【正文】 仿真軟件調(diào)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(dǎo)出”命令，在“導(dǎo)出程序塊”對(duì)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(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算，結(jié)果作為本次采樣的濾波值。中斷處理完成后，又自動(dòng)恢復(fù)這些單元保存起來(lái)的數(shù)據(jù)，即恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。有多個(gè)中斷同時(shí)向CPU申請(qǐng)中斷時(shí)，要求CPU能將全部中斷源按中斷性質(zhì)和處理的輕重緩急進(jìn)行排隊(duì)，并給予優(yōu)先權(quán)。在梯形圖中，子程序調(diào)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(jiàn)表 表 子程序指令格式指令名稱梯形圖STL子程序調(diào)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(jié)束子程序的內(nèi)部，有判斷條件是否結(jié)束子程序調(diào)用，無(wú)條件返回指令RET用于子程序的結(jié)束。中斷程序亦稱中斷服務(wù)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(tái)水泵長(zhǎng)期工作于變頻狀態(tài)，在程序中編寫(xiě)了三種運(yùn)行規(guī)律，當(dāng)一種運(yùn)行規(guī)律運(yùn)行超過(guò)1h后，自動(dòng)啟動(dòng)下一種運(yùn)行規(guī)律，保證每臺(tái)泵循環(huán)工作，每臺(tái)泵都不會(huì)銹蝕。 (2) 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)模擬量采集單元及PID調(diào)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(guò)CPU處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件，如電磁閥、接觸器、調(diào)節(jié)閥、電磁鐵、調(diào)速裝置等。 主電路中的熔斷器FU0除接通電源外，同時(shí)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)由相應(yīng)的熱繼電器BB實(shí)現(xiàn)。 此次設(shè)計(jì)中壓力變送器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，裝設(shè)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(zhuǎn)變?yōu)?~5V或4~20mA的模擬量信號(hào)，作為模擬輸入模塊(A/D模塊)的輸入，在選擇時(shí)，為了防止傳輸過(guò)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(jì)、合理的使用，必須考慮性能參數(shù)。流量參看《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中有詳細(xì)的計(jì)算方法。 所謂揚(yáng)程即所需揚(yáng)程，并不是所需提水高度，明確這一點(diǎn)對(duì)選擇水泵相當(dāng)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(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，所以變頻器還應(yīng)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(duì)此類擴(kuò)展模塊進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。 (3) 與擴(kuò)展模塊組成的 I/O端子排可以很容易的整體拆卸。 (1) 結(jié)構(gòu)合理對(duì)于工藝比較固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的場(chǎng)合，由于整體式每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)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(dāng)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(jìn)行搜索，直到控制過(guò)程滿足工藝控制要求[10][11]。相應(yīng)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(diào)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(hào)，一旦產(chǎn)生偏差e(t)，控制器隨之產(chǎn)生控制作用，實(shí)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(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定?？梢允褂媒o定線進(jìn)行頻率信號(hào)的控制。 （3）變頻調(diào)速恒壓供水具有優(yōu)良的節(jié)能效果大部分的電機(jī)拖動(dòng)場(chǎng)合均可使用變頻調(diào)速，由于其能夠提供精確的速度控制，因此可方便地控制機(jī)械傳動(dòng)的上升、下降和變速運(yùn)行。當(dāng)使用調(diào)速控制時(shí)，如果采用恒壓(H0)，變速泵(n2)供水，管阻特性曲線為b2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€n2，平衡工作點(diǎn)從E點(diǎn)轉(zhuǎn)移到D點(diǎn)。在實(shí)際用水中，水需求量是實(shí)時(shí)變化的，如果在一段時(shí)間內(nèi)閥門開(kāi)度保持不變，必然出現(xiàn)超壓或欠壓現(xiàn)象。只有在這一點(diǎn)，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(yáng)程特性 ，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。伴隨著電力電子技術(shù)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(diào)速電源裝置，它們促進(jìn)了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用。 第三章 變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析 電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 （）式中同步轉(zhuǎn)速，r/min； 定子頻率，Hz； 電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。(2) 手動(dòng)運(yùn)行當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器發(fā)生故障時(shí)，為保障用水，三臺(tái)常規(guī)泵可以手動(dòng)控制工頻運(yùn)行。同時(shí)通過(guò)人機(jī)界面報(bào)警進(jìn)行顯示，使用者還可以對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)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(shè)備?？梢钥闯鲎冾l調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分構(gòu)成。第2章 恒壓供水系統(tǒng)控制方案確定 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)是以普通小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)， 保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開(kāi)放性等諸多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，還遠(yuǎn)未達(dá)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(chǎng)所[4]。 變頻調(diào)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(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)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(jié)構(gòu)進(jìn)行工作。而變頻恒壓供水系統(tǒng)的出現(xiàn)使這些問(wèn)題迎刃而解。 PID。系統(tǒng)實(shí)時(shí)比較管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)定值偏差的變化情況，經(jīng)PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，由PLC控制水泵電機(jī)的變頻、工頻切換，自動(dòng)控制水泵電機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)作為其中的一個(gè)重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)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(guò)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)壓力以控制泵的開(kāi)、停。隨著變頻技術(shù)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(dòng)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(rèn)可后，國(guó)外眾多生產(chǎn)變頻器的廠家開(kāi)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(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等相關(guān)硬件集成到變頻器控制基板上，通過(guò)設(shè)置指令代碼就可以實(shí)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(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成多達(dá)7臺(tái)電機(jī)(水泵)的供水系統(tǒng)。追求高度的智能化、系列的標(biāo)準(zhǔn)化將是未來(lái)供水設(shè)備滿足城鎮(zhèn)建設(shè)成片開(kāi)發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)計(jì)值偏差變化情況，經(jīng) PLC進(jìn)行PID運(yùn)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，自動(dòng)控制水泵電機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整恒壓供水[5]。2) 報(bào)警信號(hào):它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水庫(kù)液位是否超限、變頻器是否有異常。應(yīng)用于在供水控制器的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的切換、手動(dòng)/自動(dòng)切換等。若出現(xiàn)電源瞬時(shí)停電的情況，系統(tǒng)立即停止運(yùn)行。當(dāng)正在運(yùn)行的供水泵全速運(yùn)行，但仍未達(dá)到給定壓力值時(shí)，切換變頻泵到工頻運(yùn)行，通過(guò)變頻器軟啟動(dòng)另一臺(tái)供水泵。由公式可得，轉(zhuǎn)差率基本不變的情況下，三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f成正比。改變閥門開(kāi)度，實(shí)際上改變的是在某一揚(yáng)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(zhuǎn)速控制法。從流體力學(xué)可得，水泵向管網(wǎng)供水時(shí)，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。目前，變頻調(diào)速給水在建筑給水中應(yīng)用越來(lái)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。外接數(shù)字量信號(hào)接口可用來(lái)設(shè)定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)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(duì)設(shè)定值r(t)和實(shí)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(yùn)算后經(jīng)線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)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(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性?？刂贫仁且阅M控制器為基礎(chǔ)，定量衡量計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)與模擬控制器對(duì)同一對(duì)象的控制效果。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 可編程序控制器（PLC）的選型 機(jī)型的選擇：PLC機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價(jià)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(yīng)用。本次設(shè)計(jì)中需要擴(kuò)展一個(gè)采集處理壓力信號(hào)的模擬信號(hào)，應(yīng)擴(kuò)展一個(gè)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(jī)的電流和功率進(jìn)行選擇。另外選擇西門子的變頻器可以通過(guò)RS485通信協(xié)議和接口直接與西門子PLC相連，更便于設(shè)備之間的通信。 （3）要適當(dāng)超標(biāo)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(duì)水泵型號(hào)進(jìn)行選擇， 因?yàn)榭倶菍痈叨葹?2*3+3=39m，計(jì)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(shè)計(jì)為15米，建筑總揚(yáng)程在54米。彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。一般最大壓力是額定壓力最大值的2－3倍。 （2）按性能指標(biāo)要求選用 變頻恒壓供水應(yīng)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(zhǔn)確度和溫度補(bǔ)償。 三相電源經(jīng)熔斷器FU0、隔離開(kāi)關(guān)QS接至變頻器的R、S、T端，變頻器的輸出端U、V、W通過(guò)接觸器的觸點(diǎn)接至電機(jī)，控制變頻器的啟動(dòng)與停止。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路進(jìn)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(hào)。這一功能將通過(guò)比較指令加以實(shí)現(xiàn)。增減泵或倒泵時(shí)復(fù)位變頻器為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備，同時(shí)變頻泵號(hào)加一，并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)和下一臺(tái)水泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào) 。所謂中斷是當(dāng)控制系統(tǒng)執(zhí)行正常程序時(shí)，系統(tǒng)中出現(xiàn)了某些急需處理的情況或特殊請(qǐng)求，這時(shí)系統(tǒng)暫時(shí)中斷現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對(duì)隨機(jī)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理（執(zhí)行中斷服務(wù)程序），當(dāng)該事件處理完后，系統(tǒng)自動(dòng)回到原來(lái)被中斷的程序繼續(xù)執(zhí)行。在子程序執(zhí)行過(guò)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。 中斷程序的調(diào)用原則 （1）中斷優(yōu)先級(jí) 在PLC控制系統(tǒng)中通常有多個(gè)中斷源，中斷源可大致分為三類：通信中斷、I/O中斷、時(shí)基中斷。即保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。 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(dāng)前值。下面對(duì)程序編制中主要中間變量進(jìn)行說(shuō)明， 序號(hào)變量名稱含義1VB500PID表（共80個(gè)字節(jié)）2VD500采樣輸入值（供水實(shí)際壓力）3VD504供水設(shè)定值4VD508PID輸出值5VD512增益6VD516采樣周期7VD520積分時(shí)間8VD524微分時(shí)間9SMB34定時(shí)中斷 PID中斷程序主要包括將輸入采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理和對(duì)PID輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行工程量轉(zhuǎn)換兩部分， PID運(yùn)算程序圖 第六章 PLC程序仿真及調(diào)試 本次設(shè)計(jì)PLC程序的調(diào)試共分為仿真軟件調(diào)試和實(shí)驗(yàn)室調(diào)試兩部分， 版完成的，實(shí)驗(yàn)室調(diào)試過(guò)程是在實(shí)驗(yàn)室完成的，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用鈕子開(kāi)關(guān)和按鈕來(lái)模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用PLC上有關(guān)的發(fā)光二極管來(lái)顯示，一般不用接PLC實(shí)際的負(fù)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(hào)后，進(jìn)行壓力設(shè)計(jì)值與檢測(cè)元件反