【正文】 （2）本程序的控制邏輯設(shè)計(jì)針對(duì)的是較少的泵數(shù)供水系統(tǒng)。程序中使用的 PLC 元器件及其功能如下表: 表 程序中使用的元器件及功能器件地址 功能 器件地址 功能VD100 過(guò)程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制VD104 壓力給定值 T39 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD108 PI 計(jì)算值 故障結(jié)束脈沖信號(hào)VD112 比例系數(shù) 泵變頻啟動(dòng)脈沖VD116 積分時(shí)間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖VD120 積分時(shí)間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動(dòng)泵脈沖VD124 微分時(shí)間 當(dāng)前泵工頻運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)脈沖 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序以及程序注釋如下圖。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I ）控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可以通過(guò)工程計(jì)算初步確定，但還要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。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。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合以及報(bào)警處理都在主程序。 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn)由于 PLC 在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，本程序可分為 3 部分：主程序、子程序和中斷程序。具體的操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，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)。 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)電機(jī)都為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有一個(gè)管理規(guī)范。這一功能可以同過(guò)比較指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。120 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 2K M 1H L 1K M 2H L 2F R 146P L CS B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 2K M 381 0S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5 K M 6K M 2 K M 51 21 4S B 3K M 3F R 2H L 3K M 4H L 4F R 3H L 5K M 6H L 6K M 5S B 5S B 7Y V 2S B 8Y V 2H L 7H L 8H L 9H AK AH L 1 0Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3Q 1 . 4Q 1 . 5N 1NL 1F U 2 圖 37 電控系統(tǒng)控制電路 26 第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)硬件條件確定后，系統(tǒng)的控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對(duì)泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下： 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，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(tái)泵不能滿足要求時(shí)，需啟動(dòng)第 2 臺(tái)或第 3 臺(tái)泵。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于 PLC 為 4 個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè) COM 端，而本系統(tǒng)又沒(méi)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。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1~SB2 控制三臺(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。Ｒ Ｓ Ｔ 　 　 Ｕ Ｖ Ｗ 　 　 Ｍ １ ３ ～ Ｍ ２ ３ ～ Ｍ ３ ３ ～ Ｎ Ｌ １ Ｌ ２ Ｌ ３ Ｆ Ｕ １ Ｖ Ｖ Ｖ Ｆ Ｑ Ｓ ２　　 Ｋ Ｍ １ Ｋ Ｍ ２ Ｆ Ｒ １ Ｆ Ｒ ２ Ｆ Ｒ ３　 Ｋ Ｍ ４ Ｋ Ｍ ６ Ｑ Ｓ ３　　 Ｋ Ｍ ３　 Ｑ Ｓ ４ Ｋ Ｍ ５ 25 圖 36 電控系統(tǒng)主電路 （2）控制電路圖圖 37 所示電控系統(tǒng)控制電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為 MMM3。 電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖以及 PLC 外圍接線圖。2 路最大可達(dá)20kHz 的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以便實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)。它的輸出類型有晶體管（DC） 、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式。 24 （4）為了主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字量以及待送入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。（2）完成硬件的接線工作。工業(yè)軟件是為了更好地管理和使用這些設(shè)備而開(kāi)發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)借口軟件等幾大類構(gòu)成。相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開(kāi)發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。它們是完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。（3）特殊功能模塊。（2）擴(kuò)展單元。它包括 CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/ 輸出點(diǎn)和電源等，是 PLC 的主要部分。一個(gè)完整的系統(tǒng)組成如圖編程工具C U P 主機(jī)擴(kuò)展模塊功能模塊人機(jī)界面 通訊設(shè)備圖 35 S7200 PLC 系統(tǒng)組成（1）基本單元。（5）處理后模擬量的輸出工作。（3）設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計(jì)算工作。（2）設(shè)置模塊檢測(cè)子程序。 EM235 工作程序編制EM235 的工作程序編制包括以下的內(nèi)容：（1）設(shè)置初始化主程序。一般使用模擬量輸入 AIW 及模擬量輸出 AQW 單元安排由模擬量模塊送來(lái)的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機(jī)上的擴(kuò)展總線插口。（3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號(hào)。為防止空置端對(duì)接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。 （2）完成硬件的接線工作。 EM235 的安裝使用 （1）根據(jù)輸入信號(hào)的類型及變化范圍設(shè)置 PID 開(kāi)關(guān)，完成模塊的配置工作。 校準(zhǔn)及配置模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號(hào)類型對(duì)模塊進(jìn)行一些設(shè)定。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流量或標(biāo)準(zhǔn)電壓量以方便與其他控制接口。5%滿量程177。2%滿量程177。25mv0~20mA輸入分辨率AD 轉(zhuǎn)換時(shí)間 ＜250 s?模擬輸入階躍響應(yīng) mS 到 95%共模抑制 4dB,DC 到 60Hz共莫電壓 信號(hào)電壓加共加模電壓≤177。100mV, 177。500mV，177。177。10V，177。2%滿量程177。 EM235 模擬量工作單元性能指標(biāo) 表 模擬量擴(kuò)展模塊 EM235 輸入/輸出技術(shù)規(guī)范輸 入 技 術(shù) 規(guī) 范 輸 出 技 術(shù) 規(guī) 范最大輸出電壓 30VDC 隔離（現(xiàn)場(chǎng)到邏輯）無(wú)最大輸入電壓 32mA輸入濾波衰減 3dB，分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器信號(hào)范圍 電壓輸出 電流輸出177。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)化為 PLC 可處理的數(shù)字量及將 PLC 內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外可以使用的模擬量。由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易的組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。整個(gè) PLC 系統(tǒng)的配置如圖 34：圖 34 PLC 系統(tǒng)組成S7200PLC 是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)德一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 PLC 的水平，而價(jià)格卻和小型 PLC 一樣，因此，它一經(jīng)退出，即受到了廣泛的關(guān)注。參照 S7 – 200 的產(chǎn)品目以及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為 CPU222（8 輸入/6 輸出繼電器）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊 EM222（8 繼電器輸出） ，再擴(kuò)展一臺(tái)模擬量模塊 EM235（4AI/1AO） 。表 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱 代 碼 地址編號(hào)手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 水池水位下限信號(hào) SLL 水池水位上限信號(hào) SLH 變頻器報(bào)警信號(hào) SU 消鈴按鈕 SB9 試燈按鈕 SB10 輸 入 信 號(hào)遠(yuǎn)程壓力表模擬量變壓值 U AIW0輸 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM1，HL1 20 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2，HL2 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3，HL3 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM4，HL4 3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM5，HL5 3泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM6，HL6 出 信 號(hào) 生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 系統(tǒng)選型從上面分析可知，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn) 6 個(gè)、開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn) 12 個(gè)；模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)。根據(jù)圖 33 及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如下表所示。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成 CPU 能夠接受和處理的信號(hào)。I/O 單元是 PLC 與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入/ 輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與 PLC 的 I/O 接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換等功能。 控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配PLC 要能夠識(shí)別和接受描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，同時(shí)要能夠發(fā)出控制信號(hào)控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。（5）要有完整的報(bào)警功能。（3）在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過(guò) 3H，則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能” ，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。水池y v 11 2 3 消防用 水生活用 水Ｙ Ｖ ２ 市網(wǎng)來(lái)水E Q圖 33 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖 系統(tǒng)控制要求對(duì)三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低于恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn) 19 行。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵共消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給 PLC，作為低水位報(bào)警用。信號(hào)的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如 PID 參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的，PID 調(diào)節(jié)過(guò)程視調(diào)節(jié)器的的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。這些都是由調(diào)節(jié) 18 器的輸出信號(hào)控制。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測(cè)水壓的反饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置稱為反饋，調(diào)節(jié)器實(shí)反饋的接受點(diǎn)。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值，另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不只一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些，調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能，可以以數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。水箱Ｐ Ｍ Ｐ Ｓ Ｍ Ａ Ｃ Ｅ Ｕ Ｒ 調(diào)節(jié)器　變頻器電動(dòng)機(jī)水泵壓力傳感器用戶圖 32 變頻恒壓供水站的基本組成調(diào)節(jié)器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能:(1)設(shè)定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，水壓升高。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。這也 17 有兩種配置方式，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購(gòu)買變頻器的費(fèi)用較高。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持管網(wǎng)中水壓的不變，用水量小時(shí)又需要做出相反的調(diào)節(jié)。建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但是今天辦到這一點(diǎn)已經(jīng)變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需作出相反的調(diào)節(jié)。但是建造水塔需花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開(kāi)者時(shí)將水打到水塔中，水泵休息時(shí)借助水塔的水位繼續(xù)供水。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)信號(hào)的接入常常還會(huì)發(fā)現(xiàn)軟件以及硬件中的一些問(wèn)題，有時(shí)廠家還需要對(duì)某些控制功能進(jìn)行改進(jìn)，這種情況下，都要經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。有時(shí) PLC 也許只有這一臺(tái)，這時(shí)就要把 PLC 安裝到控制柜相應(yīng)的位置上?，F(xiàn)在 PLC 的主流產(chǎn)品都可以在 PLC 機(jī)上編程，并可以在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試?？衫蒙显V外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察 PLC 的輸出邏輯是否正確。需要模擬量信號(hào) I/O 時(shí)，可用電位器和萬(wàn)用表配合進(jìn)行。硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開(kāi)主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分是否正確。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜和 PLC的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有 I/O 地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖