【正文】 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖，如圖 所示： 圖 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)由 4 個數(shù)字輸入量和 1 個模擬輸入量組成。壓力變送器將測得的管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)輸入擴(kuò)展模塊 EM235 的模擬量輸入端口，將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳送至 PLC 進(jìn)行再處理； ；水池水位通過液位變送器 測得數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號傳送至窗口比較器，當(dāng)實(shí)際的水位超出窗口比較器中的水池水位上下限時(shí)，窗口比較器會輸出高電平 1，送入 ； 為故障報(bào)警信號端口； 為試燈信號，與開關(guān) SB7 相連，手動檢測時(shí)即可用此端口檢測各部件指示燈是否正常工作；開關(guān) SA1白天 /夜間兩種模式的切換。 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 本系統(tǒng)由 1 個模擬量輸出信號和 11 個數(shù)字量輸出信號組成。其中 ~分別負(fù)責(zé)輸出三臺水泵電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行信號； 號； 變頻器故障報(bào)警信號； 行信號； 報(bào)警電鈴信號； ； AQW0輸出的模擬信號用于控制變頻器的輸出頻率。 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，初略的說明了接線結(jié)構(gòu)。它忽略了以下因素： (1) 電源方面的抗干擾措施； (2) 直流電源的容量； (3) 輸出方面的保護(hù)措施； (4) 系統(tǒng)的保護(hù)措施等。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 16 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 硬件連接完成并整體檢測通過之后，系統(tǒng)的控制功能就要通過軟件來得以實(shí)現(xiàn)，結(jié)合樓宇水泵站的實(shí)際要 求，對水泵站軟件設(shè)計(jì)做了如下分析： (1) 處于“恒壓”要求的水泵工作組數(shù)量管理 為了保持恒定的水壓，在水壓降低時(shí)水泵電機(jī)需要提高工作頻率來獲得更多的提升力，在一臺水泵機(jī)組不能滿足要求的時(shí)候還需要另一臺水泵的介入。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值時(shí)，則滿足了啟動新水泵機(jī)組的要求，并及時(shí)的啟動。這一功能可通過 PLC 的比較指令得以實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際操作過程中往往會出現(xiàn)頻率的波動現(xiàn)象，所以在信號采集時(shí)還要考慮采取時(shí)間濾波，將尖峰值濾掉。 (2) 多泵組泵站泵組交互管理 由于設(shè)計(jì)之初水泵工作組之間希望全部實(shí)現(xiàn)軟啟動，并 且實(shí)現(xiàn)水泵之間的交替使用，所以在運(yùn)行時(shí)需要有管理規(guī)范。在本設(shè)計(jì)中，控制要求中規(guī)定水泵的連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過 3h，因此每次啟動的水泵工作組調(diào)整為變頻運(yùn)行是比較合理的，原來變頻運(yùn)行的工作組水泵則可以調(diào)整為工頻運(yùn)行或者停止運(yùn)行。具體的操作流程可以為：先將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻水泵工作組調(diào)整為工頻運(yùn)行，然后變頻器再復(fù)位，對新的工作組進(jìn)行相關(guān)操作。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，本設(shè)計(jì)中使用水泵號加 1 的方法實(shí)現(xiàn)來變頻水泵工作組的循環(huán)控制，這樣可以更有效的使各工作組之間的運(yùn)行時(shí)間達(dá)到平衡，有利于整體系統(tǒng)的使 用。 (3) 程序的結(jié)構(gòu)及功能實(shí)現(xiàn) 在對模擬量單元及 PID 進(jìn)行調(diào)節(jié)之前，需要將編制程序初始化并且中止系統(tǒng)程序運(yùn)行，本系統(tǒng)程序大致可分為主程序、子程序、中斷程序三部分。如果將系統(tǒng)初始化工作寫入初始化子程序中，不僅可以節(jié)省掃描時(shí)間，還能簡化系統(tǒng)操作程序和程序的寫作難度。如果想實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制，可以利用定時(shí)器的中斷功能予以實(shí)現(xiàn)。主程序可以實(shí)現(xiàn)多種功能，如泵切換信號的生成及處理和報(bào)警信號的收集和預(yù)處理等。由于白天、夜間兩種模式的給定管網(wǎng)壓力值不相同，需要事先將兩個恒定值是通過數(shù)字方式直接設(shè)定于程序 中。白天模式下設(shè)定值設(shè)定為總量程的 90%，夜間模式下設(shè)定值為總量程的 70%，具體情況可以更具實(shí)際用戶需求來調(diào)整。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 17 PLC 程序設(shè)計(jì) PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP 7MicroWINV40 編程軟件開發(fā)完成。該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言和功能塊圖 (FWD)語言。語句表 (STL)語言類似于計(jì)算機(jī)常用語言中的的匯編語言，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員特別適用于此語言，用戶程序由指令助記符實(shí)現(xiàn)，屬于直接面向機(jī)器硬件的機(jī)器語言，屬于 最基礎(chǔ)的編程語言。梯形圖 (LAD)語言與電氣控制原理圖十分相似，是目前編程語言中使用最廣泛的一種語言，與其它的計(jì)算機(jī)語言相比它能更快的被學(xué)習(xí)者接受和掌握，梯形圖可以算是 PLC 中的高級語言，系統(tǒng)硬件原理幾乎不用考慮，在編程時(shí)只需要按照實(shí)際需求編寫相應(yīng)的程序即可。因此，由于它的實(shí)用性和簡便性使它很容易被初級的電氣設(shè)計(jì)人員和維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具之一。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，在電路中學(xué)習(xí)到的相關(guān)模塊有輸入端和輸出端，輸出端和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用方法，如：與、或、非、異 或等邏輯運(yùn)算、模塊之間的連接方式等方面與電路的連接方式也是基本相同，可以很好兼容電路的知識。 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) PLC 主程序主要由系統(tǒng)的初始化程序、水泵電機(jī)變頻 /工頻切換程序、水泵電機(jī)起動程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量 (壓力、頻率 )比較計(jì)算程序和報(bào)警程序等模塊構(gòu)成。 (1) 系統(tǒng)的初始化程序 在系統(tǒng)開始工作之前，整個系統(tǒng)必須先進(jìn)行初始化操作，即在開始啟動的時(shí)候，系統(tǒng)會對各個部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如果出錯則系統(tǒng)會自動報(bào)警，如檢測正常，系統(tǒng)開始啟動。系統(tǒng)自檢通過后，接著系統(tǒng)會對變頻器變頻運(yùn)行的上下限頻 率、 PID 控制的各參數(shù)進(jìn)行初始化處理，設(shè)定值恢復(fù)為初值，在子程序初始化后，系統(tǒng)進(jìn)行中斷連接。系統(tǒng)進(jìn)行初始化的實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)用主程序中的子程序來是實(shí)現(xiàn)的。初始化完成后，緊接著系統(tǒng)需要重新設(shè)定白天、夜間兩種供水模式下給定水壓值和變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)等。如果數(shù)據(jù)不用重新設(shè)定，只需要回車即可。 (2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序 當(dāng) PID 調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率（或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率）且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，定時(shí)器計(jì)時(shí) 5min（以便消除水壓波動的干擾）后執(zhí)行工頻泵臺數(shù)加一（或減一）操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動脈 沖信號作用于水泵機(jī)組。 (3) 水泵的軟啟動程序 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18 增減泵或倒泵時(shí)復(fù)位變頻器為軟啟動做準(zhǔn)備，同時(shí)變頻泵號加一，并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動脈沖信號和下一臺水泵變頻啟動脈沖信號，延時(shí)后啟動運(yùn)行。 當(dāng)只有一臺變頻泵長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，對連續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行判斷，超過 3h則自動倒泵變頻運(yùn)行。 (4) 各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯程序 各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進(jìn)行說明。當(dāng)?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產(chǎn)生 1泵變頻啟動脈沖信號并且系統(tǒng)無故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位 1水泵變頻運(yùn)行信號、 1泵未工作在工頻狀態(tài)時(shí)， 置 1， KM2 常開觸點(diǎn)閉合接通變頻器，使 1水泵變頻運(yùn)行，同時(shí) KM2 常閉觸點(diǎn)打開防止 KM1 線圈得電，從而在變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖， KM2 的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能，其他水泵的運(yùn)行流程與上述一致。 (5) 各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯程序 水泵的工頻運(yùn)行不但取決于變頻泵的泵號，還取決于工頻泵的臺數(shù)。由于各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以 1水泵為例進(jìn)行說明。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動脈沖后，若當(dāng)前 2泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于 0，或者當(dāng)前 3泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于 1，則 置 1， KM1 線圈得電，使得 KM1 常開觸點(diǎn)閉合， 1水泵工頻運(yùn)行，同時(shí) KM1 常閉觸點(diǎn)打開防止 KM2 線圈得電，從而實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖， KM1 的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能，其他水泵的運(yùn)行流程與上述一致。 (6) 報(bào)警及故障處理程序 本系統(tǒng)中包括水池水位越限報(bào)警指示燈、變頻器故障報(bào)警指示燈白天模式運(yùn)行指示燈以及報(bào)警電鈴。當(dāng)故障信號產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)的指示燈會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時(shí)報(bào)警電鈴響起。而試燈按鈕按下時(shí)，各指示燈會一直點(diǎn)亮。 故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號和工頻泵運(yùn)行臺數(shù)，在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號。 由于 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復(fù)雜，不方便全部畫出，在此僅畫出其控制過程的流程圖。 主程序流程圖如圖 所示。由于在圖 中并未對各臺水泵的變頻和工頻運(yùn)行控制做詳細(xì)介紹，因此圖 和圖 對其作了完整的補(bǔ)充。其中圖 是以 2泵為例的變頻運(yùn)行控制流程圖，圖 是以 2泵為例的工頻運(yùn)行控制流程圖。 3泵的運(yùn)行控制情況與 2泵相似，在此就不再重復(fù)。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 19 開 始調(diào) 用 初 始 化子 程 序設(shè) 置 兩 種 模 式下 水 壓 給 定 值設(shè) 定 變 頻 泵 號變 頻 器 頻率 達(dá) 上 限定 時(shí) 5 m i n , 濾 波YN工 頻 泵 數(shù) 加 1 ， 產(chǎn)生 變 頻 啟 動 脈 沖變 頻 器 頻率 達(dá) 下 限Y定 時(shí) 5 m i n , 濾 波N工 頻 泵 數(shù) 減 1 ， 產(chǎn)生 變 頻 啟 動 脈 沖是 否 增 泵 或 倒 泵復(fù) 位 變 頻 器 ，變 頻 泵 號 加 1YN調(diào) 整 變 頻 泵號 ， 遇 4 變 1產(chǎn) 生 當(dāng) 前 泵 工 頻運(yùn) 行 ， 下 臺 泵 變頻 運(yùn) 行 啟 動 脈 沖變 頻 泵 單 獨(dú) 運(yùn)行 時(shí) 間 達(dá) 3 hYN產(chǎn) 生 倒 泵 信 號1 、 2 、 3 泵 變 頻運(yùn) 行 控 制1 、 2 、 3 泵 工 頻運(yùn) 行 控 制水 池 水 位 越 限YN水 位 越 限 報(bào) 警變 頻 器 故 障YN變 頻 器 故 障 報(bào) 警是 否 有 報(bào) 警YN變 頻 泵 號 置 1工 頻 泵 數(shù) 置 0產(chǎn) 生 故 障 結(jié) 束脈 沖程 序 結(jié) 束 圖 恒壓供水控制系統(tǒng)主程序流程圖 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 20 是 否 有 變 頻啟 動 脈 沖 信 號YN變 頻 泵 號是 否 為 2YN系 統(tǒng) 是 否 無 故 障YN是 否 無 變 頻 器復(fù) 位 脈 沖YN2 泵 是 否工 頻 運(yùn) 行NY2 泵 變 頻 運(yùn) 行開 始結(jié) 束開 始是 否 有 工 頻運(yùn) 行 啟 動 脈 沖YN幾 號 泵變 頻 運(yùn) 行 ？工 頻 泵 數(shù)是 否 大 于 0工 頻 泵 數(shù)是 否 大 于 13 泵變 頻 運(yùn) 行1 泵變 頻 運(yùn) 行YNYN2 泵 是 否變 頻 運(yùn) 行NY2 泵 工 頻 運(yùn) 行結(jié) 束 圖 2泵變頻運(yùn)行控制流程圖 圖 2泵工頻運(yùn)行控制流程圖 控制系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì) (1) 初始化子程序 SBR_0 首先初始化變頻運(yùn)行的上下限頻率，在第二章系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中已說明水泵變頻運(yùn)行的上下限頻率分別為 50HZ 和 20HZ。假設(shè)所選變頻器的輸出頻率范圍為0~100HZ，則上下限給定值分別為 16000 和 6400。在初始化 PID 控制的各參數(shù)（ Kc、Ts、 Ti、 Td），各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中詳細(xì)介紹。最后再設(shè)置定時(shí)中斷和中斷連接。具體程序梯形圖 如圖 所示。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 21 圖 初始化子程序 SBR_0 梯形圖 (2) PID 控制中斷子程序 首先將由 AIW0 輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，經(jīng)過 PID 運(yùn)算后，再將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成輸出值，由 AQW0 輸出模擬信號。具體程序梯形圖如圖 所示。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 22