【正文】 程序中使用的 PLC 元件及其功能如表 所示。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。 (3) 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)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。具體的操作是：將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻器從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。 (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(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)的軟件 設(shè)計(jì) 31 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)，結(jié)合泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)，需啟動(dòng)第二臺水泵。 圖 只是簡單的表明 PLC 及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11 個(gè)數(shù)字量輸出信號和 1個(gè)模擬量輸出信號。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(kuò)展模 塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個(gè)輸入量，其中包括 4 個(gè)數(shù)字量和 1 個(gè)模擬 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 30 量。 表 輸入輸出點(diǎn)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(bào)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1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM HL1 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM HL2 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM HL3 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM HL4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 29 號 3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM HL5 3泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM HL6 輸出信號 水池水位上下限報(bào)警指示燈 HL7 變頻器故障報(bào)警指示燈 HL8 白天模式運(yùn)行指示燈 HL9 報(bào)警電鈴 HA 變頻器頻率復(fù)位控制 KA 變頻器輸入電壓信號 Uf AQW0 結(jié)合系統(tǒng)控制電路圖 和 PLC 的 I/O 端口分配表 ，畫出 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖，如圖 所示： 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。 (5) 系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能。 (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。 (2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)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(shí)間過長。 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(jì)的基本要求如下： 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 28 (1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同，本設(shè)計(jì)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。同理， 3水泵的控制原理也是如此。 輸出 1水泵工頻運(yùn)行信號， 輸出 1水泵變頻運(yùn)行信號，當(dāng) 輸出 1 時(shí)， KM1 線圈得電， 1水泵工頻運(yùn)行指示燈HL1 點(diǎn)亮，同時(shí) KM1 的常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn) KM KM2 的電氣互鎖。 （ 2）自動(dòng)控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)下。只有當(dāng) SB2按下時(shí)才會(huì)切斷電路， KM1 線圈失電，電機(jī) M1 停止運(yùn)行。單刀雙擲開關(guān) SA 打至 1 端時(shí)開啟手動(dòng)控制模式，此時(shí)可以通過開關(guān)分別控制 三臺水泵電機(jī)在工頻下的運(yùn)行和停止。 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(xì)介紹。對變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位是 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 26 只提供一個(gè)干觸發(fā)點(diǎn)信號，本系統(tǒng)通過一個(gè)中間繼電器 KA 的觸點(diǎn)對變頻器進(jìn)行復(fù)頻控 制。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SB1~SB6 控制三臺水泵的啟 /停；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC程序控制下運(yùn)行。 如圖 為電控系統(tǒng)控制電路圖。本系統(tǒng)采用西門子公司S7200 系列 PLC，它體積小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性能優(yōu)越。當(dāng)采用手動(dòng)控制時(shí)，必須采用自耦變壓器降壓啟動(dòng)或軟啟動(dòng)的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)器。系統(tǒng)啟動(dòng)、運(yùn)行和停止的操作不能直接斷開主電路 (如直接使熔斷器或隔離開關(guān) 斷開 )，而必須通過變頻器實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和軟停。初始運(yùn)行時(shí)，必須觀察電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，使之符合要求。同時(shí)可以通過通過轉(zhuǎn)換開關(guān)接電壓表顯示線電壓。同樣從工頻轉(zhuǎn)為變頻時(shí)，也必須先將工頻 接觸器斷開，才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以 KM1 和 KM KM3 和 KM KM5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 25 和 KM6 絕對不能同時(shí)動(dòng)作，相互之間必須設(shè)計(jì)可靠的互鎖。變頻和工頻兩個(gè)回路不允許同時(shí)接通。當(dāng)電機(jī)工頻運(yùn)行時(shí)，連接至變頻器的隔離開關(guān)及變頻器輸出端的接觸器斷開，接通工頻運(yùn)行的接觸器和隔離開關(guān)。因此 在同一時(shí)間內(nèi)只 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 24 能有一臺水泵工作在變頻下，但不同時(shí)間段內(nèi)三臺水泵都可輪流做變頻泵。接觸器 KM KMKM5 分別控制 M M M3 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運(yùn)行； FR FR FR3 分別為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù) 用的熱繼電器； QS QS QS QS4 分別為變頻器和三臺水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)； FU為主電路的熔斷器。 綜合以上因素：本設(shè)計(jì)選擇 淄博丹佛斯公司生產(chǎn)的型號為 DS26 分體式液位變送器，其量程為： 0m~200m，適用于水池、深井以及其他各種液位的測量；零點(diǎn)和滿量程外部可調(diào)；供電電源： 24VDC；輸出信號：兩線制 4~20mADC 精度等級： 級。 液位變送器選型 考慮到水泵電機(jī)空載時(shí)會(huì)影響電機(jī)壽命，因此需要對水池水位作必要的檢測和控制。 根據(jù)以上的分析，本設(shè)計(jì)中選用普通 壓力表 Y100 和 XMT1270 數(shù)顯儀實(shí) 現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。 壓力變送器的選型 壓力變送器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口，壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)?1~5V或 4~20mA的模擬量信號，作為模擬輸入模塊 (A/D 模塊 )的輸入，在選擇時(shí)，為了防止傳輸過程中的干 擾與損耗，我們采用 4~20mA 輸出壓力變送器。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求并結(jié)合實(shí)際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用 3 臺上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列水泵機(jī)組（電機(jī)功率 75KW）。本設(shè)計(jì)的要求為：電動(dòng) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 22 機(jī)額定功率 75KW，供水壓力控制在 177。 水泵機(jī)組的選型 水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。MicroMaster440 變頻器的輸出 功率為 ~90KW，適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號能作為 75KW 的水泵電機(jī)的輸入信號。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，有內(nèi)置的RS485/232C 接口和用于簡單過程控制的 PI 閉環(huán)控制 器，可以根據(jù)用戶的特殊需要對 I/O 端子進(jìn)行功能自定義。 由于本設(shè)計(jì)中 PLC 選擇的西門子 S7200 型號，為了方便 PLC 和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的 MicroMaster440 變頻器。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三種類型：普通功能型 U/f 控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型 U/ f 控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。變頻器的選擇必須根據(jù)水泵電機(jī)的功率和電流進(jìn)行選擇。 EM235 模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn) 1 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是 EM235， 該模塊有 4 個(gè)模擬輸入 (AIW)， 1 個(gè)模擬輸出 (AQW)信號通道。 PLC 和上位機(jī)的通信采用 PC/PPI 電纜，支持點(diǎn)對點(diǎn)接口 (PPI)協(xié)議，PC/PPI 電纜可以方便實(shí)現(xiàn) PLC 的通信接口 RS485 到 PC 機(jī)的通信接口RS232 的轉(zhuǎn)換，用戶程序有 三級口令保護(hù)，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù) [12]。 S7200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。因此我們在選擇 PLC 時(shí)，要考慮 PLC 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接 口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面 因素。 實(shí)際的機(jī)組切換判別條件如下 [11]： 加泵條件： UPff? 2dfsPPP??? 且延時(shí)判別成立 () 減泵條件： LOWff? 2dfsPPP??? 且延時(shí)判別成立 () 式中： UPf ： 上限頻率 LOWf ： 下限頻率 sP ： 設(shè)定壓力 fP ： 反饋壓力 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 19 3 系統(tǒng) 的 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 根據(jù)基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原 理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖 所示： A / D 模 塊 可 編 程 控 制 器 ( P L C ) 通 訊 模 塊壓 力變 送 器故 障 、 狀 態(tài)等 量 輸 入報(bào) 警 、 控 制等 量 輸 出人 機(jī) 界