【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shí)到 2 時(shí)、 19 時(shí)到 21 時(shí)，總共 5 個(gè)小時(shí)，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(yáng)程為 60米的水泵。即選擇的水泵為 GDL 型 65GDL2412 5立式 多級(jí)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(yáng)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(gè)，包括各種控制按鍵、開(kāi)關(guān)等，如表 所示。 表 數(shù)字量分配 （ 2）模擬量輸入 因?yàn)椴杉藟毫鞲衅鞣答伒臄?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(jì) 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(gè)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(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)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(jì) 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(gè) 交流接觸器，每?jī)蓚€(gè)交流接觸器作為一組， 分別對(duì)應(yīng)電機(jī)的 兩種工作模式：工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行。 KM KM KM5 分別為電動(dòng)機(jī) M1 、M2 、 M3 工頻交流接觸器， KM0、 KM2 、 KM4 分別為電動(dòng)機(jī) 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(hù)電路，它在電路中起到的作用是 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。 熔斷器 （ FU） 作為電路中的一種簡(jiǎn)單的短路保護(hù)裝置 ,在使用中，當(dāng)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(jì) 14 過(guò)允許值時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)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(yán)重過(guò)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(jì) 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(jì) 16 第 4章 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的常用方法 PLC 控制程序是整個(gè)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(jì)具有一定的規(guī)律可循，對(duì)于一些特定的功能通常有相對(duì)固定的設(shè)計(jì)方法。 (1)采用移植設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：移植設(shè)計(jì)法主要是用于對(duì)原有機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行改造 [3]。 PLC 取代“繼電器 接觸器”控制已是大勢(shì)所趨，然而原有的“繼電器 接觸器”控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的使用和考驗(yàn)，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(guò)適當(dāng)“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(jì)法” [3]。 (2) 采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jìn)行選擇組合，并反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時(shí)需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求 [3]。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法無(wú)規(guī)律可循，一般用于較簡(jiǎn)單的程序設(shè)計(jì) [3]。 (3) 采用邏輯設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：邏輯設(shè)計(jì)法是以邏輯組合或邏輯時(shí)序的形式來(lái)設(shè)計(jì)梯形圖程序，可分為組合邏輯設(shè)計(jì)法和時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)法兩種 [3]。這種方法既具有嚴(yán)密可循的規(guī)律、明確可行的設(shè)計(jì)步驟，又具有簡(jiǎn)便、直觀和十分規(guī)范的特點(diǎn) [3]。 (4)采用控制功能圖設(shè)計(jì)法的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：如果一個(gè)系統(tǒng)可分解為若干個(gè)獨(dú)立的控制動(dòng)作，且這些動(dòng)作必須嚴(yán)格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過(guò)程的正常進(jìn)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(jì)法就是針對(duì)順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)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(kāi)發(fā)采用順序功能圖設(shè)計(jì)法進(jìn)行，包括以下幾個(gè)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(jì) 17 (1)USS 通訊 協(xié)議 程序； (2)控制按鍵、開(kāi)關(guān)的識(shí)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(jì)通過(guò)軟件所要實(shí)現(xiàn)的主要功能是：基于日后系統(tǒng)的檢測(cè)維修、降低操作員勞動(dòng)強(qiáng)度等方面的考慮，作者把控制過(guò)程分為手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，模式選擇流程圖如圖 所示。手動(dòng)模式下，每個(gè)設(shè)備能夠單獨(dú)運(yùn)行，便于設(shè)備性能的測(cè)試與設(shè)備維護(hù)，如圖 。 圖 模式選擇流程圖 圖 手動(dòng)模式流程圖 系統(tǒng)供電且自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)按下時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)控制狀態(tài)，可進(jìn)行高效率的生活用水供給，工作過(guò)程分為以下幾個(gè)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(dòng)控制開(kāi)關(guān)，進(jìn)入自動(dòng)模式。 (2)變頻啟動(dòng) 1泵，同時(shí)壓力傳感器開(kāi)始檢測(cè)管內(nèi)壓力。 (3)管內(nèi)壓力小于設(shè)定值，變頻啟動(dòng) 2泵， 1泵工頻工作；大于設(shè)定值，水開(kāi)始 否 手動(dòng)控制？ 自動(dòng)模式 手動(dòng)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(jì) 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(kāi) 1泵； 小于設(shè)定值， 2泵變頻， 1泵工頻。 圖 自動(dòng)模式生活供水流程圖 自動(dòng)模式 變頻器啟動(dòng) 1泵 管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？ 否 1泵變頻工作， 工頻啟動(dòng) 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(jì) 19 突發(fā)火災(zāi)，需要緊急消防供水時(shí)，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(dòng)，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(tái)泵共同保障供水。 圖 消防供水流程圖 在整個(gè)自動(dòng)模式中，調(diào)用了各個(gè)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(yùn)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(yùn)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(yùn)行、停止和變頻調(diào)速，工作流程圖如圖 所示： 自動(dòng)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(dòng) 3泵 是 反饋值大于設(shè)定值？ 否 是 斷開(kāi) 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(jì) 20 圖 1泵的控制程序流程圖 自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 1泵運(yùn)行控制 1泵變頻控制 1泵工頻控制 是 啟動(dòng) PID 運(yùn)算 2泵運(yùn)行控制 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時(shí) 5s 啟動(dòng) 延時(shí)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(jì) 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(yùn)行于工頻的泵 2泵運(yùn)行控制 是 2泵工頻控制 啟動(dòng) PID 運(yùn)算 2泵變頻控制 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時(shí) 5s 啟動(dòng) 延時(shí)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(jì) 22 圖 3泵的控制程序流程圖 停止 1水泵的工頻運(yùn)行程序：控制 1泵在工頻運(yùn)行、 2泵在變頻運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)，壓力傳感器檢測(cè)的水壓在某個(gè)時(shí)間段持續(xù)偏高，這時(shí)候句需要停止工頻工作的 1水泵。停止工頻運(yùn)行程序流程圖如圖 所示。 自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程 反饋值大于設(shè)定值？ 是 3泵運(yùn)行控制 3泵工頻控制 斷開(kāi) 3泵工頻控制 否 啟動(dòng) PID 運(yùn)算 否 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時(shí) 5s 啟動(dòng) 是 延時(shí)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(jì) 23 圖 切除工頻運(yùn)行程序流程圖 停止工頻運(yùn)行程序 停止運(yùn)行于工頻的 1泵，其他不變 啟動(dòng) PID 運(yùn)算 反饋值小于設(shè)定值？ 是 定時(shí) 5s 啟動(dòng) 是 延時(shí)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(jì) 24 PID 運(yùn)算 實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算 有 兩 種方法：利用變頻器內(nèi)置的 PID 運(yùn)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(yùn)行時(shí)， 始終 是高電平； 則僅僅 在第一個(gè)掃描周期中是高電平。 本次設(shè)計(jì)， PID 運(yùn)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(jì) 在程序設(shè)計(jì)過(guò)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(shí)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(jì) 25 根據(jù)元件設(shè)置進(jìn)行梯形圖程序的編寫(xiě)，編寫(xiě)后的梯形圖程序如附錄 1 所示。 程序調(diào)試