基于S7-200PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)介紹的對(duì)象是一棟15層高的民用住宅的供水系統(tǒng)，采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高層穩(wěn)定供水的控制，由離心泵、變頻器、壓力變送器、電接點(diǎn)壓力表、液位傳感器、S7-200等模塊組成。主要的工作原理是當(dāng)壓力變送器檢測(cè)到壓力過(guò)低或液位傳感器檢測(cè)到水位過(guò)低時(shí)，將檢測(cè)到的模擬量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)值，然后將輸出信號(hào)送給S7-200，S7-200將輸出信號(hào)發(fā)送給變頻器，用變頻器調(diào)節(jié)離心泵的工作電源頻率快慢，從而使進(jìn)水趨于穩(wěn)定；當(dāng)壓力變送器檢測(cè)到壓力過(guò)大或液位傳感器檢測(cè)到水位過(guò)高時(shí)，將信號(hào)送給S7-200，S7-200控制變頻器調(diào)節(jié)離心泵工作電源頻率，進(jìn)而使出水趨于穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水控制。關(guān)鍵詞：恒壓供水；PLC控制；變頻器；S7-200目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 VIAbstract VII第1章緒論 11.1PLC恒壓供水的產(chǎn)生背景 11.2PLC恒壓供水的研究現(xiàn)狀 1第2章工藝流程及設(shè)計(jì)方案 22.1供水系統(tǒng)的工藝流程 22.2系統(tǒng)方案 2第3章控制方案設(shè)計(jì) 43.1參數(shù)計(jì)算 43.3系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程 5第4章設(shè)備選型 74.1離心泵機(jī)組選型 74.2變頻器的選型 94.3壓力變送器和液位傳感器的選型 114.4電接點(diǎn)壓力表的選型 144.5PLC的選型 154.6PLC擴(kuò)展模塊EM235、EM223 15第5章恒壓供水控制系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì) 195.1系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 195.2系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì) 21第6章仿真模擬 24第1章緒論1.1PLC恒壓供水的產(chǎn)生背景隨著我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)的迅速發(fā)展和節(jié)約能源的號(hào)召，水電供應(yīng)補(bǔ)給也成為人們關(guān)注的問(wèn)題。例如，日常生活用水起伏較大，在傳統(tǒng)的供水控制系統(tǒng)中，水泵的選型是最大值決定的，不但能耗高，而且效率低下，長(zhǎng)期來(lái)看，不利于可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)這一現(xiàn)象，這里介紹利用PLC和變頻器聯(lián)動(dòng)控制的恒壓供水系統(tǒng)。這既滿足了人們的日常需要，又實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，節(jié)約能源。另外，PLC因其可靠性高，動(dòng)作安全、編程簡(jiǎn)單且直觀、靈活性高，擴(kuò)展庫(kù)涉及面廣、系統(tǒng)模塊化程度高等多種優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。1.2PLC恒壓供水的研究現(xiàn)狀在早期，在國(guó)外生產(chǎn)出來(lái)的變頻器，它們的功能由于技術(shù)的限制相對(duì)局限，主要在于頻率控制、增減速率控制、正向反向旋轉(zhuǎn)控制、啟?？刂啤⒆儔鹤冾l比控制以及其他各種保護(hù)功能[1]。為了滿足公寓居民日常生活中用水量變化無(wú)常的需求，使測(cè)量到的管網(wǎng)實(shí)時(shí)壓力值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)(基本保持恒定)，常用的解決方案是：將壓力傳感器以及壓力控制器接到變頻器的外面，這樣就能形成一個(gè)實(shí)時(shí)的壓力閉環(huán)控制，根據(jù)反饋進(jìn)一步調(diào)整，使其基本穩(wěn)定。在系統(tǒng)中，使用上述方案調(diào)節(jié)后，水泵機(jī)組的啟動(dòng)電流會(huì)緩緩增大到額定值，啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)于沒(méi)有這樣調(diào)節(jié)的系統(tǒng)延長(zhǎng)了，這樣整個(gè)系統(tǒng)對(duì)所連接的電網(wǎng)的沖擊也會(huì)相應(yīng)變小，延長(zhǎng)泵機(jī)組的壽命，使得系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)。第2章工藝流程及設(shè)計(jì)方案2.1供水系統(tǒng)的工藝流程圖2.1供水系統(tǒng)工藝原理圖此次設(shè)計(jì)介紹的對(duì)象是15層民用住宅的供水系統(tǒng)，水壓低時(shí)，高層居民用水困難，有時(shí)也會(huì)斷水。當(dāng)水壓高時(shí)，居民實(shí)際用水量變化小，出水速度過(guò)高，造成水資源浪費(fèi)，不利于可持續(xù)發(fā)展[2]。如圖2.1所示，按照該民間住宅的大致供水流程，將輸送來(lái)的水儲(chǔ)存在蓄水池中，用泵向各層所需的居民加壓。2.2系統(tǒng)方案如圖2.2所示，變頻控制系統(tǒng)主要由三臺(tái)工頻泵和一臺(tái)備用泵組成的泵機(jī)組、負(fù)責(zé)改變泵組工作頻率的變頻器、負(fù)責(zé)測(cè)量和轉(zhuǎn)換管網(wǎng)壓力的壓力變送器、PLC處理器組成[3]。為了今后的維護(hù)和手動(dòng)調(diào)節(jié)供水量，在各泵的供水管上安裝手動(dòng)閥。為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速、無(wú)波動(dòng)穩(wěn)定化的效果，在供水系統(tǒng)中，使用壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)實(shí)時(shí)壓力值，將值傳送給PLC做一系列運(yùn)算后，將轉(zhuǎn)化的信號(hào)傳送給變頻器，再通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)泵組的工作電壓頻率，從而實(shí)現(xiàn)變頻軟起動(dòng)和變頻調(diào)速的目的[4]。圖2.2恒壓供水控制系統(tǒng)原理圖第3章控制方案設(shè)計(jì)3.1參數(shù)計(jì)算工藝要求為：居民住宅15層，層高約3米，居民戶數(shù)1000-1200戶，每戶按3人計(jì)算[6]。水泵抽水時(shí)，預(yù)選水泵的總揚(yáng)程可按下式計(jì)算: H＝Z+H1+H2(3.1) ＝(15+1)*3+0.05*15+0.05*15 ＝49.5(m)≈50(m)恒壓供水所要保持的水管內(nèi)壓力： P＝ρ*g*H(3.2) ＝1000*10*50 ≈0.5(MPa)預(yù)選水泵的有效功率可按下式計(jì)算： Pe＝ρ*g*Q*H(3.3) ＝1000*10*0.04245*50 ＝21225(W) ≈22(KW)3.2系統(tǒng)中PID控制的實(shí)現(xiàn)在本方案中，系統(tǒng)采用PID控制,把提前設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值的差，送給PLC，將經(jīng)過(guò)提前設(shè)定好的PID參數(shù)的運(yùn)算后的值，傳送到變頻器輸入端，作為調(diào)控變頻器的輸入信號(hào)，變頻器根據(jù)輸入信號(hào)指示，控制水泵機(jī)組的工作頻率，從而控制進(jìn)水量的多少以及進(jìn)水的快慢，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)水壓，使水壓值趨于穩(wěn)定的作用[7]。如圖3.1所示供水系統(tǒng)的PID控制框圖。圖3.1供水系統(tǒng)的PID控制框圖3.3系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程在此供水系統(tǒng)中，系統(tǒng)順序運(yùn)行時(shí)，供水管的壓力值由壓力傳感器檢測(cè)，在變送器中將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)值，此值在電接點(diǎn)壓力表上顯示，如果超過(guò)限度，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，并將值傳送給PLC，將得到的值經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)程序處理后，實(shí)現(xiàn)數(shù)值的形式轉(zhuǎn)換，將得到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為變頻器所需的模擬信號(hào)形式輸出，將PLC輸出端接到變頻器的模擬量反饋信號(hào)端，這樣連接能使變頻器成功檢測(cè)到PLC傳送過(guò)來(lái)的供水管的實(shí)時(shí)壓力值；變頻器通過(guò)PLC的輸出信號(hào)，控制泵組的運(yùn)行。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力值的變化，如有變動(dòng)，依舊照此運(yùn)行。系統(tǒng)切換到自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，先控制一臺(tái)水泵變頻軟啟動(dòng)，與此同時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)供水管的實(shí)時(shí)壓力值，當(dāng)檢測(cè)到的壓力值小于設(shè)定值時(shí)，需要增大進(jìn)水量，PLC控制變頻器增大泵的頻率，當(dāng)頻率到50Hz時(shí)，如果實(shí)時(shí)壓力和之前情況相同時(shí)，工頻啟動(dòng)（Y/Δ啟動(dòng)控制）第一臺(tái)水泵。如若還是無(wú)法使壓力值穩(wěn)定，其他工頻泵也按照這個(gè)邏輯啟動(dòng)，從而順序?qū)崿F(xiàn)工頻泵的運(yùn)行。如果壓力變送器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)管網(wǎng)壓力值大于預(yù)設(shè)值時(shí)，在PLC控制下，實(shí)現(xiàn)變頻器減小變頻泵工作頻率的操作。當(dāng)頻率到達(dá)下限值（30Hz）時(shí)，如果供水管實(shí)時(shí)壓力仍然大于預(yù)先設(shè)定的值，則在PLC控制下減少一臺(tái)已經(jīng)在運(yùn)行的工頻泵。如若依舊無(wú)法穩(wěn)定，其他水泵用相同邏輯退出運(yùn)行，順序?qū)崿F(xiàn)工頻泵的停止運(yùn)行。圖3.2系統(tǒng)控制流程圖第4章設(shè)備選型4.1離心泵機(jī)組選型4.1.1離心泵的工作原理離心泵在使用時(shí)，泵內(nèi)帶有的電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)置葉片旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力，將水從出口甩出，產(chǎn)生真空再配合外界大氣壓將水壓入泵內(nèi)，如此反復(fù)而工作的。因此使用時(shí)，一定要提前在泵腔內(nèi)注滿水，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生真空、正常工作的目的[5]。4.1.2離心泵的構(gòu)造圖4.1離心泵解剖圖離心泵泵腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由泵體、泵軸裝置、產(chǎn)生離心力的葉輪、密封裝置、填充裝置組成。4.1.2離心泵機(jī)組的選型離心泵機(jī)組的選型要求:在確保安全平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，離心泵應(yīng)盡可能在最高效率范圍內(nèi)運(yùn)行。為了達(dá)到這個(gè)目的，選擇的模型必須與居民用水量的變化幅度一致。根根據(jù)問(wèn)題提供的參數(shù)，計(jì)算離心泵系統(tǒng)中泵應(yīng)滿足的總流量范圍和泵所需的最小楊程，再加上小部分的冗余量，大致確定本方案中為高層居民供水的供水壓力值，由于日常生活中中居民用水量變化時(shí)間段較為集中，在短時(shí)間內(nèi)使連續(xù)、小幅度的變化類(lèi)型，因此確定采用3臺(tái)伽利略星（深圳）進(jìn)出口有限公司生產(chǎn)的CDLF系列主水泵機(jī)組和1臺(tái)CDLF系列輔助水泵機(jī)組。型號(hào)及參數(shù)參見(jiàn)下表。表4.1離心泵組的功能參數(shù)型號(hào)數(shù)量主要性能參數(shù)額定流量m3/h流量范圍m3/h最大壓力bar最高效率KW電機(jī)功率W溫度范圍℃泵機(jī)組CDLF150315080~180167311~75-15~120備用泵CDLF121127~1622631.5~11-15~120CDLF系列水泵相對(duì)于其他系列，它擁有相對(duì)更好的水力模型和比較先進(jìn)的制造技術(shù)，同時(shí)秉著更安全、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)理念，內(nèi)置的軸封采用了更好的材料，延長(zhǎng)了泵的壽命，同時(shí)提高了水泵的性能。CDLF系列由于整體結(jié)構(gòu)更緊湊，體積和重量更小，正常運(yùn)行時(shí)噪音更低，節(jié)能效果更顯著，因而得到廣泛應(yīng)用[9]。4.2變頻器的選型4.2.1變頻器的選型條件變頻器是變頻調(diào)速系統(tǒng)中控制執(zhí)行器的硬件，通過(guò)改變頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)控[8]。變頻器在使用的過(guò)程中，變頻器會(huì)產(chǎn)生對(duì)補(bǔ)償電容器影響很大的高次諧波，因此我們?cè)谶x擇變頻器時(shí)，會(huì)更多的參考電機(jī)的各額定值，選擇帶電抗器的電容器或帶高次諧波去除裝置的電容器組。逆變器裝置具有與其他系統(tǒng)裝置的數(shù)據(jù)交流和信號(hào)通信能力，在更好地監(jiān)視逆變器的同時(shí)，充分發(fā)揮各裝置在系統(tǒng)中的潛力，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體性能互補(bǔ)、經(jīng)濟(jì)、動(dòng)態(tài)運(yùn)行的目的[9]。4.2.2變頻器的主要優(yōu)點(diǎn)本提案中，變頻器主要有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)節(jié)能由于水泵的耗電量與轉(zhuǎn)速的3次方成正比，當(dāng)居民用戶的平均用水流量變動(dòng)較低時(shí)，節(jié)電率可達(dá)到20%~60%。(2)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行方面的優(yōu)點(diǎn)變頻器啟動(dòng)過(guò)程中，都是先從低速開(kāi)始，啟動(dòng)時(shí)頻率低，同時(shí)由于居民每日用總水量差不多，儀器所需啟動(dòng)電流小，可以高頻率啟停。當(dāng)正常運(yùn)行的泵機(jī)組需要減少臺(tái)數(shù)時(shí)，變頻器通過(guò)內(nèi)部自帶的制動(dòng)回路進(jìn)行制動(dòng)，從而讓工作泵組減少。另外，當(dāng)條件滿足且系統(tǒng)需要制動(dòng)時(shí)，不用外加制動(dòng)電路，變頻器自身會(huì)對(duì)給泵組單元施加一個(gè)直流電壓，進(jìn)行制動(dòng)[10]。4.2.3變頻器的選型變頻器的選擇必須符合電機(jī)的各額定值。本系統(tǒng)使用的變頻器為西門(mén)子公司的MM440系統(tǒng)。MM440系統(tǒng)在配置方面，模塊化程度高、可擴(kuò)展性廣、涉及范圍廣泛，多種詳細(xì)又直白簡(jiǎn)單的變頻狀態(tài)信息和信息功能，輸入信號(hào)范圍寬，參數(shù)設(shè)定自由度高，操作簡(jiǎn)單、直觀，輸入信號(hào)包含范圍廣，自主性能高。在性能方面，可以同時(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的矢量控制和復(fù)合制動(dòng)，同時(shí)在PID控制等其他控制功能健全的保護(hù)方面，例如：過(guò)/欠電壓保護(hù)、逆變器因負(fù)載過(guò)大導(dǎo)致的過(guò)熱保護(hù)、短路保護(hù)、電動(dòng)機(jī)超載導(dǎo)致的過(guò)熱保護(hù)等許多其他保護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性，最大限度地提高了其他裝置，從而被人們廣泛使用。圖4.2MM440內(nèi)部功能圖4.3壓力變送器和液位傳感器的選型4.3.1壓力變送器的選型壓力變送器主要由三部分組成：壓力傳感器、壓力測(cè)量轉(zhuǎn)換電路和工藝連接件。本提案中，系統(tǒng)正常工作時(shí)，該變送器可以將壓力傳感器測(cè)量得出的實(shí)時(shí)電壓參數(shù)，經(jīng)過(guò)內(nèi)置的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為4～20mADC的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)[11]，在儀表上顯示的同時(shí)向PLC發(fā)送信號(hào)，然后進(jìn)入下一步驟。如果在運(yùn)行中壓力變送器發(fā)生故障，系統(tǒng)控制可能會(huì)混亂，引爆器和用戶用水設(shè)備可能會(huì)被破壞，為了避免這種情況，請(qǐng)將電觸點(diǎn)壓力計(jì)的壓力上限輸出連接到PLC，如果不超過(guò)上限值，系統(tǒng)將正常運(yùn)行。如果超過(guò)上限值，PLC控制系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉所有泵并發(fā)出警報(bào)?；谝陨戏治觯诒究刂葡到y(tǒng)中使用北京星儀傳感器技術(shù)有限公司CYYZ11系列壓力變送器。CYYZ11系列的壓力變送器主要由德國(guó)的赫斯曼插頭、平行墊片、固定銅片、集成芯片、隔離環(huán)、A級(jí)硅片擴(kuò)散硅片、阻尼、不銹鋼外殼組成。主要特點(diǎn):(1)采用膜片隔離技術(shù)(2)集成芯片、寬電壓供給(3)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便(4)截止設(shè)計(jì)、抗干擾、防雷措施(5)電流限制、電壓限制、反向連接保護(hù)(僅電流輸出)(6)精度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好、(7)a級(jí)擴(kuò)散硅(8)量程:-100kPa～0～100MPa(9)測(cè)量介質(zhì):氣液通用(10)精度:0.1%FS、0.25%FS、0.5%FS、1%FS這里選擇CYYZ11-X-12-A1-14-C-G型壓力變送器。表4-2壓力變送器主要性能參數(shù)應(yīng)用范圍工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中壓力的測(cè)量測(cè)量介質(zhì)與丁腈橡膠相兼容的各種介質(zhì)量程(表壓、絕壓)0～1MPa過(guò)載2倍滿量程精度等級(jí)0.1%FS工作溫度范圍介質(zhì)溫度：－40～85℃

環(huán)境溫度：－40～85℃環(huán)境濕度：0%～95%RH補(bǔ)償溫度范圍－40～80℃溫度漂移±0.01%FS/℃穩(wěn)定性能±0.01%FS/年輸出4～20mADC供電電源12～36VDC電氣接口M20×1.5外螺紋功耗＜1W外殼防護(hù)等級(jí)IP54重量≈270g抗震性能10g（20～2000HZ）4.3.2液位傳感器的選型液面?zhèn)鞲衅魇菧y(cè)量壓力的傳感器，將測(cè)量的值轉(zhuǎn)換為4~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)[11]。為了防止壓力變送器的故障，如果不超過(guò)電觸點(diǎn)壓力計(jì)的上限，液面?zhèn)鞲衅骱蛪毫ψ兯推鞯臏y(cè)量值必須一致。液位傳感器選用北京星儀傳感器技術(shù)有限公司CYW11系列。CYW11系列液位變送器產(chǎn)品，采用目前較為先進(jìn)的工藝制作而出，其信號(hào)測(cè)量原件是不銹鋼隔離膜片0EM壓敏傳感器，它具有一定范圍能防干擾、溫度漂移程度小、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，由于此壓敏傳感器較以往系列精度更高，所以該變送器擁有更高精度的測(cè)量水準(zhǔn)，是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域理想的液位測(cè)量?jī)x。主要特點(diǎn):采用國(guó)外進(jìn)口的擴(kuò)散硅壓力傳感器的線纜連接，能夠現(xiàn)場(chǎng)直接接通，避免反復(fù)測(cè)試，安裝簡(jiǎn)單放大電路采用美國(guó)集成芯片，處理速度更快、更精準(zhǔn)；同時(shí)設(shè)計(jì)師從產(chǎn)品工作環(huán)境的特殊性出發(fā)，該變送器通過(guò)寬電壓供電，擁有防液體中雜質(zhì)堵塞、防止液體腐蝕等諸多設(shè)計(jì)，使其抗干擾性能更強(qiáng)；該變送器還擁有防止誤操作的接線保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)和限流保護(hù)，使得變送器穩(wěn)定性高，響應(yīng)速度更快。這里選擇CYW11-L50-B60-A1-S-G型液位傳感器。表4-2壓力變送器主要性能參數(shù)應(yīng)用范圍工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中液位的測(cè)量測(cè)量介質(zhì)水或與丁腈橡膠、不銹鋼相兼容的介質(zhì)量程0～50m過(guò)載2倍滿量程精度等級(jí)0.1%FS工作溫度范圍介質(zhì)溫度：－40～60℃

環(huán)境溫度：－40～85℃補(bǔ)償溫度范圍－10～60℃溫度漂移±0.01%FS/℃穩(wěn)定性能±0.01%FS/年輸出4～20mADC供電電源12～36VDC功耗＜1W防護(hù)等級(jí)IP68重量探頭≈290g線纜每米≈60g4.4電接點(diǎn)壓力表的選型電接點(diǎn)壓力表由測(cè)量、指示系統(tǒng)，觸點(diǎn)、調(diào)節(jié)裝置，外殼、接線盒包裝等三部分組成。本系統(tǒng)中，在正式使用前，先分別將代表壓力表的上限的設(shè)定銷(xiāo)和代表下限的設(shè)定銷(xiāo)調(diào)節(jié)到與提前計(jì)算好的壓力值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位。在使用過(guò)程中，表示實(shí)時(shí)檢測(cè)出的壓力的壓力指針隨著壓力變送器的實(shí)時(shí)值，而轉(zhuǎn)動(dòng)變化，這一過(guò)程中，壓力指針達(dá)到上限或下限的觸點(diǎn)并接通，將開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳遞給PLC，達(dá)到限位警報(bào)的目的[11]。需要考慮本提案系統(tǒng)的工作環(huán)境，選擇防腐蝕型電觸點(diǎn)壓力計(jì)。根據(jù)以上要求，我們選用由上海江月儀表廠生產(chǎn)的YXC100BF電接點(diǎn)壓力表。表4-3接點(diǎn)電氣主要參數(shù)公稱(chēng)直徑100mm精度等級(jí)0.02級(jí)測(cè)量范圍0～1.0MPa工作溫度范圍介質(zhì)溫度：－40～260℃

環(huán)境溫度：－20～70℃電氣接口M2.0×1.54.5PLC的選型4.5.1PLC在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)PLC(可編程控制器)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作界面直觀，普通人也能上手安全操作、編程輕松，擁有獨(dú)立的軟件對(duì)其編寫(xiě)，更改更加方便、不論是安全還是處理結(jié)果，可靠性都很高等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于其擴(kuò)展內(nèi)容廣，涉及內(nèi)容豐富，靈活性高，同時(shí)工控領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)PLC的進(jìn)一步發(fā)展，從而廣泛應(yīng)用于工業(yè)工藝生產(chǎn)和自動(dòng)控制。4.5.2PLC的選型S7-200是西門(mén)子公司制造的產(chǎn)品，它設(shè)計(jì)緊湊，占用體積小、指令豐富，相互搭配，可實(shí)現(xiàn)多種功能、可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活程度高、價(jià)格低廉，可以滿足眾多自動(dòng)控制需求。由于本控制系統(tǒng)的輸入輸出量較多，因此PLC需要的輸入輸出點(diǎn)也要很多。根據(jù)以上要求，選擇西門(mén)子公司的S7-200型CPU為226的PLC。4.6PLC擴(kuò)展模塊EM235、EM2234.6.1EM235的功能特性EM235是模擬輸入、模擬輸出單元。有4路模擬輸入通道，這些輸入通道可以接收電流、電壓等模擬量信號(hào)，也可以連接雙線式變送器，實(shí)現(xiàn)其他功能。此外，還包括將電壓、電流等模擬量信號(hào)輸出的4路模擬輸出通道。4.6.2EM223的功能特性EM223是數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出模塊，使用時(shí)需要注意數(shù)模轉(zhuǎn)換，如果將CPU與該模塊輸入端連接起來(lái)，那么CPU可以通過(guò)這個(gè)端口實(shí)時(shí)收集該模塊與該模塊連接的裝置的交換信息。4.6.4EM235的主要參數(shù)表4-3EM235-0KD22-0XA0主要參數(shù)輸入特性輸出特性總線消耗電流30mA電壓輸出范圍-10～+10VL+線消耗電流60mA電流輸出范圍0～20mA總功耗2W負(fù)載電阻電壓輸出最小5KΩ最大輸入電壓30V電流輸出最大0.5KΩ最大輸入電流32mV數(shù)據(jù)字格式電壓輸出-32000～+32000電流輸入范圍0～20mV電流輸出0～32000分辨率12位基本誤差滿量程的±0.5%量程范圍單極0～32000雙極±32000尺寸（W×H×D）71.2×80×62mm模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)＜250us4.6.4EM223的技術(shù)規(guī)范EM223晶體管型8輸入/8輸出和EM223繼電器型8輸入/8輸出技術(shù)參數(shù)：表4.4EM223輸入/輸出主要參數(shù)型號(hào)EM223晶體管型8位I/OEM223繼電器型8位I/O總線消耗電流80mV總功耗3W輸入特性額定電壓、電流24VDC，4mA邏輯“0”電壓范圍0～5VDC邏輯“1”電壓范圍15～30VDC最大輸入延時(shí)4.5ms輸出特性輸出類(lèi)型晶體管繼電器隔離光耦繼電器額定電壓24VDC24VDC/250VAC電壓范圍20.4～28.8VDC5～30VDC/20～250VAC額定電流0.75A2.0A尺寸（W×H×D）71.2×80×62mm由以上幾點(diǎn)介紹，我們可以列出本設(shè)計(jì)所需要的主要設(shè)備清單如下：表4.5主要設(shè)備清單設(shè)備名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量廠家離心泵機(jī)組CDLF150CDLF1231伽利略星（深圳）進(jìn)出口有限公司變頻器6SE64401上海正藝信息科技有限公司壓力變送器CYYZ11-X-12-A1-14-C-G1北京星儀傳感器技術(shù)有限公司液位傳感器CYW11-L50-B60-A1-S-G1北京星儀傳感器技術(shù)有限公司PLCSEIMENSS7-2001北京華冠特達(dá)科技有限公司PLC擴(kuò)展模塊EM235EM22311東菀艾莫迅自動(dòng)化科技有限公司電接點(diǎn)壓力表YXC100BF1上海江月儀表廠第5章恒壓供水控制系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)5.1.1電氣控制系統(tǒng)原理圖3臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3、M4是備用電機(jī)。接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6分別控制電動(dòng)機(jī)M1、M2、M3的商用頻率、變頻器運(yùn)行。FR1、FR2、FR3是泵機(jī)組過(guò)載保護(hù)用的熱敏繼電器。QF2、QF3、QF4是3臺(tái)泵馬達(dá)主回路的絕緣開(kāi)關(guān)。電氣控制系統(tǒng)的主電路圖見(jiàn)附錄1其中接觸器選用CJX2接觸器，其參數(shù)如下表：品牌上海民格名稱(chēng)交流接觸器型號(hào)CJX2系列觸點(diǎn)材質(zhì)銀合觸點(diǎn)工作電壓24V/110V/127V/220V/380V機(jī)械壽命1000萬(wàn)次產(chǎn)品特點(diǎn)體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、功耗小、壽命高表5.1CJX2接觸器參數(shù)熱繼電器選用上海民格電氣有限公司生產(chǎn)的JR36-2014A-22A型熱過(guò)載三相電機(jī)保護(hù)繼電器，該系列的繼電器除了動(dòng)作穩(wěn)定可靠、使用年限長(zhǎng)外，還具有斷相保護(hù)、溫度補(bǔ)償自動(dòng)與手動(dòng)復(fù)位雙重保護(hù)等保護(hù)，由于觸點(diǎn)材質(zhì)是銀合點(diǎn)，因此能夠更安全的動(dòng)作，防止誤動(dòng)作的可能。5.1.2控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配根據(jù)本控制系統(tǒng)中的控制要求，統(tǒng)計(jì)出所需要的輸入及輸出信號(hào)的名字、縮寫(xiě)代碼、輸入/輸出編號(hào)，如表5-1所示。水位下、上限信號(hào)分別為I0.1和I0.2，被淹沒(méi)時(shí)為0，沒(méi)有被淹沒(méi)時(shí)為1。表5-1輸入輸出點(diǎn)代碼及編號(hào)名稱(chēng)代碼地址編號(hào)輸入信號(hào)自動(dòng)消防和生活用水信號(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報(bào)警消除按鈕SB9I0.4測(cè)試按鈕SB10I0.5遠(yuǎn)程壓力表電壓模擬量UpAIW0輸出信號(hào)1#泵工頻運(yùn)行及指示燈KM1,HL1Q0.01#泵變頻運(yùn)行及指示燈KM2,HL2Q0.12#泵工頻運(yùn)行及指示燈KM3,HL3Q0.22#泵變頻運(yùn)行及指示燈KM4,HL4Q0.33#泵工頻運(yùn)行及指示燈KM5,HL5Q0.43#泵變頻運(yùn)行及指示燈KM6,HL6Q0.5生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Q1.0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控制變頻器頻率信號(hào)UfAQW05.1.3電氣控制回路接線圖電氣控制回路接線圖見(jiàn)附錄2:附錄2中SA可以控制系統(tǒng)切換為手動(dòng)運(yùn)行或者自動(dòng)運(yùn)行的開(kāi)關(guān)，SA撥到第1列的位置為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)在PLC內(nèi)已經(jīng)設(shè)定好的程序控制下工作，自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，HL10會(huì)亮起來(lái)，表示系統(tǒng)目前處于自動(dòng)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)SA撥到第3列的位置，系統(tǒng)將處于手動(dòng)控制狀態(tài)，工作人員可以通過(guò)按鈕SB1～SB8控制泵組的啟停，也能控制電磁閥YV2的通斷[12]。PLC的外部接線圖見(jiàn)附錄3。5.2系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)結(jié)合上述泵站的要求，泵站軟件程序的設(shè)計(jì)分析如下。水壓變化時(shí)，水泵組的運(yùn)行和摘除設(shè)計(jì)為了使水壓恒定，假設(shè)水壓一直小于設(shè)定值，則應(yīng)該增加進(jìn)水量，此時(shí)變頻啟動(dòng)第一臺(tái)工頻泵，為增加進(jìn)水量，應(yīng)加大變頻器的輸出頻率，但當(dāng)變頻運(yùn)行的工頻泵達(dá)到最大頻率時(shí)，若依舊無(wú)法滿足恒壓的要求，則變頻運(yùn)行的工頻泵轉(zhuǎn)入市電運(yùn)行，如果此時(shí)水壓仍舊小于設(shè)定值，按照此邏輯，第二臺(tái)工頻泵變頻啟動(dòng)，加入運(yùn)行……當(dāng)水壓一直大于設(shè)定值時(shí)，則與之前相反，第三臺(tái)水泵逐漸停止市電運(yùn)行，轉(zhuǎn)為變頻狀態(tài)運(yùn)行，變頻泵工作頻率根據(jù)實(shí)時(shí)電壓值逐漸降低，當(dāng)達(dá)到最小頻率時(shí)，第三臺(tái)水泵停止工作，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的壓力值，如果依舊不恒定，則繼續(xù)使第二臺(tái)變頻泵退出市電運(yùn)行，轉(zhuǎn)為變頻運(yùn)行狀態(tài)，頻率逐漸降低至最小，第二臺(tái)水泵逐漸停止工作……為了判斷逆變器的動(dòng)作頻率達(dá)到上限值的可靠性，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)中偶爾發(fā)生的頻率變動(dòng)所引起的頻率達(dá)到上限的情況進(jìn)行濾除，在程序中會(huì)加入延時(shí)程序進(jìn)行濾波。(2)功能實(shí)現(xiàn)及程序邏輯本系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由變頻器控制的水泵啟動(dòng)為軟啟動(dòng)，因此不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，本控制中，設(shè)計(jì)為3小時(shí)換一次工作泵組。泵組的切換根據(jù)存儲(chǔ)值K而切換，由于本系統(tǒng)中，只有三臺(tái)泵，所以K最大值為3，當(dāng)需要升頻時(shí)，即需要增加運(yùn)行水泵時(shí)，則第K+1臺(tái)水泵加入運(yùn)行；當(dāng)需要減少運(yùn)行泵時(shí)，K值也會(huì)相應(yīng)減少。本控制系統(tǒng)中，分為消防供水和生活供水，設(shè)定切換為生活供水時(shí)的設(shè)定值為水泵滿揚(yáng)程的百分之七十，而消防時(shí)為百分之九十[13]。為防止系統(tǒng)中的偶爾波動(dòng)，引起的誤差，我們采用延時(shí)處理，過(guò)濾錯(cuò)誤檢測(cè)，為加以區(qū)分，大于設(shè)定值時(shí)，延時(shí)2分鐘；小于設(shè)定值時(shí)，延時(shí)3分鐘。圖5-1PLC控制流程圖表5-2程序中使用的PLC元件及其功能表器件地址功能器件地址功