【正文】 其次，對(duì)系統(tǒng)PLC控制程序進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。MSComm控件串口編程基本流程如下：（1）當(dāng)前工程中插入MSComm控件；（2）串口初始化并打開(kāi)串口；（3）設(shè)置握手協(xié)議；（4）數(shù)據(jù)傳送與接收；下面給出的兩段程序說(shuō)明了如何進(jìn)行計(jì)算機(jī)和PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸與接收:Private Sub Timerl_Timer() MSComm =0 “清空接收緩沖區(qū)” read$=(5)+OOFFW ROY00000240 “向0號(hào)站發(fā)送命令，以字節(jié)方式 讀取PLC內(nèi)Y00Y37的數(shù)據(jù)字符串，等待時(shí)間100ms”=read$ “向PLC發(fā)送命令字符串”Do DoEventsLoop Until =9ReadAnswer$= “讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)”End SubPrivate Sub Comdstart_Click()=0 “清接收緩存”BW$=00+FF+BW+0+Y0001+07+CmdData$ “向0號(hào)站發(fā)送命令，將手動(dòng)控制字CmdData$以PLC通信控制格式的“位寫(xiě)”方式賦予給字符串BW$”=ENQ$+BW$+SumChk(BW$) “SumChk(BW$)字符串BW$求和，向PLC發(fā)送命令字符串”End Sub本章首先分析了多泵供水方式的運(yùn)行狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，由遠(yuǎn)傳壓力表給出的上、下極限水壓信號(hào)作為水泵切換的條件，實(shí)現(xiàn)水泵的分級(jí)調(diào)節(jié)。在供水系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)算機(jī)和PLC的通信，主要完成兩方面的工作。在設(shè)計(jì)中，選擇的通信參數(shù)為：波特率9600，偶校驗(yàn)，7位數(shù)據(jù)位，1位停止位，站號(hào)為1，校驗(yàn)時(shí)間10ms。；。其中擴(kuò)展板FX2NCNVBD安裝在PLC內(nèi)部，只起接口變換的作用?？紤]到距離較遠(yuǎn)，應(yīng)選用RS485通信方式。監(jiān)控系統(tǒng)采取上、下位機(jī)的方式，上位機(jī)采用計(jì)算機(jī)，主要任務(wù)是獲取現(xiàn)場(chǎng)水泵、變頻器等運(yùn)行狀況信息，完成實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)故障及時(shí)報(bào)警；下位機(jī)為三菱PLC,型號(hào)FX2N32M，其任務(wù)是完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。以便在不影響正常供水的前提下將故障電機(jī)泵分離出來(lái)進(jìn)行維修。（3）電機(jī)泵故障：熱繼電器、空氣開(kāi)關(guān)一般用于電機(jī)泵的保護(hù)，二者的動(dòng)作往往表明了電機(jī)泵潛在的故障。該方式下的水泵的投入和切除順序和自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行方式時(shí)的大致相同，只是原來(lái)運(yùn)行在變頻狀態(tài)下的電機(jī)改為了工頻運(yùn)行。（2）變頻器故障：變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)應(yīng)PLC輸入端X06動(dòng)作，系統(tǒng)自動(dòng)切換至自動(dòng)工頻運(yùn)行模塊。各故障具體處理為：（1）欠水位故障：當(dāng)浮球開(kāi)關(guān)給出的低水位信號(hào)持續(xù)30s時(shí)，停止全部的電機(jī)運(yùn)行，防止水泵空轉(zhuǎn)。報(bào)警程序是依據(jù)變頻器故障、熱繼電器動(dòng)作、空氣開(kāi)關(guān)跳開(kāi)、水位過(guò)低等故障進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在控制過(guò)程中，PLC接受蓄水池內(nèi)浮球開(kāi)關(guān)提供的水位信號(hào)，當(dāng)蓄水池水位達(dá)到下限值時(shí)，浮球開(kāi)關(guān)閉合，PLC根據(jù)輸入信號(hào)動(dòng)作，吸合水位控制閥JS，讓蓄水池加水；當(dāng)水位上升到上限水位時(shí)，浮球開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，PLC再根據(jù)輸入信號(hào)，斷開(kāi)水位控制閥JS，停止蓄水池加水動(dòng)作。水位控制是指控制系統(tǒng)必須確保蓄水池中有足夠的水量供給，保證正常生活供水時(shí)的用水需求以及緊急情況（消防供水）時(shí)的用水需求。初始化模塊中設(shè)置好PLC和上位機(jī)的通信協(xié)議后，在PLC程序執(zhí)行過(guò)程中，當(dāng)接收到上位機(jī)的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制命令置M5M4=10時(shí)，PLC程序自動(dòng)轉(zhuǎn)入遠(yuǎn)程手動(dòng)控制運(yùn)行方式，接收水泵運(yùn)行狀態(tài)控制字。啟動(dòng)附屬小泵是指只有一臺(tái)主供水泵供水時(shí)，變頻器輸出下限頻率，水壓卻仍處于壓力上限，由PLC給出控制信號(hào)，延時(shí)5分鐘后，關(guān)閉變頻器運(yùn)行，吸合主電路中附屬小泵交流接觸器KM13，啟動(dòng)附屬小電機(jī)泵維持供水。之后，經(jīng)PLC控制使變頻器輸出最高頻率50Hz，由鑒頻鑒相控制器檢測(cè)工頻電源和變頻輸出電源相位是否一致，若相位一致，PLC動(dòng)作，快速斷開(kāi)第一臺(tái)電機(jī)泵的工頻交流接觸器，經(jīng)瞬間延時(shí)后，吸合該電機(jī)泵的變頻交流接觸器，并接通變頻器的外控端子FWDCM之間的常開(kāi)觸點(diǎn)，同時(shí)斷開(kāi)BXCM之間的連接，將之前運(yùn)行在工頻狀態(tài)中的電機(jī)泵切換為變頻運(yùn)行。減少主泵是指在多臺(tái)主泵供水時(shí)，變頻器輸出下限頻率，水壓處于壓力上限時(shí)，由PLC給出控制信號(hào)，延時(shí)1分鐘，使變頻器BXCM之間接通，切斷變頻器的輸出，使變頻器的輸出電流為零。之后，再由PLC發(fā)出命令，吸合主電路下一臺(tái)電機(jī)泵的變頻交流接觸器，對(duì)新電機(jī)泵進(jìn)行變頻啟動(dòng)，并根據(jù)PLC的控制信號(hào)結(jié)合此時(shí)工頻運(yùn)行的電機(jī)泵共同完成恒壓供水。經(jīng)瞬間延時(shí)后，PLC發(fā)出指令迅速切斷變頻器控制端子FWDCM，在此狀態(tài)下，切斷變頻運(yùn)行電機(jī)的變頻接觸器，再經(jīng)延時(shí)滅弧后，吸合該電機(jī)泵的工頻接觸器。這種方法簡(jiǎn)單有效、控制方便。另外，利用變頻器的緊急停止指令（BX端子）來(lái)實(shí)現(xiàn)快速滅磁，這一方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)定子繞組中和變頻器逆變橋上的續(xù)流二極管組成的回路來(lái)達(dá)到快速滅磁的目的。解決辦法是通過(guò)鑒頻鑒相器，在電網(wǎng)電壓和變頻器輸出電壓相位一致時(shí)，完成切換。（3）切換過(guò)程的電流：因變頻器輸出電壓相位和電網(wǎng)電壓相位一般不同，當(dāng)電機(jī)從變頻器斷開(kāi)后，轉(zhuǎn)子電流磁場(chǎng)在定子繞組中的感應(yīng)電壓與電網(wǎng)電壓往往也存在相位差。（2）切換過(guò)程的完成時(shí)間：時(shí)間太長(zhǎng)，原變頻運(yùn)行的電機(jī)轉(zhuǎn)速下降太多，一方面造成水壓下降大，另一方面在接下來(lái)切換到工頻時(shí)沖擊電流大；時(shí)間太短，切換過(guò)程的可靠性下降。增泵過(guò)程的實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜一些，首先要將運(yùn)行在變頻狀態(tài)的電機(jī)和變頻器脫離后，再切換到電網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)變頻器又要以起始頻率起動(dòng)一臺(tái)新的電機(jī)運(yùn)行。在選擇不同機(jī)組運(yùn)行時(shí)，PLC程序自動(dòng)完成相應(yīng)的電機(jī)起動(dòng)。初始化過(guò)程通過(guò)M8002產(chǎn)生的初始化脈沖來(lái)完成。具體的程序梯形圖見(jiàn)附錄。PLC控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接收各種外部開(kāi)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)去控制中間繼電器、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。自動(dòng)工頻運(yùn)行是指在變頻器故障狀態(tài)時(shí)，為維持壓力的相對(duì)恒定，系統(tǒng)根據(jù)水壓大小自動(dòng)調(diào)節(jié)工頻運(yùn)行電機(jī)臺(tái)數(shù)，保持恒壓供水，這種運(yùn)行方式只是在特殊情況下的一種備用供水方案，提高了系統(tǒng)可靠性的冗余度；遠(yuǎn)程手動(dòng)控制是指在控制室，通過(guò)計(jì)算機(jī)和PLC通信遠(yuǎn)程操控水泵的運(yùn)行，是一種輔助供水方案；現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制運(yùn)行是指通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)按鈕以及自耦變壓器來(lái)人工控制電機(jī)工頻、變頻運(yùn)行，這一方式完全通過(guò)電氣控制線(xiàn)路設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，PLC不參與，主要用用于檢修、調(diào)試及PLC故障時(shí)的運(yùn)行。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。另外，在消防用水時(shí)，還需要從正常供水狀態(tài)逐漸變頻啟動(dòng)所有電機(jī)泵（即：正常供水→變頻啟動(dòng)1號(hào)電機(jī)泵至工頻→將1號(hào)電機(jī)泵卻換到工頻運(yùn)行→變頻啟動(dòng)2號(hào)電機(jī)泵至工頻→將2號(hào)電機(jī)泵卻換到工頻運(yùn)行→變頻啟動(dòng)3號(hào)電機(jī)泵至工頻→將3號(hào)電機(jī)泵卻換到工頻運(yùn)行）；當(dāng)消防用水結(jié)束，需要逐漸變頻停止電機(jī)泵，恢復(fù)正常供水（即：將3號(hào)電機(jī)泵由工頻卻換到變頻運(yùn)行→變頻停止3號(hào)電機(jī)泵至零頻→關(guān)閉3號(hào)電機(jī)泵，并將2號(hào)電機(jī)泵由工頻卻換到變頻運(yùn)行→變頻停止2號(hào)電機(jī)泵至零頻→以此類(lèi)推→恢復(fù)正常供水）。整個(gè)加泵過(guò)程都是原來(lái)工作于變頻運(yùn)行狀態(tài)的水泵轉(zhuǎn)入工頻恒速運(yùn)行，新啟動(dòng)的電機(jī)泵運(yùn)行在變頻狀態(tài)，并始終保證只有一臺(tái)水泵運(yùn)行在變頻狀態(tài)。當(dāng)用水量減少時(shí)，管壓上升，PLC根據(jù)水壓的變化通過(guò)PID調(diào)節(jié)，輸出控制量，使變頻器通過(guò)降低頻率來(lái)降低水泵轉(zhuǎn)速、維持水壓。啟動(dòng)自動(dòng)變頻運(yùn)行方式時(shí)，首先起動(dòng)一臺(tái)主供水電機(jī)泵供水，在第一臺(tái)主供水泵供水過(guò)程中，PLC根據(jù)管壓的變化通過(guò)PID調(diào)節(jié)，給變頻器輸出控制信號(hào)，調(diào)整第一臺(tái)主供水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)控制流量，維持水壓。程序控制的目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)供水系統(tǒng)的恒壓運(yùn)行，為此必須控制變頻器的頻率以及四臺(tái)水泵的順序投入與切除，使得供水量的變化與用戶(hù)用水量的變化基本保持同步，以此保證水網(wǎng)水壓的恒定，同時(shí)還要保證系統(tǒng)的安全性與可靠性。最后分析了控制系統(tǒng)倒泵功能、控制系統(tǒng)手動(dòng)控制以及控制算法在恒壓供水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。本章的重點(diǎn)內(nèi)容包括變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，控制電路PLC的I／O端子分配，變頻器接線(xiàn)及功能設(shè)定等方面。本章在第二章的基礎(chǔ)上，介紹了基于PLC的變頻恒壓控制供水系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)三臺(tái)電機(jī)泵變頻運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中所選擇的PLC需具有PID模塊或PID指令，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能。 PID閉環(huán)反饋控制原理圖在PLC中實(shí)現(xiàn)PID控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此模擬控制算法不能直接使用，需要采用離散化方法。PID控制是一種負(fù)反饋控制，具有一般閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)負(fù)反饋?zhàn)饔檬贡豢叵到y(tǒng)趨于穩(wěn)定。該系統(tǒng)采用多臺(tái)水泵并聯(lián)，工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行循環(huán)切換的工作方式，因此控制算法程序要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，即變頻器輸出頻率計(jì)算和工頻變頻切換。SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)，打在2的位置為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)控制是系統(tǒng)不可或缺的部分，尤其是當(dāng)系統(tǒng)的自動(dòng)部分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，為了不中斷供水，必須采用手動(dòng)控制方式。例如：第一天首先啟動(dòng)1電機(jī)泵，供水量最大時(shí)最多使用2電機(jī)泵；夜間低供水量運(yùn)行時(shí)使用4附屬小電機(jī)泵；第二天則首先啟動(dòng)2電機(jī)泵，供水量最大時(shí)最多使用3電機(jī)泵；而第三天則首先啟動(dòng)3電機(jī)泵，供水量最大時(shí)最多使用1電機(jī)泵；第四天則輪回第一天的使用方式，以此類(lèi)推。本設(shè)計(jì)中，主供水電機(jī)泵共有三臺(tái)，編號(hào)3，附屬電機(jī)泵一臺(tái)，編號(hào)4，而且最多兩臺(tái)主供水電機(jī)泵工作便可滿(mǎn)足正常生活用水需求。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，選擇美國(guó)AD公司生產(chǎn)的AD9901鑒頻鑒相控制器，該控制器是一種性能優(yōu)越的超高速數(shù)字鑒頻鑒相器，鑒相靈敏度高，具備模擬混頻器的相位穩(wěn)定性和傳統(tǒng)鑒頻鑒相器內(nèi)的鎖定速度，同時(shí)無(wú)鑒相“死區(qū)”問(wèn)題，其直接鑒相頻率高達(dá)200MHz。經(jīng)由軟件計(jì)算判斷后，單片機(jī)發(fā)出指令完成相應(yīng)的動(dòng)作，在顯示單元顯示相應(yīng)的輸入輸出頻率，指示燈也指示各個(gè)狀態(tài)。一臺(tái)好的鑒頻鑒相控制器具有相位跟蹤準(zhǔn)確、技術(shù)先進(jìn)、工作可靠、能顯著延長(zhǎng)電控元件機(jī)電機(jī)水泵等設(shè)備使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。另外，在控制電路安裝中，電氣控制柜為系統(tǒng)各種功能的實(shí)現(xiàn)提供了條件，在安裝控制柜時(shí)，控制柜的接地必須良好。變頻器故障輸出電路中KA選用JZ7－80，其參數(shù)為吸引線(xiàn)圈額定電壓AC220V。本設(shè)計(jì)中，為了避免強(qiáng)電路中交流接觸器打開(kāi)/關(guān)斷時(shí)對(duì)控制電路的干擾，給每個(gè)交流接觸器KM0～KM13配接中間繼電器KA0～KA13，在此過(guò)程中，繼電器主要起了傳遞信號(hào)和隔離的作用。 控制電路中間繼電器選型中間繼電器在繼電接觸器系列電控系統(tǒng)中主要具有控制電路傳遞與轉(zhuǎn)換信號(hào)，擴(kuò)大控制路數(shù)，將小功率控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為大容量的觸頭控制，擴(kuò)充交流接觸器及其它電器控制作用的功能，通過(guò)繼電器可實(shí)現(xiàn)用一路控制信號(hào)控制另一路或幾路信號(hào)的功能，完成啟動(dòng)、停止、聯(lián)動(dòng)等控制，主要控制對(duì)象是接觸器。在壓力變送器的安裝過(guò)程中，取壓口開(kāi)到管道側(cè)面，壓力變送器安裝在取壓口下方，以便氣體排入流程管道。5%，所以壓力變送器的量程選擇為0～。為了防止爆管和超高水壓損壞居民家中的用水設(shè)備(熱水器、抽水馬桶等)，在控制系統(tǒng)中將使用電極點(diǎn)壓力表的壓力上限輸出作為PLC的一個(gè)數(shù)字量輸入，當(dāng)壓力超出上限時(shí)，將關(guān)閉所有水泵并進(jìn)行報(bào)警輸出。在選擇時(shí)，為了防止傳輸過(guò)程中的干擾與損耗，采用了4～20mA，輸出壓力變送器。利用RS指令在個(gè)人計(jì)算機(jī)和PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，最高波特率可達(dá)19200bit/s，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)500米。FX2N系列PLC內(nèi)部有一個(gè)RS232接口，根據(jù)FX2N系列PLC需要，數(shù)據(jù)通信模塊選擇RS232C／485。A（4～20mA），數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換特性可進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)換速度為4ms/通道。電壓輸出時(shí)，兩個(gè)模擬輸出通道輸出信號(hào)為0～10V DC，0～5V DC；電流輸出時(shí)為4～20mA DC。(2)模擬量輸出模塊FX2N2DA:該模塊用于將12位的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成2點(diǎn)模擬輸出，占用8個(gè)I/O點(diǎn)。根據(jù)該供水廠的實(shí)際需求，本系統(tǒng)模擬量輸入輸出模塊分別選擇FX2N2AD（模擬量輸入模塊）和FX2N2DA（模擬量輸入模塊）。它有內(nèi)置8k步的RAM，使用存儲(chǔ)卡盒后，最大容量可擴(kuò)到16k步，編程指令多達(dá)327條。FX2N系列是FX家族中最先進(jìn)的PLC系列，且該型號(hào)PLC是由三菱公司近年來(lái)推出的高性能小型可編程控制器，具有較高的性?xún)r(jià)比，應(yīng)用廣泛?？紤]到該供水廠參數(shù)較多，除了常見(jiàn)壓力反饋信號(hào)，還需要對(duì)清水池液位信號(hào)、閥門(mén)開(kāi)啟信號(hào)等進(jìn)行處理，因此設(shè)計(jì)采用PLC控制系統(tǒng)，主要利用PID控制壓力恒定，并能控制電機(jī)的啟動(dòng)停止和泵口閥門(mén)的啟閉。 供水系統(tǒng)運(yùn)行指示圖 PLC及其擴(kuò)展模塊選型 PLC選型PLC是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換等。 恒壓供水系統(tǒng)控制電路原理圖為了讓工作人員能夠清晰的觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并對(duì)系統(tǒng)故障能夠及時(shí)了解，迅速知道系統(tǒng)故障發(fā)生的位置。為避免某一臺(tái)電機(jī)泵持續(xù)工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)系統(tǒng)還具有“倒泵功能”。當(dāng)壓力不能滿(mǎn)足要求時(shí)，通過(guò)PLC程序控制將原來(lái)運(yùn)行在變頻狀態(tài)下的水泵切換到工頻運(yùn)行，把另一臺(tái)水泵投入到變頻運(yùn)行，之后，重復(fù)上述操作。第3章 供水系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)控制方案原理框圖、系統(tǒng)構(gòu)成圖及主供水電路原理圖。之后，依據(jù)系統(tǒng)控制方案對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行了主電路設(shè)計(jì)，并對(duì)主電路中的硬件設(shè)備進(jìn)行了計(jì)算選型。本章根據(jù)供水系統(tǒng)的基本特性以及水泵的調(diào)速方式，結(jié)合多種供水方式的特點(diǎn)，確定選擇變頻調(diào)速供水方式。根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后流量Q、揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速N之間關(guān)系為：（217） 式中，QHP1為變速前的流量、揚(yáng)程、功率