PLC在高樓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[電][西門子]（PLC類）【含CAD高清圖紙和說明書】

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PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁波干擾，電源波動，機(jī)械振動，溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機(jī)不能正常工作。而PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸收了生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力，目前個生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障時間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時，有的甚至達(dá)到了幾十萬小時。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活 PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，修改接線量很小。同一個PLC裝置有、用于不同的控制對象，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。（3）編程方便，易于使用 PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識和語言，深受現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎，近年來又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樞蚩刂屏鞒虉D語言，也稱功能圖，使編程更加簡單方便。（4）功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng) PLC中含有數(shù)量巨大的用于開關(guān)量處理的繼電器類軟件，可輕松地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實(shí)現(xiàn)的。PLC內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實(shí)現(xiàn)D/A、A/D轉(zhuǎn)換及PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，他不僅可以控制一臺單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個機(jī)群，許多生產(chǎn)線。他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。（5）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便 PLC中相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計(jì)數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸出點(diǎn)、內(nèi)存大小）等選用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使安裝接線量大大減小，設(shè)計(jì)人員只要一臺PLC就可進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場調(diào)試，工作量很大且繁難。（6）維修方便，維修工作量小 PLC具有完善的自診斷，履歷情況存儲及監(jiān)視功能。對于內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過他可查出故障原因，便于迅速處理，及時排除。（7）結(jié)構(gòu)緊湊 體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于以上特點(diǎn)，使得PLC獲得極為廣泛的應(yīng)用。第二章 系統(tǒng)組成及控制要求2.1系統(tǒng)簡介為改善生產(chǎn)環(huán)境，某公司投資清潔水技改工程并建成一座日產(chǎn)水2.5萬頓的供水系統(tǒng)，分別建設(shè)了抽水泵系統(tǒng)、加壓泵系統(tǒng)和高位水池。根據(jù)公司用水需求特點(diǎn)，從抽水泵系統(tǒng)過來的水一部分直接供給生產(chǎn)用水部門，一部分則需通過加壓泵輸送到高位水池，而供給生產(chǎn)用水部門的水壓與供給高位水池的水壓相差較大。同時高位水池距抽水泵房較遠(yuǎn)達(dá)十多公里，高位水池的液位高低和加壓泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及如何與抽水泵系統(tǒng)“聯(lián)動”也是較難解決的。鑒于以上特點(diǎn)，從技術(shù)可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度綜合考慮，我們設(shè)計(jì)了用PLC控制與變頻器控制相結(jié)合的自動恒壓控制供水系統(tǒng)，同時通過主水管線壓力傳遞較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了加壓泵系統(tǒng)與抽水泵系統(tǒng)“遠(yuǎn)程聯(lián)動”的控制目的2.2系統(tǒng)組成系統(tǒng)主要由電動機(jī)，變頻器，PLC控制器，軟起動器，電機(jī)保護(hù)器數(shù)據(jù)采集及其輔助設(shè)備組成。2.3控制要求及技術(shù)指標(biāo)1：供水壓力要求恒定，波動一定要小，尤其在換泵時。2：三臺泵根據(jù)壓力的設(shè)定，采用“先開先?！钡脑瓌t。3：為了防止一臺泵長時間運(yùn)行，需設(shè)定運(yùn)行時間。當(dāng)時間到時，自動切換到下一抬泵，以防止泵長時間不用而銹死。4：要有完善的保護(hù)和報(bào)警功能。5：為了檢修和應(yīng)急要設(shè)有手動功能。6：需要有水池防抽空功能。技術(shù)指標(biāo) 供水揚(yáng)程： 4120 m 供水流量： 22000 m3/h 水泵功率： 0.5575 KW 平均節(jié)電率： 3060% 壓力調(diào)節(jié)精度：0.01Mpa 預(yù)定壓力設(shè)定數(shù)：第1、2壓力。其中第2壓力設(shè)定值為消防用水壓力。 水泵數(shù)量及功率可根據(jù)用戶實(shí)際情況來選定。2.4變頻器的技術(shù)參數(shù)ABB ACS400是具有多種功能的變頻器，在本例中由于已選PID調(diào)節(jié)器，因此就不用變頻器的內(nèi)部PID調(diào)節(jié)，而只用變頻器的工廠宏FACTORY（0）就可以了。壓力傳感器將壓力信號傳給PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)壓力設(shè)定，輸出420MA給變頻器以調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，變頻器的運(yùn)行要根據(jù)可編程序控制器輸出Q1.0（DCOM1-DI2）是否閉合來確定，變頻器的停止要根據(jù) 編程序控制器輸出Q0.7（DCOM1-DI1）是否閉合來確定。將變頻器內(nèi)部可編程繼電器RO1，RO2設(shè)定成頻率到達(dá)。相關(guān)參數(shù)設(shè)定如下： 代碼 功能 設(shè)定值 代碼 功能 設(shè)定值 9902 APPLIC MACRO 0 2102 STOP FUNCTION 1 1001 EXICOMMANDS 3 3201 SUPERV1 PARAM 0103 1003 DIRECTION 1 3202 SUPERV1 LIMLO 15HZ 1102 EXT1/EXT2 6 3203 SUPERV1 LIMHI 50HZ 1103 EXT REF1 SEL 0 3204 SUPERV1V2PARAM0103第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1確定控制方案1） 工頻手動方式系統(tǒng)設(shè)計(jì)了手動工頻的操作方式，將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“工頻”檔位，操作人員可以根據(jù)需要自己決定起動或停止任意一臺泵的運(yùn)行。由于在該操作方式下，PLC、PID、變頻器等均不參加控制，因此，從技術(shù)角度上來說，該方式無法保障出水管網(wǎng)壓力值的恒定，所以必須有人監(jiān)守。該方式主要供PLC、變頻器、PID儀表、壓力變送器等設(shè)備故障檢修時使用。 2） 變頻自動方式將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“變頻”檔位，按下變頻起動按鈕，系統(tǒng)將自動判斷并選擇起始變頻運(yùn)行泵入口，進(jìn)入自動運(yùn)行。3） 工作原理(1) 當(dāng)某臺電機(jī)故障或需要檢修某臺電機(jī)水泵時，控制系統(tǒng)將退減到3泵循環(huán)方式自動工作;(2) 當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)將采用工頻驅(qū)動方式控制泵的運(yùn)行與停止，來保證供水的壓力在一定的范圍內(nèi)，但系統(tǒng)無法達(dá)到壓力值的恒定，同時發(fā)出報(bào)警蜂鳴聲響，通知操作人員進(jìn)行處理;(3) 當(dāng)無水接點(diǎn)信號來臨時，PLC將關(guān)斷所有變頻和工頻輸出，直到無水接點(diǎn)信號消失，PLC將自動恢復(fù)控制輸出;(4) 當(dāng)消防信號到來時，PLC控制將轉(zhuǎn)入子程序段執(zhí)行，關(guān)斷生活用水，打開消防供水閥，實(shí)現(xiàn)對消防管道補(bǔ)充供水目的，系統(tǒng)將根據(jù)在PLC程序中設(shè)置的消防供水壓力設(shè)定值自動地完成恒定穩(wěn)壓消防供水。當(dāng)消防信號解除后，系統(tǒng)自動恢復(fù)到變頻恒壓供水工作狀態(tài);(5) 僅單臺泵變頻運(yùn)行，且處于最低輸出頻率狀態(tài)和較長時間無壓力上下限出現(xiàn)時(可以認(rèn)為此時的系統(tǒng)供水需求量接近為零)，控制系統(tǒng)將以變頻50Hz運(yùn)行30s或使管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值的1.2倍左右后，立即停止運(yùn)行，進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到管網(wǎng)實(shí)際壓力為壓力設(shè)定值的80%左右，控制系統(tǒng)重新自動恢復(fù)變頻運(yùn)行，即休眠喚醒。當(dāng)然，管網(wǎng)中若有氣壓罐，系統(tǒng)應(yīng)以氣壓罐的壓力控制器的上下限接點(diǎn)作為休眠與喚醒的條件進(jìn)行控制3.1.1抽水泵系統(tǒng)整個抽水泵系統(tǒng)有150KW深井泵電機(jī)四臺，90KW深井泵電機(jī)兩臺，采用變頻器循環(huán)工作方式，六臺電機(jī)均可設(shè)置在變頻方式下工作。采用一臺150KW和一臺90KW的軟起動150KW和90KW的電機(jī)。當(dāng)變頻器工作50HZ，管網(wǎng)壓力仍然低于系統(tǒng)設(shè)定的下限時，軟起動器便自動起動一臺電機(jī)投入到工頻運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到高限時，自動停掉工頻運(yùn)行電機(jī)。系統(tǒng)為每臺電機(jī)配備電機(jī)保護(hù)器，是因?yàn)殡姍C(jī)功率較大，在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓和穩(wěn)定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被 PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將一臺備用的泵用變頻器起動后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺備用泵投入變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個信號仍存在時，PLC再停掉一臺工頻運(yùn)行的電機(jī)，直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水。另外，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)六臺泵為兩組，每臺泵的電機(jī)累計(jì)運(yùn)行時間可顯示，24小時輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運(yùn)行時間，確保了泵的可靠壽命。3.1.2半自動運(yùn)行當(dāng)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，自動控制系統(tǒng)失靈，這時候系統(tǒng)工作處于半自動狀態(tài)，即一臺泵具有變頻自動恒壓控制功能，當(dāng)用水量不夠時，可手動投入另外一臺或幾臺工頻泵運(yùn)行。3.1.3手動當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器故障時，為確保用水，六臺泵可分別以手動工頻方式運(yùn)行。實(shí)施效果實(shí)際運(yùn)行證明本控制系統(tǒng)構(gòu)成了多臺深井泵的自動控制的最經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，在軟件設(shè)計(jì)中充分考虎變頻與工頻在切換時的瞬間壓力與電流沖擊，每臺泵均采用軟起動是解決該問題關(guān)鍵。變頻器工作的上下限頻率及數(shù)字PID控制的上下限控制點(diǎn)的設(shè)定對系統(tǒng)的誤差范圍也有不可忽視的作用。采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。另外：采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟(jì)地解決了不同用水壓力的問題。拓寬運(yùn)用變頻恒壓控制原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠(yuǎn)程通訊總是并達(dá)到異地連鎖控制的目的。在抽水泵房設(shè)置連續(xù)液位顯示，并將信號傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機(jī)，設(shè)定的取水位置，確保水的質(zhì)量。 過載、欠壓、過壓、過流、相序不平衡、缺相、電機(jī)空轉(zhuǎn)等情況下為確保電機(jī)的良好使用條件，達(dá)到延長電機(jī)的使用壽命的目的。系統(tǒng)配備水位顯示儀表，可進(jìn)行高低位報(bào)警，同時通過PLC可確保取水在合理水位的水質(zhì)監(jiān)控，同時也保護(hù)電機(jī)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況。系統(tǒng)配備流量計(jì)，既能顯示一段時間的累積流量，又能顯示瞬時流量，可進(jìn)行出水量的統(tǒng)計(jì)和每臺泵的出水流量監(jiān)控。系統(tǒng)配備流量計(jì)，既能顯示一段時間的累積流量，又能顯示瞬時流量，可進(jìn)行出水量的統(tǒng)計(jì)和每臺泵的出水流量監(jiān)控。3.1.4加壓泵系統(tǒng)由于抽水泵房距離高位水池較遠(yuǎn)，直接供水到高位水池抽水泵的揚(yáng)程不足，為此在距離高位水池落差為36米處設(shè)計(jì)有一加壓泵房，配備立式離心泵兩臺（一用一備）電機(jī)功率為75KW，揚(yáng)程36米。該加壓泵的控制系統(tǒng)需考慮以下條件：（1）若高位水池水位低和主管有水，則打開進(jìn)水電動蝶閥和起動加壓泵向高位水池供水；（2）若高位水池水位滿且主管有水，則給出報(bào)警信號并關(guān)閉加壓泵和進(jìn)水電動蝶閥；（3）若主管無水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必須開啟出水電動蝶閥由高位水池向主管補(bǔ)充不。像抽水泵一樣，我們?yōu)榧訅罕门鋫淞塑浧饎悠骱碗姍C(jī)保護(hù)器，確保加壓泵長期可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，同時配備了高位水池的水位傳感器和數(shù)顯儀和缺水傳感器。為保證整個主水管網(wǎng)的恒壓供不，當(dāng)高位水池滿且主水管有水時，加壓泵停止，此時主管壓力將“憋壓”，最終導(dǎo)致主管壓力上升，并將此壓力傳遞到抽水泵房，抽水泵的控制系統(tǒng)檢測到此壓力進(jìn)行恒壓變頻控制，進(jìn)而達(dá)到整個主管網(wǎng)的恒壓供水，這是整個控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。3.1.5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能自動平穩(wěn)切換，恒壓控制主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號420mA送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測值進(jìn)行PID運(yùn)算，并給出信號直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。電機(jī)既有電機(jī)保護(hù)器，又有軟起動器，克服了起動時的大電流沖擊，相對延長了電機(jī)制使用壽命。由于采用PLC控制的壓力自動控制，可以實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程操作，系統(tǒng)的PLC預(yù)留有RS485接口，可與總調(diào)度室計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。3.2主電路設(shè)計(jì)主電路主要由M1、M2、M3三臺電機(jī)、交流接觸器KM1KM6控制三臺電機(jī)的運(yùn)行，KM1、KM2、KM3為電機(jī)M1、M2、M3過載保護(hù)用的熱繼電器，QF1，QF2，QF3，QF4，QF5分別為主電路、變頻器和三臺泵的工頻運(yùn)行空氣開關(guān)。KM1、KM3、KM5實(shí)現(xiàn)自動功能，KM2、KM4、KM6實(shí)現(xiàn)手動功能。3.3PLC的接線圖CPU224的傳感器電源24V（DC）可以輸出600MA電流，通過核算在本例中容易滿足要求，CPU224的輸出繼電器觸點(diǎn)容量為2A，電壓范圍為530V（DC）或5250V（AC），如果用在較大容量的系統(tǒng)中，一定要注意PLC的輸出保護(hù)。I01I06接控制電路圖中虛線筐內(nèi)相對應(yīng)的控制線，201接變頻器的DCOM1，202203接變頻器的DI1DI2，變頻器的RO1的常開點(diǎn)接到PLC的I0.0，R02的常開觸點(diǎn)接到PLC的I0.1。3.4控制電路圖本系統(tǒng)的電氣控制線路的電路圖中，SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，KA為手動/自動中間繼電器，打開1位置為手動狀態(tài)，打開2位置為自動狀態(tài)，同時KA吸合。在手動狀態(tài)，可以按動SB1SB6控制三臺泵的起停。在自動狀態(tài)時，系統(tǒng)根據(jù)PLC的程序運(yùn)行，自動控制泵的起停。HL1HL8為各種運(yùn)行指示燈。中間繼電器KA的常開觸點(diǎn)接I03，控制自動狀態(tài)時的起動。中間繼電器的KA的三個常閉觸點(diǎn)接在三臺泵的手動控制電路上，控制三臺泵的手動運(yùn)行。在自動狀態(tài)時，三臺泵在PLC的控制下能夠有序而平穩(wěn)地切換、運(yùn)行。KH1，KH2，KH3為三臺泵的熱繼電器的常閉觸點(diǎn)，可對電機(jī)進(jìn)行過流保護(hù)。3.5程序設(shè)計(jì)在主程序中，T56，T57為變頻器頻率上、下限到達(dá)濾波時間繼電器，主要用于穩(wěn)定系統(tǒng)，VB200為變頻泵的泵號，VB201為工頻運(yùn)行泵的總臺數(shù)，VD260為倒泵時間存儲器。第四章 PLC選型分析4.1硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)選用了西門子公司的S7-200PLC，輔以輸入/輸出擴(kuò)展模塊組成，主要檢測元件有光電開關(guān)、壓力檢測開關(guān)，共計(jì)12個輸入信號。執(zhí)行部件有電機(jī)、變頻挑速器、聲光報(bào)警器，共3個輸出點(diǎn)。PLC主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲、報(bào)警、控制變頻器直接驅(qū)動，進(jìn)行恒壓控制，變頻器的起動、停止分為手動和PLC控制。控制面板上設(shè)有一個手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，PLC對該開關(guān)的狀態(tài)實(shí)時檢測，當(dāng)選擇手動功能時。PLC只進(jìn)行檢測報(bào)警，由人工通過面板上的按狃和開關(guān)進(jìn)行水泵的起、停和切換。當(dāng)選擇自動功能時，所有控制、報(bào)警均由PLC完成。4.2系統(tǒng)軟件 為方便調(diào)試的編程，系統(tǒng)控制器采用模塊化編程，主要由手動運(yùn)行模塊、自動運(yùn)行模塊和故障診斷與報(bào)警模塊組成。 （1）手動運(yùn)行模塊 當(dāng)系統(tǒng)處于手動運(yùn)行時，PLC只接收個電路保護(hù)信號和各傳感器信號，并由此判斷各工作水泵的運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障的情況下，輸出報(bào)警信號。水泵的起、停和切換由人工通過面板上的按狃和開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 （2）自動運(yùn)行模塊 自動運(yùn)行模塊包括系統(tǒng)的初始話、開關(guān)命令的檢測、數(shù)據(jù)采集子程序、控制量運(yùn)算子程序、置初值子程序、電機(jī)控制子程序等。 電機(jī)控制子程序完成對3臺水泵的運(yùn)行和停止控制。由于變頻器的輸出頻率與水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度直接相關(guān)，用水量大時，變頻器輸出頻率升高，水泵的運(yùn)水速度大；用水量小時，頻率降低，水泵的運(yùn)水速度小。因此程序根據(jù)變頻器的輸出頻率的大小就可以判斷和控制水泵的工作狀態(tài)。當(dāng)頻率上升到50HZ（即水泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)時）仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將第一臺泵切換到工頻運(yùn)行；第2臺由變頻器供電投入運(yùn)行，如果第二臺泵電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將第二臺泵切換到工頻運(yùn)行，第3臺泵由變頻器供電投入運(yùn)行，依次規(guī)律逐個投入運(yùn)行；當(dāng)2臺泵都處于工頻全速運(yùn)行方式，第3臺泵處于變頻運(yùn)行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達(dá)一定的下限Fmin時，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動將第二臺泵停止運(yùn)行，依次類推。4.3PLC的I/O分配輸 入 功 能輸 出 功 能I0.0變頻器高頻到達(dá)R01Q0.0KM1（1#電機(jī)接變頻器）I0.1變頻器低頻到達(dá)R02Q0.1KM2（1#電機(jī)接工頻電源）I0.3起動Q0.2KM3（1#電機(jī)接變頻器）Q0.3KM4（2#電機(jī)接工頻電源）Q0.4KM5（3#電機(jī)接工頻電源）Q0.5KM6（3#電機(jī)接工頻電源）I0.7水池水位下限信號Q0.7DCOM1DI1Q1.0DCOM1DI2 4.4 PLC的主要技術(shù)條件分析本系統(tǒng)由SEIMENSS7-200的CPU224，ABB ACS400系列7.5KW變頻器和具有壓力顯示的PID調(diào)節(jié)器組成。利用變頻器的兩個可編程繼電器輸出端口R01和R02進(jìn)行功能設(shè)定。當(dāng)變頻器達(dá)到最高頻率時，R01的常開觸點(diǎn)RO1B-RO1C閉合：當(dāng)變頻器達(dá)到最低頻率時，RO2的常開觸點(diǎn)RO2B-RO2C閉合?？梢源俗鳛镃PU224的輸入信號，判斷是否進(jìn)行加泵和切泵。為了節(jié)省成本，不采用SEIMEN的EM235擴(kuò)展模塊，而采用具有模擬量輸入和模擬量輸出的PID調(diào)節(jié)器，將壓力傳感器的信號（420mA或05V）送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器再將模擬量輸出給變頻器進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。 4.5 PID應(yīng)用及介紹變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率是如何確定的呢？首先，通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，將壓力信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的DC420mA的模擬量信號送入PID調(diào)節(jié)器;然后，經(jīng)PID儀表將壓力設(shè)定值與壓力反饋值進(jìn)行比較計(jì)算后，PID儀表輸出一個執(zhí)行值作為變頻器的頻率給定值，由變頻器控制電機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)管網(wǎng)出口處供水壓力，達(dá)到恒壓供水目的。若是通過HMI設(shè)定壓力值，那么，實(shí)際管網(wǎng)壓力反饋的模擬量信號就要進(jìn)入PLC模擬量輸入端口，通過用戶PLC程序來完成設(shè)定值與實(shí)際值的比較計(jì)算，根據(jù)差值大小來決定每次執(zhí)行值調(diào)節(jié)的頻度與幅度(解決好調(diào)節(jié)頻度與調(diào)節(jié)幅度的問題是保障管網(wǎng)壓力穩(wěn)定的關(guān)鍵所在，也是避免系統(tǒng)振蕩的關(guān)鍵技術(shù)所在)，從而達(dá)到改變變頻器的給定頻率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時調(diào)速的目的。PID閉環(huán)控制原理和控制接線圖如圖1所示。圖1（a）表示了多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力閉環(huán)PID控制原理，圖1（a）表示了具體的PID閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)方法:線路連接圖。當(dāng)壓力設(shè)定值大于壓力實(shí)際值時，PID儀表將通過增加模擬量輸出值來加速水泵電機(jī)的運(yùn)行;當(dāng)壓力設(shè)定值小于實(shí)際壓力值時，PID儀表將通過減小模擬量輸出值來降低水泵電機(jī)的運(yùn)行;PID儀表將不斷地通過改變模擬量輸出值的大小來調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到供水管網(wǎng)壓力恒定的目的。 當(dāng)PID儀表的模擬量輸出值達(dá)到最大且管網(wǎng)壓力仍處于壓力下限狀態(tài)時(通過修改PID儀表的正負(fù)偏差值的大小來設(shè)定上下限報(bào)警點(diǎn))，利用PLC程序開始計(jì)時，在計(jì)時時間到后(計(jì)時的目的是為了對該報(bào)警信號的穩(wěn)定性確認(rèn)，避免增減投運(yùn)臺數(shù)的頻繁動作或錯誤判斷動作)，PLC將作出一系列動作命令來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前狀態(tài)向下一個狀態(tài)的遷移，必須指出的是在每次狀態(tài)遷移時，首先應(yīng)斷開變頻器起動信號后再斷開變頻器與電機(jī)間的變頻方式接觸器，并且變頻器停止方式參數(shù)最好設(shè)置為“自由停車”方式，若動作執(zhí)行順序相反，將會造成變頻器故障或損壞。在變頻工作方式向工頻工作方式轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)斷開變頻接觸器后應(yīng)在盡量短的時間內(nèi)完成工頻工作方式的投入，否則，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降到一定程度后就會產(chǎn)生起動沖擊。同樣，當(dāng)PID儀表的模擬量輸出值達(dá)到最小且管網(wǎng)壓力仍處于壓力上限狀態(tài)時，PLC程序開始計(jì)時，計(jì)時時間到后，PLC將完成當(dāng)前狀態(tài)向上一個狀態(tài)的遷移，通常要設(shè)置一個最低輸出頻率下限的變頻器參數(shù)，一般取15Hz20Hz，這樣做一方面是為了避免電機(jī)在低頻狀態(tài)下可能的失速現(xiàn)象和電機(jī)長時間低頻運(yùn)行的溫升問題，另一方面也是為了減少頻繁狀態(tài)遷移帶來的系統(tǒng)振蕩。 4.6 PID計(jì)算PID運(yùn)算電路如圖2所示。線性集成放大器的輸入阻抗為： （1）反饋?zhàn)杩篂椋?（2） 若線性集成元件為理想情況，其輸出為： （3）對上式進(jìn)行拉氏變換可得： （4） 令 ，則： （5）由上式可見，此圖實(shí)現(xiàn)了PID功能。 4.7PLC系統(tǒng)狀態(tài)分析對于多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)來說，其在正常條件下的狀態(tài)數(shù)滿足以下公式:式中，Sn為正常狀態(tài)總數(shù)，n為多泵循環(huán)系統(tǒng)的泵的臺數(shù)。 式(1)表達(dá)了正常狀態(tài)與泵的臺數(shù)的關(guān)系以及各個狀態(tài)之間相互遷移的條件，它是一個典型的多入口多出口狀態(tài)遷移圖，控制邏輯較為復(fù)雜。其他諸如指定某臺電機(jī)處于檢修狀態(tài)所增加的(n-1)2個狀態(tài)還必須在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中加以體現(xiàn)。因此，可以肯定地說，多泵循環(huán)控制系統(tǒng)的程序規(guī)模至少隨著泵的臺數(shù)的增加而成平方級增長?？紤]到各種其他外部條件的因素，實(shí)際上程序規(guī)?？赡軙_(dá)到:第五章 結(jié)束語通過以上各部分的分析與描述可知，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須調(diào)查清楚用戶的需求，然后綜合考慮各需求之間的關(guān)系和處理方法。變頻器選擇ABB公司的產(chǎn)品，IG5或IS5或IH等，它不僅完全具備控制系統(tǒng)對其功能的需求，而且具有較高的可靠性和性價比?；赑LC控制的多泵循環(huán)變頻恒壓供水系統(tǒng)采用PLC的開關(guān)量輸入/輸出方式來控制電機(jī)的起動與停止、狀態(tài)遷移、檢修與故障處理等功能，通過PID儀表、壓力變送器來實(shí)現(xiàn)變頻驅(qū)動電機(jī)水泵的速度調(diào)節(jié)(當(dāng)然也可以通過觸摸屏和模擬量輸入輸出混合模塊來實(shí)現(xiàn)變頻速度調(diào)節(jié))，從而達(dá)到恒壓供水的目的。控制系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)時充分考慮到負(fù)載均衡性原則，采取“先開先?！钡呐抨?duì)策略，執(zhí)行變頻方式輪值，確保各泵使用率基本均衡。變頻恒壓供水一改以往的定量供給方式，首次實(shí)現(xiàn)“按需分配”原則，因此變頻恒壓供水方式與工頻控制方式相比，不僅具有上面所述功能優(yōu)點(diǎn)，而且同樣具備很好的節(jié)能效果，在以往的工程中通常節(jié)電率達(dá)到20%以上。 通過這幾個月畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我深深的感受到PLC在社會上的應(yīng)用，也充分的讓我明白在當(dāng)今這個競爭激烈的社會，只有自己不斷的學(xué)習(xí)，你才不會被這個社會所淘汰，只有我們堅(jiān)持一個信念-要勇往直前，不怕艱苦，不斷的提升自己，超越自己，你才能成功!PLC在高樓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用！一方面它可以很方便的為客戶提供很好的服務(wù),另一方面它可以為社會節(jié)省大量的水資源，間接的在為國家省錢！今天的社會不像過去了，工業(yè)在飛速的發(fā)展，你不進(jìn)步別人就會進(jìn)步，反過來你就在退步，總之你要適應(yīng)這個社會，那樣你才能主宰你自己，才能為社會作出貢獻(xiàn)！參考文獻(xiàn)1 LG 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