畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）城市恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目：城市恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作 者： 專業(yè)及班級(jí)：06級(jí)機(jī)械制造及自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： 準(zhǔn)考證號(hào)：014408500157 南昌理工學(xué)院光信息機(jī)電工程系2009年10月31摘 要 城市供水系統(tǒng)的主要在用水量不斷變化的情況下，維持管內(nèi)水壓在一定范圍內(nèi)，即滿足用戶用水的要求，又能夠最大程度節(jié)約能源、延長(zhǎng)設(shè)備壽命。變頻供水的控制器經(jīng)歷了從繼電器-接觸器，到單片機(jī)，再到plc。而變頻器也從多端速度控制、模擬量輸入控制，發(fā)展到專用變頻器。實(shí)現(xiàn)了城市供水系統(tǒng)簡(jiǎn)單、高效、低耗能的功能，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過(guò)程，采用plc作為核心控制是個(gè)較好的方案。 關(guān)鍵詞： 恒壓供水 plc 變頻器 程序設(shè)計(jì)

2、主編：杜善義排版：徐振盼審核：翟亞軍abstract urban water supply system, mainly in the water changing circumstances, to maintain its water pressure within a certain range, that is, to meet the requirements of the user of water, but also to the greatest degree of energy conservation, to extend the service life. frequen

3、cy of water supply has gone from a controller relay - contactor, to the microcontroller, to the plc. the inverter speed control from multiterminal analog input control, the development of the special inverter. implementation of urban water supply system is simple, efficient, low-power features, and

4、achieve automated control process, using plc as a core control is a better solution.key words: constant pressure water supply inverter plc program design.目 錄緒論 1 供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1 供水系統(tǒng)功能要求 1第一章.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 41.1 供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 41.2 供水系統(tǒng)的工作原理 5第二章 硬件系統(tǒng)配置 7 2.1 plc選型7 2.2 plc的i/o資源分配 8 2.3 其他資源配置 10第三章.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 143.1 總體流程設(shè)計(jì)

5、 143.2 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì) 21第四章.系統(tǒng)設(shè)計(jì)中問(wèn)題及解決方法 294.1 硬件方面問(wèn)題 294.2 軟件方面問(wèn)題 30第5章 設(shè)計(jì)小結(jié) 30致謝 31參考資料 32緒 論一、供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介對(duì)于高層用戶來(lái)說(shuō)，在白天或用水高峰時(shí)候，供水系統(tǒng)的電機(jī)負(fù)荷最大，常常滿負(fù)荷或超負(fù)荷；而晚上或休閑時(shí)，所需水量減少，但是電機(jī)依然處于滿負(fù)荷運(yùn)行，這樣浪費(fèi)了大量資源，對(duì)電機(jī)損耗也很大，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)用有效的解決了以上問(wèn)題，根據(jù)用水量的大小來(lái)控制水泵的轉(zhuǎn)速，即用水量大時(shí)，提高變頻，使水泵轉(zhuǎn)速升高，增加供水量。當(dāng)用水量減少時(shí)，降低變頻，使水泵轉(zhuǎn)速降低，或減少投入運(yùn)行水泵數(shù)量，減少供水量。現(xiàn)在由于電子技術(shù)

6、的發(fā)展如scad系統(tǒng)、dcs系統(tǒng)和plc等系統(tǒng)逐漸應(yīng)用到工業(yè)控制中。scada系統(tǒng)是由一個(gè)主控站和若干個(gè)遠(yuǎn)程終端站組成，通過(guò)物理鏈路層或數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行通信聯(lián)系。該系統(tǒng)最初用于通信系統(tǒng)，但終端站的擴(kuò)展，也實(shí)現(xiàn)連續(xù)及順序控制，所以較多應(yīng)用于控制系統(tǒng)，但此類系統(tǒng)多側(cè)重于連續(xù)監(jiān)測(cè)的場(chǎng)所。dc系統(tǒng)稱為集散型控制系統(tǒng)，是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)終端機(jī)組成的，共同完成分散控制和集中操作、管理的綜合控制系統(tǒng)，多側(cè)重于連續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程管理。plc時(shí)可編程控制器的簡(jiǎn)稱，它作為處理系統(tǒng)的控制器，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能要求，也可利用計(jì)算機(jī)作為其上位機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接plc，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有編程方便、開(kāi)發(fā)周期短、維護(hù)容易

7、、通用性強(qiáng)、使用方便、控制功能強(qiáng)、模塊化結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。二、供水系統(tǒng)要求城市供水系統(tǒng)的主要在用水量不斷變化的情況下，維持管內(nèi)水壓在一定范圍內(nèi)，即滿足用戶用水的要求，又能夠最大程度節(jié)約能源、延長(zhǎng)設(shè)備壽命。變頻供水的控制器經(jīng)歷了從繼電器-接觸器，到單片機(jī)，再到plc。而變頻器也從多端速度控制、模擬量輸入控制，發(fā)展到專用變頻器。實(shí)現(xiàn)了城市供水系統(tǒng)簡(jiǎn)單、高效、低耗能的功能，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制過(guò)程，采用plc作為核心控制是個(gè)較好的方案。plc具有體積小，設(shè)計(jì)周期短、數(shù)據(jù)處理和通信方便、易于操作與維護(hù)、明顯降低成本等優(yōu)點(diǎn)，可滿足城市供水系統(tǒng)的要求。除此之外，plc作為城市供水系統(tǒng)使設(shè)計(jì)過(guò)程變的更

8、加簡(jiǎn)單。可實(shí)現(xiàn)功能變的更多。由于plc和cpu強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信能力，使城市供水系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與通信變得可能，并且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用plc作為控制器的城市供水系統(tǒng)主要涉及兩個(gè)方面：一是信號(hào)輸入；二是控制輸出信號(hào)。其一、信號(hào)輸入城市供水系統(tǒng)信號(hào)輸入檢測(cè)主要涉及三類信號(hào)的檢測(cè)，主要包括：按鈕的輸入檢測(cè)、液位高低的輸入檢測(cè)，以及管內(nèi)壓力的輸入檢測(cè)。1)、按鈕輸入檢測(cè)。大多數(shù)為人工方式控制的輸入檢測(cè)，主要有手動(dòng)按鈕、自動(dòng)按鈕、水泵工頻啟動(dòng)按鈕、水泵變頻啟動(dòng)按鈕，以及變頻加、減速按鈕等。2)、液位高低輸入檢測(cè)。檢測(cè)水池液位的高低，用來(lái)控制整個(gè)供水系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。3)、管內(nèi)壓力輸入檢測(cè)。按鈕輸入和液位高低輸

9、入檢測(cè)到為數(shù)字量輸入，管內(nèi)壓力輸入為模擬量輸入。通過(guò)將管內(nèi)的壓力傳感器安置于適當(dāng)位置上，將檢測(cè)值反饋到plc中，通過(guò)運(yùn)算輸出控制水泵信號(hào)。當(dāng)壓力值偏低時(shí)，供水量不足，導(dǎo)致用戶無(wú)法正常用水，因此需要增加水泵的轉(zhuǎn)速以增加供水量；當(dāng)壓力值偏高時(shí)，導(dǎo)致管內(nèi)壓力值過(guò)大，用戶用水較多，容易對(duì)管道造成損害，因此減少水泵轉(zhuǎn)速減少供水量，最終使管內(nèi)的水壓力保持在一定范圍內(nèi)。其二、控制信號(hào)與輸出信號(hào)信號(hào)輸出部分主要包括兩個(gè)方面；一個(gè)是數(shù)字輸出，即各類設(shè)備的接觸器；另外一個(gè)是通信輸出，即通過(guò)rs-485來(lái)控制變頻器。1)、數(shù)字輸出?？刂聘黝愒O(shè)備的啟動(dòng)和停止，包括：所有水泵的工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行等接觸器，以及進(jìn)水閥門的

10、開(kāi)啟與關(guān)閉。2)、通信輸出。通過(guò)plc中pid運(yùn)算的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)值，該控制信號(hào)輸入到變頻器的通信端口上，改變變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制水管中壓力的要求。第一章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)一. 供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 城市供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一方面是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；另一方面是plc電氣控制方面設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)控制功能的前提；plc電氣控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)控制功能的核心部分。機(jī)械部分的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，電氣結(jié)構(gòu)、設(shè)備組成比較固定。1、主要組成部分 城市供水系統(tǒng)的組成比較簡(jiǎn)單，主要是一些管道、水泵、變頻器等，以及其他的輔助設(shè)備構(gòu)成，電氣結(jié)構(gòu)主要組成部分的簡(jiǎn)單示意圖。水壓

11、變化水 泵調(diào)速器控制器如圖1-11)、水壓變化：作為系統(tǒng)的控制輸入量，能否采集信號(hào)根據(jù)控制系統(tǒng)的精度及可靠性。2)、控制器：是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，通過(guò)對(duì)外界輸入狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，輸出控制量；對(duì)外界輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理后，輸出相應(yīng)的控制量。例如單片機(jī)、可編程邏輯控制器、計(jì)算機(jī)等。3)、調(diào)速器：作為控制器的核心的后續(xù)控制單元，對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行控制，最終達(dá)到控制要求。例如多段調(diào)速、變頻調(diào)速等。4)、水泵：供水系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)速器控制器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最后達(dá)到控制水泵流量大小的要求。2、電氣控制系統(tǒng)控制器、調(diào)速設(shè)備及其他輔助設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)操作面板圖12 系統(tǒng)電氣圖電氣控制系統(tǒng)主要包括操作面板、電氣控制柜

12、等單元。由于該系統(tǒng)中需要檢測(cè)較多的數(shù)字輸入量，并且還要檢測(cè)模擬輸入，然后根據(jù)設(shè)定的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出控制信號(hào)，因此系統(tǒng)的控制邏輯與時(shí)序就需要嚴(yán)格按照檢測(cè)信號(hào)的輸入進(jìn)行控制，其示意圖如圖12所示。二. 供水系統(tǒng)的工作原理圖1、控制系統(tǒng)總體框圖城市供水電氣控制系統(tǒng)的總體框圖如圖1-3所示，plc為核心控制器，通過(guò)檢測(cè)操作面板按鈕的輸入、各類傳感器輸入，以及相關(guān)模擬量的輸入，完成相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行、停止和調(diào)速按鈕。操作面板傳感器輸入模擬量輸入plc變頻器水泵圖13 城市供水電氣控制系統(tǒng)總體框圖2、工作過(guò)程城市供水系統(tǒng)在手動(dòng)狀態(tài)下，各類設(shè)備的控制根據(jù)操作面板上的按鈕輸入來(lái)控制，無(wú)邏輯限制，即不根據(jù)傳感

13、器的狀態(tài)進(jìn)行控制。在自動(dòng)方式下進(jìn)行閉環(huán)控制，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到外部傳感器的狀態(tài)如下:1）首先，測(cè)量水位的高低；啟動(dòng)運(yùn)行測(cè)量壓力反饋值調(diào)節(jié)規(guī)律計(jì)算檢測(cè)變頻器輸出輸出控制驅(qū)動(dòng)器一個(gè)過(guò)程結(jié)束圖14 自動(dòng)工作過(guò)程2）其次，采集壓力傳感器反饋的信號(hào)，將該傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成plc可處理數(shù)字信號(hào)。3）再次，plc根據(jù)壓力反饋值，以及變頻輸出，對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。4）最后，在plc中數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算后，產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)的控制。這就完成了一個(gè)工作過(guò)程。第二章 硬件系統(tǒng)配置一. plc選型根據(jù)工作原理和控制功能要求，因此設(shè)計(jì)出城市供水系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，在此控制系統(tǒng)中的核心處理器是pl

14、c，其輸入和輸出主要為數(shù)字量，只有一組模擬量輸入?？删幊炭刂破鱬lc操作面板液位高度傳感器管內(nèi)壓力反饋值變頻器三個(gè)泵運(yùn)行顯示面板圖21 電氣控制系統(tǒng)框圖根據(jù)城市供水電氣控制系統(tǒng)的功能要求，從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面來(lái)考慮，選擇西門子s7-200系列plc作為城市供水電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。由于城市供水電氣控制子系統(tǒng)的輸入/輸出端口較少，而其控制過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，因此采用 cpu224作為該控制系統(tǒng)的主機(jī)。在系統(tǒng)中，還需要采集模擬量的功能要求，因此需要再擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊。西門子公司專門為s7-200系列plc配置了模擬量輸入/輸出模塊em235，該模塊具有較高的分辨率和較強(qiáng)的輸出驅(qū)動(dòng)能力

15、，可以滿足控制系統(tǒng)的功能要求em23實(shí)例圖實(shí)例圖cpu224二. plc的i/o資源配置 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，plc的i/o進(jìn)行配置，具體分配如下所示。 1、數(shù)字量輸入部分在此控制系統(tǒng)中，所有的輸入量基本上屬于數(shù)字量，主要包括各種控制按鈕/旋鈕等數(shù)字輸入，共15個(gè)數(shù)字輸入量，如表2.1所示。 2-1 數(shù)字輸入量地址分配輸入地址輸入設(shè)備輸入地址輸入設(shè)備i0.0急停i1.02#泵變頻啟動(dòng)i0.1手動(dòng)啟動(dòng)i1.13#泵工頻啟動(dòng)i0.2自動(dòng)啟動(dòng)i1.23#泵變頻啟動(dòng)i0.3水池高位i1.3電機(jī)加速i0.4水池低位i1.4電機(jī)減速i0.51#泵工頻啟動(dòng)i1.5水池進(jìn)水閥門i0.61#泵變頻啟動(dòng)i1.6變

16、頻復(fù)位i0.72#泵工頻啟動(dòng)2、數(shù)字量輸出部分在這個(gè)控制系統(tǒng)中，主要輸出控制的設(shè)備有，各種接觸器、閥門等，共7個(gè)輸出點(diǎn)，其具體分配如表2-2所示表2-2 數(shù)字輸出量地址分配輸出地址輸出設(shè)備輸出地址輸出設(shè)備q0.01#泵工頻接觸器q0.43#泵工頻接觸器q0.11#泵變頻接觸器q0.53#泵變頻接觸器q0.22#泵工頻接觸器q0.6水池閥門q0.32#泵變頻接觸器3、模擬量輸入部分由于需要采集一個(gè)壓力傳感器所反饋數(shù)據(jù)，因此擴(kuò)展了一個(gè)模擬量輸入/輸出模塊，具體i/o分配如表2-3。 表2-3 模擬量輸入地址分配輸入地址輸入設(shè)備aiwo壓力傳感器根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求、如表2-1、2-2和2-3所示

17、的i/o分配情況，以及圖2-6所示的城市供水系統(tǒng)的硬件連線圖，設(shè)計(jì)出城市供水系統(tǒng)的硬件連線圖，如圖2-6所示，此圖控制面板的手動(dòng)控制部分主要在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)使用，調(diào)試完成后基本處于閑置狀態(tài)。3#泵變頻啟動(dòng)急停手動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)啟動(dòng)水池高位水池低位1#泵工頻啟動(dòng)1#泵變頻3#啟動(dòng) 2#泵工頻啟動(dòng)2#泵變頻啟動(dòng)3#泵工頻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)加速電動(dòng)機(jī)減速水池進(jìn)水閥門變頻器復(fù)位1#泵工頻接觸器1#泵變頻接觸器2#工頻接觸器2#泵變頻接觸器3#泵工頻接觸器3#泵變頻接觸器水池閥門aiwo em235圖2-6 系統(tǒng)硬件連線圖壓力傳感器plc數(shù)據(jù)線三. 其他資源配置要完成系統(tǒng)的控制除了要plc主機(jī)及擴(kuò)展模塊之外，還需要各種開(kāi)

18、關(guān)、接觸器和變頻器等儀器設(shè)備 1、接觸器 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，其中所有設(shè)備的運(yùn)行不是連續(xù)的，而是根據(jù)控制面板上的按鈕情況或根據(jù)傳感器的反饋值進(jìn)行的，因此需要plc根據(jù)當(dāng)前的工作情況，以及按鈕的情況來(lái)控制所有設(shè)備的啟停，共6個(gè)接觸器：1#泵工頻接觸器、2#泵工頻接觸器、3#泵工頻接觸器、1#泵變頻接觸器、2#泵變頻接觸器、3#泵變頻接觸器。 （1）1#泵工頻接觸器,1#泵工頻接觸器是連接1#到工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)plc輸出的指令控制泵的工頻運(yùn)行或停止。（2）2#泵工頻接觸器,2#泵工頻接觸器是連接2#泵到工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)plc輸出的指令控制泵的工頻運(yùn)行或停止。（3）3#泵工頻接觸器，3

19、#泵工頻接觸器是連接3#泵到工頻電網(wǎng)的接觸器，通過(guò)plc輸出的指令控制泵的工頻運(yùn)行或停止。（4）1#泵變頻接觸器，1#泵變頻接觸器是連接1#泵到變頻器的接觸器，通過(guò)plc輸出的指令控制泵的變頻運(yùn)行或停止。(5）2#泵變頻接觸器，2#泵變頻接觸器是連接2#泵到變頻器的接觸器，通過(guò)plc輸出的指令控制泵的變頻運(yùn)行或停止。（6）3#泵變頻接觸器，3#泵變頻接觸器是連接3#泵到變頻器的接觸器，通過(guò)plc輸出的指令控制泵的變頻運(yùn)行或停止。2、變頻器mm430變頻器一種風(fēng)機(jī)水泵負(fù)載專用變頻器，能使用于各種變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，尤其使用于工業(yè)部門的水泵和風(fēng)機(jī)，主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。1).體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。2).采

20、用模塊化結(jié)構(gòu)，組織靈活。3).具有完善的電機(jī)和變頻保護(hù)功能。 4).具有較高的輸出轉(zhuǎn)矩。5).具有旁路功能，可安全的將電機(jī)直接切換為電源供電。6).具有節(jié)能功能，可最大限度節(jié)約能源。7).如果對(duì)水泵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)可以無(wú)載空轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。8)組驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，可使變頻器在3組驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)下工作。9).復(fù)合制動(dòng)功能可實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。10).可設(shè)置跳轉(zhuǎn)頻率，可在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)諧振時(shí)將機(jī)械所受壓力降到最低。 11).再啟功能，可使變頻器與正在轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)連接時(shí)所受沖擊力最小。 12).變頻器根據(jù)ptc/kty的輸入信號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)高溫檢測(cè)，保護(hù)電機(jī)。13).可接入網(wǎng)絡(luò)中使用。14).集成的emc濾波器能有效降低對(duì)安裝工

21、作的要求。3、各類按鈕在這個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)操作中，采用三種機(jī)械按鈕，控制供水系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行，手動(dòng)/自動(dòng)按鈕使用按鈕，即旋到一邊接通，旋到另一邊關(guān)閉；自動(dòng)啟動(dòng)按鈕采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕；急停按鈕使用旋轉(zhuǎn)復(fù)位按鈕，按下后系統(tǒng)停止，旋轉(zhuǎn)后自動(dòng)彈起。在手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，對(duì)每個(gè)設(shè)備都對(duì)應(yīng)一個(gè)按鈕，采用觸點(diǎn)觸發(fā)式按鈕，即按下接通，松開(kāi)復(fù)位。4、人機(jī)界面該系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)采用西門子公司的td200文本顯示器，該顯示器可適用所有s7-200系列的plc，采用td200主要完成以下功能：顯示信息；設(shè)定及修改控制系統(tǒng)的參數(shù)；8個(gè)可由用戶定義的功能鍵，可代替普通按鈕；提供強(qiáng)制i/o檢測(cè)功能。td200的連接很簡(jiǎn)單，只需在

22、所提供的連接電纜接到s7-200系列plc的ppi接口上即可，在距離不超過(guò)其規(guī)定范圍時(shí)，由plc對(duì)其進(jìn)行供電。在編程時(shí)，可利用西門子公司提供的編程軟件step 7-micro/win32，由于在cpu中已經(jīng)保留了一個(gè)專門的區(qū)域用于與td200進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以只需要將顯示及修改的中間繼電器、寄存器等與文本顯示器相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行連接即可。5、傳感器傳感器的作用是將壓力、溫度等非電量的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)后，傳送到plc主機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,再通過(guò)通信傳給變頻器控制電機(jī)。第三章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采用西門子公司為s7-200系列plc開(kāi)發(fā)的step 7-micro/win32作為編程軟件，就可以開(kāi)

23、始軟件部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件部分的設(shè)計(jì)情況以及plc控制系統(tǒng)i/o的分配情況，進(jìn)行軟件編程的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，首先按照需要實(shí)現(xiàn)的功能的要求做出流程框圖，也便于調(diào)試。開(kāi)始自動(dòng)控制手動(dòng)控制圖3-1 模式選擇流程圖 自動(dòng)？一. 總體流程設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制過(guò)程可分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能。在手動(dòng)控制模式下，每個(gè)設(shè)備可單獨(dú)運(yùn)行，以測(cè)試設(shè)備的性能，模式選擇流程圖如圖3-1。1、手動(dòng)模式下在手動(dòng)模式下可單獨(dú)調(diào)試每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行，手動(dòng)操作模式工作流程圖如圖3-2。手動(dòng)控制1#泵工頻運(yùn)行1#泵變頻控制2#泵工頻運(yùn)行2#泵變頻控制3#泵工頻運(yùn)行3#泵變頻控制圖3-2 手動(dòng)操作模式工作流

24、程圖 2、自動(dòng)模式處于自動(dòng)模式時(shí)，系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)，確認(rèn)后系統(tǒng)開(kāi)始工作，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面。（1）系統(tǒng)上電后，按下自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，檢測(cè)水池水位。（2）水位滿足，變頻啟動(dòng)1#泵，同時(shí)檢測(cè)管內(nèi)壓力。（3）管內(nèi)壓力大于設(shè)定值，水泵變頻調(diào)節(jié)；小于設(shè)定值，啟動(dòng)2#水泵。（4）管內(nèi)壓力大于設(shè)定值，維持現(xiàn)狀不變；小于設(shè)定值，2#水泵工頻啟動(dòng)，3#水泵變頻運(yùn)行。（5）管內(nèi)壓力大于設(shè)定值，維持現(xiàn)狀不變；小于設(shè)定值，3#水泵工頻運(yùn)行。（6）管內(nèi)壓力大于設(shè)定值，以次減少投入運(yùn)行水泵的數(shù)量。自動(dòng)操作工作模式流程圖3-3所示。在自動(dòng)控制工作流程圖中，調(diào)用了各個(gè)控制系統(tǒng)的程序，主要包括水池水位檢測(cè)程序、1#

25、泵控制程序、2#泵控制程序、3#泵控制程序，水池水位檢測(cè)程序主要控制進(jìn)水閥門的運(yùn)行和停止，其中工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面。（1） 自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始啟動(dòng)進(jìn)水閥門，監(jiān)測(cè)水位高低。（2） 水位高于高位傳感器，啟動(dòng)定時(shí)3s。（3） 定時(shí)到，仍高于高位傳感器，停止進(jìn)水閥門運(yùn)行。（4） 水位處于高位和低位傳感器之間，進(jìn)水閥門正常運(yùn)行。（5） 水位低于低位傳感器，啟動(dòng)定時(shí)1s。（6） 定時(shí)到，啟動(dòng)進(jìn)水閥門，監(jiān)測(cè)水位高低。（7） 進(jìn)水閥門啟動(dòng)后，啟動(dòng)定時(shí)2s.（8） 定時(shí)到，水位仍低于低位傳感器，輸出故障標(biāo)志。自動(dòng)控制變頻啟動(dòng)1#水泵管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？管

26、內(nèi)水壓小于設(shè)定值？管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？變頻器啟動(dòng)2水泵1#、水泵工頻運(yùn)行變頻器啟動(dòng)3#泵1#、2#水泵工頻運(yùn)行1#、2#、3#水泵工頻運(yùn)行管內(nèi)水壓小于設(shè)定值？變頻啟動(dòng)2#水泵1#水泵停止運(yùn)行變頻器啟動(dòng)2#水泵1#水泵共工頻運(yùn)行3#水泵停止運(yùn)行nynnyyynnyynn圖3-3 自動(dòng)操作模式工作流程圖 水池水位監(jiān)測(cè)工作流程如圖3-4所示。水池水位監(jiān)測(cè)水位高于高位傳感器？水池低于低位傳感器？進(jìn)水閥門運(yùn)行啟動(dòng)定時(shí)1s定時(shí)到？啟動(dòng)進(jìn)水閥門啟動(dòng)定時(shí)2s定時(shí)到？水位低于低于傳感器？進(jìn)水閥故障啟動(dòng)定時(shí)3s定時(shí)到？停止進(jìn)水閥門nyyynnyynny圖3-4 水池水位檢測(cè)工作流程圖 1#泵控制程序主要控制1#泵

27、的運(yùn)行、停止和變頻調(diào)速，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面:（1） 自動(dòng)過(guò)程開(kāi)始啟動(dòng)1#泵變頻運(yùn)行，監(jiān)測(cè)管內(nèi)壓力大小。（2） 反饋值小于設(shè)定值，啟動(dòng)定時(shí)5s。（3） 定時(shí)到，仍小于設(shè)定值，監(jiān)測(cè)變頻器的輸出頻率。（4） 變頻器輸出頻率為50hz，切換1#泵工頻運(yùn)行，啟動(dòng)2#泵控制程序。1#泵控制程序如圖3-5。圖3-10水池水位監(jiān)測(cè)工作流程圖自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程1#電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng).1#泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制起動(dòng)pid運(yùn)算反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值定時(shí)5s啟動(dòng)？延時(shí)到？反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值?變頻器輸出超過(guò)50hz1#電動(dòng)機(jī)工頻運(yùn)行2#電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制n y n y n n y 圖3-5 1#泵控制流程圖2#控制程序主要控制2#泵的運(yùn)行

28、、停止和變頻調(diào)速，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面。(1).起動(dòng)2#泵變頻運(yùn)行，檢測(cè)管內(nèi)壓力大小。(2).反饋值小于設(shè)定值，啟動(dòng)定時(shí)5s。(3).定時(shí)到，仍小于設(shè)定值，檢測(cè)變頻器的輸出頻率。(4).變頻器輸出頻率大于50hz。切換2#泵工頻運(yùn)行，起動(dòng)3#控制程序。(5).管內(nèi)壓力反饋值大于設(shè)定值，切除1#泵工頻運(yùn)行，維持2#泵變頻調(diào)速運(yùn)行。2#泵控制流程圖如圖3-6所示2#電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制2#變頻運(yùn)行啟動(dòng)pid運(yùn)算定時(shí)5s啟動(dòng)延時(shí)到？切除運(yùn)行于工頻的1#電動(dòng)機(jī)反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值變頻器輸出超過(guò)50hz2#電動(dòng)機(jī)供品運(yùn)行3#電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制n y y n y n y 3-6 2#控制流程圖反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值3#

29、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行控制3#變頻運(yùn)行啟動(dòng)pid運(yùn)算反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值?起動(dòng)定時(shí)5s延時(shí)？到？切除運(yùn)行于工頻的電動(dòng)機(jī)程序反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值變頻器輸出超過(guò)50hz3#電動(dòng)機(jī)供品運(yùn)行y n n y n y n y 圖3-7 3#泵控制流程切除工頻運(yùn)行程序主要控制3個(gè)泵在工頻狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)，根據(jù)管內(nèi)壓力的反饋值，依次停止，其工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面。（1） 切除1#泵工頻運(yùn)行，檢測(cè)管內(nèi)壓力大小。（2） 反饋值小于設(shè)定值，啟動(dòng)定時(shí)5s。（3） 定時(shí)到，仍小于設(shè)定值，啟動(dòng)2#泵控制程序。（4） 若大于設(shè)定值，切除2#泵工頻運(yùn)行，檢測(cè)管內(nèi)壓力大小。（5） 管內(nèi)壓力反饋值大于設(shè)定值，啟動(dòng)3#泵控制程序。（6） 小于設(shè)定值，

30、啟動(dòng)定時(shí)5s。（7） 定時(shí)到。仍小于設(shè)定值，啟動(dòng)1#泵控制程序。（8） 大于設(shè)定值，全部停機(jī)。切除工頻運(yùn)行泵工作流程如圖3-8所示。切除運(yùn)行于工頻的子程序切除運(yùn)行于工頻的1#電動(dòng)機(jī)其他狀態(tài)不變pid運(yùn)算反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值？定時(shí)5s啟動(dòng)定時(shí)到？反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值2#電動(dòng)機(jī)控制程序切除運(yùn)行于工頻的2#電動(dòng)機(jī)其他狀態(tài)不變pid運(yùn)算反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值？定時(shí)啟動(dòng)5s定時(shí)到？反饋值小于標(biāo)準(zhǔn)值啟動(dòng)1#電動(dòng)機(jī)控制程序3#電動(dòng)機(jī)控制程序全部停機(jī)定時(shí)到？nynynyyyynn圖3-8二. 各個(gè)模塊梯形圖設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)程序過(guò)程中，會(huì)使用到許多寄存器、中間繼電器、定時(shí)器等軟件，為了便于編程及修改，在各個(gè)程序編寫前列出了可能用到

31、的軟元件如表3-5。表39 元件設(shè)置元件意義內(nèi)容備注m0.0系統(tǒng)停止標(biāo)志on有效m0.1手動(dòng)控制標(biāo)志on有效m0.2自動(dòng)控制啟動(dòng)標(biāo)志on有效m0.3進(jìn)水閥開(kāi)啟標(biāo)志on有效m0.4水池故障標(biāo)志on有效m0.51#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m0.62#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m0.73#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m1.01#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m1.12#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m1.23#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m1.31#泵變頻到工頻切換標(biāo)志on有效m1.42#泵變頻到工頻切換標(biāo)志on有效m1.53#泵變頻到工頻切換標(biāo)志on有效m2.0斷開(kāi)1#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m2.1斷開(kāi)2#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m

32、2.2斷開(kāi)3#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志on有效m3.0ussinit指令完成標(biāo)志on有效m3.1確認(rèn)變頻的響應(yīng)標(biāo)志on有效m3.2指示變頻的運(yùn)行狀態(tài)的標(biāo)志on為運(yùn)行，off為停止m3.3指示變頻的運(yùn)行方位的標(biāo)志on為逆時(shí)針，off為順時(shí)針m3.4指示變頻上的禁止位狀態(tài)標(biāo)志on為被禁止，off為不禁止m3.5指示變頻器故障位狀態(tài)標(biāo)志on位故障，off位無(wú)故障t37水池水位高于高位傳感器定時(shí)30030st38水池水位低于低位傳感器定時(shí)10010st39進(jìn)水閥啟動(dòng)后定時(shí)20020st40管內(nèi)測(cè)量防波動(dòng)定時(shí)505st41管內(nèi)測(cè)量防波動(dòng)定時(shí)505st42管內(nèi)測(cè)量防波動(dòng)定時(shí)505svd10手動(dòng)變頻器速度寄存器vd2

33、0自動(dòng)1#泵速度寄存器vd30自動(dòng)2#泵速度寄存器vd40自動(dòng)3#泵速度寄存器vd50自動(dòng)變頻器速度寄存器vd100壓力傳感器標(biāo)準(zhǔn)值寄存器vd102壓力傳感器反饋值寄存器vd104變頻器50hz標(biāo)準(zhǔn)值寄存器vd200ussinit指令執(zhí)行結(jié)果vd202ussctrl錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)vd204變頻器返回的狀態(tài)字原始值vd206全速百分值的變頻速度-200%200%ld i0.1 手動(dòng)按鈕o m0.1 an m0.0 停止標(biāo)志an m0.4 水池故障標(biāo)志= m0.1 手動(dòng)控制標(biāo)志ld m0.1lpsld i0.5 1#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志o m0.5ald an i0.6 1#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志= m0.5 1

34、#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志ldr ld i0.6 1#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志o m1.0 ald an i0.5= m1.0 1#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志lrd ld i0.7 2#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志o m0.6ald an i1.0 2#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志= m0.6 2#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志lrd ld i1.0 2#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志o m1.1aldan i0.7 2#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志= m1.1 2#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志lrdld i1.1 3#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志o m0.7alda sm0.5 eu+r 5.0,vd10 變頻器輸出速度增加5%lppa i1.4 電動(dòng)機(jī)減速按鈕a sm0.5eu-r 5.0,vd10 變頻器輸出速度減少5

35、%an i1.1 3#泵工頻運(yùn)行按鈕= m1.2 3#泵變頻運(yùn)行標(biāo)志ld m0.1ld m1.0o m1.1o m1.2 aldlpsa i1.3 電動(dòng)機(jī)加速按鈕圖39 手動(dòng)控制梯形圖程序1.手動(dòng)控制程序在系統(tǒng)上電后，控制方式選擇手動(dòng)方式時(shí)，可通過(guò)面板上的按鈕控制每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。手動(dòng)控制系統(tǒng)主要是便于在系統(tǒng)完成后，進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)各個(gè)設(shè)備是否正常運(yùn)行，手動(dòng)控制梯形圖程序如圖3-15與圖3-15所示的梯形圖程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表程序如圖示。手動(dòng)模式的設(shè)置主要是為了方便系統(tǒng)的調(diào)試和維修工作，在調(diào)試時(shí)，可以對(duì)不同的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，最后整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。在維修時(shí)，如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，也可采用手動(dòng)方式進(jìn)

36、行檢查，便于維修。2、自動(dòng)控制程序在生產(chǎn)中，大多采用自動(dòng)過(guò)程進(jìn)行控制，系統(tǒng)通過(guò)傳感器的反饋信號(hào)來(lái)控制設(shè)備的啟動(dòng)和停止，以及調(diào)速控制，如圖3-10。與圖3-10所示的梯形圖程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表程序如下：圖310 自動(dòng)控制梯形圖程序ld i0.2 自動(dòng)控制標(biāo)志o m0.2 an m0.0 停止標(biāo)志an 0.4 水池故障標(biāo)志= m0.2 自動(dòng)控制標(biāo)志ld i0.0 停止按鈕= m0.01、功能程序a t38o m0.3 開(kāi)啟進(jìn)水閥門an t37an m0.0an m0.4= m0.3ton t39,200 進(jìn)水閥門開(kāi)啟后，定時(shí)2sld m0.3a t39an i0.4= m0.4 定時(shí)到，輸出故障標(biāo)志水

37、位檢測(cè)程序，完成對(duì)水池中水位的檢測(cè)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行與停止，如圖3-17。ld sm0.1o m0.3an t37an m0.0an m0.4= m0.3ld sm0.0a i0.3 水池高位ton t37,300 超過(guò)高位定時(shí)ld sm0.0an i0.4 水池低位ton t38,100 低于低位定時(shí)ld sm0.0圖3-17水位檢測(cè)梯形圖程序圖311 自動(dòng)控制梯形圖程序1#泵控制程序，完成對(duì)1#的控制，其控制梯形圖如圖3-18，與圖3-18所示的梯形圖程序?qū)?yīng)的語(yǔ)句表程序如下： ld m0.2eu o m1.0call sbr0 調(diào)用pid回路子程序call sbr1 調(diào)用產(chǎn)生中斷子程序an

38、 m0.0an m0.4an m1.3 1#泵變頻到工頻切換標(biāo)志= m1.0 1#運(yùn)行標(biāo)志ld m0.2a m1.0ar vd102,vd100 管內(nèi)壓力小于設(shè)定值ar= vd20,vd104 變頻器速度達(dá)到100%ton t40,50 定時(shí)器啟動(dòng)ld m0.2a m0.1ar vd102,vd100ar= vd20, vd104a t40 = m1.3 定時(shí)到，輸出1#泵切換至工頻運(yùn)行l(wèi)d m0.2a m1.3o m0.5an m0.0an m0.4an m0.2= m0.5 1#工頻運(yùn)行標(biāo)志圖3-18 1#泵控制梯形圖程序圖3-18 1#泵控制梯形圖程序2#泵控制程序，完成對(duì)2#的控制，其

39、控制梯形圖如圖3-19，與圖3-19所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下ld m0.2a m0.5euo m1.1an m0.0an m0.4an m1.4= m1.1 2#變頻器運(yùn)行標(biāo)志ld m0.2a m1.1ar vd102.vd100 管內(nèi)壓力小于設(shè)定值ar= vd30,vd104 變頻器速度達(dá)到100%ton t41,50 定時(shí)器啟動(dòng)ld m0.2a t41ar vd102,vd100= m2.0圖3-19 2#泵控制梯形圖程序3#泵控制程序，完成對(duì)3#泵的控制，如圖3-20所示。圖3-20 3#泵控制梯形圖程序與圖3-20所示的梯形圖程序所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句表程序如下：an m0.0an m0.4an m2.2= m0.7 3#泵工頻運(yùn)行標(biāo)志ld m0.2 a m1.2a m0.6ar vd102,vd100 管內(nèi)壓力大于設(shè)定值= m2.1 切斷2#工頻運(yùn)行