采樣值進行算術平均運算，結果作為本次采樣的濾波值。中斷處理完成后，又自動恢復這些單元保存起來的數(shù)據(jù)，即恢復現(xiàn)場。有多個中斷同時向CPU申請中斷時，要求CPU能將全部中斷源按中斷性質和處理的輕重緩急進行排隊，并給予優(yōu)先權。在梯形圖中，子程序調用指令以功能框的形式編程，子程序返回指令以線圈式編程，指令格式見表 表 子程序指令格式指令名稱梯形圖STL子程序調用指令 SBR0EN CALL SBR0子程序條件返回指令 ( RET ） CRET (1) CRET多用于子程序的內(nèi)部，由判斷條件是否結束子程序的內(nèi)部，有判斷條件是否結束子程序調用，無條件返回指令RET用于子程序的結束。中斷程序亦稱中斷服務程序，是用戶為處理中斷事件而事先編制的程序。為了防止一臺水泵長期工作于變頻狀態(tài)，在程序中編寫了三種運行規(guī)律，當一種運行規(guī)律運行超過1h后，自動啟動下一種運行規(guī)律，保證每臺泵循環(huán)工作，每臺泵都不會銹蝕。 (2) 程序的結構及程序功能的實現(xiàn)模擬量采集單元及PID調節(jié)部分都需編制初始化和中斷程序，所以本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。輸出單元將經(jīng)過CPU處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅動各種執(zhí)行元器件，如電磁閥、接觸器、調節(jié)閥、電磁鐵、調速裝置等。 主電路中的熔斷器FU0除接通電源外，同時實現(xiàn)短路保護，每臺電動機的過載保護由相應的熱繼電器BB實現(xiàn)。 此次設計中壓力變送器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，裝設在泵站的出水口，壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉變?yōu)?~5V或4~20mA的模擬量信號，作為模擬輸入模塊(A/D模塊)的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，我們采用4~20mA輸出壓力變送器。（3 ）損壞壓力 損壞壓力是指能夠加工在傳感器上且不使傳感器元件或傳感器外殼損壞的最大壓力。壓力傳感器種類很多，其性能也具有有較大差異，選擇比較合適的傳感器，做到經(jīng)濟、合理的使用，必須考慮性能參數(shù)。流量參看《建筑給排水設計規(guī)范》中有詳細的計算方法。 所謂揚程即所需揚程，并不是所需提水高度，明確這一點對選擇水泵相當重要。 在恒壓供水電路中，變頻器與S7200PLC配合使用，要求控制系統(tǒng)能夠平滑地調節(jié)電動機的轉速。要求系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器還應具有通訊功能。 2) 差分輸入，電壓0~10V、0~5V、0~1V、0~500mV、0~100mV、0~50mV、10V、5V、1V、500mV、250mV、100mV、50mV和250mV；電流：0~20mA。故主要對此類擴展模塊進行簡要介紹。 (3) 與擴展模塊組成的 I/O端子排可以很容易的整體拆卸。 (1) 結構合理對于工藝比較固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的場合，由于整體式每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)中采用整體式PLC。、重量輕、功耗低。如果控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差（表現(xiàn)為振蕩現(xiàn)象），可適當加大控制度，直到獲得滿意的控制效果。最后，比例度從大到小進行搜索，直到控制過程滿足工藝控制要求[10][11]。相應的傳遞函數(shù)形式： （）PID控制器P 、I 、D環(huán)節(jié)的作用以及調節(jié)規(guī)律：(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例的反映控制系統(tǒng)偏差信號，一旦產(chǎn)生偏差e(t)，控制器隨之產(chǎn)生控制作用，實現(xiàn)減小偏差，但不能夠消除系統(tǒng)偏差隨著比例系數(shù)Kc的增大，系統(tǒng)偏差減小，但比例系數(shù)過大會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。可以使用給定線進行頻率信號的控制。 （3）變頻調速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果大部分的電機拖動場合均可使用變頻調速，由于其能夠提供精確的速度控制，因此可方便地控制機械傳動的上升、下降和變速運行。當使用調速控制時，如果采用恒壓(H0)，變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為b2，揚程特性變?yōu)榍€n2，平衡工作點從E點轉移到D點。在實際用水中，水需求量是實時變化的，如果在一段時間內(nèi)閥門開度保持不變，必然出現(xiàn)超壓或欠壓現(xiàn)象。只有在這一點，供水系統(tǒng)的供水流量Qc和用戶的用水流量Qu處在平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既符合了管阻特性，也滿足了揚程特性 ，系統(tǒng)平穩(wěn)運行。伴隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多種性能優(yōu)越、工作穩(wěn)定的變頻調速電源裝置，它們促進了變頻調速的廣泛應用。 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析 電動機的調速原理交流電動機的同步轉速 （）式中同步轉速，r/min； 定子頻率，Hz； 電機的磁極對數(shù)。(2) 手動運行當壓力傳感器故障或變頻器發(fā)生故障時，為保障用水，三臺常規(guī)泵可以手動控制工頻運行。同時通過人機界面報警進行顯示，使用者還可以對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示。1）供水控制器:它是變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心器件，包括變頻器和電控設備?？梢钥闯鲎冾l調速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構、信號檢測機構、控制系統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分構成。第2章 恒壓供水系統(tǒng)控制方案確定 系統(tǒng)設計要求本設計是以普通小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對象，設計一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)， 保證整個系統(tǒng)運行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運行工況。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等諸多方面的綜合技術指標來說，還遠未達到所有用戶的要求，只適用于小容量，控制要求不高的供水場所[4]。 變頻調速式供水系統(tǒng)具有節(jié)約能源、安全性高、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。 (3) 射流泵十水箱的供水方式：這種方式是根據(jù)射流泵本身的特有結構進行工作。而變頻恒壓供水系統(tǒng)的出現(xiàn)使這些問題迎刃而解。 PID。系統(tǒng)實時比較管網(wǎng)壓力與壓力設定值偏差的變化情況，經(jīng)PLC進行PID運算，由PLC控制水泵電機的變頻、工頻切換，自動控制水泵電機投運臺數(shù)和電機轉速，實現(xiàn)閉環(huán)自動調節(jié)恒壓供水。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設作為其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性將直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平。(2) 恒速泵+水塔的供水方式：這種方式是水泵首先向水塔供水，然后由水塔向用戶供水。 (5) 恒速泵十氣壓罐供水方式 ：這種方式是利用封閉的氣壓罐替代高位水箱蓄水，通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力以控制泵的開、停。隨著變頻技術的不斷發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度等方面的提高以及其顯著的節(jié)能效果被發(fā)現(xiàn)和認可后，國外眾多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并生產(chǎn)出一系列具有恒壓供水功能的變頻器，像日本Samco公司，其推出的恒壓供水基板，具有“變頻泵固定方式”、“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式，它將PID調節(jié)器和PLC可編程控制器等相關硬件集成到變頻器控制基板上，通過設置指令代碼就可以實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，就可以直接控制各個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構成多達7臺電機(水泵)的供水系統(tǒng)。追求高度的智能化、系列的標準化將是未來供水設備滿足城鎮(zhèn)建設成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡供水調度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢。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，自動控制水泵電機投運臺數(shù)和電機轉速，實現(xiàn)閉環(huán)自動調整恒壓供水[5]。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。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。若出現(xiàn)電源瞬時停電的情況，系統(tǒng)立即停止運行。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。由公式可得，轉差率基本不變的情況下，三相異步電機的轉速n基本與電源頻率f成正比。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。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速控制法。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。目前，變頻調速給水在建筑給水中應用越來越廣，其主要原因是: （1）變頻調速給水的供水壓力可調，可以方便地滿足各種供水壓力的需要。外接數(shù)字量信號接口可用來設定電動機的旋轉方向，以及完成分段頻率的控制。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)線性組合構成控制量u(t)，對被控對象進行控制，所以稱之為PID控制器。微分環(huán)節(jié)主要作用是控制被調量的振蕩，減小超調量，加快系統(tǒng)響應時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性?？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。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。 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。 (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。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。 (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。變頻器須根據(jù)水泵電機的電流和功率進行選擇。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。 （3）要適當超標選水泵。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。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換為位移或應變，然后由位移敏感元件或應變計轉換為與壓力成一定關系的電信號。一般最大壓力是額定壓力最大值的2－3倍。 （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。 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。這些信號經(jīng)過輸入電路進行光電隔離、濾波、電平轉換等處理后，變成CPU可以接受和處理的信號。這一功能將通過比較指令加以實現(xiàn)。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 。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。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，結束子程序，返回到原調用處執(zhí)行。 中斷程序的調用原則 （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。即保護現(xiàn)場。 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。下面對程序編制中主要中間變量進行說明， 序號變量名稱含義1VB500PID表（共80個字節(jié)）2VD500采樣輸入值（供水實際壓力）3VD504供水設定值4VD508PID輸出值5VD512增益6VD516采樣周期7VD520積分時間8VD524微分時間9SMB34定時中斷 PID中斷程序主要包括將輸入采樣數(shù)據(jù)進行歸一化處理和對PID輸出數(shù)據(jù)進行工程量轉換兩部分， PID運算程序圖 第六章 PLC程序仿真及調試 本次設計PLC程序的調試共分為仿真軟件調試和實驗室調試兩部分， 版完成的，實驗室調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)。 PID指令格式指令名稱梯形圖STLPID回路指令PIDEN ENOTBLLOOPPID TBL ,LOOP PID指令在系統(tǒng)中的使用 在恒壓供水系統(tǒng)中，PLC采集壓力傳感器信號后，進行壓力設計值與檢測元件反