恒壓供水系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)

摘 要 本文介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，說(shuō)明了可編程控制器（PLC）在恒壓供水系統(tǒng)中所擔(dān)任的角色。從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案和實(shí)際需求分析開(kāi)始，緊密的聯(lián)系實(shí)際生活的需要，力求做到使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，解決實(shí)際中問(wèn)題，保證供水安全、快捷、可靠。恒壓供水保證了供水質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞:PLC；恒壓供水；變頻器目 錄第一章 簡(jiǎn)述1.1 控制系統(tǒng)的選擇11.2 可編程控制器（PLC）歷史與發(fā)展趨勢(shì)21.2.1 可編程控制器的歷史21.2.2 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)31.3 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn)31.3.1 PLC的基本功能31.3.2 PLC的特點(diǎn)41.3.3 PLC的分類(lèi)41.4 可編程控制器的組成和工作原理51.4.1可編程控制器的硬件組成51.4.2 可編程控制器的軟件系統(tǒng)和程序61.4.3可編程控制器的工作原理6第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成82.2 系統(tǒng)控制要求92.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配102.4 系統(tǒng)選型112.5 PLC模擬量模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用112.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標(biāo)112.5.2 校準(zhǔn)及配置122.5.3 EM235的安裝使用132.5.4 EM235工作程序編制132.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖14第三章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)3.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理173.2多泵組泵站泵組管理規(guī)范173.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn)17結(jié)束語(yǔ)28參考文獻(xiàn)29前 言隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水質(zhì)量要求的不斷提高，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(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對(duì)原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問(wèn)題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對(duì)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(wèn)題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。第一章 簡(jiǎn)述1.1控制系統(tǒng)的選擇隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔8位、16位單片機(jī)的普及，單片機(jī)軋管系統(tǒng)由單片計(jì)算機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是單片機(jī)本身小巧、功耗低，實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)，但是其軟、硬件的開(kāi)發(fā)必須借助于開(kāi)發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開(kāi)發(fā)能力。繼電器控制裝置是采用硬邏輯的方式，一個(gè)繼電器線圈的通斷將會(huì)同時(shí)影響該繼電器的所有常開(kāi)常閉觸點(diǎn)動(dòng)作，同觸點(diǎn)在控制線路的位置無(wú)關(guān)。雖然繼電器控制不需要很強(qiáng)的軟、硬件支持。價(jià)格相對(duì)便宜，但是性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動(dòng)控制功能。PLC是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它以微處理器為核心，有機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其特點(diǎn)如下：(一) 高可靠性1.所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離，防止外部高壓的竄入。2.各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms，有效的抑制了高頻抗干擾信號(hào)。3.在PLC電路中設(shè)置了“看門(mén)狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來(lái)。4.采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。5.對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。6.良好的自診斷功能，一旦電源或其它軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。7.大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。(二)豐富的I/O接口模塊 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話(huà)的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。(三) 采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。 (四) 編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。(五) 安裝簡(jiǎn)單，維修方便PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。使用方便。PLC的結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)的通訊和輸入、輸出能力，而且其模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活的配置能力，使用戶(hù)可以靈活組成各種規(guī)模和不同要求的控制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短。用PLC完成一項(xiàng)控制工程時(shí)，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行，縮短了周期。PLC的功能有：1.邏輯控制；2.定時(shí)控制；3.計(jì)數(shù)控制；4.PID控制；5. 數(shù)據(jù)控制；6. 通信和聯(lián)網(wǎng)；7其它PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可靠性高，抗振防潮和耐熱能力強(qiáng)，使之易于安裝在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部，制造出機(jī)電一體化產(chǎn)品。鑒于PLC的諸多優(yōu)勢(shì)，結(jié)合機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要，選擇日本三菱公司的S7-200系列可編程控器。SIMATIC S7-200系列PLC是西門(mén)子公司生產(chǎn)的具有高性能價(jià)格比的小型可編程控制器，由于它具有控制能力強(qiáng)、體積小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。1.2可編程控制器（PLC）的歷史與發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 可編程控制器(PLC)的歷史可編程控制器（Progremmable Controller,PC）是進(jìn)幾年迅速發(fā)展并得廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。早年的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，因此被稱(chēng)為可編程順序邏輯控制器（Programmable Logy Controller）.這時(shí)的PLC基本上是（硬）繼電器控制裝置的替代物，主要用于實(shí)現(xiàn)原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)、記數(shù)等功能。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）與1987年2月在頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中將其一步定義為：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的內(nèi)存，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。20世紀(jì)70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨變。美國(guó)、日本、德國(guó)等一些廠商先后開(kāi)采用微處理器作為PLC的CPU，這樣使PLC的功能大大的增強(qiáng)。20世紀(jì)80年代，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展微處理器價(jià)格大幅下跌，使得各種類(lèi)型的PLC所采用的CPU的檔次譜偏提高，一般采用16位和32位的CPU。目前，世界上約有200家PLC生產(chǎn)廠家。其中，美國(guó)的（Rockwell）、(GE)，德國(guó)的西門(mén)子（Siemems）,法國(guó)的施耐德（Schmeider）, 日本的三菱，奧姆龍（Omron）還有我國(guó)江蘇嘉華，他們從只有幾十個(gè)點(diǎn)（I/O總點(diǎn)數(shù)）的微型PLC到上萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的巨型PLC?？梢灶A(yù)見(jiàn)PLC將會(huì)是電氣控制裝置的主要控制組件。1.2.2 可編程控制器的發(fā)展與趨勢(shì)由于工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的多樣性，今后幾年的PLC技術(shù)將圍繞如下幾個(gè)方面發(fā)展。（1）進(jìn)一步加快CPU的處理速度。全面使用高速CPU芯片和24位、32位、64位RIST芯片；采用新型體系結(jié)構(gòu)，工作方式使掃描和中斷并存；各種模塊自能化，部分系統(tǒng)程序用門(mén)陣列電路固化，這樣可以使速度達(dá)到ns級(jí)。（2）變革操作控制方式。大量使用中斷驅(qū)動(dòng)方式，以增加對(duì)輸入/輸出（I/O）的快速反應(yīng)能力。（3）發(fā)展自能化模塊。自能化模塊主要有：通信模塊、位置控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊與控制模塊、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換模塊、PID控制模塊及一些自能化I/O模塊。（4）進(jìn)一步提高可靠性。PLC將在硬件上采用多CPU的容錯(cuò)系統(tǒng)，軟件上開(kāi)發(fā)更加高級(jí)的診斷程序，以及發(fā)展軟件的容錯(cuò)技術(shù)，增強(qiáng)PLC的自診斷和外部故障檢測(cè)功能等。在PLC線路中采用隔離技術(shù)防止外部高壓的竄入；采用濾波技術(shù)，可以有效抑制高頻干擾信號(hào)；還設(shè)置了“看門(mén)狗”電路，能把因干擾而飛走的程序拉回來(lái)，從而起到自動(dòng)恢復(fù)作用。 可見(jiàn)PLC實(shí)質(zhì)上是一種面向用戶(hù)的工業(yè)控制專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，它與通用計(jì)算機(jī)相比有其自身的特點(diǎn)。（1）提供更方便靈活的編程方法，PLC的使用更加的方便。最大特點(diǎn)是采用清晰直觀的繼電器控制線路演化過(guò)來(lái)的梯形圖作為編程語(yǔ)言，梯形圖是面向控制過(guò)程，面向操作人員的語(yǔ)言。因此梯形圖程序簡(jiǎn)單易學(xué)，易修改，深受電器工作人員的歡迎。（2）PLC的結(jié)構(gòu)和規(guī)模將更加兩極化更強(qiáng)大和更小巧。更強(qiáng)大是指存儲(chǔ)容量更大，I/O點(diǎn)數(shù)更多，執(zhí)行速度更高，智能化程度更強(qiáng)，數(shù)據(jù)更安全；更小巧是指體積更小，價(jià)格更底，但性能更強(qiáng)的微型化PLC。（3）PLC產(chǎn)品更加規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化將有利于PLC的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)。（4）加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)功能。加強(qiáng)PLC與PLC之間，PLC與計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)能力，為實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化提供必要的條件。這樣可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、交換和處理。1.3 可編程控制器的基本功能和特點(diǎn)1.3.1 PLC的基本功能（1)邏輯控制功能邏輯控制功能實(shí)際上就是位處理功能，是可編程控制器的最基本的功能之一。PLC設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場(chǎng)（開(kāi)關(guān)、按扭或其它傳感器）的狀態(tài)，按照制定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象（電磁閥、接觸器、繼電器、指示燈等）。因此PLC中一個(gè)邏輯位的狀態(tài)可以無(wú)限次地使用，邏輯關(guān)系的修改變更也十分方便。（2）定時(shí)控制功能PLC中用戶(hù)提供使用的定時(shí)器，定時(shí)器的設(shè)定值（定時(shí)時(shí)間）可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。（3）記數(shù)控制功能PLC為用戶(hù)提供了很多計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器到某一定值時(shí)（設(shè)定值），產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，利用該信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的記數(shù)控制。PLC將根據(jù)用戶(hù)用計(jì)數(shù)器指令指定的計(jì)數(shù)器對(duì)某個(gè)控制信號(hào)的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以完成對(duì)某個(gè)工作過(guò)程的計(jì)數(shù)控制。（4）步進(jìn)控制功能PLC為用戶(hù)提供了若干個(gè)狀態(tài)器，可以實(shí)現(xiàn)由時(shí)間、技術(shù)和其它指定邏輯信號(hào)為轉(zhuǎn)移條件的步進(jìn)控制，即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)移條件滿(mǎn)足時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。（5）數(shù)據(jù)處理功能大部分PLC都有數(shù)據(jù)處理功能，可實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、譯碼等操作。（6）程控功能有些PLC具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能方便地對(duì)仿真量的控制調(diào)節(jié)。（7）通信聯(lián)網(wǎng)功能有些PLC采用通信技術(shù)，可以多臺(tái)PLC之間的同位鏈接、PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信等。（8）監(jiān)控功能PLC設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能。操作人員利用編程器或監(jiān)視器可對(duì)PLC的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。利用編程器可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并根據(jù)需要改變PLC內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容為調(diào)試和維護(hù)提供極大的方便。（9）停電記憶功能PLC內(nèi)部的部分內(nèi)存所使用的 RAM 設(shè)置了停電保持器件（如備用電池），以保證斷電后這部分內(nèi)存中的信息不會(huì)丟失。（10）故障診斷功能PLC可對(duì)系統(tǒng)組成、某些硬件狀態(tài)及指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類(lèi)型，如屬?lài)?yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行。1.3.2 PLC的特點(diǎn)PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，30年來(lái)，可編程控制器從無(wú)到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步，其領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、程控、及集散控制等各種任務(wù)的跨越，今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，主要特點(diǎn)有：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能適應(yīng)工廠環(huán)境；2.編程簡(jiǎn)單、直觀，可邊學(xué)邊用；3.適應(yīng)性好，具有柔性；4.功能完善，接口多樣；5.易于操作，維護(hù)方便；6.體積小、功能強(qiáng)大、用途廣1.3.3 PLC的分類(lèi)PLC的種類(lèi)很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。因此，PLC的分類(lèi)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實(shí)現(xiàn)的功能大致地分類(lèi)。a.按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)：PLC按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分整體式和模塊式。整體式PLC ： 整體式PLC的 CPU、內(nèi)存、I/O 安裝在同一機(jī)體內(nèi)（如三菱的FX系列）。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低。適用于嵌入控制設(shè)備的內(nèi)部，常用于單機(jī)控制。模塊式PLC ： 組合式PLC為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽，每個(gè)總線槽上可安裝一個(gè)PLC模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。配置靈活、組裝方便、擴(kuò)展容易。b.按I/O點(diǎn)數(shù)和功能分類(lèi)：I/O的點(diǎn)數(shù)是衡量PLC 控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)?？煞譃樾⌒蚉LC、中型PLC和大型PLC.（1） 微型PLC I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)（2） 小型PLC I/O點(diǎn)數(shù)在64-256點(diǎn)之間。（3） 中型PLC I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)512點(diǎn)之間。（4） 大型PLC I/O點(diǎn)數(shù)在5128192之間。（5） 超大型PLC 大于8192點(diǎn)c.按控制實(shí)現(xiàn)的功能分類(lèi)：按照PLC所能實(shí)現(xiàn)的功能不同，可以把PLC大致地分為低檔PLC、中檔PLC和高檔PLC三類(lèi)。1.4可編程控制器的組成和工作原理1.4.1 可編程控制器的硬件組成PLC主要有中央處理器（CPU）、內(nèi)存（RAM、EPROM）、I/O、電源、擴(kuò)展接口和編程器接口等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示（1）CPU模塊 在PLC系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶(hù)程序，刷新系統(tǒng)的輸出。（2）I/O模塊 輸入（INPUT）模塊和輸出（OUTPUT）模塊簡(jiǎn)稱(chēng)I/O模塊，他們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。 輸入模塊用來(lái)接受和采集輸入信號(hào)，數(shù)字量輸入模塊用來(lái)接受從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、等數(shù)字信號(hào)，模擬輸入模塊用來(lái)接收電位器，測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。數(shù)字量輸入模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警器裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。 CPU模塊的工作電壓一般是DC5V，而PLC的輸出/輸出信號(hào)電壓信號(hào)一般較高，如DC5V和AC220V，可防止從外部引入的尖峰電壓和干擾信號(hào)可能損壞CPU模塊中的元器件或影響PLC的正常工作。I/O模塊中，用光電耦合器、小型繼電器等器件來(lái)隔離外部輸入電路和負(fù)載，I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。（1） 編程裝置編程裝置用來(lái)生成用戶(hù)程序，并對(duì)它進(jìn)行編輯、檢查和修改，掌上型編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它體積小，價(jià)格便宜，一般用來(lái)給小型PLC編程，或者用來(lái)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維修。使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同的編程語(yǔ)言的相互轉(zhuǎn)換，程序被編譯下載到PLC也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送?？梢杂镁幊誊浖O(shè)置PLC內(nèi)部的各種參數(shù)，通過(guò)通信，可以顯示梯形圖中的觸點(diǎn)和線圈的通斷情況，以及運(yùn)行時(shí)PLC內(nèi)部的各種參數(shù)，對(duì)于查找故障非常有用。（2） 電源 PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為各模塊提供各種直流電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶(hù)提供。1.4.2 可編程控制的軟件系統(tǒng)和程序PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，不僅有硬件，軟件也是必不可少的。在PLC中軟件分為兩大部分，即系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序。(a) 系統(tǒng)程序是PLC賴(lài)以工作的基礎(chǔ)，采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，在PLC出廠時(shí)就已固化于ROM型系統(tǒng)程序內(nèi)存中，不需要用戶(hù)干擾。系統(tǒng)程序分為系統(tǒng)監(jiān)控程序和解釋程序。 (b) 用戶(hù)程序又稱(chēng)為應(yīng)用程序，是用戶(hù)為完成某一特定任務(wù)而利用PLC的編程語(yǔ)言而編制的程序。用戶(hù)程序通過(guò)編程器輸入到PLC的用戶(hù)內(nèi)存中，通過(guò)PLC的運(yùn)行而完成這一特定的任務(wù)。1.4.3 可編程控制器的工作原理PLC內(nèi)部有許多具有不同功能的器件，實(shí)際上這些器件是由電子電路和內(nèi)存組成的。例如，輸入繼電器 X由輸入電路和映像輸入觸點(diǎn)的內(nèi)存組成；輸出繼電器Y由輸出電路和映像輸出點(diǎn)的內(nèi)存組成；定時(shí)器T、記數(shù)器C、輔助繼電器M、狀態(tài)器S、數(shù)據(jù)寄存器D、變址積存器V/Z等都有內(nèi)存組成。為了把它們與普通的硬件區(qū)分開(kāi)，通常把上面的器件稱(chēng)為軟器件。從工作過(guò)程看，只注重器件的功能和器件的名稱(chēng)。如，輸入繼電器X、輸出繼電器Y等，而且每個(gè)器件都有確定的地址編號(hào)，這對(duì)編程十分重要。PLC的工作原理可概括為：在系統(tǒng)管理程監(jiān)控下，對(duì)I/O集中采樣、順序執(zhí)行用戶(hù)程序并將運(yùn)算結(jié)果集中輸出的工作過(guò)程。與計(jì)算機(jī)不同的是，計(jì)算機(jī)一般采用查詢(xún)等待命令的工序的執(zhí)行并轉(zhuǎn)到相應(yīng)子程序。因此，當(dāng)控制軟件發(fā)生故障時(shí)，會(huì)一直等待鍵盤(pán)或I/O命令，可能發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。而PLC作為專(zhuān)用工業(yè)控制機(jī)，一般采用掃描用戶(hù)程序工作方式，系統(tǒng)管理及應(yīng)用程序的執(zhí)行全部是以循環(huán)掃描方式完成。當(dāng)軟件發(fā)生故障時(shí)，可以定時(shí)執(zhí)行下一輪掃描，避免了死機(jī)現(xiàn)象，因此可靠性更高第二章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 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。配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式，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(mǎi)變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)陪一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)見(jiàn)可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵共頻運(yùn)行，以滿(mǎn)足不同用水兩的需求。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖2所示，圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，水壓升高。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。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。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。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享一個(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。（2）接受傳感器送來(lái)的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置稱(chēng)為回饋，調(diào)節(jié)器實(shí)回饋的接受點(diǎn)。（3）根據(jù)給定值和實(shí)測(cè)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(hào)。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測(cè)水壓的回饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如果給定值大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)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。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。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(wèn)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(chēng)PID調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D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(lèi)，以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般式模擬信號(hào)，420mA變化的電流信號(hào)或010V間變化的電壓信號(hào)。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。下面以一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程，如圖3所示，市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器EQ來(lái)控制注水閥TV1，它們自動(dòng)把水注滿(mǎn)儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高/低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為底水位報(bào)警用。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。生活用水和消防用水共享三臺(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?；馂?zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用2.2 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)底恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行；（2）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開(kāi)先停”的原則介入和退出；（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)；（4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能；（5）要有完整的報(bào)警功能；（6）對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。2.3 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。PLC是通過(guò)I/O單元完成此工作的。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。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向PLC提供信號(hào)，包括人為的控制信號(hào)和能描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等提供的開(kāi)關(guān)量。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CUP能夠接受和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò)CUP處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。根據(jù)圖2 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(chēng)、代碼及地址編號(hào)如下表1所示。水位上下限信號(hào)分別位I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為0，露出時(shí)為1。表1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱(chēng)代 碼地址編號(hào) 輸 入 信 號(hào)手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào)SA1I0.0水池水位下限信號(hào)SLLI0.1水池水位上限信號(hào)SLHI0.2變頻器報(bào)警信號(hào)SUI0.3消鈴按鈕SB9I0.4試燈按鈕SB10I0.5遠(yuǎn)程壓力表模擬量變壓值UAIW0輸 出 信 號(hào) 1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1，HL1Q0.01#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2，HL2Q0.12#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3，HL3Q0.22#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4，HL4Q0.33#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5，HL5Q0.43#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6，HL6Q0.5生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Q1.0輸 出 信 號(hào)水池水位下限報(bào)警指示燈HL7Q1.1變頻器故障報(bào)警指示燈HL8Q1.2火災(zāi)報(bào)警指示燈HL9Q1.3報(bào)警電鈴HAQ1.4變頻器頻率復(fù)位控制KAQ1.5控制變頻器頻率用電電壓UFAQW02.4 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)。如果選用CPU 224 PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用CUO 266 PLC則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。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CUP222（8入/6繼電器輸出）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）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖42.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用PLC的普通輸入輸出埠均為開(kāi)關(guān)量處理埠，了使PLC能完成模擬量的處理,常見(jiàn)的方法是為整體式PLC加配模擬量擴(kuò)展單元。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。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù)/轉(zhuǎn)換的，也兼有模/數(shù)和數(shù)/模兩種功能的，以下介紹S7-200系列PLC的模擬量擴(kuò)展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸入，可以用于恒壓供水控制中。2.5.1 EM235模擬量工作單元性能指針表2 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信號(hào)范圍 電壓輸出 電流輸出10020 mA輸入濾波衰減-3dB，3.1kHz分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器隔離否分辨率，滿(mǎn)量程 電壓 電流12位11位輸入類(lèi)型差分輸入范圍電壓?jiǎn)螛O性010V，05V01V，0500mV電壓電流-32000+320000+32000電壓雙極性電流0100Mv,050mV10V，5V，2.5V1V，500mV，250Mv100mV, 50mV, 25mv020mA精度最差情況055電壓輸出電流輸出2%滿(mǎn)量程2%滿(mǎn)量程精度最差情況055電壓輸出電流輸出典型，25電壓輸出電流輸出2%滿(mǎn)量程2%滿(mǎn)量程5%滿(mǎn)量程5%滿(mǎn)量程輸入分辨率AD轉(zhuǎn)換時(shí)間250s模擬輸入階躍響應(yīng)1.5 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12V24VDC電壓范圍20.428.8V設(shè)置時(shí)間電壓輸出電流輸出100s2ms數(shù)據(jù)字格式雙極性，滿(mǎn)量程單極性，滿(mǎn)量程-32000+32000032000 為能適用各種規(guī)格的輸入、輸出兩，模擬量處理模塊都設(shè)計(jì)成可編程，而轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量一般具有固定的長(zhǎng)度及格式。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)電壓量以方便與其它控制接口。上表中，輸入、輸出信號(hào)范圍欄給出了EM235的輸出、輸入信號(hào)規(guī)格，以供選用。2.5.2 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(lèi)型對(duì)模塊進(jìn)行一些設(shè)定。校準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿(mǎn)度。2.5.3 EM235的安裝使用 （1）根據(jù)輸入信號(hào)的類(lèi)型及變化范圍設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)，完成模塊的配置工作。必要時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。 （2）完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號(hào)的類(lèi)型不同，采用不同的接入方式。為防止空置端對(duì)接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能短，且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，要保證24VDC傳感器電源無(wú)噪聲、穩(wěn)定可靠。（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)。S7-200擴(kuò)展單元安裝時(shí)在主機(jī)的右邊依次排列，并從模塊0開(kāi)始編號(hào)。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。（4）為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字處理及為了輸出需要在模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，要在主機(jī)中安排一定的存儲(chǔ)單元。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。而在主機(jī)的變量存儲(chǔ)區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的的中間數(shù)據(jù)。2.5.4 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。在該子程序中完成采樣次數(shù)餓預(yù)置頂及采樣和單元清零的工作，為開(kāi)始工作做好準(zhǔn)備。（2）設(shè)置模塊檢測(cè)子程序。該子程序檢查模塊的連接的正確性以及模塊工作的正確性。（3）設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計(jì)算工作。（4）工程所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。（5）處理后模擬量的輸出工作。S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和積木式，即主機(jī)包含一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能的模塊。一個(gè)完整的系統(tǒng)組成如圖5 （1）基本單元 基本單元（Basic Unit）有時(shí)又稱(chēng)CUP模塊，也有的稱(chēng)之為主機(jī)或本機(jī)。它包括CUP、內(nèi)存、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等，是PLC的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。（2）擴(kuò)展單元 主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶(hù)可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的 I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)由多種因素共同決定的。（3）特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。（4）相關(guān)設(shè)備 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)操作接口和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。（5）工業(yè)軟件 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(lèi)構(gòu)成。EM235安裝使用（1）根據(jù)輸入信號(hào)的類(lèi)型以及范圍設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)，完成模塊的控制工作。（2）完成硬件的接線工作。（3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由按裝位置確定模塊的編號(hào)。（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。S7-200 PLC的電源電壓有（20.428.8）VDC和（85264）VAC兩種，主機(jī)上還集成了24V直流電源，可以直接用與連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的輸出類(lèi)型有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式。它可以用普通輸入端子撲捉比CUP掃描周期更快的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速記數(shù)。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)。可以用模塊上的電位器來(lái)改變它對(duì)應(yīng)的特素積存器的數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)更改程序應(yīng)用中的一些參數(shù)，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過(guò)程量的控制參數(shù)等。2.5.5 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。（1）主電路圖如下圖6所示為電控系統(tǒng)主電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)超載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器喝三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡(jiǎn)單的一般變頻器。（2）控制電路圖圖7所示電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中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的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1SB2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程控下運(yùn)行。圖中的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的電源指示燈。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)為一組共享一個(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。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.0Q1.5為PLC輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào)，可結(jié)合PLC外圍接線圖一起讀圖。第三章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)硬件條件確定后，系統(tǒng)得控制功能主要通過(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：3.1 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(mǎn)足要求時(shí)，需啟動(dòng)第2臺(tái)或第3太泵。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可以同過(guò)比較指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器的工作頻率達(dá)到上限的確定性，應(yīng)該濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。3.2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?？刂埔笾幸?guī)定任意一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)3h，因此每次需要啟動(dòng)新泵或切換變頻泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。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)。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問(wèn)題就是泵的工作循環(huán)控制，這里我們使用泵號(hào)加1的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制（3加1等于零），用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。3.3 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。系統(tǒng)的一些初始化的工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。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。邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在豬程序。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。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿(mǎn)量程的70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿(mǎn)量程的90%。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。初步確定的增益時(shí)間常數(shù)為增益采樣時(shí)間積分時(shí)間程序中使用的PLC元器件及其功能如下表3表3 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VD108PI計(jì)算值M0.0故障結(jié)束脈沖信號(hào)VD112比例系數(shù)M0.1泵變頻啟動(dòng)脈沖VD116積分時(shí)間M0.3復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖VD120積分時(shí)間M0.4復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動(dòng)泵脈沖VD124微分時(shí)間M0.5當(dāng)前泵工頻運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)脈沖VD204變頻起運(yùn)動(dòng)頻率下限值M0.6新泵變頻啟動(dòng)脈沖VD208生活供水變頻器運(yùn)動(dòng)頻率上限值M2.0泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD212消防供水變頻器運(yùn)動(dòng)頻率上限值M2.1泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD250PI調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元M2.2泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD300變頻工作泵的泵號(hào)M3.0故障信號(hào)總匯VD301工頻運(yùn)行的泵的總臺(tái)數(shù)M3.1水池水位下限故障邏輯VD310倒泵時(shí)間內(nèi)存M3.2水池水位下限故障消鈴邏輯T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.3變頻器故障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制M3.4火災(zāi)消鈴邏輯T37工頻泵增泵濾波時(shí)間控制雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序以及程序注釋如下圖。對(duì)該程序有幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）因?yàn)槌绦蜉^長(zhǎng)，所以讀圖時(shí)請(qǐng)按照網(wǎng)路標(biāo)號(hào)的順序進(jìn)行；（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)。 網(wǎng)絡(luò)4 變頻器上限時(shí)增泵濾波IN TONPT I0.0 VD250 .M0.1 T37 >=D VD212 +50 VD250 I0.0 >=D VD208 網(wǎng)絡(luò)5 符合泵條件時(shí)，工頻泵運(yùn)行數(shù)加1 T37 VB301 <=P PINC-BEN ENOIN OUT OUT VB301 VB301網(wǎng)絡(luò)6 頻率下限時(shí)減泵濾波 VD250 M0.2 T38IN TONPT <=D +1800 +100網(wǎng)絡(luò)7 符合減泵條件時(shí)，工頻泵運(yùn)行數(shù)減1 T38 VB301 M0.2 >B P （ ） DEC-BEN ENOIN OUT 0 VB301 VB301網(wǎng)絡(luò)8 變頻泵增泵或倒泵時(shí)，置位M2.0 M0.1 M2.0 （ ） M0.3 網(wǎng)絡(luò)9 復(fù)位變頻器頻率，為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備 T 33IN TONPT M2.0 Q0.5 +1 （ ）網(wǎng)絡(luò)10 產(chǎn)生關(guān)斷當(dāng)前變頻泵脈沖信號(hào) .（）a網(wǎng)絡(luò)工頻泵數(shù)加.（）NC-BEN ENOIN OUT網(wǎng)絡(luò)12 T34IN TONPT M2.1 +2網(wǎng)絡(luò)13 產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào) T34 M0.5 P （ ） M2.1 （R ） 1網(wǎng)絡(luò)14 M0.5 M2.2 （ S ）網(wǎng)絡(luò)15 M2.2 T39IN TONPT +30網(wǎng)絡(luò)16 產(chǎn)生下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行啟動(dòng)信號(hào) T39 M0.6 P （ ） M2.2 （ R ） M2（ R ）網(wǎng)絡(luò)17 變頻工作泵的泵號(hào)轉(zhuǎn)移 VB300MOV-BEN ENOIN OUT >B 3 1 VB300 網(wǎng)絡(luò)18 一個(gè)變頻泵運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間判斷 VB301 SM0.4INCDWEN ENOIN OUT =B P 0 VD301 VD310網(wǎng)絡(luò)19 3H時(shí)間到，則產(chǎn)生下一臺(tái)泵的變頻啟動(dòng)信號(hào) VD301 M0.3 >=D P （ ）MOV-BEN ENOIN OUT +180 +0 VD301 網(wǎng)絡(luò)20 有工頻泵運(yùn)行時(shí)，復(fù)位VD310MOVDWEN ENOIN OUT VB301 <>B 0 +0 VD310網(wǎng)絡(luò)21 1號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 SM0.1 VB300 M3.0 M0.4 Q0.0 Q0.1 =B （ ） M0.0 1 M0.6 Q0.1網(wǎng)絡(luò)22 2號(hào)泵變頻運(yùn)行邏輯 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.2 Q0.3 =B （ ） 網(wǎng)絡(luò)23 3號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.4 Q0.5 =B （ ） 2 Q0.5網(wǎng)絡(luò)24 1號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .M0.5 VB300 VB301 Q0.1 Q0.0