【導(dǎo)讀】水和工業(yè)用水逐漸增多，傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)落后。以前采用人工進(jìn)行控制蓄水池。的水位，由于不可能每時(shí)每刻對(duì)水位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測(cè)，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，成及企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)不斷進(jìn)步使得高性能的供水系。統(tǒng)的開發(fā)成為可能。因此，研究高性能、網(wǎng)絡(luò)化的供水監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)降低能耗、信。息共享具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水塔水位的遠(yuǎn)程控制，并且實(shí)現(xiàn)了低警戒水位的報(bào)警?；布涌诤?jiǎn)易可行，特別是提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。統(tǒng)故障率高、能源浪費(fèi)嚴(yán)重等一系列問(wèn)題。

　　

【正文】 塊接線的優(yōu)化 。 圖 系統(tǒng)硬件配置圖 水 塔 浮力式水位傳感器 C20P OMRON 聲光 報(bào)警 鍵盤 編程器 變頻器 水泵 輸入端 輸出端 OMRON C20P 0000 0500 0001 0501 0002 0502 0003 0503 0004 0504 0005 0505 0006 0506 0007 0507 0008 最低指示燈 a 較低指示燈 b 較高指示燈 c 最高指示燈 d 電子音響 水泵 自動(dòng)指示燈 e 手動(dòng)指示燈 f 最低開關(guān) a 較低開關(guān) b 較高開關(guān) c 最高開關(guān) d 手動(dòng) /自動(dòng) 確認(rèn) 手動(dòng)啟泵 手動(dòng)停泵 編程器 第 26 頁(yè) 共 47 頁(yè) 圖 I/O 模塊接線的優(yōu)化 歐姆龍 C20P 系統(tǒng)硬件配置 C20P 系統(tǒng)主要硬件配置包括面板、擴(kuò)展單元、特殊單元、外圍設(shè)備。 （ 1） 面板 每個(gè) I/O 點(diǎn)都有對(duì)應(yīng)的接線端子。電源端子中 CON 為公用端。 NC 為空端，不接任何線。顯 示部分有反映 PLC 工作情況的各種指示燈，如運(yùn)行，出錯(cuò)，報(bào)警等。接插座用語(yǔ)接插擴(kuò)展單元、外圍設(shè)備、特殊單元、通信接口等，不用時(shí)可用蓋板蓋上。 C20P 面板布置如圖 所示 。 圖 C20P 面板布置圖 1） 內(nèi)部組成 COM 0000 0001 0002 0003 PLC 輸入模塊 2 試驗(yàn)方式 3 運(yùn)行方式 S S VCC COM 1 電源端子 接地端子 輸出端子 顯示部分 裝配螺釘 I/O單元或 模擬定時(shí)器 單元、 I/O鏈 接單元連 接插 座 外圍設(shè)備 用連接器 DC24V輸出端子 輸入端子 高速計(jì)數(shù)器 輸入端子 SYSMAC C20P EPROM 安裝 部分 第 27 頁(yè) 共 47 頁(yè) 由 CPU 板、內(nèi)存、 I/O 電路和電源組成。 CPU 采用 8 位微處理器。 CPU 單元也稱為主機(jī)。 2） 規(guī)格 CPU 以其 I/O 口點(diǎn)數(shù)為其規(guī)格總稱，如 C20P 就有輸入輸出點(diǎn)數(shù)共 20。 （ 2） 擴(kuò)展單元 擴(kuò)展單元在外觀上相似于 CPU 單元，也有接線端子、顯示 和連接電纜的插座。擴(kuò)展單元名稱上要加一個(gè) E。 （ 3） 特殊單元 特殊單元包括模擬定時(shí)單元、模擬輸入單元、模擬輸出單元等。模擬定時(shí)單元的定時(shí)值由外部的電位器設(shè)定，不占用 I/O 口。模擬定時(shí)器通過(guò)電纜和 CPU 或擴(kuò)展單元連接，只占用兩個(gè)通道。模擬輸出單元是將模擬信號(hào) (電壓或電流 )轉(zhuǎn)換成輸入到 PLC 的二進(jìn)制數(shù)，模擬輸出單元是將 PLC 的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸送給外圍設(shè)備。模擬量范圍是 010V 或 020mA,數(shù)字量是 8 位二進(jìn)制數(shù)。 （ 4） 外圍設(shè)備 PLC 外圍設(shè)備主要是編程或?qū)?PLC 監(jiān)控。編程器面板如圖 。 圖 編程器面板 RUN此位置使 PLC 執(zhí)行程序，編程器在此狀態(tài)下不能修改程序，可監(jiān)控PLC 工作。 PROGRAM此位置可進(jìn)行編程工作。 MONITOR使 PLC 處于監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng) PLC 運(yùn)行程序，對(duì)外監(jiān)控時(shí)，可按對(duì)應(yīng)的控制鍵，把 PLC 運(yùn)行情況反映在液晶顯示 器 上，還可改變數(shù)據(jù)。 第 28 頁(yè) 共 47 頁(yè) 數(shù)字鍵 (白色 )： 10 個(gè) (09)，其中 05在按 SHFT(移位 )鍵時(shí)，成為 AF鍵。 指令鍵 (灰色 )： 16 個(gè)，用于輸入指令。 控制鍵 (黃色 )： 12 個(gè)，用于編輯，寫入或修改程序。 清除鍵 (紅色 )： 1 個(gè)， CLR 鍵。 編程器操作有 4種：預(yù)備性操作、編程、監(jiān)控和存儲(chǔ)程序。其中編程是最基本的操作。當(dāng) PLC 接通電源， CPU 自動(dòng)檢測(cè)編程器接口，若編程器未接， PLC 自動(dòng)進(jìn)入 RUN 狀態(tài)。 （ 5） 特殊繼電器 P型機(jī)有 2 個(gè)半通道的繼電器即 18通道的左半字節(jié)、 19通道的右半字節(jié)，共16個(gè)。它們的功能是： 1808用于對(duì)電池電壓低時(shí)的報(bào)警。 1809用于掃描周期超過(guò) 100ms(小于 103ms)時(shí) ON。 1810用于高速計(jì)數(shù)。 181 181 1814常 OFF。 1813常 ON。 開始掃描時(shí)， ON一 個(gè)掃描周期，作初始化處理。 1900、 190 1902分別每隔 、 、 1s 發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖。 190 190 190 190 1907分別為出錯(cuò)、進(jìn) (借 )位、大于、相等、和小于標(biāo)志。 變頻器的選擇 變頻器的定義是：把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的一種裝置。 變頻器和 PLC 一樣是整個(gè)系統(tǒng)的核心元件， 是調(diào)速核心設(shè)備，其主要作用是通過(guò)改變輸出電源頻率而對(duì)電機(jī) 、 水泵實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，達(dá)到隨用水量變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)保持恒壓的目的。 在滿足 控制要求的情況下， 系統(tǒng)選用了選用由深圳市安邦信電子有限公司生產(chǎn)的 AMB— G9 變頻器，根據(jù)系統(tǒng)中水泵電機(jī)的功率，選用變頻器的具體型號(hào)為： AMB— G9— 110T3，“ 110”表示最大適用電機(jī)功率為 110 千瓦?！?T3”表示輸入電源為三相 380V。 PLC 主要完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、報(bào)警、控制變頻器完成壓力調(diào)節(jié)等功能。水泵分別由變頻器軟 啟 動(dòng)，第 29 頁(yè) 共 47 頁(yè) 旁路工頻運(yùn)行，進(jìn)行恒壓控制 。 變頻器的 啟 動(dòng)、停止分為使用觸摸屏或文本顯示器等設(shè)備軟控制和 PLC 自動(dòng)控制。控制面板上設(shè)有一個(gè)手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)， PLC 對(duì)該開關(guān)的狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)， 當(dāng)選擇手動(dòng)功能時(shí)， PLC 只進(jìn)行檢測(cè)報(bào)警，由人工通過(guò)面板上的按鈕和開關(guān)進(jìn)行水泵的工頻 啟 、停。當(dāng)選擇自動(dòng)功能時(shí)，所有控制、報(bào)警均由 PLC 完成。 恒壓供水系統(tǒng)一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時(shí)開一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水會(huì)不足，備用泵是必要的。水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。變頻器與電機(jī)間可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵工頻運(yùn)行，以滿足不同用水量的需求。 變頻供水設(shè)備主要由變頻器、控制系統(tǒng)及傳 感器等部分組成?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)控制變頻調(diào)速器，將 50Hz 的交流電調(diào)到以 0～ 50Hz 之間任意頻率輸出 ，實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的無(wú)極調(diào)速， 最終達(dá)到生產(chǎn)過(guò)程的定量控制及最優(yōu)化控制。 當(dāng)變頻系統(tǒng)為開環(huán)時(shí)，設(shè)備可以人為設(shè)定輸出任意頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)變頻系統(tǒng)為閉環(huán)時(shí)，隨著反饋等要求的變化，根據(jù)設(shè)定的系統(tǒng)供水壓力值，自動(dòng)跟蹤輸出相應(yīng)的頻率。 變頻器改變水泵電機(jī)電源頻率，使電機(jī)加速或恒速運(yùn)行。在高限值至恒定值之間，變頻器改變水泵電機(jī)電源頻率，使電機(jī)減速或恒速運(yùn)行。 恒壓供水泵中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采用 PLC 的模擬量控制模塊 ，該模塊的模擬量輸入端接受傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)，輸出端送出經(jīng)給定值 與反饋值比較并經(jīng) PID 處理后得出的模擬量控制信號(hào)，并依此信號(hào)的變化改變變頻器的輸出頻率。為了讓 PID 運(yùn)算以預(yù)想的采樣頻率工作， PID 指令必須用在定時(shí)發(fā)生的中斷程序中，或者在主程序中被定時(shí)器控制以一定頻率執(zhí)行。采樣時(shí)間也必須通過(guò)回路表輸入到 PID 運(yùn)算中。 其中， PID 指令的表達(dá) 式 及操作數(shù)如圖 所示 。 第 30 頁(yè) 共 47 頁(yè) 圖 PID 指令的表達(dá)式及操作數(shù) 變頻器與其外圍設(shè)備之間的接線如圖 。 圖 變頻器與其外圍調(diào)設(shè)備的接線圖 系統(tǒng)工作原理 水泵根據(jù)用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持用水低恒壓。只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水塔注水 。水塔的高 /低水位信號(hào)也直接送給 PLC，作為高 /低水位報(bào)警。 在 REMOTE 方式下，通過(guò) REMOTE START/STOP 輸入點(diǎn)進(jìn)行 PLC 遠(yuǎn)程啟停變頻器，通過(guò) REF REMOTE INPUT0 端口輸入頻率控制信號(hào)（百分比）控制變頻器工作頻率 ， PID EN END TBL LOOP PID TBL LOOP TABLE： VB LOOP：常數(shù)（ 0～ 7） 操作數(shù)的含義及范圍 指令的表達(dá)形式 R S T + AMB— G9 U V W M 電流接觸器 MC 無(wú)線電噪音濾波器 NF 制動(dòng)單元 UB 無(wú)線電噪音濾波器 NF 第 31 頁(yè) 共 47 頁(yè) 以維持恒壓供水 。 在恒壓調(diào)節(jié)時(shí)， PLC 處理器把檢測(cè)到的壓力信 號(hào)作為反饋值，與PID 運(yùn)算的壓力設(shè)定值（由調(diào)度人員根據(jù)情況在 REView 上設(shè)定）進(jìn)行比較，再經(jīng)過(guò) PID 運(yùn)算得到調(diào)節(jié)后的修正值，通過(guò)模擬量輸出模板（ 1771OFE）輸出到X1113/14，作為 REMOTE 方式下變頻器的頻率控制信號(hào) 。 由于該信號(hào)是相對(duì)變頻器工作頻率上限的百分比，所以變頻器將輸入信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部運(yùn)算后轉(zhuǎn)為真實(shí)工作頻率。 AMB— G9— 110T3 變頻器具有 REMOTE 和 LOCAL 兩種操作方式。 LOCAL 操作方式下，通過(guò) LOCAL START/STOP 開關(guān)啟停變頻器，通過(guò) REF LOCAL INPUT0 輸入端口的電位開關(guān)人工調(diào)節(jié)變頻器工作頻率；通過(guò) LOCAL/REMOTE 輸入點(diǎn)可以將變頻器切換到 REMOTE 操作方式下，在 REMOTE 方式下，通過(guò) REMOTE START/STOP 輸入點(diǎn)進(jìn)行PLC 遠(yuǎn)程啟停變頻器，通過(guò) REF REMOTE INPUT0 端口輸入頻率控制信號(hào)（百分比）控制變頻器工作頻率。 根據(jù)供水量情況，我們把變頻器的工作頻率上限設(shè)定為水泵基頻，即頻率變化范圍控制在 0～ 50Hz，在此范圍內(nèi)水泵運(yùn)行頻率和定子相壓成正比（及與變頻器輸入頻率成正比），這使得變頻器輸入、水泵運(yùn)行頻率和泵的輸出壓力成較好 的線 性關(guān)系，可得到較好的控制效果。 變頻器的電控系統(tǒng)主電路如圖 所示 。 圖 電控系統(tǒng) 控制 電路 第 32 頁(yè) 共 47 頁(yè) 其中， 接觸器 KM KM KM KM4分別控制 泵 M M2的工頻運(yùn)行； FR FR2分別為兩臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器； FU1 為主電路的熔斷器； Q0～ Q3為兩水泵工頻與變頻運(yùn)行時(shí)的地址編號(hào)； Q4 為供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 的地址編號(hào)； Q5 為水位下限報(bào)警指示燈 HL5 的的地址編號(hào)； Q6 為變頻器故障報(bào)警指示燈 HL6 的地址編號(hào)； Q7為報(bào)警電鈴 HA的地址編號(hào)； Q8 為變頻器 頻率復(fù)位控制 KA 的地址編號(hào) 。圖中 SA 為手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA 打在 1 的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在 2 時(shí)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SB1～ SB6 控制兩臺(tái)泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通斷； 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。 HL7 為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)觸點(diǎn)信號(hào)，由于 PLC 的 4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè) COM 端， 而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的 COM 端輸出組，所以通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位控制。 系統(tǒng)整體硬件電路如圖 示。該系統(tǒng)工作原理如下： a,b,c,d 分別為水位最低位，較低位，較高位，最高位。 當(dāng)水位低于塔內(nèi)的水位最低點(diǎn) a 時(shí)， 浮力式液位 傳感器 a、 b、 c、 d輸出低電平。系統(tǒng)報(bào)警， La 報(bào)警燈亮，蜂鳴器響。 當(dāng)塔內(nèi)水體上升高于 a時(shí)， 浮力式液位傳感器 a 輸出為高電平，燈 La 亮顯示最低水位，預(yù)警，蜂鳴器不響， 水 泵工作。水位繼續(xù)上升于 b點(diǎn)時(shí)， b 傳感器相繼輸出高電平，燈 Lb 相應(yīng)變亮，顯示較低水位。蜂鳴器不響， 水 泵不工作。此時(shí)水位為預(yù)定的安全水位區(qū)。水位上升高于 c 時(shí)，燈 Lc 亮，顯示較高水位，預(yù)警， 水泵不工作。當(dāng)液面上升高于 d 時(shí)， d 處傳感器輸出高電平，系統(tǒng)報(bào)警，燈 Ld 亮，蜂鳴 器響 ,水 泵不工作。 水位由 d點(diǎn)逐漸下降，當(dāng)浮子脫離 d 時(shí)， 浮力式液位 傳感器 d輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑?水 泵不工作。 水位繼續(xù)下降至 c、 b 時(shí)。相應(yīng)的指示燈 Lc， Ld 相應(yīng)轉(zhuǎn)亮，此時(shí)水塔水位處于安全狀態(tài)， 水 泵自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)下不工作。是否需要注水，工作人員可以通過(guò)手動(dòng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。當(dāng)水位下降至 a以下時(shí)， 水 泵開始重新工作。如此重復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程，從而使塔內(nèi)液位保持在一定范圍內(nèi)。 第 33 頁(yè) 共 47 頁(yè) 圖 系統(tǒng)整體硬件電路圖 小結(jié) 本章 詳細(xì)介紹了 PLC 的整體設(shè)計(jì)流程圖和硬件電路圖 ，系統(tǒng) 以及 C20P 的 硬件配置 。 控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)的需要將 水位分為多段來(lái)設(shè)定，并分段顯示 。變頻器