【導讀】水和工業(yè)用水逐漸增多，傳統(tǒng)的控制方法已經(jīng)落后。以前采用人工進行控制蓄水池。的水位，由于不可能每時每刻對水位進行準確的定位監(jiān)測，并且?guī)в泻艽蟮闹饔^性，成及企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)。計算機和自動控制技術(shù)不斷進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)絡化的供水監(jiān)控系統(tǒng)，對降低能耗、信。息共享具有重要的現(xiàn)實意義。系統(tǒng)，實現(xiàn)了對水塔水位的遠程控制，并且實現(xiàn)了低警戒水位的報警。化，硬件接口簡易可行，特別是提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。統(tǒng)故障率高、能源浪費嚴重等一系列問題。

　　

【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 自動指示燈 e 手動指示燈 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 /自動 確認 手動啟泵 手動停泵 編程器 第 26 頁 共 47 頁 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、擴展單元、特殊單元、外圍設備。 （ 1） 面板 每個 I/O 點都有對應的接線端子。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，如運行，出錯，報警等。接插座用語接插擴展單元、外圍設備、特殊單元、通信接口等，不用時可用蓋板蓋上。 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 試驗方式 3 運行方式 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 模擬定時器 單元、 I/O鏈 接單元連 接插 座 外圍設備 用連接器 DC24V輸出端子 輸入端子 高速計數(shù)器 輸入端子 SYSMAC C20P EPROM 安裝 部分 第 27 頁 共 47 頁 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。 2） 規(guī)格 CPU 以其 I/O 口點數(shù)為其規(guī)格總稱，如 C20P 就有輸入輸出點數(shù)共 20。 （ 2） 擴展單元 擴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。擴展單元名稱上要加一個 E。 （ 3） 特殊單元 特殊單元包括模擬定時單元、模擬輸入單元、模擬輸出單元等。模擬定時單元的定時值由外部的電位器設定，不占用 I/O 口。模擬定時器通過電纜和 CPU 或擴展單元連接，只占用兩個通道。模擬輸出單元是將模擬信號 (電壓或電流 )轉(zhuǎn)換成輸入到 PLC 的二進制數(shù)，模擬輸出單元是將 PLC 的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸送給外圍設備。模擬量范圍是 010V 或 020mA,數(shù)字量是 8 位二進制數(shù)。 （ 4） 外圍設備 PLC 外圍設備主要是編程或?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此位置可進行編程工作。 MONITOR使 PLC 處于監(jiān)控狀態(tài)，當 PLC 運行程序，對外監(jiān)控時，可按對應的控制鍵，把 PLC 運行情況反映在液晶顯示 器 上，還可改變數(shù)據(jù)。 第 28 頁 共 47 頁 數(shù)字鍵 (白色 )： 10 個 (09)，其中 05在按 SHFT(移位 )鍵時，成為 AF鍵。 指令鍵 (灰色 )： 16 個，用于輸入指令。 控制鍵 (黃色 )： 12 個，用于編輯，寫入或修改程序。 清除鍵 (紅色 )： 1 個， CLR 鍵。 編程器操作有 4種：預備性操作、編程、監(jiān)控和存儲程序。其中編程是最基本的操作。當 PLC 接通電源， CPU 自動檢測編程器接口，若編程器未接， PLC 自動進入 RUN 狀態(tài)。 （ 5） 特殊繼電器 P型機有 2 個半通道的繼電器即 18通道的左半字節(jié)、 19通道的右半字節(jié)，共16個。它們的功能是： 1808用于對電池電壓低時的報警。 1809用于掃描周期超過 100ms(小于 103ms)時 ON。 1810用于高速計數(shù)。 181 181 1814常 OFF。 1813常 ON。 開始掃描時， ON一 個掃描周期，作初始化處理。 1900、 190 1902分別每隔 、 、 1s 發(fā)出計數(shù)脈沖。 190 190 190 190 1907分別為出錯、進 (借 )位、大于、相等、和小于標志。 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 一樣是整個系統(tǒng)的核心元件， 是調(diào)速核心設備，其主要作用是通過改變輸出電源頻率而對電機 、 水泵實現(xiàn)無級調(diào)速，達到隨用水量變化而自動調(diào)節(jié)電機、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)中水泵電機的功率，選用變頻器的具體型號為： AMB— G9— 110T3，“ 110”表示最大適用電機功率為 110 千瓦?！?T3”表示輸入電源為三相 380V。 PLC 主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲、報警、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，第 29 頁 共 47 頁 旁路工頻運行，進行恒壓控制 。 變頻器的 啟 動、停止分為使用觸摸屏或文本顯示器等設備軟控制和 PLC 自動控制?？刂泼姘迳显O有一個手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， PLC 對該開關(guān)的狀態(tài)實時檢測， 當選擇手動功能時， PLC 只進行檢測報警，由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)進行水泵的工頻 啟 、停。當選擇自動功能時，所有控制、報警均由 PLC 完成。 恒壓供水系統(tǒng)一般需設多臺水泵及電機，配單臺電機及水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少時開一臺大電機肯定是浪費的，電機選小了用水量大時供水會不足，備用泵是必要的。水泵電機的轉(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供電。變頻器與電機間可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余水泵工頻運行，以滿足不同用水量的需求。 變頻供水設備主要由變頻器、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 ，實現(xiàn)交流電機的無極調(diào)速， 最終達到生產(chǎn)過程的定量控制及最優(yōu)化控制。 當變頻系統(tǒng)為開環(huán)時，設備可以人為設定輸出任意頻率控制電機轉(zhuǎn)速；當變頻系統(tǒng)為閉環(huán)時，隨著反饋等要求的變化，根據(jù)設定的系統(tǒng)供水壓力值，自動跟蹤輸出相應的頻率。 變頻器改變水泵電機電源頻率，使電機加速或恒速運行。在高限值至恒定值之間，變頻器改變水泵電機電源頻率，使電機減速或恒速運行。 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的模擬信號，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，并依此信號的變化改變變頻器的輸出頻率。為了讓 PID 運算以預想的采樣頻率工作， PID 指令必須用在定時發(fā)生的中斷程序中，或者在主程序中被定時器控制以一定頻率執(zhí)行。采樣時間也必須通過回路表輸入到 PID 運算中。 其中， PID 指令的表達 式 及操作數(shù)如圖 所示 。 第 30 頁 共 47 頁 圖 PID 指令的表達式及操作數(shù) 變頻器與其外圍設備之間的接線如圖 。 圖 變頻器與其外圍調(diào)設備的接線圖 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行，維持用水低恒壓。只要水位低于高水位，則自動往水塔注水 。水塔的高 /低水位信號也直接送給 PLC，作為高 /低水位報警。 在 REMOTE 方式下，通過 REMOTE START/STOP 輸入點進行 PLC 遠程啟停變頻器，通過 REF REMOTE INPUT0 端口輸入頻率控制信號（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 指令的表達形式 R S T + AMB— G9 U V W M 電流接觸器 MC 無線電噪音濾波器 NF 制動單元 UB 無線電噪音濾波器 NF 第 31 頁 共 47 頁 以維持恒壓供水 。 在恒壓調(diào)節(jié)時， PLC 處理器把檢測到的壓力信 號作為反饋值，與PID 運算的壓力設定值（由調(diào)度人員根據(jù)情況在 REView 上設定）進行比較，再經(jīng)過 PID 運算得到調(diào)節(jié)后的修正值，通過模擬量輸出模板（ 1771OFE）輸出到X1113/14，作為 REMOTE 方式下變頻器的頻率控制信號 。 由于該信號是相對變頻器工作頻率上限的百分比，所以變頻器將輸入信號進行內(nèi)部運算后轉(zhuǎn)為真實工作頻率。 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 LOCAL START/STOP 開關(guān)啟停變頻器，通過 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 LOCAL/REMOTE 輸入點可以將變頻器切換到 REMOTE 操作方式下，在 REMOTE 方式下，通過 REMOTE START/STOP 輸入點進行PLC 遠程啟停變頻器，通過 REF REMOTE INPUT0 端口輸入頻率控制信號（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 共 47 頁 其中， 接觸器 KM KM KM KM4分別控制 泵 M M2的工頻運行； FR FR2分別為兩臺水泵電機過載保護用的熱繼電器； FU1 為主電路的熔斷器； Q0～ Q3為兩水泵工頻與變頻運行時的地址編號； Q4 為供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 的地址編號； Q5 為水位下限報警指示燈 HL5 的的地址編號； Q6 為變頻器故障報警指示燈 HL6 的地址編號； Q7為報警電鈴 HA的地址編號； Q8 為變頻器 頻率復位控制 KA 的地址編號 。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 時為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕 SB1～ SB6 控制兩臺泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通斷； 自動運行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。 HL7 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器頻率進行復位時只提供一個觸點信號，由于 PLC 的 4個輸出點為一組共用一個 COM 端， 而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨的 COM 端輸出組，所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復位控制。 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。 當水位低于塔內(nèi)的水位最低點 a 時， 浮力式液位 傳感器 a、 b、 c、 d輸出低電平。系統(tǒng)報警， La 報警燈亮，蜂鳴器響。 當塔內(nèi)水體上升高于 a時， 浮力式液位傳感器 a 輸出為高電平，燈 La 亮顯示最低水位，預警，蜂鳴器不響， 水 泵工作。水位繼續(xù)上升于 b點時， b 傳感器相繼輸出高電平，燈 Lb 相應變亮，顯示較低水位。蜂鳴器不響， 水 泵不工作。此時水位為預定的安全水位區(qū)。水位上升高于 c 時，燈 Lc 亮，顯示較高水位，預警， 水泵不工作。當液面上升高于 d 時， d 處傳感器輸出高電平，系統(tǒng)報警，燈 Ld 亮，蜂鳴 器響 ,水 泵不工作。 水位由 d點逐漸下降，當浮子脫離 d 時， 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。相應的指示燈 Lc， Ld 相應轉(zhuǎn)亮，此時水塔水位處于安全狀態(tài)， 水 泵自動運轉(zhuǎn)下不工作。是否需要注水，工作人員可以通過手動轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。當水位下降至 a以下時， 水 泵開始重新工作。如此重復進行上述過程，從而使塔內(nèi)液位保持在一定范圍內(nèi)。 第 33 頁 共 47 頁 圖 系統(tǒng)整體硬件電路圖 小結(jié) 本章 詳細介紹了 PLC 的整體設計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 水位分為多段來設定，并分段顯示 。變頻器