PLC在城市供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、第1章 緒論1. 1引言本文介紹了采用可編程控制（Programmable Logic Controlle）PLC的城市供水系統(tǒng)，PLC的特點(diǎn)是1編程簡單2可靠性高3通用性好4功能強(qiáng)使用方便5設(shè)計(jì)施工和調(diào)試周期短在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在城市供水系統(tǒng)中需要根據(jù)用水量及時(shí)調(diào)整電機(jī)的工作狀態(tài)以滿足用戶的需求，可編程序控制器還具有很強(qiáng)的連網(wǎng)能力和很高的可靠性，不僅可以單機(jī)使用，而且可以與計(jì)算機(jī)結(jié)合組成集散式控制系統(tǒng)。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)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(zhì)量，不要因?yàn)閴毫Φ牟▌?dòng)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

2、火災(zāi)時(shí)能可靠供水。針對(duì)這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)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(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。本文在此介紹一種采用可編程控制器（PLC）對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行恒壓控制的一種方法，其電路結(jié)構(gòu)簡單，投資少（可利用原有設(shè)施改造），監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)可推廣使用1.2 工藝要求 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)低恒壓值運(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

3、據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t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)間過長；（4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能；1. 3本文的研究意義和內(nèi)容1. 3. 1本文的研究意義生活中居民用水量隨季節(jié)、晝夜、上下班的時(shí)間不同而有較大變化，因而經(jīng)常出現(xiàn)供水用水的不平衡，主要表現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。而傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)性能都不夠好，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代生活的應(yīng)用，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的供水系統(tǒng)而設(shè)計(jì)了PLC恒壓供水系統(tǒng)，PLC恒壓供水系統(tǒng)具有供水質(zhì)量高、靈活性強(qiáng)、耗電省、電機(jī)起制動(dòng)平穩(wěn)

4、、占地面積少、原材料消耗省等優(yōu)點(diǎn)，從而獲得了廣泛的應(yīng)用。恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水壓力不足或短時(shí)斷水，可能會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。1. 3. 2本文主要的研究內(nèi)容：1. 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成；2. 系統(tǒng)控制要求；3. PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用；4. 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 第2章 PLC的概述2. 1 PLC的定義 最初，可編程邏輯控制器（P

5、rogrammable Logic Controller）簡稱PLC。只能進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)及開關(guān)量的邏輯控制。1987年2月，國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向擁護(hù)的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。2. 2 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)

6、程序和大部分的用戶程序都采用EPROM存儲(chǔ)，一般PLC的平均無故障工作時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)以上。（2） 控制功能強(qiáng)PLC采用的CUP一般是具有較強(qiáng)位處理功能的為處理機(jī)，為了增強(qiáng)其復(fù)雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以采用雙CPU的運(yùn)行方式，使其功能得到極大的增強(qiáng)。（3） 編程方便易學(xué)第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學(xué)習(xí)。（4） 使用于惡劣的工作環(huán)境采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場合。（5） 與外部設(shè)備連接方便采用統(tǒng)一接線方式的可坼裝的活動(dòng)端子排，提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。（6）

7、 體積小、重量輕、功耗底。（7） 性價(jià)比高。（8） 模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)根據(jù)現(xiàn)場的需要進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展和組裝，一種型號(hào)的PLC可用于控制從幾個(gè)I/O點(diǎn)到幾百個(gè)I/O點(diǎn)的控制系統(tǒng)。（9） 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。2. 3 PLC的組成（1）輸入寄存器輸入寄存器可按為進(jìn)行尋址，每一為對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。CPU可以讀其值，但是不可以寫或進(jìn)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(gè)時(shí)間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時(shí)的輸出寄存器的值，表明的是上一時(shí)間段的真

8、實(shí)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(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對(duì)輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。（3）存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)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(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。（4）CUP單元CUP單元控制著I/O寄存器的讀、寫時(shí)序，以及對(duì)存儲(chǔ)器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC

9、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(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件輸出電路輸出寄存器輸入寄存器輸入電路系統(tǒng)寄存器用戶寄存器PLC其它接口電路圖2.1 PLC的組成24 PLC中的存儲(chǔ)器PLC中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 （2）用戶程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。 （3）用來存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。25 PLC的編程語言PLC的硬件系統(tǒng)中，與PLC的編程應(yīng)用關(guān)系最直接的要算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

10、器。計(jì)算機(jī)運(yùn)行處理的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)中，找到待處理的數(shù)據(jù)一定要知道數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址。PLC和其他的計(jì)算機(jī)一樣，為了使用方便，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都作了分區(qū)，為了每個(gè)存儲(chǔ)單元編排了地址，并且經(jīng)機(jī)內(nèi)系統(tǒng)程序?yàn)槊總€(gè)存儲(chǔ)單元賦予了不同的功能，形成了專用的存儲(chǔ)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(rèn)為它們象繼電器一樣具有線圈以及觸點(diǎn)，并且線圈得電，觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)然這個(gè)線圈和觸點(diǎn)只是假象，所謂線圈得電不過是存儲(chǔ)單元置1，線圈失電，不過就是存儲(chǔ)單元置0，也正因?yàn)槿绱?，我們稱之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個(gè)突出的好處，可以認(rèn)為它們具有無數(shù)多對(duì)動(dòng)合動(dòng)斷觸

11、點(diǎn)，因此每取用一次它的觸點(diǎn)，不過是讀一次它的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而已。2. 6 PLC工作原理CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等等內(nèi)容。PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他意識(shí)周而復(fù)始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個(gè)周期中可以完成以下5個(gè)掃描過程。（1）自診斷測試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠行，及時(shí)放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。（

12、2）與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。（3）用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短會(huì)影響過程所用的時(shí)間。（4）讀輸入、寫輸出掃描過程。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都包含這個(gè)掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的，運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映象寄存器：一個(gè)

13、為輸入映象寄存器，另一個(gè)為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，CPU把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過程中CPU把輸出映像寄存器的值的輸出點(diǎn)。 2. 7 PLC的編程功能表 任何語言都有編程的對(duì)象和基礎(chǔ)，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基礎(chǔ)。如圖3所示為PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖。輸入繼電器是由外部輸入驅(qū)動(dòng)的，梯形圖中只能使用其介入點(diǎn)狀態(tài)值，用戶不能改變輸入繼電器的狀態(tài)。輔助繼電器的種類和多少?zèng)Q定了PLC控制功能的強(qiáng)弱。內(nèi)置式24V直流電源24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，

14、如傳感器或其它元件快速斷開端子塊因?yàn)椴捎昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能在所有的FX2NPLC中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對(duì)過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息持續(xù)掃描功能為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周期輸入濾波器調(diào)節(jié)功能可以用輸入濾波器平整輸入信號(hào)（在基本單元中x000到x017）。注解記錄功能元件注解可以記錄在程序寄存器中線程序編輯在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)RUN/STO開關(guān)面板上運(yùn)行/停止開關(guān)易于操作遠(yuǎn)程維護(hù)遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護(hù)使用一個(gè)八位

15、數(shù)字密碼保護(hù)您的程序圖2.3 PLC功能列表2.8 PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使用PLC可以構(gòu)成多種形式的控制結(jié)構(gòu)，下面介紹幾種常用的PLC控制系統(tǒng)。2.8.1 單機(jī)控制系統(tǒng)單機(jī)控制系統(tǒng)是較普通的一種PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺(tái)PLC控制一個(gè)對(duì)象，控制系統(tǒng)要求的I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量都比較小，沒有PLC的通訊問題，采樣條件和執(zhí)行結(jié)構(gòu)都比較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單明了。如圖2.4所示是一個(gè)簡單的單機(jī)控制系統(tǒng)，圖中PLC可以選用任何一種類型。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對(duì)象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確，I/O點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量等參數(shù)的余量適中即可等參數(shù)的余量適中即可。 P L C控 制 對(duì) 象圖

16、2.4 簡單的單機(jī)控制系統(tǒng)2.8.2 集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視、控制多個(gè)設(shè)備，形成中央集中式的控制系統(tǒng)。其中，各個(gè)設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)，連鎖關(guān)系、運(yùn)行順序等統(tǒng)一由中央PLC來完成，如圖2.5示顯然，集中控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的多。但是當(dāng)其中一個(gè)控制對(duì)象的控制程序需要改變時(shí)，必須停止運(yùn)行中央PLC，其他的控制對(duì)象也必須停止運(yùn)行。當(dāng)各個(gè)控制對(duì)象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時(shí)，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時(shí)，必須注意選擇I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量時(shí)要留有足夠的余量，以便滿足增加控制對(duì)象的要求。P L C控制對(duì)象A控制對(duì)象B控制對(duì)

17、象C 圖2.5 集中控制系統(tǒng) 2.8.3 分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2.6所示，每一個(gè)控制對(duì)象設(shè)置一臺(tái)PLC，各臺(tái)PLC可以通過信號(hào)傳遞進(jìn)行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或者由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通訊。分散控制系統(tǒng)常用于多臺(tái)機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各個(gè)生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個(gè)控制對(duì)象都由自己的PLC進(jìn)行控制，當(dāng)其中一個(gè)PLC停止運(yùn)行時(shí)不需要停止運(yùn)行其他的PLC。隨著PLC性能的不斷提高，由PLC擔(dān)當(dāng)?shù)蛯涌刂迫蝿?wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接，PLC與過程控制相結(jié)合的分散控制系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)控制的重要發(fā)展方向。與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠性大大加強(qiáng)。具有相同I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了

18、一臺(tái)或幾臺(tái)PLC，導(dǎo)致價(jià)格偏高，但是從維護(hù)、試運(yùn)轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對(duì)象等方面來看，其靈活性要大的多，總的成本核算是合理的。上機(jī)位PLC APLC BPLC C控制對(duì)象 A控制對(duì)象 B控制對(duì)象 C 圖2.6 分散控制系統(tǒng)29 PLC的性能指標(biāo)（1）存儲(chǔ)容量這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為2KB2MB。（2）I/O點(diǎn)數(shù) I/O點(diǎn)數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個(gè)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標(biāo)之一。（3）掃描速度 掃面速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)

19、了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的吻合程度。從自動(dòng)控制的觀點(diǎn)來看，決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。（4）指令的多少她是衡量PLC能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。（5）內(nèi)部寄存器的配置和容量 它直接對(duì)用戶編制程序提供支持，對(duì)PLC指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提供直接的支持。（6）擴(kuò)展能力 擴(kuò)展能力包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和PLC功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。（7）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(wǎng)等功能。 第三章 恒壓供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3. 1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需

20、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。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，但是購買變頻器的費(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，以滿足不同用水兩的需求。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖3.1所示，圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)

21、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。圖3.1 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(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用一個(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）接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實(shí)測值。管網(wǎng)實(shí)測水壓回

22、送到泵站控制裝置稱為反饋，調(diào)節(jié)器實(shí)反饋的接受點(diǎn)。（3）根據(jù)給定值和實(shí)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(hào)。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測水壓的反饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測值之差。如果給定值大于實(shí)測值，說明系統(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(jì)算機(jī)

23、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/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，如圖3.2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(dòng)把水注滿儲(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用三臺(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

24、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。火災(zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用圖3.2 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(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)間過長；（4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)

25、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。3.3 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)場設(shè)備的開關(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)場設(shè)備進(jìn)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(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)場狀態(tài)的開關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、撥碼

26、器等提供的開關(guān)量。這些信號(hào)經(jīng)過輸入電路進(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CUP處理的弱電信號(hào)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(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3.2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、代碼及地址編號(hào)如下表所示。水位上下限信號(hào)分別位I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎]時(shí)為0，露出時(shí)為1。 名 稱代 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.

27、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表1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào)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

28、頻率用電電壓UFAQW0續(xù)表1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào)電氣原理圖如圖3.3所示 圖3.3 電氣原理圖3.4 PLC程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的PLC接線圖如下圖3.4所示。圖3.4 PLC的接線圖第4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：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(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵不能滿足要求時(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。這一功能可以同過比較指令來實(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

29、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。4.2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。4.3程序的結(jié)果

30、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)警處理等放在主程序。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)定值為滿量程的70%，消防供水時(shí)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(shí)間常數(shù)可以通過工程計(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

31、中使用的PLC元器件及其功能如下表器件地址 功能器件地址功能VD100過程變量標(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)

32、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)間存儲(chǔ)器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)說明：（1）因?yàn)槌绦蜉^長，所以讀圖時(shí)請(qǐng)按照網(wǎng)絡(luò)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)1 上電初始化，調(diào)試初始化子程序SBR_OEN SM0.1網(wǎng)絡(luò)2 消防和生活供水壓力

33、給定設(shè)置MOV_REN ENOIN OUT I0.0 0.9 VD104MOV_REN ENOIN OUT 0.7 NOT VD104網(wǎng)絡(luò)3 上電和故障結(jié)束時(shí)重新激活變頻信號(hào)存儲(chǔ)器 INC_BEN ENOIN OUTSM0.1SM0.0 VB300 VB300 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

34、T38IN TONPT 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) .（）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 +

35、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

36、 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 =B B ( ） 2 0 Q0.0 VB300 VB301 =B B 3 1網(wǎng)絡(luò)25 2號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .M0.5 VB

37、300 VB301 Q0.3 Q0.2 =B B ( ） 3 0 Q0.2 VB300 VB301 =B B 1 1網(wǎng)絡(luò)26 3號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .M0.5 VB300 VB301 Q0.5 Q0.4 =B B ( ） 1 0 Q0.4 VB300 VB301 =B B 2 1網(wǎng)絡(luò)27 火災(zāi)時(shí)，閥YV2打開 I0.0 Q1.0 （ ）網(wǎng)絡(luò)28 水池底水位信號(hào)處理 .I0.1 I0.2 M3.1 （ ） M3.1 雙恒壓供水系統(tǒng)梯形圖程序網(wǎng)絡(luò)29 水池水位下限信號(hào)燈 SM0.5 M3.1 Q1.1 （ ） M3.2 I0.5網(wǎng)絡(luò)30 變頻器故障信號(hào)燈 SM0.5 I0.3 Q1.2 （ ）

38、M3.3 I0.5網(wǎng)絡(luò)31 火災(zāi)指示燈 SM0.5 I0.0 Q1.3 （ ） M3.2 I0.5 網(wǎng)絡(luò)32 水位水池下限故障消鈴邏輯 I0.4 M3.1 M3.2 （ ） M3.2網(wǎng)絡(luò)33 變頻器故障消鈴邏輯 I0.4 M3.1 M3.2 （ ） M3.3網(wǎng)絡(luò)34 火災(zāi)消鈴邏輯 I0.4 I0.0 M3.4 （ ） M3.4 主程序 雙恒壓供水系統(tǒng)梯形圖程序網(wǎng)絡(luò)35 報(bào)警電鈴 M3.1 M3.2 Q1.4 （ ） I0.3 M3.3 I0.0 M3.4 I0.5網(wǎng)絡(luò)36 故障信號(hào)以及故障結(jié)束處理 （ ）MOVE-BEN ENOIN OUT OUT 0 VB300MOVE-BEN ENOIN OUT 0 VB301 M0.0 N （ ） 主程序 雙恒壓供水系統(tǒng)梯形圖程序子程序網(wǎng)絡(luò)1 初始化子程序MOVDW