【導讀】經(jīng)常出現(xiàn)水壓的巨大波動。本系統(tǒng)的設計是基于西門子S7-200系列PLC控制的變頻供水系統(tǒng)，本。文介紹了該控制系統(tǒng)的節(jié)能原理、系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理。通過PLC進行邏輯控制，環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓，進行變量供水。本文在系統(tǒng)的設計部分，對硬件系統(tǒng)配置、選。中存在的問題，給出相關解決方法。供水系統(tǒng)對水壓實時控制性能良好，硬件模。作和生活的日常用水需要。設施建設提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設是其中的一個重要方面，供。體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管。的PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本不采用了，程序編寫采用安裝編程軟件的計算機來取代。PLC的工作過程是一個循環(huán)掃描的工作方式。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等內(nèi)容。PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設備。其CPU的掃描過程如下圖3-2所示。該自檢過程保證設備可靠正常運行，及時反應系統(tǒng)所出現(xiàn)。的故障，PLC都具有自動監(jiān)視功能。一般對于小型PLC系統(tǒng)沒有建立網(wǎng)絡通訊的單機

　　

【正文】 圖 613 2泵控制梯形圖程序 上圖 613 是關于控制 2水泵工作的程序。在運行時，通過 PID 運算，若是管內(nèi)壓力反饋值大于設定值（即監(jiān)測到管內(nèi)壓力已超過上限），中間繼電器 得電，切除 1泵的工頻運行，維持 2泵變頻調(diào)速運行狀態(tài)。如果“ 1泵工頻運行 +2泵變頻運行”水壓仍不夠，即管內(nèi)水壓反饋值小于設定的標準值，啟動定時器 T41，經(jīng)過延時 5 秒后仍小于設定值，中 間繼電器 得電， 2泵變頻切換到工頻運行狀態(tài)、同時啟動 3水泵控制程序。系統(tǒng)進入“ 1泵工頻運行 +2泵工頻運行 +3泵變頻運行”狀態(tài)。在選擇水泵時通過選取合適的電機容量，保證三臺水泵同時運行時水壓一定足夠，因此不會出現(xiàn)三臺水泵同時運行水壓不夠的情況。 3水泵梯形圖程序如圖 614 所示。 畢業(yè)設計（論文） 29 圖 614 3泵控制梯形圖程序 上圖 614 是關于控制 3水泵工作的程序。在運行時，當管內(nèi)水壓超過壓力上限，則切除 1泵工頻運行，經(jīng)過延時后如果管內(nèi)水壓仍然超過壓力上限，再使中間繼電器 得電，使中間繼電器 斷電，關閉 2水泵工頻運行，只留 3水泵變頻運行。如果水壓再次不夠，即檢測到的管內(nèi)壓力反饋值小于設定的標準值，啟動定時器 T42 定時 5 秒，定時時間到仍小于設定值，中間繼電器 得電，使中間繼電器 也得電， 3水泵工頻運行，并啟動 1水泵控制程序。此時仍不斷監(jiān)測水壓，當水壓達到壓力上限，則 3水泵停止運行，只留 1水泵變頻運行。至此程序又回到自動運行剛開始的情況，之后將不斷循環(huán)運行。 2和 3水泵的控制程序主要是控制各泵的運行、 停止和變頻調(diào)速，以及對水壓進行監(jiān)測比較，實時控制變頻器驅(qū)動水泵變頻和工頻運行，達到變頻恒壓供水的目的。 初始化程序設計 開機初始化梯形圖程序如圖 615 所示。 畢業(yè)設計（論文） 30 圖 615 開機初始化梯形圖程序 PID 回路參數(shù)表初始化梯形圖程序，如圖 616 所示。 畢業(yè)設計（論文） 31 初始化子程序，產(chǎn)生中斷，其梯形圖程序如圖 617所示。 圖 617 產(chǎn)生中斷子程序梯形圖程序 在中斷子程序中，產(chǎn)生中斷的梯形圖程序如圖 618 所示。 畢業(yè)設計（論文） 32 圖 618 中斷梯形圖程序 本系統(tǒng)初始化程序部分，包括開機初始化程序、 PID 回路參 數(shù)表初始化程序和產(chǎn)生中斷子程序。其中開機初始化程序完成對 1水泵、 2水泵、 3水泵的速度寄存器的設定，以及對變頻器速度標準值的設定； PID 回路參數(shù)表初始化程序完成對比例系數(shù)、采用時間、積分時間、微分時間的設定；中斷子程序是為完成相關數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和運算。其中 PID 回路參數(shù)表初始化程序和中斷子程序都在控制水泵變頻運行時，被主程序調(diào)用，進行 PID 參數(shù)運算。使系統(tǒng)處在閉環(huán)的工作方式，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行，實現(xiàn)恒壓供水的控制要求。 （ 3）系統(tǒng)的測試與運行分析 完成了硬件的配置、選型和軟件編程設計之后，為了 使系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行，還應對系統(tǒng)進行硬件和軟件兩個方面的調(diào)試。關于硬件調(diào)試主要是在 PLC、變頻器和水泵等設備合理選型的基礎上，按照電氣接線圖正確的安裝接線，通過實際上電調(diào)試，硬件一切工作正常。本節(jié)主要分析的是對軟件設計部分進行調(diào)試運行。 本系統(tǒng)的軟件設計有手動和自動兩種工作狀態(tài)可以供用戶選擇。下面對兩種運行狀態(tài)分別進行測試分析。 系統(tǒng)手動運行測試 首先測試系統(tǒng)手動運行狀態(tài)，當手動啟動按鈕按下， PLC 輸入信號 有響應，則系統(tǒng)進入手動運行的工作狀態(tài)。手動運行時，由于三臺水泵 2和 3各自 有兩種工作方式：即變頻和工頻，那么就共有六種工作狀態(tài)可以通過手動來 畢業(yè)設計（論文） 33 選擇。例如：若選擇 1水泵工頻啟動，只需按下按鈕 SB3 即可（硬件連接詳見圖 51 和 I/O 分配表 51）， ，中間繼電器 得電，并且實現(xiàn)自鎖， 的常開觸點閉合，輸出繼電器 得電，接觸器 KM1 線圈得電、主觸點閉合，控制ｌ 水泵工頻啟動；若選擇 1水泵變頻啟動，需按下按鈕 SB6，則 輸入信號有響應，中間繼電器 得電，并且實現(xiàn)自鎖， 常開觸 點閉合，輸出繼電 器 得電，接觸器 KM4 線圈得電、主觸點閉合，控制 1水泵變頻啟動，并通過變頻器手動實現(xiàn)變頻運行。 2水泵和 3水泵工頻與變頻手動運行與之類似。 手動模式的設置主要是為了方便系統(tǒng)的調(diào)試和維修工作。在調(diào)試時，可以對不同的設備進行調(diào)試，最后整個系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。維修時，如果系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題，也可采用手動方式進行檢查，便于維修。而在生產(chǎn)過程中，主要是采用自動方式進行控制，下面分析測試一下自動控制過程。 系統(tǒng)自動運行測試 自動程序的調(diào)試 統(tǒng)上電，開機初始化程序，并檢測水位。當系統(tǒng)的自動啟動按 鈕 SB2 按下 PLC 輸入信號 有響應，則自動控制程序中的中間繼電器 得電，并且實現(xiàn)自鎖，系統(tǒng)進入自動運行的狀態(tài)。在自動運行模式下，首先執(zhí)行水位檢測程序，完成對水池中水位的檢測，如圖 611所示，中間繼電器 線圈得電，啟動進水閥門，檢測水位高低。當水位高于高位傳感器信號（即 輸入信號有響應）啟動定時器 T37 定時 30 秒。定時時間到，水位仍高于高位傳感器，定時器常閉觸點斷開，中間繼電器 斷電，關閉進水閥門；若水池水位處于高位傳感器和地位傳感器之間，進水閥 門就一直正常運行；若水池水位低于低位傳感器（即 輸入信號有響應），啟動定時器 T38 定時 10 秒，定時到了以后啟動進水閥門，并且啟動定時器 T39 定時 20 秒，定時時間到后再次判斷水位是否低于低位傳感器，如果仍低于低位傳感器，則中間繼電器 得電，顯示進水閥門有故障，水池水位異常。 在系統(tǒng)自動控制程序執(zhí)行過程中，除了調(diào)用水池水位檢測程序外，還要執(zhí)行 3水泵的控制程序。 2和 3水泵的控制程序主要控制各水泵的運行、停止和變頻調(diào)速，以及對水壓進行監(jiān)測比較，實時控制 變頻器驅(qū)動水泵變頻和工頻運行，達到對系統(tǒng)恒壓供水的目的。 通過以上對系統(tǒng)程序反復測試運行，實現(xiàn)自動改變水泵轉(zhuǎn)速和運行的臺數(shù)，變頻器微調(diào)和 PLC 宏觀調(diào)控相結(jié)合，實時跟蹤監(jiān)測管網(wǎng)水壓，自動調(diào)節(jié)供水峰谷期的供水量，基本維持在設定值范圍，控制效果顯著。 畢業(yè)設計（論文） 34 七、結(jié)論 本文通過對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行詳細的論證和分析，得出恒壓供水的基本特性和工作原理，在此基礎上確定了適合目前供水狀況的最佳控制方案，即通過 S7200PLC 控制 MM420 變頻器作為系統(tǒng)的核心部分，以閉環(huán)控制方式不斷采集傳感器反 饋的管網(wǎng)水壓信號，經(jīng)過 PID 運算調(diào)節(jié)，不斷與給定值進行比較，控制變頻器輸出頻率變化，實現(xiàn)變頻恒壓供水的目的。本文設計的恒壓供水系統(tǒng)中，水泵機組是采用三臺并聯(lián)供水方式，用戶用水量的大小決定了投入運行的水泵的數(shù)量，當用水量較小時，單臺泵變頻工作，當用水量增加，水泵運行頻率隨之增加如果達到水泵額定輸出功率仍無法滿足用戶供水要求時，該泵自動轉(zhuǎn)換成工頻運行狀態(tài)，并變頻啟動下一臺水泵。反之，當用水量減少，則降低水泵運行頻率直至設定下限運行頻率，如供水量仍大于用水量，則自動停止工頻運行泵同時變頻泵轉(zhuǎn)速增加，突出了系統(tǒng)高 效節(jié)能的特點。本文系統(tǒng)的開發(fā)平臺式采 Siemens STEP7MicroWIN 軟件。經(jīng)過詳細設計軟件系統(tǒng)流程圖，依此進行軟件程序的開發(fā)，并進行調(diào)試、運行，系統(tǒng)設計成功。 八、參考文獻 [1] 江明，王偉 .變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展概況及趨勢 [J].安徽工程科技學院學報，： 4345 [2] 廖常初 .PLC 編程及應用 [M].北京：機械工業(yè)出版社， :313 [3] 張運剛，宋小春，郭武強 .從入門到精通 — 西門子 S7200 PLC 技術(shù)與應用 [M].北京：人民郵電出版社， :26 [4] 周志敏，周紀海，紀愛華 .變頻調(diào)速系統(tǒng)工程設計與調(diào)試 [M].北京：人民郵電出版社， :214 [5] 向曉漢，陸彬 .西門子 PLC 高級應用實例精解 [M].北京：機械工業(yè)出版社，:1424 [6] 何 煥 山 . 工 廠 電 氣 控 制 設 備 [M]. 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， :8586 [7] 段剛 .PLC 與變頻器應用技術(shù)項目教程（西門子） [M].北京：機械工業(yè)出版社， [8] 王芹，滕今朝 .可編程控制器技 術(shù)及應用（西門子 S7200 系列） [M].天津：天津大學出版社， [9] 西門子（中國）有限公司，自動化與驅(qū)動集團 .深入淺出西門子 S7200 PLC（第 2 版） [M].北京：北京航空航天大學出版社， :69 [10] 肖寶興 .西門子 S7200 PLC 的使用經(jīng)驗與技巧 [M].北京：機械工業(yè)出版社， [11] 羅宇航 .流行 PLC 實用程序及設計（西門子 S7200 系列） [M].西安：西安電子科技大學出版社， [12] 馬丁 .西門子 PLC 200/300/400 應用程序設計實例精講 [M].北京：電子工業(yè)出版社， [13] 楊后川，張瑞，高建設等 .西門子 S7200 PLC 應用 100 例 [M].北京：電子工業(yè)出版社， [14] 陳浩 .案例解說 PLC、觸摸屏及變頻器綜合應用 [M].北京：中國電力出版社， 畢業(yè)設計（論文） 35 :256295 [15] 王永華，宋寅卯，陳玉國等 .現(xiàn)代電器控制及 PLC 應用技術(shù) [M].北京：北京航空航天大學出版社， :2932 [16] 宋伯生 .PLC 編程實用指南 [M].北京： 機械工業(yè)出版社， 致謝 本論文是在我的老師的親切關懷和細心指導下完成的。從論文的選題、擬定提綱、成文、修改到定稿整個過程中， xX老師都對我傾注了大量的心血，不斷給我方向性的指導和建議，同時也不斷鼓勵我獨立思考，提出自己的見解，鍛煉自己獨立的科研能力，這些使我于耳濡目染中受益匪淺。 XX 老師那孜孜不倦的敬業(yè)精神、淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和寬厚的為人態(tài)度，都給我留下深刻的印象，將會對我今后的工作和生活產(chǎn)生積極的重要影響。在本論文完成之際，對 XX老師精心指點和諄諄教誨表示崇高的敬意和衷心的感謝！