【正文】 郭老師的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。自己的動手能力和創(chuàng)新能力有了提高。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn)40參考文獻(xiàn)[1] 史志強(qiáng)．水廠自動化控制系統(tǒng)中可編程控制器的應(yīng)用[J]．福州大學(xué)學(xué)報（自然 科學(xué)版） ，1998，26(6) :4447[2] 龍章春. 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子程序仿真結(jié)果攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié) 論39結(jié) 論本次畢業(yè)論文是基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)。圖 初始化子程序仿真內(nèi)存地址的值 PID 子程序設(shè)計(jì)及仿真在系統(tǒng)中，只需選擇一個，它同樣通過定時中斷來調(diào)用，通過對水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出壓力的恒定。在初始化后緊接著要設(shè)定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵號和工頻泵投入臺數(shù)。圖 1水泵變頻運(yùn)行攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真33圖 2水泵變頻運(yùn)行圖 3水泵變頻運(yùn)行 系統(tǒng)初始化程序及仿真在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯則報警，接著對變頻器變頻運(yùn)行的上下限頻率、PID 控制的各參數(shù)進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值，在初始化子程序的最后進(jìn)行中斷連接。當(dāng)時間到后會自動切換到 2水泵，如圖 所示。為了快速的得出仿真結(jié)果，我們把程序時間設(shè)置成為一分鐘，這樣不會影響仿真結(jié)果。仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)一致，水泵停止運(yùn)行，報警信號燈發(fā)出警告。程序中使用的 PLC 元器件及其功能如下表 所示：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 過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T38 工頻泵減泵濾波時間控制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VD112 比例系數(shù) 泵變頻啟動脈沖VD116 積分時間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖VD120 積分時間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動泵脈沖VD124 微分時間 當(dāng)前泵工頻運(yùn)動啟動脈沖VD204 變頻起運(yùn)動頻率下限值 新泵變頻啟動脈沖VD208 白天變頻器運(yùn)動頻率上限值 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD212 夜晚供水變頻器運(yùn)動頻率上限值 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD250 PI 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元 泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD300 變頻工作泵的泵號 故障信號總匯VD301 工頻運(yùn)行的泵的總臺數(shù) 水池水位上下限故障邏輯VD310 倒泵時間存儲器 水池水位上下限故障消鈴邏輯T33 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 變頻器故障消鈴邏輯T34 工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 消鈴邏輯T37 工頻泵增泵濾波時間控制攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真24系統(tǒng)的主程序如下圖 所示攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真25攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真26攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真27攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真28攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真29攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真30攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真31圖 系統(tǒng)主程序梯形圖當(dāng)輸入端口 為 1 時，即白天模式下，白天指示燈 正常工作，1泵進(jìn)行變頻運(yùn)行。PID 功能：系統(tǒng)采用的是單極性模擬量，遠(yuǎn)程壓力表對水管的水壓進(jìn)行采樣。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回路增益和時間常數(shù)可通過工程計(jì)算初步確定。 開始系統(tǒng)初始化調(diào)用壓力設(shè)定子程序 調(diào)用 PID 子程序調(diào)用泵切換子程序自動 /手動 檢測執(zhí)行手動命令攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真23利用定時器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時采樣及輸出控制。如果 PLC 接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題。如果是手動運(yùn)行模式則進(jìn)行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。系統(tǒng)自動啟動后，進(jìn)行恒壓控制。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 程序設(shè)計(jì)及仿真225 程序設(shè)計(jì)及仿真 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)及仿真系統(tǒng)運(yùn)行主程序首先要進(jìn)行一系列的初始化工作，并使擴(kuò)展模塊(通訊模塊、A/D模塊等)、變頻器等設(shè)備與PLC的數(shù)據(jù)傳輸正常。利用該方法進(jìn)行 PID 控制器參數(shù)的整定步驟如下：①首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；②僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；③在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到 PID 控制器的參數(shù)。但無論[12]采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。PID 控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。 PID 參數(shù)整定PID 控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和穩(wěn)定的控制過程。利用I動作消除偏差作用和用D動作抑制振蕩作用。在該場合，為使P動作的振蕩衰減和系統(tǒng)穩(wěn)定，可用PD控制。偏差小時，P動作的作用減小。如果負(fù)載系統(tǒng)有積分元件的可以單攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 PID 回路的計(jì)算20獨(dú)使用P動作控制。用PI控制時，能夠有效的消除由于改變目標(biāo)值和外部環(huán)境的偶然擾動等引起的偏差。如果只是用P動作控制，這樣是不能完全消除偏差的。③微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號的變化速率，并且能夠在偏差信號值變的超過一定限度之前，系統(tǒng)中會引入一個有效的修正信號，從而加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)動作速度，減小調(diào)節(jié)時間 。PID控制器各個校正環(huán)節(jié)的功能作用有以下3點(diǎn)：①比例環(huán)節(jié)：快速即時的成比例地反應(yīng)出控制系統(tǒng)中設(shè)定值與測量值的偏差信號e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器會馬上產(chǎn)生一個控制信號以減小偏差。將偏差的比例(P)、積分(I) 和微分(D) 通過線性組合構(gòu)成控制量，對受控對象進(jìn)行控制。[10]在該系統(tǒng)中我們用軟件型設(shè)計(jì)這樣比較經(jīng)濟(jì)，也可充分利用PLC的功能。在恒壓供水中通過PID控制形式主要有以下兩種： PID 控制原理圖①硬件型：即通用專門的PID控制器，在使用時只需要在PID控制器上進(jìn)行線路的連接以及P ，I ，D 參數(shù)和目標(biāo)值的設(shè)定。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。它的控制原理是通過傳感器等檢測控制量(反饋量)，將控制量與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等) 進(jìn)行比較。AC。它忽略了很多因素：①直流電源的容量；② 電源方面的抗干擾措施；③輸出方面的保護(hù)措施；④系統(tǒng)的保護(hù)措施等。 表 輸入輸出點(diǎn)地址編號名 稱 地址編號供水模式信號(1白天，0夜間) 蓄水池的水位上下限信號 測試變頻器報警信號 指示燈測試信號 輸入信號壓力傳感器輸出模擬量電壓值 AIW01泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 3泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 蓄水池水位上下限報警指示燈 變頻器故障報警指示燈 白天模式運(yùn)行指示燈 報警電鈴 變頻器頻率復(fù)位控制 輸出信號變頻器輸入電壓信號 AQW0攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)17PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖如圖 所示。壓力變送器將測得的壓力值輸入 PLC 的擴(kuò)展模塊 EM235 的模擬量輸入端口作為模擬量輸入；手動按鈕用來控制白天/夜間兩種模式之間的切換，它作為開關(guān)量輸入；液位變送器把測得的水池水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號后送入比較器，在比較器中設(shè)定水池水位的上下限，當(dāng)超出上下限時，窗口比較其輸出高電平1，送入 ；變頻器的故障輸出端與 PLC 的 相連，作為變頻器故障報警信號； 作為試燈信號輸入口，用于手動檢測各個指示燈是否正常工作。~ 分別輸出三臺水泵電機(jī)的工頻/變頻運(yùn)行信號； 輸出水位超限報警信號； 輸出變頻器故障報警信號； 輸出白天模式運(yùn)行信號； 輸出報警電鈴信號； 輸出變頻器復(fù)位控制信號；AQW0 輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。EM235 是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了 4 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出的功能 。 擴(kuò)展模塊的選擇由于該系統(tǒng)中有壓力模擬量輸入，而 S7200 PLCPLC 的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，為了完成模擬的輸入，需要一個模擬量的擴(kuò)展模塊。[8]攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)15根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需輸入輸出端口的數(shù)目，還需要考慮到 PLC 端口數(shù)目要有一定的預(yù)留量，所以選用的西門子 S7200 型 PLC 的主模塊為CPU226，CPU226 的開關(guān)量輸入為 24 點(diǎn)，輸出為 16 點(diǎn)。S7200 系列 PLC 出色表現(xiàn)在以下幾個方面： 　 ①極高的可靠性； 　　②極豐富的指令集； 　?、垡子谡莆?； 　?、鼙憬莸牟僮?； 　　⑤豐富的內(nèi)置集成功能； 　?、迣?shí)時特性； 　　⑦強(qiáng)勁的通訊能力； 　?、嘭S富的擴(kuò)展模塊。壓力傳感器的接線圖如 所示：圖 壓力傳感器的接線圖 PLC 及擴(kuò)展模塊的選擇 PLC 機(jī)型選擇西門子公司的生產(chǎn)的 S7200 系列可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化系統(tǒng)中。供水系統(tǒng)的壓強(qiáng)可以根據(jù)液體壓強(qiáng)公式 計(jì)算，下面單位都是估gh??P計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單位 kg/m3，g=*m 2/s，一般情況下居民的樓高 h60 米，10??攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)14所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)管網(wǎng)輸出壓力值一般小于或等于 ，本系統(tǒng)選用YTZ150 型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感器，該傳感器水壓檢測壓力范圍為0～1MPa，檢測精度為土 ，可