【導(dǎo)讀】能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)是針對(duì)居民生活用水/消防用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、PLC及PID調(diào)節(jié)器組成控制。電動(dòng)機(jī)泵組由三臺(tái)水泵并聯(lián)而成，由變頻器或工頻電網(wǎng)供。運(yùn)行在最合理的狀態(tài)，保證按需供水。在經(jīng)過PID運(yùn)算，通過PLC控制變頻與工頻切換，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　

【正文】 器斷開前， PLC 的 Y16 給出動(dòng)作信號(hào)，變頻器 X1 端子功能生效，自由停車命令 BX生效，變頻器立即停止輸出，經(jīng)短暫延時(shí) (約 500ms)滅磁后，將電機(jī)從變頻器斷開，并立即投入電網(wǎng)。這種方法簡(jiǎn)單有效、控制方便，本次設(shè)計(jì)中采用了這一方法。 PLC 程 序設(shè)計(jì)方法的分析 PLC 是由繼電器接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的一種新型的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。采用了面向控制過程、面向問題、簡(jiǎn)單直觀的 PLC編程語言，易于學(xué)習(xí)和掌握。盡管國(guó)內(nèi)外不同廠家采用的編程語言不盡相同，但程序的表達(dá)方式基本類似，主要有四種形式：梯形圖、指令表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和高級(jí)語言。 梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對(duì)于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡(jiǎn)單的控制功能的編程，絕大多數(shù) PLC用戶都首選使用梯形圖編程。 指令是用英文名稱的縮寫字母來表達(dá) PLC的各種功能的助記 符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號(hào)組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉。 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言 (SFC)類似于計(jì)算機(jī)常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較詳細(xì)具體，包括每一框前的輸入信號(hào)，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構(gòu)思，是一種常用的程序表達(dá)方式。 高級(jí)語言類似于 BACIC 語言、 C語言等，它們?cè)谀承S家的 PLC 中應(yīng)用。 通常微、小型 PLC主要采用繼電器梯 形圖編程，其編程的一般規(guī)則有： 1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號(hào)地址必須在所使用 PLC的有效范圍內(nèi)。 2)梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中 各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流 ” 、“得電”等來形象地山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 30 描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而 下。 3)梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“ 1態(tài) ” ，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“ 0態(tài) ” 。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。 4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。 5)繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。 6)PLC 在解算用戶 邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。所以，由梯形圖編寫指令程序時(shí)，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。 當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過程稱為 CPU對(duì)程序的掃描。 掃描從 0000 號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的 第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始。 順序掃描的工作方式簡(jiǎn)單直觀，它簡(jiǎn)化了程序的設(shè)計(jì)，并為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了非常有用的保證。一方面，掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就可以被將要掃描到的指令所利用。另一方面，還可以通過 CPU 設(shè)置的定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時(shí)間，從而避免了由于 CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)而造成故障的影響。 PLC 的工作過 程就是程序執(zhí)行過程。它分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段， PLC 具體的掃描過程如圖 4． 2 所示： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 31 PLC 的掃描過程示意圖 1)輸入采樣階段：在開始執(zhí)行程序之前， PLC 以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说妮斎胄盘?hào)狀態(tài) (開或關(guān)、“ 1”或“ O’’ )讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，這個(gè)過程稱為對(duì)輸入信號(hào)的采樣，或稱輸入刷新。在程序執(zhí)行期間，所需輸入信息取自輸入映像寄存器的內(nèi)容。在本工作周期內(nèi)，即使輸入狀態(tài)變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變。輸入狀態(tài)的變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入采樣階段才被 重新讀入。 2)程序執(zhí)行階段：在程序執(zhí)行階段， PLC 對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描。每掃描到一條指令時(shí)，所需要的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)分別由輸入映像寄存器和元素映像寄存器中讀出，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入到元素映像寄存器中。這就是說，對(duì)于每個(gè)元素來說，元素映像寄存器中寄存的內(nèi)容，會(huì)隨程序執(zhí)行的進(jìn)程而變化。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到端子上。 3)輸出刷新階段：當(dāng)程序執(zhí)行完后，進(jìn)入輸出刷新階段。此時(shí)，將元素映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路，再去驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備 (負(fù)載 )，這才是PLC的實(shí)際輸出 。 PLC 重復(fù)地執(zhí)行上述三個(gè)階段，每重復(fù)一次的時(shí)間就是一個(gè)工作周期 (或掃描周期 )。山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 32 工作周期的長(zhǎng)短與程序的長(zhǎng)短 (即組成程序的語句多少 )、指令的種類和 CPU 執(zhí)行的速度有很大關(guān)系。一般說來，一個(gè)掃描過程中，執(zhí)行指令的時(shí)間占了絕大部分。 PLC在每次掃描中，對(duì)輸入信號(hào)采樣一次，對(duì)輸出刷新一次。這就保證了 PLC 在執(zhí)行程序階段，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的內(nèi)容或數(shù)據(jù)保持不變。 交通紅綠燈倒計(jì)時(shí)程序 七段碼顯示器驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)列表 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 33 一、 模擬量的閉環(huán)控制系統(tǒng) 二、 PID 控制器 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 34 三、 PID 指令 梯形圖 如： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 35 PID 功能使用過程中要注意下面幾點(diǎn)： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 36 數(shù)據(jù)流圖 系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì) ： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 37 供水系統(tǒng)根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的主要功能有自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等。全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式是系統(tǒng)中最主要的運(yùn)行方式，也是系統(tǒng)的主要功能，是指利用 PLC控制，結(jié)合 PID 調(diào)節(jié)功能，通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水，其核心是根據(jù)恒壓條件下供水系統(tǒng)中水泵運(yùn)行狀態(tài)及轉(zhuǎn)換過程設(shè)計(jì)的 PLC 控制程序。 開 始調(diào) 用 初 始 化子 程 序設(shè) 置 兩 種 模 式下 水 壓 給 定 值設(shè) 定 變 頻 泵 號(hào)變 頻 器 頻率 達(dá) 上 限定 時(shí) 5 m i n , 濾 波YN工 頻 泵 數(shù) 加 1 ， 產(chǎn)生 變 頻 啟 動(dòng) 脈 沖變 頻 器 頻率 達(dá) 下 限Y定 時(shí) 5 m i n , 濾 波N工 頻 泵 數(shù) 減 1 ， 產(chǎn)生 變 頻 啟 動(dòng) 脈 沖是 否 增 泵 或 倒 泵復(fù) 位 變 頻 器 ，變 頻 泵 號(hào) 加 1YN調(diào) 整 變 頻 泵號(hào) ， 遇 4 變 1產(chǎn) 生 當(dāng) 前 泵 工 頻運(yùn) 行 ， 下 臺(tái) 泵 變頻 運(yùn) 行 啟 動(dòng) 脈 沖變 頻 泵 單 獨(dú) 運(yùn)行 時(shí) 間 達(dá) 3 hYN產(chǎn) 生 倒 泵 信 號(hào)1 、 2 、 3 泵 變 頻運(yùn) 行 控 制1 、 2 、 3 泵 工 頻運(yùn) 行 控 制水 池 水 位 越 限YN水 位 越 限 報(bào) 警變 頻 器 故 障YN變 頻 器 故 障 報(bào) 警是 否 有 報(bào) 警YN變 頻 泵 號(hào) 置 1工 頻 泵 數(shù) 置 0產(chǎn) 生 故 障 結(jié) 束脈 沖程 序 結(jié) 束山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 38 PLC 控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接收各種外部開關(guān)量信號(hào)的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)，輸出信號(hào)去控制繼電器、接觸器、信號(hào)燈等電器的動(dòng)作，進(jìn)而調(diào)整水泵的運(yùn)行，并給出相應(yīng)指示或報(bào)警。 器件地址 功 能 器件地址 功 能 VD100 過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T37 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 VD104 壓力給定值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 VD108 PID 計(jì)算值 故障結(jié)束脈沖信號(hào) VD112 比例系數(shù) Kc 水泵變頻啟動(dòng)脈沖 (增泵 ) VD116 采樣時(shí)間 Ts 水泵變頻啟動(dòng)脈沖 (減泵 ) VD120 積分時(shí)間 Ti 倒泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD124 微分時(shí)間 Td 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖 VD204 變頻運(yùn)行頻率下限值 當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖 VD208 變頻運(yùn)行頻率上限值 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD250 PID 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VB300 變頻工作泵的泵號(hào) 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VB301 工頻運(yùn)行泵的總臺(tái)數(shù) 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD310 變頻運(yùn)行時(shí)間存儲(chǔ)器 故障信號(hào)匯總 T33 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 水池水位越限邏輯 T34 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 T35 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 39 PLC 的初始化程序 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 40 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 41 六、心得體會(huì) 針對(duì)某小區(qū)的生活供水要求，設(shè)計(jì)了一套由 PLC、變頻器、遠(yuǎn) 壓力表、多臺(tái)水泵 機(jī)組、計(jì)算機(jī)、通信模塊等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、自動(dòng)可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單、管理方便的恒壓供水。 本系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)： 1)采用了可靠性高、使用簡(jiǎn)單、編程靈活的工控設(shè)備 PLC 和內(nèi)置 PID 調(diào)節(jié)模塊的變頻器作為主要控制設(shè)備，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合，確保恒壓供水； 2)系統(tǒng)具有完備的故障處理能力，可通過自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等方式確保供水，具有故障實(shí)時(shí)的 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警和遠(yuǎn)程電話自動(dòng)報(bào)警功能，具有故障電機(jī)鎖定功能； 3)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)和 PLC的有效結(jié)合，具有遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理能力，設(shè)計(jì)合理、先進(jìn)； 4)系統(tǒng)采取變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果明顯； 5)用了 PID 調(diào)節(jié)方式，水壓波動(dòng)小，響應(yīng)快。 課題存在問題與展望： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 42 1)由于時(shí)間關(guān)系，供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不夠完善，例如沒有具體寫出上位機(jī)監(jiān)控軟件程序以及對(duì)具體的監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理。 2)現(xiàn)有設(shè)計(jì)研究實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控功能，將來還可以通過對(duì)更多現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水壓 、水位、水流量等，通過開發(fā)上位機(jī)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有綜合功能的供水自動(dòng)化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力。 附： 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 43 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 44 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 45 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 46 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 47 山東城市建設(shè)職業(yè)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 48