【導讀】了新的發(fā)展機遇，當前住宅建筑的規(guī)劃趨向于更具有人性化的多層次住宅組合，供水壓力值是根據(jù)用戶需求確定的，利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、傳感器、單片。機等器件的有機組合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實現(xiàn)恒壓供水。

　　

【正文】 小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強，性能優(yōu)越。 PLC 主要是用于實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：自動控制三臺水泵的投入運行；能在三臺水泵之間實現(xiàn)變頻泵的切換； 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能；對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用；系統(tǒng)要有完善的報警功能并能顯示運行狀況。 如圖 為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中 SA 為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA 打在 1的位置為手動控制狀態(tài)；打在 2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手 動運行時，可用按鈕 SB1~SB6 控制三臺水泵的啟 /停；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。 圖中的 HL10 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器頻率進行復位是只提供一個干觸發(fā)點信號，本系統(tǒng)通過一個中間繼電器 KA的觸點對變頻器進行復頻控制。圖中的 ~及 ~ 為 PLC的輸出繼電器觸點，他們旁邊的 8等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合下節(jié)中圖 一起讀圖。 (1) 手動控制：手動控制只在檢查故障原因時才會用到，便于電機故障的檢測與維修。計算機控制技術(shù)課程答辯論文 22 單刀雙擲開關(guān) SA 打至 1 端時開啟手動控制模式，此時可以通 過開關(guān)分別控制三臺水泵電機在工頻下的運行和停止。 SB1 按下時由于 KM2 常閉觸點接通電路使得 KM1 的線圈得電，KM1 的常開觸點閉合從而實現(xiàn)自鎖功能，電機 M1可以穩(wěn)定的運行在工頻下。只有當 SB2 按下時才會切斷電路， KM1 線圈失電，電機 M1 停止運行。同理，可以通過按下 SB SB5 啟動電機 M M3，通過按下 SB SB6 來使電機 M M3停機。 （ 2）自動控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。單刀雙擲開關(guān)SA 打至 2 端時開啟自動控制模式，自動控制的工作狀況由 PLC 程序控制。 輸出 1水泵工頻運 行信號， 輸出 1水泵變頻運行信號，當 輸出 1 時， KM1 線圈得電， 1水泵工頻運行指示燈 HL1 點亮，同時 KM1 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM2 的電氣互鎖。當 輸出 1時， KM2 線圈得電， 1水泵變頻運行指示燈 HL2 點亮，同時 KM2 的常閉觸點斷開，實現(xiàn) KM KM1 的電氣互鎖。同理， 3水泵的控制原理也是如此。當 輸出1時，水池水位上下限報警指示燈 HL7 點亮；當 輸出 1時，變頻器故障報警指示燈 計算機控制技術(shù)課程答辯論文 23 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 1K M 1K M 2H L 1H L 2F R 1S B 5K M 5S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5K M 6K M 5K M 5K M 6H L 5H L 6F R 3S B 3K M 3S B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 3K M 3K M 4H L 3H L 4F R 2P L CNL 1F U 2S A12Q 1 . 1H L 7Q 1 . 3H L 9Q 1 . 2H L 8H L 1 0Q 1 . 4Q 1 . 5K AH AN 14681 01 21 41 61 82 02 22 4 圖 變頻恒壓供 水系統(tǒng)控制電路圖 注： PLC 各 I/O 端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié) I/O 端口分配中將詳細介紹。 本系統(tǒng)在手動 /自動控制下的運行過程如下： HL8 點亮；當 輸出 1 時，白天供水模式指示燈 HL9 點亮；當 輸出 1 時，報警電鈴 HA響起；當 輸出 1 時，中間繼電器 KA 的線圈得電，常開觸點 KA 閉合使得變頻器的頻率復位；處于自動控制狀態(tài)下，自動運行狀態(tài)電源指示燈 HL10 一直點亮。 PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線圖 基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的基本要求如下： (1) 由于白天和夜間小區(qū) 用水量明顯不同，本設(shè)計采用白天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設(shè)定的給定水壓值不同。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運行；夜計算機控制技術(shù)課程答辯論文 24 間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運行。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過 3h，則要切換下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺變頻泵長時間工作的情況下。 (3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。 (4) 三臺水泵在啟動時要有軟啟動功能，對水泵的操作要有手動 /自動控制功能，手動只在應(yīng)急 或檢修時臨時使用。 (5) 系統(tǒng)要有完善的報警功能。 根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表 所示。 表 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱 代 碼 地址編號 輸入信號 供水模式信號 (1白天， 0夜間 ) SA1 水池水位上下限信號 SLHL 變頻器報警信號 SU 試燈按鈕 SB7 壓力變送器輸出模擬量電壓值 Up AIW0 輸出信號 1泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL1 1泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL2 2泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL3 2泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL4 3泵工頻運行接觸器及指示燈 KM HL5 3泵變頻運行接觸器及指示燈 KM HL6 輸出信號 水池水位上下限報警指示燈 HL7 變頻器故障報警指示燈 HL8 白天模式運行指示燈 HL9 報警電鈴 HA 變頻器頻率復位控制 KA 變頻器輸入電壓信號 Uf AQW0 計算機控制技術(shù)課程答辯論文 25 結(jié)合系統(tǒng)控制電路圖 PLC 的 I/O 端口分配表 ，畫出 PLC 及擴展模塊外圍接線圖，如圖 。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個輸入量，其中包括 4個數(shù)字量和 1個模擬量。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力輸入 PLC的擴展模塊 EM235的模擬量輸入端口作為模擬量輸入；開關(guān) SA1用來控制白天 /夜間兩種模式之間的切換，它作為開關(guān)量輸入 ；液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標準電信號后送入窗口比較器，在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限，當超出上下限時，窗口比較 其輸出高電平 1，送入 ；變頻器的故障輸出端與 PLC 的 相連，作為變頻器故障報警信號；開關(guān) SB7 與 相連作為試燈信號，用于手動檢測各指示燈是否正常工作。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11 個數(shù)字量輸出信號和 1 個模擬量輸出信號。 ~ 分別輸出三臺水泵電機的工頻 /變頻運行信號； 輸出水位超限報警信號； 輸出變頻器故障報警信號； 輸出白天模式運行信號； 輸出報警電鈴信號； 輸出變頻器復位控制信號； AQW0 輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。 圖 只是簡單的 表明 PLC 及擴展模塊的外圍接線情況，并不是嚴格意義上的外圍接 1M0.00.11.00.70.60.50.40.30.22.72.62.52.42.32.22.12.01.71.62M1.51.41.31.21.11L0.0L+M1.51.41.31.21.13L1.00.70.60.52L0.40.30.20.1地1.71.6L1N。AC。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1＋ －壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號輸 入 變 頻 器圖 PLC及擴展模塊外圍接線圖 線情況。它忽略了以下因素： (1) 直流電源的容量； (2) 電源方面的抗干擾措施； (3)輸出方面的保護措施； (4) 系統(tǒng)的保護措施等。 計算機控制技術(shù)課程答辯論文 26 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計分析 硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)，結(jié)合泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計分析如下： (1) 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 為了恒定水壓，在 水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺水泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺水泵。判斷需啟動新水泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的確實性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限情況，在程序中應(yīng)考慮采取時間濾波。 (2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運要有個管理規(guī)范。在本設(shè)計中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行不得超過 3h，因此每次需啟動新水泵或 切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。具體的操作是：將現(xiàn)行運行的變頻器從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設(shè)計中使用泵號加 1的方法實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。 (3) 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實現(xiàn) 由于模擬量單元及 PID 調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。利用定時器中 斷功能實現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制。主程序的功能最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報警處理等都在主程序。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。白天模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90%，夜間模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程 70%。 PLC 程序設(shè)計 PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP 7MicroWINV40 編程軟件開發(fā)。該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言、功能塊圖 (FWD)語 言 [14]。語句表 (STL)語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領(lǐng)域的工程計算機控制技術(shù)課程答辯論文 27 人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。梯形圖 (LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計算機語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計和運行維護人員所接受，是初學者理想的編程工具。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個模塊有輸入和輸出端，輸出和輸 入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。 PLC 控制程序由一個主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計算機上完成，編譯后通過PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在 RUN 模式下主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的 。 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計 PLC 主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻 /工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量 (壓力、頻率 )比較計算程序和報警程序等構(gòu)成。 (1) 系統(tǒng)初始化程序 在系統(tǒng)開始工作的時候， 先要對整個系統(tǒng)進行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當前工作狀態(tài)進行檢測，如出錯則報警，接著對變頻器變頻運行的上下限頻率、 PID 控制的各參數(shù)進行初始化處理，賦予一定的初值，在初始化子程序的最后進行中斷連接。系統(tǒng)進行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實現(xiàn)的。在初始化后緊接著要設(shè)定白天 /夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。 (2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序 當 PID調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運行上限頻率（或小于等于變頻運行下限頻率）且