《雙恒壓無塔供水的PLC電氣控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》13000字（論文）

頁1緒論1.1選題的意義和背景隨著時間的推移，在我們國內(nèi)整個社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度明顯越來越快了，水對人民大眾的美好生活與制造業(yè)生產(chǎn)形成地影響隨著時間的推移越來越明顯了，人民大眾對供水的質(zhì)量方面

和安全性、可靠度的基本要求愈來愈高了。而現(xiàn)實(shí)生活中我們的用戶使用水的多與少是每時每刻都發(fā)生變化的，由此看來有的時候會出現(xiàn)供水不充足或者供水供過于求的現(xiàn)象。而用戶使用水和系統(tǒng)供水二者之間的不均衡絕大部分體現(xiàn)在供水的水壓之上，簡而言之就是用戶使用水多然而供水不夠，因此供水的水壓小;用戶使用水少然而供水過剩，因此供水的水壓大。持續(xù)保持系統(tǒng)供水水壓的穩(wěn)定平衡，并可讓系統(tǒng)供水和用戶用水兩者之間維持相對平衡，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)供水的整體水平。恒壓供水系統(tǒng)對于許多制造工業(yè)跟特殊的群體用戶而言是十分重要的。類似于在某些時候的制作業(yè)生產(chǎn)活動的過程當(dāng)中，假使供水系統(tǒng)因?yàn)槌霈F(xiàn)某些故障導(dǎo)致水壓不足或者是短時間內(nèi)停止供水，這樣的話就會有可能降低了制造生產(chǎn)的產(chǎn)品的質(zhì)量，如果嚴(yán)重的話，會使產(chǎn)品不合格而報廢跟生產(chǎn)設(shè)備損壞。再如當(dāng)發(fā)生火災(zāi)的時候，假如消防供水水壓不足或者沒有水供應(yīng)的時候，這樣的話就會導(dǎo)致人們不能在第一時間內(nèi)迅速地把火熄滅，要是這樣的話進(jìn)而可能導(dǎo)致更為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)的損失和危及到人身的安全。要是我們?nèi)粘５纳钣盟?、制造生產(chǎn)用水及消防等等供水系統(tǒng)中，假如應(yīng)用到過去傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，它的主要缺點(diǎn)與不足是建設(shè)的面積比較大，基礎(chǔ)的建設(shè)投資資金金額較高，后期系統(tǒng)升級改造空間小，不便于維保，目前已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的高樓層建筑的居民用水、制造產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)活動以及消防等方面的平衡穩(wěn)定可靠的供水要求了。與此同時，因?yàn)閷?shí)際的供水量的不可預(yù)見性，要是選用過去傳統(tǒng)的供水方式的話，已經(jīng)很難充分保障供水的實(shí)時性要求；并且由于水泵的選擇大多數(shù)是按照可能出現(xiàn)的最大的供水量來考慮，由于實(shí)際的高峰期集中使用水的時長相對更短，要是如此水泵會在很長的時間段內(nèi)出現(xiàn)比較大的余量，同時水泵的工作效率低下，供水的水壓不穩(wěn)定不平衡，除此之外還會出現(xiàn)相當(dāng)多電力損失的現(xiàn)象，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人民群眾的生活、制造業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求了。漸漸跟著電力電子專業(yè)技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平的提升，鑒于變頻恒壓供水系統(tǒng)具有建造成本低、安裝方便、操作方式簡單便捷、高效節(jié)能、技術(shù)先進(jìn)成熟、自動化水平比較高等優(yōu)點(diǎn)所以獲得了比較廣的運(yùn)用。鑒于PLC擁有穩(wěn)定可靠的整體使用機(jī)能、價格相對比較實(shí)惠、性能強(qiáng)大、操作起來簡單等等特性,運(yùn)用變頻器調(diào)速控制技術(shù)來構(gòu)思設(shè)計(jì)出以PLC的變頻調(diào)速恒壓供水控制操作系統(tǒng)，其系統(tǒng)的資金投入規(guī)模相對比較低，得以實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的功能多樣化控制要求。應(yīng)用更為先進(jìn)的自動化程度水平高的技術(shù)、更為先進(jìn)的通訊連接的技術(shù)、更為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等到恒壓供水的領(lǐng)域,已然成為對供水公司產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展要求。在如今積極倡導(dǎo)節(jié)省能源的情況之下，持續(xù)發(fā)展和進(jìn)一步研究卓越的性能、性價比比較高

的恒壓供水控制系統(tǒng)，顯然對于許多的用戶用水單位進(jìn)一步提升勞動過程當(dāng)中的生產(chǎn)率水平、節(jié)能減排、數(shù)據(jù)共享，應(yīng)用雙恒壓供水系統(tǒng)的話，擁有有很大的金融與現(xiàn)實(shí)意義。1.2國內(nèi)國外的研究現(xiàn)狀恒壓供水是在變頻器調(diào)節(jié)控制的技術(shù)水平的不斷研究發(fā)展應(yīng)用以后才慢慢地被廣泛的在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中運(yùn)用。在初始發(fā)展應(yīng)用這一控制技術(shù)階段，因?yàn)樵谝恍┖Ｍ馍a(chǎn)廠家研發(fā)設(shè)計(jì)并制造生產(chǎn)的變頻器，其主要功能還是主要集中地體現(xiàn)在了電機(jī)輸出頻率的控制、調(diào)節(jié)速度的控制、電動機(jī)地正反轉(zhuǎn)控制、啟動與停止的控制以及一系列的保護(hù)功能。變頻器運(yùn)用在調(diào)節(jié)頻率恒壓供水系統(tǒng)當(dāng)中僅僅是作為控制系統(tǒng)當(dāng)中的執(zhí)行部分，讓使得更精確、更節(jié)能地滿足供水需求不一樣地時候，為了避免出現(xiàn)管網(wǎng)中的水壓不穩(wěn)定地情況，那么這樣地話就還需要把壓力傳感器安裝連接在變頻器的外部，使得供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)良好的控制。從網(wǎng)上檢索到相關(guān)文獻(xiàn)資料的內(nèi)容分析理解了解到，海外的工程師在恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的當(dāng)中，就有很大一部分都是單一地采用一臺單獨(dú)的變頻器來實(shí)現(xiàn)對單個水泵機(jī)組的調(diào)節(jié)控制，基本上沒有出現(xiàn)使用一臺單獨(dú)的變頻器來控制多臺水泵機(jī)組運(yùn)行的控制形式，那么這樣的話就會造成工程建設(shè)投資的金額比較高。隨著時間的推移，變頻控制技術(shù)的不斷發(fā)展壯大和變頻恒壓供水系統(tǒng)的操作方式簡單便捷、技術(shù)先進(jìn)成熟。該變頻控制系統(tǒng)具有自動化程度高、節(jié)能效果好等等一系列明顯的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)如今已得到市場實(shí)踐運(yùn)用的認(rèn)可。用戶也非常愿意接受這一先進(jìn)的控制技術(shù)。海外一些研發(fā)設(shè)計(jì)并制造生產(chǎn)變頻器的生產(chǎn)廠家現(xiàn)如今已經(jīng)迅速注重以及面向市場推出能夠控制并實(shí)現(xiàn)恒壓供水相關(guān)功能的等等一系列的功能強(qiáng)大且性能好的變頻器。比如在日本的一家公司——SAMCO公司，已經(jīng)研發(fā)生產(chǎn)制造出了恒壓的供水的基板，其生產(chǎn)制造出來的基板擁有兩種不一樣的調(diào)節(jié)控制的方式;但是這種板基板輸出的接口的兼容跟擴(kuò)展的功能性并一般不是很高，那么如果這樣的話就很難與其他的監(jiān)控系統(tǒng)和組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊與數(shù)據(jù)共享，也還在很大地范圍上把帶負(fù)載的容量范圍給限制住了。那么這樣的話，這個系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用范圍就有限?，F(xiàn)在在我們國內(nèi)的一些研發(fā)設(shè)計(jì)并制造生產(chǎn)變頻器的生產(chǎn)廠家也正在開展研發(fā)設(shè)計(jì)變頻恒壓供水系統(tǒng)的項(xiàng)目。其實(shí)他們大多數(shù)都是采用國外研發(fā)設(shè)計(jì)并制造生產(chǎn)的一些變頻器的變頻技術(shù)來控制水泵的轉(zhuǎn)速、管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制和多個水泵的循環(huán)控制，還有一些的話就是選用PLC及其他的相應(yīng)的軟件來的方式實(shí)現(xiàn)的。有一些則是使用了單片機(jī)技術(shù)和相應(yīng)的軟件的形式來實(shí)現(xiàn)恒壓供水。在其性能與抗干擾性能方面，上面這些設(shè)計(jì)方案不能夠較好地去滿足所有用戶對供水系統(tǒng)的要求，這些設(shè)計(jì)方案在動態(tài)性能和抗干擾性能方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠穩(wěn)定和完善。艾默生公司與成都希望公司開發(fā)了一種特殊的變頻調(diào)速裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)四個水泵的循環(huán)、啟動、關(guān)閉和定期循環(huán)，而不需要外部PLC和PID控制器。通過方案優(yōu)化和工藝綜合，完成了對壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)和循環(huán)邏輯的控制;因此，這種方式在輸出界面上會有一定的負(fù)荷。與此同時該設(shè)計(jì)方案的操作方式不便捷，也還沒有數(shù)據(jù)通信的功能。那么所以這個設(shè)計(jì)方案僅僅符合適用于容量不大、對控制要求不高的供水。目前現(xiàn)階段，變頻恒壓供水系統(tǒng)正在朝著高度一體化、簡單維護(hù)和運(yùn)行的方向發(fā)展。在海內(nèi)外，供水系統(tǒng)對變頻器一體化的要求也逐步提升。許多廠家在設(shè)計(jì)專用在供水系統(tǒng)的變頻器時集成了PLC跟PID，更有甚者還把壓力傳感器集成到變頻器地組件當(dāng)中去。與此同時，操作方式也越來越便捷了，這樣的話后期維修的代價也更高了。目前，國內(nèi)許多公司也在研究、開發(fā)設(shè)計(jì)和推廣宣傳變頻恒壓供水。我們國內(nèi)的變頻器，大部分都是從國外進(jìn)口的，或者是通過PID和PLC控制，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。在系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)中，它可以適應(yīng)不同的環(huán)境，融合網(wǎng)絡(luò)通信的先進(jìn)技術(shù)，先進(jìn)水平的控制技術(shù)，并考慮系統(tǒng)的兼容性。隨著變頻恒壓供水系統(tǒng)深入發(fā)展和變化，要使其更好地應(yīng)用于生活和制造業(yè)，還需要進(jìn)一步的研究。1.3研究的主要內(nèi)容這次的設(shè)計(jì)內(nèi)容是雙恒壓無塔供水的PLC電氣控制，其主要是應(yīng)用西門子公司研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的S7-200系列的PLC；通過PLC編寫的程序控制交流接觸器來實(shí)現(xiàn)對泵組控制；依照安裝在管網(wǎng)中的壓力傳感器來采集實(shí)時水壓，通過變頻器地變頻調(diào)節(jié)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)地泵組恒壓穩(wěn)定地輸出所需要的水壓。供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)有人工操作控制和自動操作控制，選擇切換開關(guān)進(jìn)行控制切換。接通電源，當(dāng)選擇自動運(yùn)行模式，供水系統(tǒng)將在PLC程序的控制下運(yùn)行；手動運(yùn)行模式只在檢查、維修、保養(yǎng)、測試以及一些特殊情況下使用。這次設(shè)計(jì)的雙恒壓無塔供水的PLC電氣控制系統(tǒng)選用選擇德國西門子S7-200系列PLC；應(yīng)用STEP7MicroWINV4.0SP9來編寫和調(diào)試程序，S7-200系列PLC控制程序使用梯形圖來編程，梯形圖容易理解以及熟練地掌握；編寫程序比較直觀和形象。快捷、便利地進(jìn)行程序地編寫以及修改調(diào)整。使用AutoCAD2020繪制PLC接線圖以及電氣原理圖等等；運(yùn)用MCGS嵌入版組態(tài)軟件進(jìn)行運(yùn)行畫面仿真。2系統(tǒng)控制方案2.1雙恒壓無塔供水PLC控制概述雙恒壓無塔供水PLC控制是一種新的控制方式，主要以高樓層的居民住宅供水為目標(biāo)。變頻恒壓控制，一方面能使水壓得到穩(wěn)定，改善水質(zhì)；另外，如果遇到火災(zāi)，能夠可靠地、穩(wěn)定地供應(yīng)水源，也能確保供水的可靠性和安全性。雙恒壓供水是指對生活、消防用水進(jìn)行恒壓控制。2.2系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)的供水系統(tǒng)一共使用三個水泵，生活供水與消防供水共同使用三個泵，在平時沒有發(fā)生火災(zāi)時，那么電磁閥YV2的線圈處在失電狀態(tài)，關(guān)閉消防供水的管道；三個水泵依照系統(tǒng)的實(shí)時的水壓，按照提前設(shè)定的程序的邏輯來控制，以此來保持供水系統(tǒng)恒壓地輸出所需要的流量。假如有火災(zāi)發(fā)生了，那么電磁閥YV2的線圈通電之后，則自動打開消防用水管網(wǎng)，從而使得供水系統(tǒng)保持在消防供水的設(shè)定的高水壓范圍。當(dāng)火災(zāi)結(jié)束的時候，泵都轉(zhuǎn)為生活供水使用。圖2-1系統(tǒng)工藝流程圖本設(shè)計(jì)為雙恒壓無塔供水PLC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有兩種控制運(yùn)行模式，分別是手動運(yùn)行模式與自動運(yùn)行模式：1、自動運(yùn)行模式：接通電源，當(dāng)選擇自動運(yùn)行模式的時候,供水系統(tǒng)將在PLC程序的控制下運(yùn)行，先是安裝在管網(wǎng)中的壓力傳感器來采集實(shí)時水壓，然后PLC控制變頻器把采集到的管網(wǎng)水壓的實(shí)時數(shù)據(jù)通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換為電信號,然后電信號作為反饋輸入信號傳輸?shù)阶冾l器。,通過對泵組的變頻控制，輸出所需要的頻率，進(jìn)而對水泵進(jìn)行控制轉(zhuǎn)速，那么這樣的話就可以實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定的提供所需要的供水水壓。自動運(yùn)行模式基本控制要求有以下幾點(diǎn)：(1)生活當(dāng)給水時，該系統(tǒng)為低壓恒壓值，并在消防工作中設(shè)置了較高的水壓；(2)依據(jù)管網(wǎng)水壓的需要,泵采取的原則是哪個先開哪個先停；(3)假如一泵持續(xù)工作時間超過3小時，則要切換另一泵；(4)三個水泵在起動過程中應(yīng)具有軟起動的作用；(5)要求報警功能完善。2、手動運(yùn)行模式:在手動運(yùn)行模式下，供水系統(tǒng)的每個泵組都有與其相對于的啟動停止的按鈕，操作人員可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)對每一個泵組進(jìn)行啟動以及停止等控制，以便于對系統(tǒng)設(shè)備的檢查、維修、保養(yǎng)、測試等等。2.3控制方案選擇在當(dāng)前的工業(yè)領(lǐng)域控制當(dāng)中，主流的可編程的控制器的類型有2種，一是單片機(jī)控制，二是PCL控制；這兩種可編程的控制器它們各有其優(yōu)勢以及劣勢：第一種是單片機(jī)控制，首先單片機(jī)是集成在單個芯片上的控制系統(tǒng)；其所需要的安裝空間比PLC小，而且是為工業(yè)測控領(lǐng)域而研發(fā)設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)控制功能的同時，還具備了較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能和復(fù)雜的控制算法存儲容量大等優(yōu)點(diǎn)。然而單片機(jī)對編程人員掌握的C語言有一定的基礎(chǔ)要求；編程修改調(diào)整維護(hù)都比較難一些；還有一點(diǎn)就是單片機(jī)對使用環(huán)境有著一定的要求，不像PLC那樣可以適用于各種復(fù)雜的工作環(huán)境，雙恒壓無塔供水系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，那么這樣的話單片機(jī)在運(yùn)行過程中，可能會出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，比較容易出現(xiàn)故障一定程度上降低系統(tǒng)的工作效率，所以不選用單片機(jī)控制方案。第二種是PLC控制，PLC是專門為了工業(yè)領(lǐng)域而研發(fā)設(shè)計(jì)的可編程控制器，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，能夠適應(yīng)各樣復(fù)雜的工作環(huán)境；在編程的時候使用梯形圖編程，剛剛接觸PLC編程的新手也能快速的熟悉掌握，一定程度上降低了編程的門檻，方便用戶使用以及后期程序的修改；因此PLC具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，雙恒壓無塔供水系統(tǒng)的工作環(huán)境會比較復(fù)雜，經(jīng)過分析比較，PLC在此應(yīng)用的過程中更合適，更符合使用環(huán)境的要求。綜上所述，本次雙恒壓無塔供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用PLC控制。雖說單片機(jī)在精準(zhǔn)控制方面等多方面性能都比PLC好一點(diǎn)不過，單片機(jī)畢竟是一個芯片，對電壓和穩(wěn)定性的要求更高。單片機(jī)還對使用的環(huán)境有著一定的要求，常年潮濕也是不符合單片機(jī)使用環(huán)境要求。假如采用單片機(jī)控制，那么這樣就需要對一些情況以及使用環(huán)境加以使用工藝處理，無形當(dāng)中可能大大增加了投資的資金成本和項(xiàng)目的建設(shè)時間；采用PLC控制的話就不需要對一些情況加以處理，PLC是專門給制造業(yè)領(lǐng)域研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來的，在其設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中設(shè)計(jì)師們就已經(jīng)想到其要面對的一些使用時可能出現(xiàn)的一些情況以及復(fù)雜的使用環(huán)境。那么PLC是可以應(yīng)用到我們的項(xiàng)目使用現(xiàn)場；而且PLC在供水系統(tǒng)的升級改造當(dāng)中有著比較大的空間，也有良好的擴(kuò)展性能和兼容性；雙恒壓無塔供水系統(tǒng)所處的環(huán)境也比較復(fù)雜，PLC完全可以適應(yīng)這種相對復(fù)雜的使用的環(huán)境，而且PLC能夠保證維持供水系統(tǒng)的穩(wěn)定長久的運(yùn)行，所以雙恒壓無塔供水系統(tǒng)選用PLC控制。

3硬件設(shè)計(jì)3.1PLC簡介PLC是可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）的簡稱，在本文中，也將采用PLC來代替和代表可編程邏輯控制器。二十世紀(jì)六十年代后期，PLC問世；隨著對PLC的深入研究，其性能和功能得到了進(jìn)一步的提高，目前現(xiàn)在的PLC已經(jīng)具備了高可靠性、豐富的I/O接口模塊、模塊化的結(jié)構(gòu)、簡單易懂的編程、易于安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。它可以使用程序存儲器作為內(nèi)存，執(zhí)行運(yùn)算指令，順序操作，邏輯操作，計(jì)數(shù)和計(jì)時。各種機(jī)械或制造工藝可以基于模擬或數(shù)字的輸出和輸入來進(jìn)行控制；用戶可以通過PLC的程序的編寫或者是修改程序來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和變換系統(tǒng)的控制思路，變換系統(tǒng)的控制思路時不用去改變系統(tǒng)的外部的實(shí)際的電路電線，而且是被專門用在控制系統(tǒng)的邏輯控制。PLC的主要功能是控制電機(jī)，接觸器，繼電器，變頻器等。以及控制系統(tǒng)內(nèi)一系列的電氣元部件來實(shí)現(xiàn)控制方案，有著過去傳統(tǒng)的接觸器繼電器單一的控制無法代替的明顯優(yōu)勢。隨著時間的推移和各大研發(fā)廠商不斷地研究發(fā)展應(yīng)用，PLC已經(jīng)具備了完善且強(qiáng)大的性能，被廣泛地運(yùn)用在了我們生活地方方面面以及各行各業(yè)?，F(xiàn)在市面上被市場客戶認(rèn)可的主流廠商有德國的西門子公司、日本的三菱公司和立石公司（歐姆龍）以及美國通用公司等等諸多廠商。各家的產(chǎn)品有各自的型號和規(guī)格，但是一般來說的話，其性能、結(jié)構(gòu)、用途、控制思路、工作原理等等一般都是大致相同的。圖3-1PLC基本結(jié)構(gòu)圖3.2PLC選型依照構(gòu)思的雙恒壓無塔供水的電氣控制系統(tǒng)的整體組成以及系統(tǒng)的工藝流程研究分析理解，本次設(shè)計(jì)依照著開源節(jié)流節(jié)省成本和能夠滿足設(shè)計(jì)的控制的基本要求以及結(jié)合自身學(xué)識、自身的實(shí)際實(shí)踐；對大廠商的PLC產(chǎn)品展開分析研究及對比，最后決定確認(rèn)選用生產(chǎn)廠商為德國的西門子公司研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的S7-200系列的PLC。西門子的S7-200系列的PLC產(chǎn)品設(shè)備有著讓用戶放心使用的可靠性和穩(wěn)定性、有著滿足用戶需求的豐富的這么一個指令集、容易學(xué)習(xí)掌握、簡單便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能等等一系列諸多方面不錯的表現(xiàn)。西門子S7-200系列的程序的編寫和修改調(diào)整都很容易簡便；要是在加上程序的注釋，沒有接觸過編程的新手也能快速的入門。本次的設(shè)計(jì)計(jì)劃選用了西門子公司研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的S7-200系列PLC，這樣的話，能夠快速準(zhǔn)確的把滿足設(shè)計(jì)的控制要求的程序編寫出來，便于后期的工作開展。接著分析研究本次設(shè)計(jì)當(dāng)中所需要的輸入接口共需要多少個和輸入接口共需要多少個，那么這樣的話可以很好地避免后面選用的PLC的輸入接口輸入接口不夠用的情況出現(xiàn)；也可以很好的規(guī)避出現(xiàn)浪費(fèi)的狀況，從而可以節(jié)省一定的成本支出；也要考慮到系統(tǒng)以后的升級改造的空間，那么這樣的話，還需要多預(yù)留幾個I/0接口來做備用。在確定選用的型號之前，還需要考慮到該型號對使用環(huán)境的要求，在以后的升級改造中的空間是怎樣的，該型號的兼容性好不好，也還要考慮到經(jīng)濟(jì)成本因素等等一系列的基本要素。如果當(dāng)中的某一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)一些意外情況，都有可能影響到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。經(jīng)過系統(tǒng)的研究分析，在滿足設(shè)計(jì)控制功能的實(shí)現(xiàn)和整體性能質(zhì)量情況下綜合考慮產(chǎn)品的性價比，在選型時主要考慮到以下幾點(diǎn)：（1）確定輸入、輸出（I/O）接口的數(shù)量PLC的輸入、輸出接口是用于將PLC與外部輸入、輸出設(shè)備相連接的器件；然后，輸入界面就會接收開關(guān)、按鈕、交流接觸器、繼電器等等一系列的控制信號。輸出接口則是將PLC主機(jī)經(jīng)過科學(xué)精密的運(yùn)算判斷診斷并處理后的結(jié)果去實(shí)現(xiàn)達(dá)成控制電機(jī)、電動閥門、指示燈等等一系列的輸出的設(shè)備。在確定輸入/輸出接口的數(shù)量之前，應(yīng)當(dāng)要充分考慮當(dāng)前設(shè)計(jì)需要的輸入/輸）接口，還要綜合考慮將來以后要面對系統(tǒng)的升級改造的需要，那么這樣需要預(yù)留出一定數(shù)量的輸入/輸出接口，也應(yīng)對以后檢查維修可能需要替換的輸入/輸出（I/O）接口。這次雙恒壓無塔供水的PLC電氣控制設(shè)計(jì)當(dāng)中使用的模擬量輸入/輸出也要充分考慮。（2）確定CPU的型號PLC的CPU跟我們現(xiàn)在一般用的計(jì)算機(jī)電腦的CPU一個原理。CPU的性能決定PLC的性能。接收并存儲使用用戶所編寫的程序和運(yùn)行時的數(shù)據(jù)是CPU的主要功能與作用，那么這樣一來，PLC的CPU采用了循環(huán)掃描的形式來收集判斷處理由現(xiàn)場設(shè)備輸入傳送過來的動作狀態(tài)或者數(shù)據(jù)等等，并且被保存到了與其相對應(yīng)匹配的寄存器當(dāng)中去了，在同一時間內(nèi)，可以診斷系統(tǒng)電源是否正常工作，PLC的內(nèi)部線路運(yùn)行狀況，程序中有沒有語法錯誤等。CPU是PLC最重要的部分。CPU是PLC最重要的部分的組成單元。西門子公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)并生產(chǎn)制作的S7-200系列PLC的CPU類型如表3-1所示：（3）確定存儲器容量隨著時間的推移，科技水平的不斷發(fā)展和提升，存儲器的研究和發(fā)展也在快速地進(jìn)步著。PLC有3種內(nèi)存，其中有只讀的存儲器（ROM）、可擦式只讀存貯器和隨機(jī)的存儲器（RAM);制造商在出廠時把內(nèi)建的系統(tǒng)程序存儲在ROM中，用戶編寫的程序放入RAM中。PLC在出廠時的系統(tǒng)程序由制造商自行安裝，使用者無法改變?？筛鶕?jù)控制需求修改和調(diào)整由使用者自己編寫的程序。存儲器的容量是用來衡量一個用戶可以存儲多少用戶編寫程序的一個指標(biāo)。一般是以B或者KB為單位，存儲器的內(nèi)存越大，可以保存的程序就越多。在選擇的時候，應(yīng)選擇較大容量和性能好的存儲器結(jié)合以上幾點(diǎn)來綜合考慮，雙恒壓無塔供水的PLC電氣控制設(shè)計(jì)選用應(yīng)用6個輸入點(diǎn)、12個輸出點(diǎn)，1個模擬量輸入點(diǎn)和1個模擬量輸出點(diǎn)，并且考慮供水系統(tǒng)的升級改造的可行性以及后期的維保，這樣的話就得預(yù)留一定數(shù)量的的I/O接口，所以這次設(shè)計(jì)選用了擁有14個輸入；10個輸出；2輸入/1輸出，共3個模擬量I/O點(diǎn)的PLC產(chǎn)品，所以最終確定下來是決定選擇西門子繼電器輸出型S7-200CPU224XP,這樣的話既滿足的設(shè)計(jì)的工藝要求，又有足夠的余量。主機(jī)單元CPU224XP擴(kuò)展模塊主機(jī)單元CPU224XP擴(kuò)展模塊EM222圖3-2PLC系統(tǒng)的組成3.3PID控制在工程項(xiàng)目的實(shí)際使用當(dāng)中，當(dāng)系統(tǒng)的被控制的目標(biāo)對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能夠全部的掌握，又或者是沒有準(zhǔn)確的的數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)模型，而其他的控制技術(shù)又難應(yīng)用的時候；系統(tǒng)控制器的整體結(jié)構(gòu)跟設(shè)置的參數(shù)數(shù)值必需要靠工程師的經(jīng)驗(yàn)和項(xiàng)目調(diào)試現(xiàn)場的具體情況來決定確認(rèn)；這個時候工程項(xiàng)目運(yùn)用PID控制技術(shù)是最為便捷。PID控制通常也稱為PID調(diào)節(jié)，其是通過比例、積分、微分運(yùn)算出來控制量從而來實(shí)現(xiàn)控制；PID控制連續(xù)地采集測量的被控制變量的實(shí)際值(簡稱為實(shí)際值或輸人值)，并與期望的設(shè)定值比較。依據(jù)得到的系統(tǒng)的誤差，計(jì)算控制器的輸出，使的被控制的變量盡可能快地接近設(shè)定值或進(jìn)人穩(wěn)態(tài);在本次的設(shè)計(jì)當(dāng)中采用軟件型的PID，用PLC來實(shí)現(xiàn)；運(yùn)用了PID的比例控制加上積分控制：比例控制是它的控制器的輸出和輸入錯誤信號成正比；只采用比例控制的情況下，系統(tǒng)的輸出會出現(xiàn)穩(wěn)定的誤差。

控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成比例關(guān)系；對于一種自控系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后出現(xiàn)穩(wěn)定誤差，那么該控制系統(tǒng)就會產(chǎn)生穩(wěn)定的誤差，即有差系統(tǒng)，因此，這樣的控制器中需要引入積分項(xiàng)，以此來消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)的變化依賴于時間的累積，積分項(xiàng)將隨著時間的推移而增長；因此，雖然誤差很小，但積分項(xiàng)會隨著時間的推移而變大，從而提高控制器的輸出，因此穩(wěn)態(tài)誤差減小，直到誤差值為零；采用比例積分控制，在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，系統(tǒng)不會出現(xiàn)穩(wěn)定的誤差。圖3-3PID控制系統(tǒng)3.4壓力傳感器選型自動檢測是供水系統(tǒng)自動控制的一個重要組成的部分，要使供水系統(tǒng)能夠平穩(wěn)恒壓地供水，供水系統(tǒng)則需要對管網(wǎng)當(dāng)中的供水壓力自動控制，那么供水系統(tǒng)則要應(yīng)用到壓力傳感器；供水系統(tǒng)通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器對實(shí)時水壓經(jīng)行檢測以及信號的反饋。該系統(tǒng)使用星儀CYYZ11型擴(kuò)散硅傳感器，其運(yùn)用了壓阻效應(yīng)的原理來實(shí)現(xiàn)了壓電和力的轉(zhuǎn)換?；菟雇姌蛟趩尉Ч枭蠑U(kuò)散，被測量的材料（氣或液）施加壓力，改變橋面電阻，生成差分電壓信號，通過一個特殊的放大器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于測量范圍的信號；傳感器的量程范圍為0～2.5MPa，工作的溫度范圍為5℃～60℃，輸出的電壓的范圍為0～5伏，作為供水系統(tǒng)的反饋信號源提供輸入給PLC。3.5雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)選型水是人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中不可或缺的一部分。我們的供水系統(tǒng)則是需要電網(wǎng)的持續(xù)供電從而才能持續(xù)給我們居民用戶供水，每當(dāng)電網(wǎng)如果因?yàn)楣收匣蛘咂渌恍┰蛲ｋ?，這樣一來也就意味者供水也隨著停止了，那么就會很大程度上影響了人們的正常生活用水的持續(xù)穩(wěn)定。所以在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，供水系統(tǒng)采用雙電源的供電模式，也就是供水系統(tǒng)擁有一個備用電源，不會因?yàn)殡娋W(wǎng)的停電而導(dǎo)致無法供水。選用雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電源的切換。德力西公司CDQ0s系列自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器，按GB/T14048.11規(guī)定，主要用于交流電50赫茲，額定的電壓為400伏，額定的工作電流為10-125安的電力控制系統(tǒng)當(dāng)中，常規(guī)電源和后備電源的切換由自動或手動完成。a)主觸頭三位置(常用、備用、雙分)，手工雙分便于斷電檢修下級回路，同時符合MTSE

(手動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器設(shè)備)功能要求。b)具備自投自復(fù)功能，斷相及失壓保護(hù);

c)使用類別符合AC-33iB,同時具備AC-33B參數(shù):

d)本產(chǎn)品采用上進(jìn)(兩側(cè)電源進(jìn)線)下出(一側(cè)負(fù)載出線)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。圖3-3雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)物圖圖3-4雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)接線圖3.6變頻器選型本設(shè)計(jì)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)雙恒壓無塔供水的PLC電氣控制，要想讓供水系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)供水的恒壓，因此需要應(yīng)用到變頻器，通過變頻器來實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水，使供水系統(tǒng)能夠更節(jié)能、精準(zhǔn)、穩(wěn)定的運(yùn)行，通過變頻器來調(diào)節(jié)輸出的頻率，來實(shí)現(xiàn)控制相對應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓供水。在選擇變頻器的時候應(yīng)該要考慮整體使用環(huán)境對變頻器的影響和變頻器在滿足系統(tǒng)控制要求的條件下是否經(jīng)濟(jì)與實(shí)用。本設(shè)計(jì)使用到的電機(jī)都是屬于水泵類的電機(jī)，依照水泵變頻器的選擇原則，本次采用西門子的MM430變頻器，具有以下特點(diǎn):1、調(diào)試簡單、方便，且使用模塊式結(jié)構(gòu)，所以配置非常靈活；

2、由于采用了高脈沖切換頻率，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪音??；

3、啟動平穩(wěn)，消除了機(jī)械力的撞擊，對機(jī)器設(shè)備進(jìn)行了保護(hù)；

4、具有完善的電機(jī)及變頻調(diào)速系統(tǒng)，可減少維修費(fèi)用；

5、在適當(dāng)?shù)墓r下，節(jié)能效果顯著。

4軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主電路的接線圖如下圖所示，該系統(tǒng)的電源采用了雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來對常規(guī)電源和后備電源進(jìn)行切換，通常采用電網(wǎng)提供的電力。動力電源交流電通過空氣開關(guān)的上端頭接入后，然后從空氣開關(guān)下端頭輸出接入到負(fù)載系統(tǒng)的變頻器工作三相輸入端，負(fù)載變頻器開始工作，從而達(dá)到負(fù)載控制器工頻運(yùn)行工作和實(shí)時在線可變頻率工作。三臺電機(jī)分別用字母符號M1、M2、M3來替代來表示,那么它們分別依次用來帶動系統(tǒng)編號為1#、2＃、3#水泵；其中的交流接觸器KM1用來連接控制實(shí)現(xiàn)M1的工頻運(yùn)行，交流接觸器KM2用來連接控制實(shí)現(xiàn)M2的工頻運(yùn)行，交流接觸器KM3用來連接控制實(shí)現(xiàn)M3的工頻運(yùn)行；此外交流接觸器KM2用來連接控制實(shí)現(xiàn)M1的變頻頻運(yùn)行，交流接觸器KM4用來連接控制實(shí)現(xiàn)M2的變頻運(yùn)行，交流接觸器KM6用來連接控制實(shí)現(xiàn)M3的變頻頻運(yùn)行；符號為FR1、FR2、FR3的熱繼電器分別作為三臺水泵電機(jī)的過載保護(hù);QF1是變頻器空氣開關(guān)，電機(jī)主電路的空氣開關(guān)分是QF2、QF3、QF4符號為FU1則是主電路的熔斷器，作短路保護(hù)；PE則是三臺水泵電機(jī)的接地線，防止漏電對操作人員的傷害。圖4-1系統(tǒng)主電路圖4.2程序流程圖如圖4-2所示，根據(jù)工藝要求進(jìn)行了當(dāng)前的設(shè)備的一個動作流程設(shè)計(jì)，這樣的話在編程程序的時候可以根據(jù)當(dāng)前的一個工藝流程來進(jìn)行當(dāng)前一個程序編程，在后期調(diào)試設(shè)計(jì)的時候可以參照當(dāng)有的動作流程圖來設(shè)計(jì)，且更改程序也可以參數(shù)當(dāng)前的流程圖來更改，可以大大節(jié)約后期現(xiàn)場設(shè)備調(diào)試時間。是是否是是否延時延時延時系統(tǒng)初始化調(diào)用子程序輸出頻率<下限輸出頻率在范圍輸出頻率>上限有工頻泵工作有工頻泵工作啟動新泵停工頻泵換泵工作是壓力采樣開始結(jié)束圖4-2程序流程圖4.3PLCI/O分配表編寫程序開始之前，首先要把要用到的I/O確定下來，有多少個輸入到PLC的信號，其中包括了數(shù)字量的輸入和模擬量的輸入，又多少個要輸出的動作信號，明確規(guī)定輸入與輸出之間的關(guān)系，擬定好它們各自的名稱、符號代碼以及地址的編號。制作好I/O分配表，以便接下來展開程序的編寫以及后期的修改和調(diào)整，提高編程效率。系統(tǒng)共需要6個數(shù)字量輸入點(diǎn)，12個數(shù)字量量輸出點(diǎn);模擬量輸入點(diǎn)1個，模擬量輸出點(diǎn)1個。根據(jù)此次系統(tǒng)控制的要求得出的系統(tǒng)I/O配置及地址分配見表4-1。表4-1PLCI/O分配

4.4程序中使用的PLC元件及功能表4-2程序中使用的PLC元件及功能

4.5PLCI/O接線圖此次設(shè)計(jì)項(xiàng)目的可編程控制器輸入和輸出接線圖具體如下圖所示，其在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的步驟，先把當(dāng)前的可程序控制器的輸入和輸出接線圖用CAD設(shè)計(jì)出來，并且預(yù)留當(dāng)前項(xiàng)目總體的百分之五左右的I/O接口，這樣方便后期如果設(shè)備工藝要求的升級改造。輸出的定義具體如下圖所示。圖4-3PLCI/O接線圖

4.6PLC程序設(shè)計(jì)在編寫程序的過程當(dāng)中，用戶編程人員應(yīng)當(dāng)盡可能避免出現(xiàn)編程的系統(tǒng)性錯誤，盡量減少程序的步數(shù)以簡短PLC掃描周期的時間，這樣可以提升效率。編寫程序的時候，應(yīng)當(dāng)適時的使用編程軟件的程序進(jìn)而盡早地發(fā)現(xiàn)并修改程序出現(xiàn)地錯誤。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)如下：1、啟動自動控制模式，程序調(diào)用初始化的子程序如圖4-4所示，當(dāng)選擇自動控制模式運(yùn)行時，PLC自動接通電源工作時，那么這個時候網(wǎng)絡(luò)1調(diào)用子程序，PLC內(nèi)部的控制系統(tǒng)程序自動采集當(dāng)前外圍模擬量模塊所反饋的數(shù)據(jù)，然后通過當(dāng)前的PLC內(nèi)部的整數(shù)、轉(zhuǎn)換、除法等相關(guān)質(zhì)量，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最后計(jì)算出當(dāng)前的實(shí)際傳感器所反饋的數(shù)據(jù)，然后傳送到當(dāng)前的PLC內(nèi)部的指定的數(shù)據(jù)寄存器，用于當(dāng)前的整體的程序運(yùn)算，運(yùn)行計(jì)算等相關(guān)的工作。網(wǎng)絡(luò)2設(shè)置供水系統(tǒng)的壓力值，在該壓力值中，消防供水被設(shè)置為額定量程的0.9，而生活用水被設(shè)置為額定量程的0.7。I0.0為手動和自動消防信號。其具體的程序如圖4-2所示。圖4-4程序調(diào)用初始化的子程序

2、增泵與減泵程序圖4-5所示，PLC接通電源工作時，那么就會自動判斷I0.0是否有接通工作。判定I0.0沒有動作時，VD250的調(diào)節(jié)結(jié)果大于等于VD208的設(shè)定值時，那么這時就接通T37計(jì)時器；判定I0.0有動作時，VD250的調(diào)節(jié)結(jié)果大于等于VD212的設(shè)定值時，然后，T37定時器得電接通；那么當(dāng)T37得電接通，它的常開式觸頭就會被關(guān)閉；同時VB301小于等1時，則M0.1線圈得電，復(fù)位T37;同時工頻泵運(yùn)行數(shù)量加1。VD250小于等于1800時，則接通T38計(jì)時器，同時T38常開觸點(diǎn)閉合，M0.2線圈得電，復(fù)位T38，同時工頻泵運(yùn)行數(shù)量減1。其具體的程序如圖4-5所示。圖4-5增泵與減泵程序3、倒泵判斷程序如圖4-6所示，當(dāng)PLC自動接通電源工作時，那么這具時候PLC自動判斷當(dāng)前的VB310是否接通工作，這個時PLC通過當(dāng)前的輔助繼電器SM0.4產(chǎn)生一個上升沿工作程序塊，如果這個時候上升沿SM0.4接通工作后，那么PLC通過加法程序塊進(jìn)行計(jì)算當(dāng)前的的計(jì)算時間；要是當(dāng)前的時間大于預(yù)設(shè)的時間條件后，將生成下一個水泵的變頻起動信號；然后進(jìn)行下一步接通工作，其具體的程序如圖4-6所示。圖4-6倒泵判斷程序

4、泵變頻運(yùn)行程序如圖所示，當(dāng)PLC自動接通電源工作時，那么這時候PLC自動判斷M0.6是否接通工作，如M0.6接通，同時也判斷當(dāng)前的VB300是否符合接通條件，如果VB300符合，同時M3.0、M0.4、Q0.0的常閉觸點(diǎn)又都是初始狀態(tài)，則接通Q0.1線圈，并自鎖，1號泵組實(shí)現(xiàn)變頻控制運(yùn)轉(zhuǎn)；2號組泵、3號泵組同理實(shí)現(xiàn)變頻控制運(yùn)轉(zhuǎn)。其具體的程序如下圖所示。圖4-7泵變頻運(yùn)行程序

5、泵工頻運(yùn)行程序如圖4-8所示，當(dāng)PLC自動接通電源工作時，那么這時候?qū)LC自動判斷當(dāng)前的M0.5是否接通工作，如果M0.5接通，又VB300、VB301都滿足條件接通工作，而且Q0.1常閉觸點(diǎn)是初始狀態(tài)，那么則接通Q0.0線圈，并自鎖，1號泵組實(shí)現(xiàn)工頻控制運(yùn)轉(zhuǎn)；2號泵組、3號泵組同理實(shí)現(xiàn)工頻控制運(yùn)轉(zhuǎn)。其具體的程序如圖4-8所示。圖4-8泵工頻運(yùn)行程序

6、報警電鈴程序如圖4-9所示，當(dāng)PLC自動接通電源工作時，那么這具時候PLC自動判斷以下3種情況：判斷當(dāng)前的M3.1是否接通工作，如果M0.5接通，而且M3.2常閉觸點(diǎn)是初始狀態(tài);判斷當(dāng)前的I0.3是否接通工作，如果I0.3接通，而且M3.3常閉觸點(diǎn)是初始狀態(tài);判斷當(dāng)前的I0.0是否接通工作，如果I0.0接通，而且M3.4常閉觸點(diǎn)是初始狀態(tài);PLC判斷出現(xiàn)以上情況，那么則接通Q1.4線圈；報警電鈴響起。單獨(dú)按下試燈按鈕I0.5，也接通Q1.4線圈；報警電鈴響起。其具體的程序如圖4-9所示。圖4-9報警電鈴程序

5組態(tài)設(shè)計(jì)5.1組態(tài)軟件簡介伴隨著現(xiàn)代的工業(yè)自動化的技術(shù)的飛速發(fā)展以及現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，對工業(yè)自動化的要求也越來越高。組態(tài)軟件及觸摸屏技術(shù)是目前自動化領(lǐng)域的一個重要技術(shù)，其發(fā)展速度也越來越快。特別是近些年來，配置控制軟件、觸摸屏等新技術(shù)和新產(chǎn)品層出不窮。隨著組態(tài)軟件和觸摸屏技術(shù)的迅速發(fā)展，我們必須了解和掌握組態(tài)軟件和觸摸屏技術(shù)。MCGS是監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)（MonitorandControiGeneratedSystem）的縮寫簡稱。MCGS是一種基于Windows環(huán)境的軟件系統(tǒng)，用于計(jì)算機(jī)的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的建立與產(chǎn)生；主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集與監(jiān)測，并對前端的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與控制。MCGS的配置軟件分為網(wǎng)絡(luò)版、通用版和嵌入式版三種。它的特點(diǎn)是功能齊全、易于使用、易于維護(hù)。該系統(tǒng)與其它相關(guān)的硬件設(shè)施相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)各種現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理、控制等功能。使用者可以輕松地建立自己的應(yīng)用程序，例如靈活的工具、資料收集等模塊；本次設(shè)計(jì)的組態(tài)仿真軟件是MCGS嵌入式組態(tài)軟件。5.2數(shù)據(jù)詞典定義 添加變量，在PPI設(shè)備里，點(diǎn)屬性，添加通道。圖5-1添加通道

5.3畫面編輯添加完成后，實(shí)時數(shù)據(jù)庫如下圖5-3實(shí)時數(shù)據(jù)庫建立監(jiān)控畫面圖5-4監(jiān)控畫面

6總結(jié)本文對雙恒壓無塔供水的PLC電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究。雙恒壓無塔供水系統(tǒng)運(yùn)用了PLC和變頻器來實(shí)現(xiàn)控制；系統(tǒng)采用了PCL控制變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。用戶可根據(jù)實(shí)際情況的需要來設(shè)