【正文】 形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。在線編程方式： CPU 和編程器各有自己的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。 ⑴ . 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 3．控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。 1．輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 第 9頁 (共 39頁 ) I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適量的余量，通常根據(jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，在增加10%～ 20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。豐富的功能為 PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為節(jié)水行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。 可以說，凡普通小型計(jì)算機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的功能， PLC 幾乎也 都有可以做到。其功能要比繼電控制裝置多的多、強(qiáng)的多。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出的 物理過程一般不考慮的。 PLC 是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器，它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)，它通過運(yùn)行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的控制?；馂?zāi)結(jié)束后三臺泵再改為生活供水使用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。 下面以一個(gè)三泵生活 /消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，如圖 22 所示，市網(wǎng)來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 TV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則 自動往水箱中注水。 調(diào)節(jié)器的輸出信號一般式模擬信號， 4~20mA 變化的電流信號或 0~10V 間變化的電壓信號。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比 例 積分 微分調(diào)節(jié)，俗稱 PID 調(diào)節(jié)。如果給定值大于實(shí)測值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 3. 根據(jù)給定值和實(shí)測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。 2. 接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實(shí)測值。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 恒壓供水泵站的示意圖，如圖 21 所示，圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的 出水口。這也有兩種配置方式，一是為每臺水泵電機(jī)配一臺變頻器，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)多臺水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。 輸入 /輸出信號在 PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 2. 價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、 I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能 相差 40%以上。如對 PLC 與 PLC、 PLC與智能儀表以及上位機(jī)之間靈活方便的通訊要求；或?qū)?PLC 的計(jì)算速度、用戶 第 5頁 (共 39頁 ) 程序容量有特殊要求的；或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組的輸出只能有一個(gè)電源的種類和等級 。 I/O 點(diǎn)是性質(zhì)主要是指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設(shè)。 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后。 控制對象以及控制裝置確定后，還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。其實(shí)現(xiàn)在的可編程不僅處理開關(guān)量，而且對模擬量的處理能力也很強(qiáng)。 隨著 PLC 功能的不斷完善和提高， PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件 /軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。根據(jù)用水 量的大小量的大小由 PLC 控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 供水系統(tǒng)共有 3 臺泵組電機(jī)，在根據(jù)水壓決定投入泵組臺數(shù)后，只有最初投入的電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，其它后投入的電機(jī)則在工頻下全速運(yùn)行，泵組電機(jī)的切換過程由邏輯控制單元PLC 實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括 PLC 的程序設(shè)計(jì)和變頻器的功能參數(shù)設(shè)定，這里主要討論 PLC 的程序設(shè)計(jì)， PLC 的程序設(shè)計(jì)包括手動控制和自動控制的程序設(shè)計(jì)，手動部分是通過按鈕控制水泵在工頻下運(yùn)行和停止，主要考慮系統(tǒng)調(diào)試或檢修時(shí)用。 恒壓供水系統(tǒng)的選型 該系統(tǒng)是由儲水系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、回水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)（手動控制、自動控制）組成，對象系統(tǒng)由三臺不同功率的水泵機(jī)組組成，都為常規(guī)變頻循環(huán)泵，用于模擬正常模式下的生活供水動力系統(tǒng)，回水系統(tǒng)采用有機(jī)玻璃材料結(jié)構(gòu)，以使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有可觀察性。 因此，進(jìn)行變頻恒壓供水系統(tǒng)的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以推動變頻恒壓供水系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展，擴(kuò)大 PLC 在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟(jì)和理論研究的價(jià)值。 第 2頁 (共 39頁 ) PLC 是集自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，已躍居工業(yè)自動化三大支柱（ PLC、 ROBOT、 CAD/CAM）的首位。 本課題設(shè)計(jì)的背景 隨著變壓器調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供 水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)，然而，由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（水泵），在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會出現(xiàn)一些理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個(gè)典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實(shí)踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。 變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。采用變頻器及 PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無塔恒壓供水系統(tǒng)，不僅能提高供水質(zhì)量，而且在節(jié)約能源和運(yùn)行可靠性具有較好的改善。 [關(guān)鍵詞 ] 可編程序控制器（ PLC) 變壓變頻調(diào)速 恒壓供水 第 1頁 (共 39頁 ) 第 1 章 緒論 隨著各住宅 小區(qū)的宿舍樓等一座座高樓拔地而起，相應(yīng)的生活用水量也大幅度增加。通過對變頻器內(nèi)置 PID 模塊參數(shù)的預(yù)置，利用遠(yuǎn)傳壓力表的水壓反饋量，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)用水量的變化采取 PID 調(diào)節(jié)方式，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級調(diào)節(jié)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)恒壓供水且有效節(jié)能。再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。 四、設(shè)計(jì)的工作步驟、進(jìn)度與時(shí)間安排 （ 1）系統(tǒng)主要設(shè)備選型； （ 2） PLC 及其模塊的選型； （ 3）變頻器的選型； （ 4）系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)； （ 5）系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)； （ 6） PLC 的 I/O 端口分配及外圍接線； （ 7）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)； （ 8） PLC 程序設(shè)計(jì)； （ 9） PID 參數(shù)整定； 畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 2021 年 11 月 3 日 ~2021 年 11 月 20 日：熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求、任務(wù)；收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的論文、資料，方案論證 與選擇； V 2021 年 11 月 21 日 ~2021 年 12 月 20 日：初步完成系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)配置與選型； 2021 年 12 月 21 日 ~2021 年 1 月 20 日：完善系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)； 2021 年 1 月 20 日 ~2021 年 2 月 10 日：繪制軟件框圖、編寫梯形圖及梯形圖調(diào)試； 2021 年 2 月 10 日 ~2021 年 3 月 15 日：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書； 2021 年 3 月 16 日 ~2021 年 4 月 15 日：繪制圖紙； 2021 年 4 月 16 日 ~2021 年 6 月 20 日：論文修改與 答辯。但是，單一地調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行性能 的惡化。 根據(jù)公式（ n=60f/p（ 1s））可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 基本上與電源頻率 f 成正比。硬件設(shè)備選型、 PLC 選型、估算所需 I/O 點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行 I/O 模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、 I/O 連接圖、分配 I/O 點(diǎn)數(shù)、列出 I/O 分配表，設(shè)計(jì)梯形圖控制程序，對程序進(jìn)行調(diào)試和修改并設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。 PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程控制器、壓力變送器、和水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有 4 臺泵，大泵電動機(jī)功率均為220KW，小泵功率均為 160KW；所有泵可設(shè)計(jì)成變頻循環(huán)軟啟動的工作方式；采用 PID 算法實(shí)現(xiàn)水壓的閉環(huán)控制；西門子 S7200 型系列 PLC 控制變頻及現(xiàn)場IV 設(shè)備的運(yùn)行；系統(tǒng)具有自動 /手動操作功能；具有故障自診和自處理能力，對過流，欠壓，過壓等變頻器故障均能自行診斷，并發(fā)出報(bào)警信號。 可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的，因此 ，有待于進(jìn)一步研究改善，使其能更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。原深圳華為電氣公司（現(xiàn)已改名艾默生）和成都希望集團(tuán)（森蘭牌變頻器）也推出了恒壓供水專用變頻器（ ）， 無需外接 PLC 盒 PID 調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起動、停止和定時(shí)循環(huán)（丹麥丹弗斯公司的 VLT 系列變頻器可實(shí)現(xiàn)七臺水泵機(jī)組的切換）。 目前國內(nèi)有不少公司都在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)；有的采用 PLC 及相應(yīng)軟件予以實(shí)現(xiàn)。即1968 年，丹麥的丹弗斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器后，隨著變頻器技術(shù)的發(fā)展III 和變頻恒壓系統(tǒng)的穩(wěn) 定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)先以及顯著地節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)認(rèn)可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像瑞士的 ABB 集團(tuán)推出了 HVAC 變頻技術(shù)，法國的施耐德公司推出了恒壓供水基板，備有 PID 調(diào)節(jié)器和 PLC 可編程控制器等硬件繼承在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn) PLC 和 PID 等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機(jī)的供水系統(tǒng)。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足供水量大小需求的不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理和監(jiān)控；同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對于調(diào)高企業(yè)效率以及人民生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它采用了微機(jī)控制技術(shù)，電力電子技術(shù)和電機(jī)傳 動調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)交流電動機(jī)的無極調(diào)速，具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)用水量的變化，自動調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)，在水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。 廣 東 南 方 職 業(yè) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 名 稱 基于 PLC 與變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 （部） 工程系 專 業(yè) 班 級 12 級機(jī)電 1 班 學(xué) 生 姓 名 葉木秀 指 導(dǎo) 教 師 萬三國 時(shí) 間 2021 年 11 月至 2021 年 6 月 目 錄 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )任務(wù)書 ........................................................................................