1、 摘 要 本文主要針對當前供水系統(tǒng)中存在的自動化程度不高、能耗嚴重、可靠性低的缺點加以研究，設(shè)計出一種在這三個方面都有所提高的PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。 恒壓變頻供水系統(tǒng)是當今應用最廣泛的節(jié)能型供水系統(tǒng)。本文通過對供水系統(tǒng)運行特征及工作狀態(tài)的分析，闡述了系統(tǒng)的節(jié)能原理，介紹了系統(tǒng)的基本構(gòu)成及特點。并從實際出發(fā)，通過對PLC，變頻器，離心水泵等原理的介紹，闡述了整個系統(tǒng)實現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，通過具體編制PLC程序，實現(xiàn)了控制要求，較好的滿足了工藝要求。 本文所做的研究對同類系統(tǒng)的研究和再開發(fā)具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞： 變頻調(diào)速 ； 節(jié)能 ； PLC控制 Abstract In this paper,

2、 the water supply system for the current degree of automation that exist in low energy consumption and serious defects of the low reliability of the research, design a kind of three areas in which the PLC has to increase the control of constant pressure water supply system. Constant pressure water s

3、upply system frequency is the most widely used energy-efficient water supply system. In this paper, the characteristics of the water supply system operation and analysis of the state on the system's energy-saving principle of the system's basic structure and characteristics. And proceed from

4、 reality, through the PLC, frequency converter, the principle of centrifugal water pumps, etc., the whole system on the theoretical basis for the preparation of PLC through specific procedures, to achieve the control requirements, the better to meet the technological requirements. In this paper, the

5、 research done on similar systems in the research and further development of a certain reference value.Keywords：Frequency Control ; Energy Saving ;PLC 目 錄11.1 任務(wù)11.2 工藝要求11.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理12 PLC概述32.1 PLC組成32.1.1 PLC的輸入32.1.2 PLC的輸出32.1.3 PLC的控制機制33 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成83.2 系統(tǒng)控制要求10 3.3 控制系統(tǒng)的I/O點及地

6、址分配103.4 系統(tǒng)選型123.5 PLC模擬量模擬量控制單元的配置以及應用123.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標133.5.2 校準及配置143.5.3 EM235的安裝使用143.5.4 EM235工作程序編制153.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖164系統(tǒng)程序設(shè)計194.1 由“恒壓“要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理19194.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實現(xiàn)19參考文獻32致謝34 任務(wù) 隨著社會的發(fā)展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災時能可靠供水。針對這兩方面的要求，

7、新的供水方式和控制系統(tǒng)應運而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。恒壓無塔供水系統(tǒng)包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制即雙恒壓系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。1.2 工藝要求 對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）生活供水時，系統(tǒng)應底恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)應高恒壓值運行。（2）三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先停”的原則介入和退出。（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過3H，則要切換 到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長。（4）三臺泵在啟動時要有軟啟動功能。1.3

8、系統(tǒng)的組成和基本工作原理 以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，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。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為低水位報警用。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用三臺泵，平時電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進行；當有火災發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵共消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)

9、（消防用水高恒壓值）下進行。火災結(jié)束后三臺泵再改為生活供水使用。 2 PLC概述2.1 PLC組成2.1.1 PLC的輸入通過對繼電器控制特點的介紹和最初通用汽車公司提出的要求分析。PLC要想取代繼電器控制，首先要解決外部設(shè)備的直接輸入問題。由于當時主要集中在開關(guān)量控制，也就是開關(guān)量（觸點的開閉狀態(tài)）如何直接接入PLC并被PLC所識別，對此就需要解決以下幾個問題：有源接入，無源接入，絕緣問題，隔離問題和互相干擾問題。PLC就是一個計算機控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過程，人們曾將計算機直接用于工業(yè)控制，但是由于以下兩大問題沒有解決好而難以發(fā)展：一是I/O（輸入/輸出）問題，計算機不能直接和工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備連接

10、現(xiàn)在了應用；二是計算機的I/O功能，開關(guān)邏輯處理不夠豐富和強大。現(xiàn)在的PLC成功的解決了這兩個方面的問題，可以讓PLC和外部設(shè)備直接進行物理的連接。計算機的內(nèi)部提供了豐富的從位邏輯到雙字運算的強大的運算功能，使其能夠完成復雜的控制功能，這也是PLC能夠迅速發(fā)展的原因。2.1.2 PLC的輸出 輸出問題主要是接點的驅(qū)動能力問題，或者說是帶負載能力和輸出方式的問題。輸出動作次數(shù)的限制，是保證PLC的輸出接點能否驅(qū)動接觸器、電磁閥這樣的控制執(zhí)行元器件的問題至少要能直接驅(qū)動中間繼電器。現(xiàn)在的PLC產(chǎn)品已經(jīng)完全有能力驅(qū)動這些元器件,并提供了多種輸出方式且動作次數(shù)可保證萬次無故障的產(chǎn)品。2.1.3 PLC

11、的控制機制 PLC已經(jīng)完全取代繼電器控制系統(tǒng)。只要對其控制機制有了準確的理解，才能對其持續(xù)的開發(fā)并創(chuàng)造性的使用它。I/O電路已經(jīng)保證了PLC與現(xiàn)場設(shè)備的直接連接，并在內(nèi)部寄存器存儲了這些狀態(tài)。但是，為了取代繼電器的控制，更重要的是如何組織和使用這些開關(guān)量，從而達到軟件程序代替硬件連線的目的。在這里通過對繼電器的控制的電路的特點的介紹，已經(jīng)知道繼電器控制電路的特點在于各個控制單元是否動作是由其接點條件控制的，并不受其前后位置的影響。同一時刻，可有多個不同的控制單元繼電器的動作（翻轉(zhuǎn)），控制的結(jié)果、邏輯動作順序也是由接點條件來控制的。這于計算機順序執(zhí)行的工作的特點是矛盾的。主要體現(xiàn)在：一是亂序，只

12、要條件滿足就執(zhí)行；而另一個是順序執(zhí)行。PLC充分利用了計算機存儲程序的思想和高速的特點，采用了控制系統(tǒng)中的離散控制方式，使它的控制能夠完全代替繼電器的控制。具體的說就是將連續(xù)的控制用離散的控制代替，如下式： Y(n)=f(x(n-1),y(n-1) 式中，Y（n）為某一時間段的輸出值； Y（n-1）為上一時間段的輸出值； X（n-1）為上一時間段某一時刻的輸入值； F為他們應滿足的控制關(guān)系。即某一時間段的輸出完全取決于上一時間某一時刻的輸入和上一時間段的輸出。 至于上一時間段的輸出，在參加計算的時候，只是存儲在映像寄存器中的輸出結(jié)果，執(zhí)行運算過程中并不修改端子的輸出值。真實的輸出已表現(xiàn)在端子的

13、接點上，并要保持一個時間段，也就是采取集中輸出的方式，在計算的過程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會對先階段的輸出產(chǎn)生影響。這樣只要時間段足夠短，并且PLC周而復始的運行著就完全可以模仿繼電器的控制并且取代它。 由于采用集中I/O的思想，其I/O狀態(tài)存儲在寄存器中，可以充分發(fā)揮計算機的強大邏輯家能力，以完成更復雜的控制功能。 如圖1所示，PLC與通用計算機沒有什么區(qū)別，只是一臺增強了I/O功能的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質(zhì)是按一定算法進行I/O變換，并將這個變換物理實現(xiàn)，應用與工業(yè)現(xiàn)場。（1）輸入寄存器輸入寄存器可按為進行尋址，每一為對應一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量

14、的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但是不可以寫或進行修改。（2）輸出寄存器輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值，表明的是上一時間段的真實輸出值，在程序執(zhí)行過程中，CPU可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。（3）存儲器 存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能修改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用

15、戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復雜的控制功能。（4）CPU單元CPU單元控制著I/O寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。（5）其他單元接口其他單元接口用語提供PLC與其他設(shè)備和模塊進行連接通信的物理條件圖1 PLC的組成3 系統(tǒng)硬件設(shè)計學習PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對于設(shè)計一個較大的PLC控制系統(tǒng)時，要全面考慮多種因素，不管所設(shè)計的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設(shè)計步驟來進行系統(tǒng)設(shè)計。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)。但

16、是PLC還是有最適合它的應用場合，所以接到一個控制任務(wù)以后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設(shè)備來完成該任務(wù)最合適。其實現(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。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計算機（IPC）作為主控器控制對象以及控制裝置確定后，還要進一步確定PLC的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運行情況，能用傳感器直接測量的參數(shù)，控制邏輯復雜的部分都由PLC控制來完成。當某一個控制任務(wù)決定由PLC來完成后。選擇PLC就成為最重要的事情。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)。對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進行詳細的分析，

17、把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)量I/O模擬量I/O以及這些I/O點的性質(zhì)。I/O點是性質(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。控制系統(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點有可能大于實際點數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組的輸出只能有一個電源的種類和等級。對于第二個問題，則有以下幾個方面要考慮：（1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但是對于某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務(wù)。如對PLC與PLC、PLC與智能儀表以及上位機之間靈活方便的通訊要求

18、；或?qū)LC的計算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。（2）價格方面 不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價必須是需要考慮的。（3）個人喜好方面 有些工程技術(shù)人員對某種品牌的PLC熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。 圖8 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計來說，I/O地址分配以后才可以進行編程；對控制柜和PLC的外圍接

19、線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵及電機，這比設(shè)單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。配單臺電機和水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開一臺大電機肯定是浪費，電機選小了用水量大時供水不足。而且水泵和電機都有維修的時候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機的轉(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，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當然方便，電機與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費用較高。另一種方案是數(shù)臺電機

20、陪一臺變頻器，變頻器與電機見可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余水泵共頻運行，以滿足不同用水兩的需求。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖9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。當用水量大時，水壓降低；用水量小時，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。圖9 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。供水距離越遠，用水地點越高，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泵站

21、，水壓的設(shè)定值可能不只一個，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）接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置稱為反饋，調(diào)節(jié)器實反饋的接受點。（3）根據(jù)給定值和實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。調(diào)節(jié)器接受了實測水壓的反饋信號后，將它與給定值比較，得到給定值與實測值之差。如果給定值大于實測值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)工作中還有個調(diào)節(jié)規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)

22、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)。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，以微型計算機調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的輸出信號一般式模擬信號，420mA變化的電流信號或010V間變化的電壓信號。信號的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。下面以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，如圖10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。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為底水位報警用。為了

23、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用三臺泵，平時電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進行；當有火災發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵共消防用水使用，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）下進行。火災結(jié)束后三臺泵再改為生活供水使用圖10 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖3.2 系統(tǒng)控制要求對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（1）生活供水時，系統(tǒng)應底恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)應高恒壓值運行；（2）三臺泵根據(jù)恒壓的需要，

24、采用“先開先停”的原則介入和退出；（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過3H，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長；（4）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能；（5）要有完整的報警功能；（6）對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。3.3 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配PLC要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量，同時要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。PLC是通過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)動能力的信號，以實現(xiàn)被控設(shè)備與PLC的I/O接口之間的電平轉(zhuǎn)換

25、、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)場設(shè)備向PLC提供信號，包括人為的控制信號和能描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關(guān)量信號，例如由按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量。這些信號經(jīng)過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成CPU接受和處理的信號。輸出單元將經(jīng)過CPU處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強電信號，以驅(qū)動各種執(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10 及以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如下表所示。水位上下限信號分別位I0.1、I0.2，它們在水淹沒時為0，露

26、出時為1。表1 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱代 碼地址編號 輸 入 信 號手動和自動消防信號SA1水池水位下限信號SLL水池水位上限信號SLH變頻器報警信號SU消鈴按鈕SB9試燈按鈕SB10遠程壓力表模擬量變壓值UAIW0輸 出 信 號 1#泵工頻運行接觸器及指示燈KM1，HL11#泵變頻運行接觸器及指示燈KM2，HL22#泵工頻運行接觸器及指示燈KM3，HL32#泵變頻運行接觸器及指示燈KM4，HL43#泵工頻運行接觸器及指示燈KM5，HL53#泵變頻運行接觸器及指示燈KM6，HL6生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2續(xù)表1 輸入輸出點代碼及地址編號輸 出 信 號水池水位下限報警指示燈HL7變

27、頻器故障報警指示燈HL8火災報警指示燈HL9報警電鈴HA變頻器頻率復位控制KA控制變頻器頻率用電電壓UFAQW03.4 系統(tǒng)選型從上面分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點6個、開關(guān)量輸出點12個；模擬量輸入點1個、模擬量輸出點1個。如果選用CPU 224 PLC，也需要擴展單元；如果選用CPU266 PLC則價格較高，浪費較大。參照S7 200的產(chǎn)品目以及市場實際價格，選用主機為CPU222（8入/6繼電器輸出）一臺，加上一臺擴展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴展一臺模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖11主機單元CPU222AC/DC繼電器模擬

28、量單元EM2354AI/1AO擴展單元EM2228點繼電器圖11 PLC 系統(tǒng)組成S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)德一種小型PLC，其許多功能達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC一樣，因此，它一經(jīng)退出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-200CPU22*系列PLC。由于它具有多種功能模塊和人機界面（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)。3.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應用PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，了使PLC能完成模擬量的處理,常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴展單元。模擬量擴展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)化為PLC可處理的數(shù)

29、字量及將PLC內(nèi)部運算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機外可以使用的模擬量。模擬量擴展單元有單獨用于模/數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨用于數(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。3.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標 表2 模擬量擴展模塊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)場到邏輯）無最大輸入電壓32mA信號范圍 電壓輸出 電流輸出±10020 mA輸入濾波衰減分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器隔離否分辨率，滿量程 電壓 電流12位

30、11位輸入類型差分輸入范圍電壓單極性010V，05V01V，0500mV電壓電流-32000+320000+32000電壓雙極性電流0100Mv,050mV±10V，±5V，±±1V，±500mV，±250Mv±100mV, ±50mV, ±25mv020mA精度最差情況055電壓輸出電流輸出±2%滿量程±2%滿量程精度最差情況055電壓輸出電流輸出典型，25電壓輸出電流輸出±2%滿量程±2%滿量程±5%滿量程±5%滿量程輸入分辨率AD轉(zhuǎn)換時間2

31、50s模擬輸入階躍響應1.5 mS到95%共模抑制4dB,DC 到60Hz共莫電壓信號電壓加共加模電壓±12V24VDC電壓范圍設(shè)置時間電壓輸出電流輸出100s2ms數(shù)據(jù)字格式雙極性，滿量程單極性，滿量程-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)計成可編程，而轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量一般具有固定的長度及格式。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標準電流量或標準電壓量以方便與其他控制接口。上表中，輸入、輸出信號范圍欄給出了EM235的輸出、輸入信號規(guī)格，以供選用。3.5.2 校準及配置模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準，配置指根據(jù)實際需

32、接入的信號類型對模塊進行一些設(shè)定。校準可以簡單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿度。3.5.3 EM235的安裝使用 （1）根據(jù)輸入信號的類型及變化范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的配置工作。必要時進行校準工作。 （2）完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號的類型不同，采用不同的接入方式。為防止空置端對接線端的干擾，空置端應短接。接線還應注意傳感器的線路盡可能短，且應使用屏蔽雙絞線，要保證24VDC傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。（3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時的位置，并由安裝位置確定模塊的編號。S7-200擴展單元安裝時在主機的右邊依次排列，并從模塊0開始編號。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機

33、上的擴展總線插口。（4）為了在主機中進行輸入模擬量轉(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，要在主機中安排一定的存儲單元。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。而在主機的變量存儲區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的的中間數(shù)據(jù)。3.5.4 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)餓預置頂及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準備。（2）設(shè)置模塊檢測子程序。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)的計算工作。

34、（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，即主機包含一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能的模塊。一個完整的系統(tǒng)組成如圖編程工具功能模塊擴展模塊CPU主機通訊設(shè)備人機界面圖12 S7-200 PLC 系統(tǒng)組成（1）基本單元 基本單元（Basic Unit）有時又稱CPU模也有的稱之為主機或本機。它包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，是PLC的主要部分。實際上它就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨完成一定的控制任務(wù)。（2）擴展單元 主機I/O點數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時，用戶

35、可以根據(jù)需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能使用的 I/O點數(shù)時由多種因素共同決定的。（3）特殊功能模塊 當需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)，需要擴展功能模塊。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發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機操作界面和網(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)備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機借口軟件等幾大類構(gòu)成。EM235安裝使用（1）根據(jù)輸入信號的類型以及范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的控制工作。（2）完成硬件的接線

36、工作。（3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時的位置，并由按裝位置確定模塊的編號。（4）為了主機中進行輸入模擬量轉(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)行機構(gòu)。它的輸出類型有晶體管（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CPU掃描周期更快的脈沖信號，實現(xiàn)高速記數(shù)。2路最大可達20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動步進電機和伺服電機以便實現(xiàn)準確定位任務(wù)。可以用模塊上的電位器來改變它對應的特素積存器的數(shù)值可以實現(xiàn)更改程序應用中的一些

37、參數(shù)，如定時器/計數(shù)器的設(shè)定值過程量的控制參數(shù)等。3.5.5 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13所示為電控系統(tǒng)主電路圖。三臺電機分別為M1、M2、M3。接觸KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器喝三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡單的一般變頻器。 圖13 電控系統(tǒng)主電路 （2）控制電路圖圖14所示電控系統(tǒng)控

38、制電路圖。圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1SB2控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。圖中的HL10為自動運行狀態(tài)的電源指示燈。對變頻器頻率進行復位時只提供一個干觸點信號，由于PLC為4個輸出點為一組共用一個COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨的COM端輸出組，所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復位控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.0Q1.5為PLC輸出繼電器觸點，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合PLC外圍接線圖一起讀圖。 圖14 電控系統(tǒng)控制電路

39、4系統(tǒng)程序設(shè)計硬件條件確定后，系統(tǒng)得控制功能主要通過軟件實現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計分析如下：4.1 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)說過了，為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵不能滿足要求時，需啟動第2臺或第3太泵。判斷需啟動新泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設(shè)定的上限值。這一功能可以同過比較指令來實現(xiàn)。為了判斷變頻器的工作頻率達到上限的確定性，應該濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限情況，在程序中考慮采取時間濾波。由于變頻器泵站希望每一次啟動電機都為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運要有一個管理規(guī)范。控制要求中規(guī)定

40、任意一臺泵連續(xù)運行時間不得超過3h，因此每次需要啟動新泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。具體的操作時，將現(xiàn)行運行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。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，這里我們使用泵號加1的方法來實現(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)合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。4.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實現(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)省掃描時間。主程序的功能最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸

41、器邏輯控制信號的綜合以及報警處理都在主程序。邏輯運算及報警處理等放在主程序。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID控制的定時采樣及輸出控制。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益時間常數(shù)為增益采樣時間積分時間程序中使用的PLC元器件及其功能如下表 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過程變量標準化值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VD108PI計算值故

42、障結(jié)束脈沖信號VD112比例系數(shù)泵變頻啟動脈沖VD116積分時間復位當前變頻運行泵脈沖VD120積分時間復位當前變頻運動泵脈沖VD124微分時間當前泵工頻運動啟動脈沖 續(xù)表3 程序中使用的元器件及功能功能器件地址功能VD204變頻起運動頻率下限值新泵變頻啟動脈沖VD208生活供水變頻器運動頻率上限值泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD212消防供水變頻器運動頻率上限值泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD250PI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工頻運行的泵的總臺數(shù)水池水位下限故障邏輯VD310倒泵時間存儲器水池水位下限故障消鈴邏輯T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯

43、控制變頻器故障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制火災消鈴邏輯T37工頻泵增泵濾波時間控制 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序以及程序注釋如下圖。對該程序有幾點說明：（1）因為程序較長，所以讀圖時請按照網(wǎng)絡(luò)標號的順序進行；（2）本程序的控制邏輯設(shè)計針對的是較少的泵數(shù)供水系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò)4 變頻器上限時增泵濾波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，工頻泵運行數(shù)加1 T37 VB301 <=P PINC-BEN ENOIN OUT OUT VB301 VB301網(wǎng)絡(luò)6 頻率下限時減泵濾波 VD250 M0.2 T38IN TONPT