中文摘要本文介紹了恒壓供水的根本原理以及系統構成的根底，說明了可編程控制器〔PLC〕在恒壓供水系統中所擔任的角色。從系統的整體設計方案和實際需求分析開始，緊密的聯系實際生活的需要，力求做到使系統運行穩定，操作簡便，解決實際中問題，保證供水平安、快捷、可靠。恒壓供水保證了供水質量，以PLC為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。隨著社會的開展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。以方面要求提高供水質量，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平安性，在發生火災時能可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統應運而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統。恒壓無塔供水系統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。恒壓供水保證了供水的質量，以PLC為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。關鍵字:PLC；恒壓供水；變頻器ABSTRACTThistexthasintroducedthebasicprinciplethatconstantvoltagesupplieswaterandfoundationthatthesystemform,havestatedtheroleservedasoftheprogrammablecontroller(PLC)inthewater-supplysystemofconstantvoltage.Sincethewholedesignplanofthesystemandactualdemandareanalysed,theneedofcloselifeofintergratingwithpractice,makeeveryefforttomakesuretomakethesystemrunsteadily,easyandsimpletohandle,solveandhittheproblemactually,guaranteetosupplywaterofthesecurity,swift,reliable.Constantvoltagehassuppliedwaterandguaranteedtosupportthewaterqualityamount,thecontrolsystemtakingPLCashostcomputerhasenrichedthesystematiccontrolfunction,haveimprovedsystematicdependabilityKeywords:PLC(programmablecontroller)ConstantvoltagesupplieswaterFrequencyconverter目錄第一章恒壓供水原理及工藝 51.1工藝要求 51.2系統的組成和根本工作原理 5第二章PLC概述 62.1PLC的組成 62.1.1PLC的輸入 62.1.2PLC的輸出 62.1.3PLC的定義 62.1.4PLC的特點 72.1.5PLC的性能指標 72.1.6PLC的分類 72.2PLC工作原理 82.2.1循環掃描 82.2.2I/O響應時間 82.2.3PLC中的存儲器 82.3PLC的編程語言 92.3.1PLC的編程結構功能圖 92.3.2梯形圖編程語言 92.4PLC的分類 102.4.1按I/O點數容量分類 102.4.2按結構形式分 112.5PLC與繼電器控制系統的區別 112.6PLC控制系統的結構 122.6.1單機控制系統 122.6.2集中控制系統 122.6.3分散控制系統 122.7PLC網絡及特點 132.7.1網絡概述 132.7.2網絡控制系統PLC的影響 13第三章系統硬件設計 143.1恒壓供水系統的根本構成 143.2系統控制要求 153.3控制系統的I/O點及地址分配 153.4系統選型 163.5PLC模擬量控制單元的配置以及應用 173.5.1校準及配置 173.5.2EM235工作程序編制 173.5.3電氣控制系統原理圖 17第四章系統程序設計 194.1由“恒壓”要求出發的工作泵組數量控制管理 194.2程序的結果以及程序功能的實現 19參考文獻 28致謝 28第一章恒壓供水原理及工藝1.1工藝要求對三泵生活/消防雙恒壓供水系統的根本要求是：〔1〕生活供水時，系統應底恒壓值運行，消防供水時系統應高恒壓值運行；〔2〕三臺泵根據恒壓的需要，采用“先開先停”的原那么介入和退出；〔3〕在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行的時間超過3H，那么要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，防止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；1.2系統的組成和根本工作原理以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統為例來說明其工藝過程，市網來水用上下水位控制器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，那么自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為底水位報警用。為了保障供水的持續性，水位上下限傳感器上下距離不是相差很大。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，關閉消防管網，三臺泵根據生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水的恒壓狀態〔生活用水底恒壓值〕下進行；當有火災發生時，電磁閥YV2得電，關閉生活用水管網，三臺泵共消防用水使用，并根據用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態〔消防用水高恒壓值〕下進行。火災結束后三臺泵再改為生活供水使用。第二章PLC概述2.1PLC的組成2.1.1PLC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，首先要解決外部設備的直接輸入問題。由于當時主要集中在開關量控制，也就是開關量〔觸點的開閉狀態〕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。2.1.2PLC的輸出輸出問題主要是接點的驅動能力問題，或者說是帶負載能力和輸出方式的問題。輸出動作次數的限制，是保證PLC的輸出接點能否驅動接觸器、電磁閥這樣的控制執行元器件的問題至少要能直接驅動中間繼電器。PLC的定義最初，可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController〕簡稱PLC。只能進行計數、定時及開關量的邏輯控制。1987年2月，國際電工委員會〔IEC〕對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數學運算操作的電子系統，專為在工業環境下的應用而設計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術操作等面向擁護的指令，并通過數字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機械和生產過程。可編程序控制器及其有關外部設備，都按易于與工業控制系統連成一個整體、易于擴充功能的原那么設計。PLC的特點〔1〕可靠性高。在I/O環節，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統程序和大局部的用戶程序都采用EPROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。〔2〕控制功能強。PLC采用的CUP一般是具有較強位處理功能的為處理機，為了增強其復雜的控制功能和連網通訊等管理功能，可以采用雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的增強。〔3〕體積小、重量輕、功耗底。〔4〕性價比高。〔5〕模塊化結構，擴展能力強。根據現場的需要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個I/O點到幾百個I/O點的控制系統。〔6〕維修方便，功能更靈活。程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的改變非常靈活。PLC的性能指標〔1〕存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB~~2MB。〔2〕I/O點數I/O點數，即PLC面板上的I/O端子的個數。I/O點數越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標之一。〔3〕指令的多少她是衡量PLC能力強弱的標志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強弱。限定了計算機發揮運算功能、完成復雜控制的能力。〔4〕內部存放器的配置和容量它直接對用戶編制程序提供支持，對PLC指令的執行速度及可完成的功能提供直接的支持。〔5〕擴展能力擴展能力包括I/O點數的擴展和PLC功能的擴展兩方面的內容。〔6〕特殊功能單元特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網等功能。PLC的分類不同的分類標準會造成不同的分類結果，PLC常用的分類方式有如下兩種。按其I/O點數一般分為微型〔32點以下〕、小型〔128點以下〕、中型〔1024點以下〕、大型〔2048點以下〕、超大型〔從2048點以上可達8192點以上〕5種。按結構可分為箱體式、模塊式和平板式3種。2.2PLC工作原理2.2.1循環掃描CUP連續執行用戶程序、任務的循環序列稱為掃描。CUP的掃描周期包括讀輸入、執行程序、處理通訊請求、執行CUP自診斷測試及寫輸出等等內容。循環掃描有如下特點：〔1〕掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執行是可控的。〔2〕輸入映像存放器的內容是由設備驅動的，在程序執行過程中的一個周期內輸入映像存放器的值保持不變，CUP采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像存放器的值來控制程序的執行。〔3〕對同一個輸出單元的屢次使用、修改次序會造成不同的執行結果。〔4〕各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點。在讀輸入階段，CUP對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態鎖入映象存放器中。緊接著轉入用戶程序執行階段，CUP按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據輸入映象存放器和輸出映象存放器的狀態執行用戶程序，同時將執行結果寫入輸出映象存放器。在程序執行期間，即使輸入端子狀態發生變化，輸入狀態存放器的內容也不會改變——輸入端子狀態變化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。2.2.2I/O響應時間由于PLC采用循環掃描的工作方式，而且對輸入和輸出信號只在沒個掃描周期的固定時間集中輸入/輸出，所以必然會產生輸出信號相對輸入信號滯后的現象。掃描周期越長，滯后現象越嚴重。響應時間有輸入延遲、輸出延遲和程序執行時間局部決定。〔1〕PLC輸入電路設置了濾波器，濾波器的常數越大，對輸入信號的延遲作用越強。輸入延遲是由硬件決定的，有的PLC濾波器時間常數可調。〔2〕從輸出鎖存器到輸出端子所經歷的時間稱為輸出延遲，對于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對于不同信號的PLC可以通過查表得到。〔3〕程序執行時間主要由程序長短來決定，對于一個實際的控制程序，編程人員須對此進行現場測算，使PLC的響應時間控制在系統允許的范圍內。2.2.3PLC中的存儲器PLC中的存儲器按用途分為系統程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數據存儲器。〔1〕系統程序存儲器中存放的是廠家根據其選用的PLC的指令的系統編寫的系統程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內容。〔2〕用戶程序存儲器用來存儲根據控制要求而編制的用戶應用程序。〔3〕用來存儲工作數據的區域稱為工作數據區。2.3PLC的編程語言PLC的硬件系統中，與PLC的編程應用關系最直接的要算數據存儲器。計算機運行處理的是數據，數據存儲在存儲區中，找到待處理的數據一定要知道數據的存儲地址。PLC和其他的計算機一樣，為了使用方便，數據存儲器都作了分區，為了每個存儲單元編排了地址，并且經機內系統程序為每個存儲單元賦予了不同的功能，形成了專用的存儲元件。這就是前面提到過的編程的“軟”元件。為了理解方便，PLC的編程元件用“繼電器”命名，認為它們象繼電器一樣具有線圈以及觸點，并且線圈得電，觸點動作。當然這個線圈和觸點只是假象，所謂線圈得電不過是存儲單元置1，線圈失電，不過就是存儲單元置0，也正因為如此，我們稱之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個突出的好處，可以認為它們具有無數多對動合動斷觸點，因此每取用一次它的觸點，不過是讀一次它的存儲數據而已。2.3.1PLC的編程結構功能圖任何語言都有編程的對象和根底，重要介紹梯形圖語言和語句表語言，而功能圖是理解這兩種語言的根底。如圖3所示為PLC內部的結構功能示意圖。PLC與被控對象所連接的只是I/O條件，而I/O之間的組合控制關系需要用軟件的方法來描述清楚，梯形圖是一種描述方法，當然還有語句等表示其他的語言。語言的支持取決于廠家開發的系統程序只要將其輸入PLC的用戶程序存儲器中，PLC就能夠直接解釋并實現I/O間的控制關系。當控制關系發生改變時，只要修改梯形圖程序，重新輸入到PLC的存儲器即可，從而快捷的改變生產工圖3PLC內部的結構功能示意圖2.3.2梯形圖編程語言PLC是通過程序對系統進行控制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領域，一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的根底元素。如圖4所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機直接起、停〔起、保、停〕繼電器控制電路圖相同的功能。圖4梯形圖為了充分發揮CUP的邏輯運算功能，設置了大量的稱為盒的附加命令，如定時器、計算器、格式轉換、模擬量I/O、PID調節或數學運算指令等，充分的發揮了計算機的強大計算功能，他們與內部繼電器一起完成PLC的各種復雜控制功能。2.4PLC的分類PLC開展到今天，已經有了多種形式，而且功能也不盡相同，分類時，一般按以下原那么來考慮按I/O點數容量分類一般而言，處理I/O點數越多，那么控制關系就比擬復雜，用戶要求的程序存儲器容量比擬大，要求PLC指令及其他功能比擬多，指令執行的過程也比擬快。按PLC的輸入、輸出點數的多少可將PLC分為以下三類。〔1〕小型機小型機PLC的功能一般以開關量控制為主，小型PLC輸入、輸出點數一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4K左右。典型的小型機有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產品。〔2〕中型機中型PLC的輸入、輸出總點數在256~~2048點之間，用戶程序存儲器容量到達8K字左右。典型的中型機有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模塊式PLC產品。〔3〕大型機大型PLC的輸入、輸出總點數在2048點以上，用戶程序儲存器容量到達16K以上。大型PLC的性能已經與工業控制計算機相當，它具有計算、控制和調節的能力，還具有強大的網絡結構和通信聯網能力，有些PLC還具有冗余能力。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。2.4.2按結構形式分根據PLC結構形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。〔1〕整體式結構整體式結構的特點是將PLC的根本部件，如CUP板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個標準的機殼內，構成一個整體，組成PLC的一個根本單元〔主機〕或擴展單元。微型和小型PLC一般為整體式結構。如西門子的S7-200〔2〕模塊式結構模塊式結構的PLC是由一些模塊單元構成，這些標準模塊如CUP模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個模塊功能是獨立的，外型尺寸是統一的，可根據需要靈活配置。目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。2.5PLC與繼電器控制系統的區別PLC梯形圖與繼電器控制電路圖非常相似，主要原因是PLC梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號和術語，僅個別之處有不同。同時，信號的輸入/輸出形式及控制功能也根本上是相同的，但是PLC的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現在以下幾個方面。〔1〕邏輯控制繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯，及延時繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統構成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數目有限，每個只有4——8個對觸點。因此，靈活性和擴展性很差。而PLC采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴展性都很好。〔2〕工作方式電源接通時，繼電器控制電路中各個繼電器都同時處于受控狀態，即該吸合的都應該吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而的控制邏輯中，各內部器件都處于周期性循環掃描過程中，屬于串行工作方式。〔3〕可靠性和可維護性繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護性差。而PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。PLC還配有自監和監督功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示給操作人員，還能動態的監視控制程序的執行情況，為現場調試和維護提供了方便。從以上幾個方面的比擬可知，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優異，特別是可靠性高、通用性強、設計施工周期短、調試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便。但是在很小的系統中使用時，價格要高于繼電器系統。2.6PLC控制系統的結構使用PLC可以構成多種形式的控制結構，下面介紹幾種常用的PLC控制系統。2.6.1單機控制系統單機控制系統是較普通的一種PLC控制系統。該系統使用一臺PLC控制一個對象，控制系統要求的I/O點數和存儲器容量都比擬小，沒有PLC的通訊問題，采樣條件和執行結構都比擬集中，控制系統的構成簡單明了。如圖5所示是一個簡單的單機控制系統，圖中PLC可以選用任何一種類型。在單機控制系統中由于控制對象比擬確定，因此系統要完成的功能一般較明確，I/O點數、存儲器容量等參數的余量適中即可等參數的余量適中即可。PLCPLC控控制對象圖5簡單的單機控制系統2.6.2集中控制系統集中控制系統用儀態功能強大的PLC監視、控制多個設備，形成中央集中式的控制系統。其中，各個設備之間的聯絡，連鎖關系、運行順序等統一由中央PLC來完成，如圖6示PLC控制對象APLC控制對象A控制對象B控制對象C分散控制系統分散控制系統的構成如圖7所示，每一個控制對象設置一臺PLC，各臺PLC可以通過信號傳遞進行內部連鎖、響應或發令等，或者由上位機通過數據通信總線進行通訊。上機位上機位PLCAPLCBPLCC控制對象A控制對象B控制對象C圖7分散控制系統 2.7PLC網絡及特點2.7.1網絡概述分散控制系統的控制思想就是集中操作、分散操作。一個實際的工業控制過程中是比擬復雜的，一個控制過程可能由多個控制任務完成。這些控制任務既有獨立性，有與其他任務有聯系，而這些相對獨立的任務需要構成一個整體。當控制系統到達一定規模時，分散控制系統解決方案并不理想，因此許多廠家開發了自己的網絡系統。雖然現在對網絡的系統結構等問題還沒有同意的標準，但是很顯然，網絡控制系統比分散控制系統更能準確的描述現實控制系統，并且控制、改變更加靈活，組態也更容易，能夠實現管控一體化的控制思想。2.7.2網絡控制系統PLC的影響PLC網絡控制系統的開展，使PLC的應用更加廣泛。許多PLC產品都在PLC上加上了具有網絡功能的硬件和軟件，因此，組成PLC網絡非常方便。PLC網絡系統對任何一個站的操作都和使用同PLC一樣方便，并且在網絡中任何一個站都可以對其他站的元件及數據乃至程序進行操作。第三章系統硬件設計隨著PLC功能的不斷完善和提高，PLC幾乎可以完成工業領域的所以控制任務。但是PLC還是有最適合它的應用場合，所以接到一個控制任務以后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設備來完成該任務最適宜。其實現在的可編程不僅處理開關量，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，能夠反映生產過程的運行情況，能用傳感器直接測量的參數，控制邏輯復雜的局部都由PLC控制來完成。當某一個控制任務決定由PLC來完成后。選擇PLC就成為最重要的事情。選擇多大容量的PLC,首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O模擬量I/O以及這些I/O點的性質。I/O點是性質主要是指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓。控制系統輸出點的類型非常關鍵，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，那么最后選用的PLC的輸出點有可能大于實際點數。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。3.1恒壓供水系統的根本構成恒壓供水泵站一般需設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵及電機節能而可靠。下列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中的水壓，常裝設在泵站的出水口。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變為電流或電壓的變化送給調節器。圖9變頻恒壓供水站的根本組成3.2系統控制要求對三泵生活/消防雙恒壓供水系統的根本要求是：〔1〕生活供水時，系統應底恒壓值運行，消防供水時系統應高恒壓值運行；〔2〕三臺泵根據恒壓的需要，采用“先開先停”的原那么介入和退出；〔3〕在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行的時間超過3H，那么要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，防止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控制系統的I/O點及地址分配PLC要能夠識別和接受描述現場設備的開關量，同時要能夠發出控制信號控制一些執行設備，以便對現場設備進行控制。PLC是通過I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC與外部設備相互聯系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅動能力的信號，以實現被控設備與PLC的I/O接口之間的電平轉換、電氣隔離、串/并轉換、A/D與D/A轉換等功能。輸入單元接受現場設備向PLC提供信號，包括人為的控制信號和能描述現場狀態的開關量信號，例如由按鈕、限位開關、繼電器觸點、接近開關、撥碼器等提供的開關量。這些信號經過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉換等處理后，變成CUP能夠接受和處理的信號。輸出單元將經過CUP處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅動各種執行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節閥、調速裝置等。根據圖10及以上控制要求統計控制系統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SA1I0.0水池水位下限信號SLLI0.1水池水位上限信號SLHI0.2變頻器報警信號SUI0.3消鈴按鈕SB9I0.4試燈按鈕SB10I0.5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，HL1Q0.01#泵變頻運行接觸器及指示燈KM2，HL2Q0.12#泵工頻運行接觸器及指示燈KM3，HL3Q0.22#泵變頻運行接觸器及指示燈KM4，HL4Q0.33#泵工頻運行接觸器及指示燈KM5，HL5Q0.43#泵變頻運行接觸器及指示燈KM6，HL6Q0.5生活/消防供水轉換電磁閥YV2Q1.0續表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HL7Q1.1變頻器故障報警指示燈HL8Q1.2火災報警指示燈HL9Q1.3報警電鈴HAQ1.4變頻器頻率復位控制KAQ1.5控制變頻器頻率用電電壓UFAQW03.4系統選型從上面分析可知，系統共有開關量輸入點6個、開關量輸出點12個；模擬量輸出點1個、模擬量輸出點1個。如果選用CPU224PLC，也需要擴展單元；如果選用CUO266PLC 那么價格較高，浪費較大。參照S7–200的產品目以及市場實際價格，選用主機為CUP222〔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〕。這樣的配置是最經濟的。整個PLC系統的配置如圖11主機單元CUP222AC/DC繼電器模擬量單元EM235主機單元CUP222AC/DC繼電器模擬量單元EM2354AI/1AO擴展單元EM2228點繼電器S7-200PLC是德國西門子公司生產德一種小型PLC，其許多功能到達大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC一樣，因此，它一經退出，即受到了廣泛的關注。特別是S7-200CUP22*系列PLC。由于它具有多種功能模塊和人機界面〔HMI〕可供選擇，所以系統的集成非常方便，并且可以很容易的組成PLC網絡。3.5PLC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化為PLC可處理的數字量及將PLC內部運算結果數字量轉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/數轉換的，單獨用于數/轉換的，也兼有模/數和數/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，配置指根據實際需接入的信號類型對模塊進行一些設定。校準可以簡單的理解為儀器儀表使用前的調零以及調滿度。3.5.2EM235工作程序編制EM235的工作程序編制包括以下的內容：〔1〕設置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數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〕設置子程序完成采樣以及相關的計算工作。〔4〕工程所需的有關該模擬量的處理程序。〔5〕處理后模擬量的輸出工作。S7-200PLC硬件系統的配置方式采用整體式和積木式，即主機包含一定數量的輸入/輸出〔I/O〕點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能的模塊。3.5.3電氣控制系統原理圖電氣系統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〕主電路圖如下列圖13所示為電控系統主電路圖。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，FR1、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；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡單的一般變頻器。圖13電控系統主電路〔2〕控制電路圖圖14所示電控系統控制電路圖。圖中SA為手動/自動轉換開關，SA打在1的位置為手動控制狀態；打在2的狀態為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕SB1~SB2控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統在PLC程序控制下運行。圖中的HL10為自動運行狀態的電源指示燈。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Q0.0~Q0.5及Q1.0~Q1.5為PLC輸出繼電器觸點，它們旁邊的4、6、8等數字為接線編號，可結合PLC外圍接線圖一起讀圖。第四章系統程序設計硬件條件確定后，系統得控制功能主要通過軟件實現，結合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設計分析如下：4.1由“恒壓”要求出發的工作泵組數量控制管理前面已經說過了，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到達設定的上限值。這一功能可以同過比擬指令來實現。為了判斷變頻器的工作頻率到達上限確實定性，應該濾去偶然的頻率波動引起的頻率到達上限情況，在程序中考慮采取時間濾波。4.2程序的結果以及程序功能的實現由于PLC在恒壓供水系統中的功能比擬多，本程序可分為3局部：主程序、子程序和中斷程序。系統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豬程序。利用定時器中斷功能實現PID控制的定時采樣及輸出控制。生活供水時系統設定值為滿量程的70%，消防供水時系統設定值為滿量程的90%。在本系統中，只是用比例〔P〕和積分〔I〕控制，其回路增益和時間常數可以通過工程計算初步確定，但還要進一步調整以到達最優控制效果。初步確定的增益時間常數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/變頻轉換邏輯控制VD108PI計算值M0.0故障結束脈沖信號VD112比例系數M0.1泵變頻啟動脈沖VD116積分時間M0.3復位當前變頻運行泵脈沖VD120積分時間M0.4復位當前變頻運動泵脈沖VD124微分時間M0.5當前泵工頻運動啟動脈沖續表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M0.6新泵變頻啟動脈沖VD208生活供水變頻器運動頻率上限值M2.0泵工頻/變頻轉換邏輯控制VD212消防供水變頻器運動頻率上限值M2.1泵工頻/變頻轉換邏輯控制VD250PI調節結果存儲單元M2.2泵工頻/變頻轉換邏輯控制VD300變頻工作泵的泵號M3.0故障信號總匯VD301工頻運行的泵的總臺數M3.1水池水位下限故障邏輯VD310倒泵時間存儲器M3.2水池水位下限故障消鈴邏輯T33工頻/變頻轉換邏輯控制M3.3變頻器故障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉換邏輯控制M3.4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的梯形圖程序以及程序注釋如下列圖。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絡標號的順序進行；〔2〕本程序的控制邏輯設計針對的是較少的泵數供水系統。網絡4變頻器上限時增泵濾波INTONPTINTONPT>=DVD212+50VD250I0.0>=DVD208網絡5符合泵條件時，工頻泵運行數加1T37VB301<=PPINC-BENENOINOUTOUT INC-BENENOINOUTOUTVB301VB301網絡6頻率下限時減泵濾波VD250M0.2T38INTONPT<=DINTONPT+1800+100網絡7符合減泵條件時，工頻泵運行數減1T38VB301M0.2>BP〔〕DEC-BENENOINOUT0DEC-BENENOINOUTVB301VB301網絡8變頻泵增泵或倒泵時，置位M2.0M0.1M2.0〔〕M0.3網絡9復位變頻器頻率，為軟啟動做準備T33INTONPTM2.0INTONPTQ0.5+1〔〕網絡10產生關斷當前變頻泵脈沖信號Ｔ３３Ｍ０.４Ｐ〔〕網絡１１工頻泵數加１Ｍ０.４.Ｍ２.１ 〔Ｓ〕１NC-BNC-BENENOINOUTＶＢ３００ＶＢ３００網絡12T34INTONPTINTONPT+2網絡13產生當前泵工頻啟動脈沖信號T34M0.5P〔〕M2.1〔R〕1網絡14M0.5M2.2〔S〕網絡15M2.2T39INTONPTINTONPT+30網絡16產生下一臺泵變頻運行啟動信號T39M0.6P〔〕M2.2〔R〕M2〔R〕網絡17變頻工作泵的泵號轉移VB300MOV--BMOV--BENENOINOUT>B31VB300網絡18一個變頻泵運行的持續時間判斷VB301SM0.4INCINC—DWENENOINOUT==BP0VD301VD310網絡193H時間到，那么產生下一臺泵的變頻啟動信號VD301M0.3>=DP〔〕MOV--BENENOMOV--BENENOINOUT +0VD301網絡20有工頻泵運行時，復位VD310MOV—MOV—DWENENOINOUT<>B0+0VD310網絡211號泵變頻運行控制邏輯SM0.1VB300M3==B〔〕M0.01M0.6Q0.1網絡222號泵變頻運行邏輯M0.6VB300M3==B〔〕網絡233號泵變頻運行控制邏輯M0.6VB300M3==B〔〕2Q0.5網絡241號泵工頻運行控制邏輯.M0.5VB300VB301Q0.1Q0.0==B>B(〕20Q0.0VB300VB301==B>B31網絡252號泵工頻運行控制邏輯.M0.5VB300VB301Q0.3Q0.2==B>B(〕30Q0.2VB300VB301==B>B11網絡263號泵工頻運行控制邏輯.M0.5VB300VB301Q0.5Q0.4==B>B(〕10Q0.4VB300VB301==B>B21網絡27火災時，閥YV2翻開I0.0Q1.0〔〕網絡28水池底水位信號處理.I0.1I0.2M3.1〔〕M3.1雙恒壓供水系統梯形圖程序網絡29水池水位下限信號燈SM0.5M3.1Q1.1〔〕M3.2 I0.5網絡30變頻器故障信號燈SM0.5I0.3Q1.2〔〕M3.3 I0.5網絡31火災指示燈SM0.5I0.0Q1.3〔〕M3.2 I0.5網絡32水位水池下限故障消鈴邏輯I0.4M3〔〕M3.2 網絡33變頻器故障消鈴邏輯I0.4M3〔〕M3.3 網