【文章內(nèi)容簡介】 控制 系統(tǒng)設(shè)計 11 366)≈ 3m 。 180 戶居民，平均一戶 4 人，則一天總用水量為： 180 4= 3m 。考慮到一些不可控因素，選擇總用水量為 120 立方米。由于居民生活用水存在高峰期，一般為 12 時到 2 時、 19 時到 21 時，總共 5 個小時，則水泵的最大流量為 120247。 5=24 3m /h。根據(jù)樓高 45 米，可以選擇揚程為 60米的水泵。即選擇的水泵為 GDL 型 65GDL2412 5立式 多級管道離心泵 ，如圖 。該款水泵的技術(shù)參數(shù)如下： 流量： 24 3m /h； 揚程： 60m； 功率： ； 吸程： 6m； 轉(zhuǎn)速： 2900r/min； 工作壓力：≤ 。 圖 資源分配 PLC 的 I/O 分配 （ 1）數(shù)字量輸入 本系統(tǒng)中，需要的數(shù)字輸入量共 10 個，包括各種控制按鍵、開關(guān)等，如表 所示。 表 數(shù)字量分配 （ 2）模擬量輸入 因為采集了壓力傳感器反饋的數(shù)據(jù)，所以模擬量從 EM235 模塊輸入，具體分配如表 。 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 12 表 模擬量分配 輸入地址 輸入設(shè)備 AIW0 壓力傳感器 （ 3）數(shù)字量輸出 系統(tǒng)主要的輸出設(shè)備有 6 個交流接觸器，分配如表 。 表 數(shù)字量輸出分配 輸出地址 輸出設(shè)備 輸出地址 輸出設(shè)備 1泵工頻接觸器 2泵變頻接觸器 1泵變頻接觸器 3泵工頻接觸器 2泵工頻接觸器 3泵變頻接觸器 MICROMASTER 變頻器參數(shù)分配 在本控制系統(tǒng)中， PLC 和 MICROMASTER 變頻器 采用了 USS 通信方式 ， 首先需要對變頻器的參數(shù)進行設(shè)置，如表 所示。 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 13 表 變頻器參數(shù)設(shè)置 電路接線圖 主電路部分使用 了 6 個 交流接觸器，每兩個交流接觸器作為一組， 分別對應(yīng)電機的 兩種工作模式：工頻運行和變頻運行。 KM KM KM5 分別為電動機 M1 、M2 、 M3 工頻交流接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為電動機 M M M3 變頻變頻交流接觸器。 熱繼電器 (FR)是利用電流的熱效應(yīng)原理工作的保護電路，它在電路中起到的作用是 電動機的過載保護。 熔斷器 （ FU） 作為電路中的一種簡單的短路保護裝置 ,在使用中，當電流超北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 14 過允許值時，產(chǎn)生的熱量會把和主電路串接的熔體熔化，這樣就 可以 切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴重過載。 圖 控制電路部分 如圖 所示 ： 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 15 圖 控制 電路 接線圖 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 16 第 4章 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計的常用方法 PLC 控制程序是整個系統(tǒng)的核心，程序的質(zhì)量直接影響著控制系統(tǒng)的性能。PLC 控制程序設(shè)計具有一定的規(guī)律可循，對于一些特定的功能通常有相對固定的設(shè)計方法。 (1)采用移植設(shè)計法的應(yīng)用程序設(shè)計：移植設(shè)計法主要是用于對原有機電控制系統(tǒng)進行改造 [3]。 PLC 取代“繼電器 接觸器”控制已是大勢所趨，然而原有的“繼電器 接觸器”控制系統(tǒng)經(jīng)過了長期的使用和考驗，已被證明完全能夠完成系統(tǒng)的控制功能要求 [3]。因此，可以將“ 繼電器 接觸器”電路圖經(jīng)過適當“翻譯”，轉(zhuǎn)化為有相同功能的 PLC 梯形圖程序，這種方法稱為“移植設(shè)計法” [3]。 (2) 采用經(jīng)驗設(shè)計法的應(yīng)用程序設(shè)計：經(jīng)驗設(shè)計法，即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)功能要求，進行選擇組合，并反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點和中間編程環(huán)節(jié)，才能達到控制要求 [3]。經(jīng)驗設(shè)計法無規(guī)律可循，一般用于較簡單的程序設(shè)計 [3]。 (3) 采用邏輯設(shè)計法的應(yīng)用程序設(shè)計：邏輯設(shè)計法是以邏輯組合或邏輯時序的形式來設(shè)計梯形圖程序，可分為組合邏輯設(shè)計法和時序邏輯設(shè)計法兩種 [3]。這種方法既具有嚴密可循的規(guī)律、明確可行的設(shè)計步驟，又具有簡便、直觀和十分規(guī)范的特點 [3]。 (4)采用控制功能圖設(shè)計法的應(yīng)用程序設(shè)計：如果一個系統(tǒng)可分解為若干個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常進行，這樣的控制系統(tǒng)為順序控制系統(tǒng) [3]?？刂乒δ軋D設(shè)計法就是針對順序控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，根據(jù)順序控制系統(tǒng)的功能要求，編程可以使用通用邏輯指令、置位 /復(fù)位指 令、 SCR 指令等不同的方法設(shè)計出順序功能圖，然后可以很方便地將功能圖轉(zhuǎn)化為 PLC 梯形圖 [3]。 程序流程圖 本系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用順序功能圖設(shè)計法進行，包括以下幾個程序模塊： 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 17 (1)USS 通訊 協(xié)議 程序； (2)控制按鍵、開關(guān)的識別與控制程序； (3)壓力傳感器的 數(shù)據(jù)采集、處理程序； (4)PID 回路控制程序。 本設(shè)計通過軟件所要實現(xiàn)的主要功能是：基于日后系統(tǒng)的檢測維修、降低操作員勞動強度等方面的考慮，作者把控制過程分為手動模式和自動模式，模式選擇流程圖如圖 所示。手動模式下，每個設(shè)備能夠單獨運行，便于設(shè)備性能的測試與設(shè)備維護，如圖 。 圖 模式選擇流程圖 圖 手動模式流程圖 系統(tǒng)供電且自動控制開關(guān)按下時，系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，可進行高效率的生活用水供給，工作過程分為以下幾個方面，生活供水工作流程圖如圖 所示。 (1)系統(tǒng)上電后，按下自動控制開關(guān)，進入自動模式。 (2)變頻啟動 1泵，同時壓力傳感器開始檢測管內(nèi)壓力。 (3)管內(nèi)壓力小于設(shè)定值，變頻啟動 2泵， 1泵工頻工作；大于設(shè)定值，水開始 否 手動控制？ 自動模式 手動模式 是 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 18 泵變頻調(diào)節(jié)。 (4)管內(nèi)壓力大于設(shè)定值， 2泵工頻工作；小于設(shè)定值， 1泵變頻、 2泵工頻工作。 (5)管內(nèi)壓力仍 大于設(shè)定值，斷開 1泵； 小于設(shè)定值， 2泵變頻， 1泵工頻。 圖 自動模式生活供水流程圖 自動模式 變頻器啟動 1泵 管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？ 否 1泵變頻工作， 工頻啟動 2泵 是 否 管內(nèi)水壓大于設(shè)定值？ 1泵、 2泵工頻工作 是 1泵工頻工作， 2泵變頻工作 管內(nèi)水壓大于設(shè)定值？ 2泵工頻工作， 1泵停止 否 是 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 19 突發(fā)火災(zāi)，需要緊急消防供水時，消防按鈕按下，壓力傳感器反饋值小于設(shè)定值， 3泵變頻啟動，消防供水流程圖如圖 所示。需要注意的是， 1泵、2泵仍按照生活供水流程圖工作，即三臺泵共同保障供水。 圖 消防供水流程圖 在整個自動模式中，調(diào)用了各個控制系統(tǒng)的程序，包括 1泵、 2泵、 3泵的控制程序。 1泵的控制程序主要控制 1泵的運行、停止和變頻調(diào)速，工作流程圖如圖 所示； 2泵的控制程序主要控制 1泵的運行、停止和變頻調(diào)速，工作流程圖如圖 所示； 3泵作為消防用水輔助泵，它的控制程序主要控制3泵的運行、停止和變頻調(diào)速，工作流程圖如圖 所示： 自動模式 消防按鈕按下 管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？ 否 是 工頻啟動 3泵 是 反饋值大于設(shè)定值？ 否 是 斷開 3泵工頻 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 20 圖 1泵的控制程序流程圖 自動調(diào)節(jié)過程 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 1泵運行控制 1泵變頻控制 1泵工頻控制 是 啟動 PID 運算 2泵運行控制 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時 5s 啟動 延時到？ 否 是 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 21 圖 2泵的控制程序流程圖 否 反饋值小于設(shè)定值？ 切除運行于工頻的泵 2泵運行控制 是 2泵工頻控制 啟動 PID 運算 2泵變頻控制 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時 5s 啟動 延時到？ 是 否 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 22 圖 3泵的控制程序流程圖 停止 1水泵的工頻運行程序：控制 1泵在工頻運行、 2泵在變頻運行狀態(tài)下時，壓力傳感器檢測的水壓在某個時間段持續(xù)偏高，這時候句需要停止工頻工作的 1水泵。停止工頻運行程序流程圖如圖 所示。 自動調(diào)節(jié)過程 反饋值大于設(shè)定值？ 是 3泵運行控制 3泵工頻控制 斷開 3泵工頻控制 否 啟動 PID 運算 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時 5s 啟動 是 延時到？ 否 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 23 圖 切除工頻運行程序流程圖 停止工頻運行程序 停止運行于工頻的 1泵，其他不變 啟動 PID 運算 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時 5s 啟動 是 延時到？ 否 是 反饋值小于設(shè)定值？ 1泵停止 1 泵控制程序 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 24 PID 運算 實現(xiàn) PID 運算 有 兩 種方法：利用變頻器內(nèi)置的 PID 運算或者 PLC 的 PID 控制器。若 使用 PLC 的 PID 控制器，則 在梯形圖程序中使用 PID 指令 或者 使用 PID指令向?qū)?， 在梯形圖程序中 用 PLC的 特殊功能寄存器 。需要 注意的是， 在 系統(tǒng)運行時， 始終 是高電平； 則僅僅 在第一個掃描周期中是高電平。 本次設(shè)計， PID 運算 部分采用的便是后者，具體梯形圖程序如附錄 1所示 。 各模塊梯形圖設(shè)計 在程序設(shè)計過程中，為了方便編程以及修改，把需要用到的許多寄存器、中間繼電器、定時器等元件列表如下。 表 元件設(shè)置 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 高層建筑恒壓供水 控制 系統(tǒng)設(shè)計 25 根據(jù)元件設(shè)置進行梯形圖程序的編寫，編寫后的梯形圖程序如附錄 1 所示。 程序調(diào)試