【導(dǎo)讀】經(jīng)常出現(xiàn)水壓的巨大波動。本系統(tǒng)的設(shè)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(jìn)行邏輯控制，環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓，進(jìn)行變量供水。本文在系統(tǒng)的設(shè)計部分，對硬件系統(tǒng)配置、選。中存在的問題，給出相關(guān)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(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)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(jī)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(shè)備。其CPU的掃描過程如下圖3-2所示。該自檢過程保證設(shè)備可靠正常運(yùn)行，及時反應(yīng)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(luò)通訊的單機(jī)

　　

【正文】 圖 613 2泵控制梯形圖程序 上圖 613 是關(guān)于控制 2水泵工作的程序。在運(yùn)行時，通過 PID 運(yùn)算，若是管內(nèi)壓力反饋值大于設(shè)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(yùn)行，維持 2泵變頻調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。如果“ 1泵工頻運(yùn)行 +2泵變頻運(yùn)行”水壓仍不夠，即管內(nèi)水壓反饋值小于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，啟動定時器 T41，經(jīng)過延時 5 秒后仍小于設(shè)定值，中 間繼電器 得電， 2泵變頻切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)、同時啟動 3水泵控制程序。系統(tǒng)進(jìn)入“ 1泵工頻運(yùn)行 +2泵工頻運(yùn)行 +3泵變頻運(yùn)行”狀態(tài)。在選擇水泵時通過選取合適的電機(jī)容量，保證三臺水泵同時運(yùn)行時水壓一定足夠，因此不會出現(xiàn)三臺水泵同時運(yùn)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(shè)計（論文） 29 圖 614 3泵控制梯形圖程序 上圖 614 是關(guān)于控制 3水泵工作的程序。在運(yùn)行時，當(dāng)管內(nèi)水壓超過壓力上限，則切除 1泵工頻運(yùn)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(guān)閉 2水泵工頻運(yùn)行，只留 3水泵變頻運(yùn)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(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，啟動定時器 T42 定時 5 秒，定時時間到仍小于設(shè)定值，中間繼電器 得電，使中間繼電器 也得電， 3水泵工頻運(yùn)行，并啟動 1水泵控制程序。此時仍不斷監(jiān)測水壓，當(dāng)水壓達(dá)到壓力上限，則 3水泵停止運(yùn)行，只留 1水泵變頻運(yùn)行。至此程序又回到自動運(yùn)行剛開始的情況，之后將不斷循環(huán)運(yùn)行。 2和 3水泵的控制程序主要是控制各泵的運(yùn)行、 停止和變頻調(diào)速，以及對水壓進(jìn)行監(jiān)測比較，實時控制變頻器驅(qū)動水泵變頻和工頻運(yùn)行，達(dá)到變頻恒壓供水的目的。 初始化程序設(shè)計 開機(jī)初始化梯形圖程序如圖 615 所示。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 615 開機(jī)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(shè)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(shè)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(jī)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(jī)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(shè)定，以及對變頻器速度標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)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(shè)定；中斷子程序是為完成相關(guān)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和運(yùn)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(yùn)行時，被主程序調(diào)用，進(jìn)行 PID 參數(shù)運(yùn)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(yùn)行，實現(xiàn)恒壓供水的控制要求。 （ 3）系統(tǒng)的測試與運(yùn)行分析 完成了硬件的配置、選型和軟件編程設(shè)計之后，為了 使系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行硬件和軟件兩個方面的調(diào)試。關(guān)于硬件調(diào)試主要是在 PLC、變頻器和水泵等設(shè)備合理選型的基礎(chǔ)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(shè)計部分進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。 本系統(tǒng)的軟件設(shè)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(yùn)行狀態(tài)分別進(jìn)行測試分析。 系統(tǒng)手動運(yùn)行測試 首先測試系統(tǒng)手動運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)手動啟動按鈕按下， PLC 輸入信號 有響應(yīng)，則系統(tǒng)進(jìn)入手動運(yùn)行的工作狀態(tài)。手動運(yùn)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(shè)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(yīng)，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(yùn)行。 2水泵和 3水泵工頻與變頻手動運(yùn)行與之類似。 手動模式的設(shè)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(shè)備進(jìn)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(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，也可采用手動方式進(jìn)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(jìn)行控制，下面分析測試一下自動控制過程。 系統(tǒng)自動運(yùn)行測試 自動程序的調(diào)試 統(tǒng)上電，開機(jī)初始化程序，并檢測水位。當(dāng)系統(tǒng)的自動啟動按 鈕 SB2 按下 PLC 輸入信號 有響應(yīng)，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(jìn)入自動運(yùn)行的狀態(tài)。在自動運(yùn)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(jìn)水閥門，檢測水位高低。當(dāng)水位高于高位傳感器信號（即 輸入信號有響應(yīng)）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(guān)閉進(jìn)水閥門；若水池水位處于高位傳感器和地位傳感器之間，進(jìn)水閥 門就一直正常運(yùn)行；若水池水位低于低位傳感器（即 輸入信號有響應(yīng)），啟動定時器 T38 定時 10 秒，定時到了以后啟動進(jìn)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(jìn)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(yùn)行、停止和變頻調(diào)速，以及對水壓進(jìn)行監(jiān)測比較，實時控制 變頻器驅(qū)動水泵變頻和工頻運(yùn)行，達(dá)到對系統(tǒng)恒壓供水的目的。 通過以上對系統(tǒng)程序反復(fù)測試運(yùn)行，實現(xiàn)自動改變水泵轉(zhuǎn)速和運(yùn)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(shè)定值范圍，控制效果顯著。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 七、結(jié)論 本文通過對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)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(chǔ)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(yùn)算調(diào)節(jié)，不斷與給定值進(jìn)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(shè)計的恒壓供水系統(tǒng)中，水泵機(jī)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(yùn)行的水泵的數(shù)量，當(dāng)用水量較小時，單臺泵變頻工作，當(dāng)用水量增加，水泵運(yùn)行頻率隨之增加如果達(dá)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(yùn)行狀態(tài)，并變頻啟動下一臺水泵。反之，當(dāng)用水量減少，則降低水泵運(yùn)行頻率直至設(shè)定下限運(yùn)行頻率，如供水量仍大于用水量，則自動停止工頻運(yùn)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(xì)設(shè)計軟件系統(tǒng)流程圖，依此進(jìn)行軟件程序的開發(fā)，并進(jìn)行調(diào)試、運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計成功。 八、參考文獻(xiàn) [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(xué)院學(xué)報，： 4345 [2] 廖常初 .PLC 編程及應(yīng)用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， :313 [3] 張運(yùn)剛，宋小春，郭武強(qiáng) .從入門到精通 — 西門子 S7200 PLC 技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京：人民郵電出版社， :26 [4] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華 .變頻調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)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(yīng)用實例精解 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，:1424 [6] 何 煥 山 . 工 廠 電 氣 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老師那孜孜不倦的敬業(yè)精神、淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)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！