-共 28頁 第 1 頁 中文摘要 本文介紹了恒壓供水的基本原理以及系統構成的基礎，說明了可編程控制器（ PLC）在恒壓供水系統中所擔任的角色。從系統的整體設計方案和實際需求分析開始，緊密的聯系實際生活的需要，力求做到使系統運行穩定，操作簡便，解決實際中問題，保證供水安全、快捷、可靠。恒壓供水保證了供水質量，以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。 隨著社會的發展和進步，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量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在發生火災時 能可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統應運而生，這就是 PLC 控制的恒壓無塔供水系統。恒壓無塔供水系統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。恒壓供水保證了供水的質量，以 PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。 關鍵字 : PLC；恒壓供水；變頻器 -共 28頁 第 2 頁 ABSTRACT This text has introduced the basic principle that constant voltage supplies water and foundation that the system form , have stated the role served as of the programmable controller (PLC ) in the water -supply system of constant voltage. Since the whole design plan of the system and actual demand are analysed, the need of close life of intergrating with practice, make every effort to make sure to make the system run steadily, easy and simple to handle, solve and hit the problem actually, guarantee to supply water of the security, swift , reliable. Constant voltage has supplied water and guaranteed to support the water quality amount, the control system taking PLC as host computer has enriched the systematic control function, have improved systematic dependability Keywords: PLC (PROGRAMMABLE CONTROLLER ) CONSTANT VOLTAGE SUPPLIES WATER FREQUENCY CONVERTER -共 28頁 第 3 頁 目 錄 第一章 恒壓供水原理及工藝 . 5 1.1 工藝要求 . 5 1.2 系統的組成和基本工作原理 . 5 第二章 PLC 概述 . 6 2.1 PLC 的組成 . 6 2.1.1 PLC 的輸入 . 6 2.1.2 PLC 的輸出 . 6 2.1.3 PLC 的定義 . 6 2.1.4 PLC 的特點 . 6 2.1.5 PLC 的性能指標 . 7 2.1.6 PLC 的分類 . 7 2.2 PLC 工作原理 . 7 2.2.1 循環 掃描 . 7 2.2.2 I/O 響應時間 . 8 2.2.3 PLC 中的存儲器 . 8 2.3 PLC 的編程語言 . 8 2.3.1 PLC 的編程結構功能圖 . 9 2.3.2 梯形圖編程語言 . 9 2.4 PLC 的分類 . 10 2.4.1 按 I/O 點數容量分類 . 10 2.4.2 按結構形式分 . 10 2.5 PLC 與繼電器控制系統的區別 . 11 2.6 PLC 控制系統的結構 . 11 2.6.1 單機控制系統 . 11 2.6.2 集中控制系統 . 12 2.6.3 分散控制系統 . 12 2.7 PLC 網絡及特點 . 13 2.7.1 網絡概述 . 13 -共 28頁 第 4 頁 2.7.2 網絡控制系統 PLC 的影響 . 13 第三章 系統硬件設計 . 14 3.1 恒壓供水系統的基本構成 . 14 3.2 系統控制要求 . 15 3.3 控制系統的 I/O 點及地址分配 . 15 3.4 系統選型 . 16 3.5 PLC 模擬量控制單元的配置以及應用 . 17 3.5.1 校準及配置 . 17 3.5.2 EM235 工作程序編制 . 17 3.5.3 電氣控制系統原理圖 . 17 第四章 系統程序設計 . 19 4.1 由“恒壓 ”要求出發的工作泵組數量控制管理 . 19 4.2 程序 的結果以及程序功能的實現 . 19 參考文獻 . 28 致謝 . 28 -共 28頁 第 5 頁 第一章 恒壓供水原理及工藝 1.1 工藝要求 對三泵生活 /消防雙恒壓供水系統的基本要求是： （ 1）生活供 水時，系統應底恒壓值運行，消防供水時系統應高恒壓值運行； （ 2）三臺泵根據恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出； （ 3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行的時間超過 3H，則要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長； （ 4）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能； 1.2 系統的組成和基本工作原理 以一個三泵生活 /消防雙恒壓無塔供水系統為例來說明其工藝過程，市網來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 TV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高 /低 水位信號也直接送給 PLC，作為底水位報警用。為了保障供水的持續性，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泵，平時電磁閥 YV2 處于失電狀態，關閉消防管網，三臺泵根據生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活用水的恒壓狀態（生活用水底恒壓值）下進行；當有火災發生時，電磁閥 YV2 得電，關閉生活用水管網，三臺泵共消防用水使用，并根據用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態（消防用水高恒壓值）下進行。火災結束后三臺泵再改為生活供水使用。 -共 28頁 第 6 頁 第二章 PLC概述 2.1 PLC的 組成 2.1.1 PLC的輸入 通過對繼電器控制特點的介紹和最初通用汽車公司提出的要求分析。 PLC 要想取代繼電器控制，首先要解決外部設備的直接輸入問題。由于當時主要集中在開關量控制，也就是開關量（觸點的開閉狀態）如何直接接入 PLC 并被 PLC 所識別，對此就需要解決以下幾個問題：有源接入，無源接入，絕緣問題，隔離問題和互相干擾問題。 2.1.2 PLC的輸出 輸出問題主要是接點的驅動能力問題，或者說是帶負載能力和輸出方式的問題。輸出動作次數的限制，是保證 PLC 的輸出接點能否驅動接觸器、電磁閥這樣的 控制執行元器件的問題至少要能直接驅動中間繼電器。 2.1.3 PLC的定義 最初，可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC。只能進行計數、定時及開關量的邏輯控制。 1987 年 2 月，國際電工委員會（ IEC）對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數學運算操作的電子系統，專為在工業環境下的應用而設計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序、執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術操作等面向擁護的指令，并通過數字式和模塊式輸入 /輸出，控制各種類型的機械和生 產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業控制系統連成一個整體、易于擴充功能的原則設計。 2.1.4 PLC的特點 （ 1）可靠性高。在 I/O 環節， PLC 采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統程序和大部分的用戶程序都采用 EPROM 存儲，一般 PLC 的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。 （ 2）控制功能強。 PLC 采用的 CUP 一般是具有較強位處理功能的為處理機，為了增強其復雜的控制功能和連網通訊等管理功能，可以采用雙 CPU 的運行方式，使其功能得到極大的增強。 （ 3）體積小、重量輕、功耗底。 （ 4）性價比 高。 （ 5）模塊化結構，擴展能力強。根據現場的需要進行不同功能的擴展和組裝，一種型 -共 28頁 第 7 頁 號的 PLC 可用于控制從幾個 I/O 點到幾百個 I/O 點的控制系統。 （ 6）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。 2.1.5 PLC的性能指標 （ 1）存儲容量 這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型 PLC的存儲容量變化范圍一般為 2KB2MB。 （ 2） I/O 點數 I/O 點數，即 PLC 面板上的 I/O 端子的個數。 I/O 點數越多，外部可以連接的 I/O 器件就越多 ，控制規模就越大。它是衡量 PLC 性能的重要指標之一。 （ 3）指令的多少 她是衡量 PLC 能力強弱的標志，決定了 PLC 的處理能力、控制能力的強弱。限定了計算機發揮運算功能、完成復雜控制的能力。 （ 4）內部寄存器的配置和容量 它直接對用戶編制程序提供支持，對 PLC 指令的執行速度及可完成的功能提供直接的支持。 （ 5）擴展能力 擴展能力包括 I/O 點數的擴展和 PLC 功能的擴展兩方面的內容。 （ 6）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、模糊控制連網等功能。 2.1.6 PLC的分類 不同的分類標準會造成不同的分類結果， PLC 常用的分類方式有如下兩種。 按其 I/O 點數一般分為微型（ 32 點以下）、小型（ 128 點以下）、中型（ 1024 點以下）、大型（ 2048 點以下）、超大型（從 2048 點以上可達 8192 點以上） 5 種。 按結構可分為箱體式、模塊式和平板式 3 種。 2.2 PLC工作原理 2.2.1 循環掃描 CUP 連續執行用戶程序、任務的循環序列稱為掃描。 CUP 的掃描周期包括讀輸入、執行程序、處理通訊請求、執行 CUP 自診斷測試及寫輸出等等內容。 循環掃描有如下特點： （ 1）掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執行是可控的。 （ 2）輸入映像寄存器的內容是由設備驅動的，在程序執行過程中的一個周期內輸入映 -共 28頁 第 8 頁 像寄存器的值保持不變， CUP 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執行。 （ 3）對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執行結果。 （ 4）各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是 PLC 的主要缺點。 在讀輸入階段， CUP 對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態鎖入映象寄存器中。緊接 著轉入用戶程序執行階段， CUP 按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態執行用戶程序，同時將執行結果寫入輸出映象寄存器。在程序執行期間，即使輸入端子狀態發生變化，輸入狀態寄存器的內容也不會改變 輸入端子狀態變化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。 2.2.2 I/O響應時間 由于 PLC 采用循環掃描的工作方式，而且對輸入和輸出信號只在沒個掃描周期的固定時間集中輸入 /輸出，所以必然會產生輸出信號相對輸入信號滯后的現象。掃描周期越長，滯后現象越嚴重。 響應時間 有輸入延遲、輸出延遲和程序執行時間部分決定。 （ 1） PLC 輸入電路設置了濾波器，濾波器的常數越大，對輸入信號的延遲作用越強。輸入延遲是由硬件決定的，有的 PLC 濾波器時間常數可調。 （ 2）從輸出鎖存器到輸出端子所經歷的時間稱為輸出延遲，對于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對于不同信號的 PLC 可以通過查表得到。 （ 3）程序執行時間主要由程序長短來決定，對于一個實際的控制程序，編程人員須對此進行現場測算，使 PLC 的響應時間控制在系統允許的范圍內。 2.2.3 PLC中的存儲器 PLC 中的 存儲器 按用途分為系統程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數據存儲器。 （ 1）系統程序存儲器中存放的是廠家根據其選用的 PLC 的指令的系統編寫的系統程序，它決定了 PLC 的功能，用戶不能更改其內容。 （ 2）用戶程序存儲器用來存儲根據控制要求而編制的用戶應用程序。 （ 3）用來存儲工作數據的區域稱為工作數據區。 2.3 PLC的編程語言 PLC 的硬件系統中，與 PLC 的編程應用關系最直接的要算數據存儲器。計算機運行處理的是數據，數據存儲在存儲區中，找到待處理的數據一定要知道數據的存儲地址。 PLC 和其他的計算機一樣，為 了使用方便，數據存儲器都作了分區，為了每個存儲單元編排了地址，并且經機內系統程序為每個存儲單元賦予了不同的功能，形成了專用的存儲元件。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， 認為它們象繼電器一樣具有線圈以及觸點，并且線圈得電，觸點動作。當然這個線圈和觸點只是假象，所謂線圈得電不過是存儲單元置 1，線圈失電，不過就是存儲單元置 0，也正因為如此，我們稱之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個突出的好處， -共 28頁 第 9 頁 可以認為它們具有無數多對動合動斷觸點，因此每取用一次它的觸點，不 過是讀一次它的存儲數據而已。 2.3.1 PLC的編程結構功能圖 任何語言都有編程的對象和基礎，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。如圖 3 所示為 PLC 內部的結構功能示意圖。 PLC 與被控對象所連接的只是 I/O 條件，而 I/O 之間的組合控制關系需要用軟件的方法來描述清楚，梯形圖是一種描述方法，當然還有語句等表示其他的語言。語言的支持取決于廠家開發的系統程序只要將其輸入 PLC 的用戶程序存儲器中， PLC 就能夠直接解釋并實現 I/O 間的控制關系。當控制關系發生改變時，只要修改梯形圖程序，重 新輸入到 PLC 的存儲器即可，從而快捷的改變生產工 C O M4 0 14 0 24 0 34 0 44 0 54 0 64 0 74 0 84 3 14 3 14 3 34 3 24 3 24 3 34 3 44 3 4S b輸 出 繼 電 器X 4 0 2X 4 0 4Y 4 3 1Y 4 3 1X 4 0 2M 1 0 1T 4 5 1K 1 1Y 4 3 1Y 4 3 2Y 4 3 3Y 4 3 4輔 助 繼 電 器外 部 輸 出 觸 點輸 入 繼 電 器S QS P輸出信號外 部 輸 入設 備輸出信號外 部負 載 設 備圖 3 PLC 內部的結構功能示意圖 2.3.2 梯形圖編程語言 PLC 是通過程序對系統進行控制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領域，一定有其專用的語言。 PLC 的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能， 是 PLC 用戶程序的基礎元素。 如圖 4 所示是用 PLC 控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。 按 鈕 的 常 開 觸 點按 鈕 的 常閉 觸 點 繼 電 器 的 線 圈繼 電 器 的 常 開 觸 點圖 4 梯形圖 -共 28頁 第 10 頁 為了充分發揮 CUP 的邏輯運算功能，設置了大量的稱為盒的附加命令，如定時器、計算器、格式轉換、模擬量 I/O、 PID 調節或數學運算指令等，充分的發揮了計算機的強大計算功能，他們與內部繼電器一起完成 PLC 的各種復雜控制功能。 2.4 PLC的分類 PLC 發展到今天，已經有了多種形式，而且功能也 不盡相同，分類時，一般按以下原則來考慮 2.4.1 按 I/O點數容量分類 一般而言，處理 I/O 點數越多，則控制關系就 比較復雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求 PLC 指令及其他功能比較多，指令執行的過程也比較快。按 PLC 的輸入、輸出點數的多少可將 PLC 分為以下三類。 （ 1）小型機 小型機 PLC 的功能一般以開關量控制為主，小型 PLC 輸入、輸出點數一般在 256 點以下，用戶程序存儲器容量在 4K 左右。 典型的小型機有 SIEMENS 公司的 S7-200 系列、 OMRON 公司的 CPM2A 系列、MITUBISH 公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整體式 PLC 產品。 （ 2）中型機 中型 PLC 的輸入、輸出總點數在 2562048 點之間，用戶程序存儲器容量達到 8K 字左右。典型的中型機有 SIEMENS 公司的 S7-300 系列、 OMRON 公司的 C200H 系列、 AB公司的 SLC500 系列等模塊式 PLC 產品。 （ 3）大型機 大型 PLC 的輸入、輸出總點數在 2048 點以上，用戶程序儲存器容量達到 16K 以上。大型 PLC 的性能已經與工業控制計算機相當，它具有計算、控制和調節的能力，還具有強大的網絡結構和通信聯網能力，有些 PLC 還具 有冗余能力。典型的大型 PLC 有 SIEMENS公司的 S7-400、 OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列、 AB 公司的 SLC5/05 等系列。 2.4.2 按結構形式分 根據 PLC 結構形式的不同， PLC 主要可分為整體式和模塊式兩類。 （ 1）整體式結構 整體式結構的特點是將 PLC 的基本部件，如 CUP 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個標準的機殼內，構成一個整體，組成 PLC 的一個基本單元（主機）或擴展單元。微型和小型 PLC 一般為整體式結構。如西門子的 S7-200 （ 2）模塊式結構 模塊式結構的 PLC 是由一 些模塊單元構成，這些標準模塊如 CUP 模塊、輸入模塊、 -共 28頁 第 11 頁 輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個模塊功能是獨立的，外型尺寸是統一的，可根據需要靈活配置。 目前大、中型 PLC 都采用這種方式。如西門子的 S7-300 和 S7-400 系列。 2.5 PLC與繼電器控制系統的區別 PLC 梯形圖與繼電器控制電路圖非常相似，主要原因是 PLC 梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號和術語，僅個別之處有不同。同時，信號的輸入 /輸出形式及控制功能也基本上是相同的，但是 PLC 的控制與繼電器的控制又有 根本的不同之處，主要表現在以下幾個方面。 （ 1）邏輯控制 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯，及延時繼電器的滯后動作等組合成控制邏輯，其接線多而復雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統構成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點數目有限，每個只有 4 8 個對觸點。因此，靈活性和擴展性很差。而 PLC 采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴展性都很好。 （ 2）工作方式 電源接通時，繼電器控制電路中各個繼電 器都同時處于受控狀態，即該吸合的都應該吸合，不該吸合的都因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而的控制邏輯中，各內部器件都處于周期性循環掃描過程中，屬于串行工作方式。 （ 3）可靠性和可維護性 繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸點，連線也多。觸點開閉時會受到電弧的損壞，并有機械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護性差。而 PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。 PLC 還配有自監和監督功能，能檢查出自身的故障，并隨時顯示給操作人員，還能動態的監視控制程序的執行情 況，為現場調試和維護提供了方便。 從以上幾個方面的比較可知， PLC 在性能上比繼電器控制邏輯優異，特別是可靠性高、通用性強、設計施工周期短、調試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護方便。但是在很小的系統中使用時，價格要高于繼電器系統。 2.6 PLC控制系統的結構 使用 PLC 可以構成多種形式的控制結構，下面介紹幾種常用的 PLC 控制系統。 2.6.1 單機控制系統 單機控制系統是較普通的一種 PLC 控制系統。該系統使用一臺 PLC 控制一個對象，控制系統要求的 I/O 點數和存儲器容量都比較小，沒有 PLC 的通訊問題 ，采樣條件和執行結構都比較集中，控制系統的構成簡單明了。 -共 28頁 第 12 頁 如圖 5 所示是一個簡單的單機控制系統，圖中 PLC 可以選用任何一種類型。在單機控制系統中由于控制對象比較確定，因此系統要完成的功能一般較明確， I/O 點數、存儲器容量等參數的余量適中即可等參數的余量適中即可。 圖 5 簡單的單機控制系統 2.6.2 集中控制系統 集中控制系統用儀態功能強大的 PLC 監視、控制多個設備，形成中央集中式的控制系統。其中，各個設備之間的聯絡，連鎖關系、運行順序等統一由中央 PLC 來完成，如圖 6示 圖 6 集中控制系統 2.6.3 分散控制系統 分散控制系統的構成如圖 7 所示，每一個控制對象設置一臺 PLC，各臺 PLC 可以通過信號傳遞進行內部連鎖、響應或發令等，或者由上位機通過數據通信總線進行通訊。 P L C 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C P L C 控 制 對 象 -共 28頁 第 13 頁 圖 7 分散控制系統 2.7 PLC網絡及特點 2.7.1 網絡概述 分散控制系統的控制思想就是集中操作、分散操作。一個實際 的工業控制過程中是比較復雜的，一個控制過程可能由多個控制任務完成。這些控制任務既有獨立性，有與其他任務有聯系，而這些相對獨立的任務需要構成一個整體。當控制系統達到一定規模時，分散控制系統解決方案并不理想，因此許多廠家開發了自己的網絡系統。雖然現在對網絡的系統結構等問題還沒有同意的標準，但是很顯然，網絡控制系統比分散控制系統更能準確的描述現實控制系統，并且控制、改變更加靈活，組態也更容易，能夠實現管控一體化的控制思想。 2.7.2 網絡控制系統 PLC的影響 PLC 網絡控制系統的發展，使 PLC 的應用更加廣泛。 許多 PLC 產品都在 PLC 上加上了具有網絡功能的硬件和軟件，因此，組成 PLC 網絡非常方便。 PLC 網絡系統對任何一個站的操作都和使用同 PLC 一樣方便，并且在網絡中任何一個站都可以對其他站的元件及數據乃至程序進行操作。 上機位 PLC A PLC B PLC C 控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C -共 28頁 第 14 頁 第三章 系統硬件設計 隨著 PLC 功能的不斷完善和提高， PLC 幾乎可以完成工業領域的所以控制任務。但是PLC 還是有最適合它的應用場合，所以接到一個控制任務以后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設備來完成該任務最合適。其實現在的可編程不僅處理開關量，而且對模擬量的處理 能力也很強。所以在很多情況下也可以取代工業控制計算機（ IPC）作為主控器 控制對象以及控制裝置確定后，還要進一步確定 PLC 的控制范圍。一般來說，能夠反映生產過程的運行情況，能用傳感器直接測量的參數，控制邏輯復雜的部分都由 PLC 控制來完成。 當某一個控制任務決定由 PLC 來完成后。選擇 PLC 就成為最重要的事情。 選擇多大容量的 PLC,首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的 I/O 點找出來，包括開關量 I/O 模擬量 I/O 以及這些 I/O 點的性質。 I/O 點是性質主要是指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓?？刂葡到y 輸出點的類型非常關鍵，如果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有直流 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC 的輸出點有可能大于實際點數。因為PLC 的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組的輸出只能有一個電源的種類和等級。 3.1 恒壓供水系統的基本構成 恒壓供水泵站一般需設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵及電機節能而可靠。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖 9 所示，圖中壓力傳感器用于檢測管網中的水壓，常裝設在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉變為電流或電壓 的變化送給調節器。 水 箱調 節 器 變 頻 器電 動 機水 泵壓 力 傳 感 器用 戶圖 9 變頻恒壓供水站的基本組成 -共 28頁 第 15 頁 3.2 系統控制要求 對三泵生活 /消防雙恒壓供水系統的基本要求是： （ 1）生活供水時，系統應底恒壓值運行，消防供水時系統應高恒壓值運行； （ 2）三臺泵根據恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出； （ 3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行的時間超過 3H，則要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長； （ 4）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能； （ 5）要有完整的報警功能 ； （ 6）對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。 3.3 控制系統的 I/O點及地址分配 PLC 要能夠識別和接受描述現場設備的開關量，同時要能夠發出控制信號控制一些執行設備，以便對現場設備進行控制。 PLC 是通過 I/O 單元完成此工作的。 I/O 單元是 PLC與外部設備相互聯 系的通道，能輸入 /輸出多種形式和驅動能力的信號，以實現被控設備與PLC 的 I/O 接口之間的電平轉換、電氣隔離、串 /并轉換、 A/D 與 D/A 轉換等功能。輸入單元接受現場設備向 PLC 提供信號，包括人為的控制信號和能描述現場狀態的開關量信號，例如由按鈕、限位開關、繼電器觸點、接近開關、撥碼器等提供的開關量。這些信號經過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉換等處理后，變成 CUP 能夠接受和處理的信號。輸出單元將經過 CUP 處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理，轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅動各種執行元器件，如接觸 器、電磁閥、電磁鐵、調節閥、調速裝置等。 根據圖 10 及以上控制要求統計控制系統的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如下表所示。水位上下限信號分別位 I0.1、 I0.2，它們在水淹沒時為 0，露出時為 1。 -共 28頁 第 16 頁 表 1 輸入輸出點代碼及地址編號 名 稱 代 碼 地址編號 輸 入 信 號 手動和自動消防信號 SA1 I0.0 水池水位下限信號 SLL I0.1 水池水位上限信號 SLH I0.2 變頻器報警信號 SU I0.3 消鈴按鈕 SB9 I0.4 試燈按鈕 SB10 I0.5 遠程壓力表模擬量變壓值 U AIW0 輸 出 信 號 1#泵工頻運行接觸器及指示燈 KM1， HL1 Q0.0 1#泵變頻運行接觸器及指示燈 KM2， HL2 Q0.1 2#泵工頻運行接觸器及指示燈 KM3， HL3 Q0.2 2#泵變頻運行接觸器及指示燈 KM4， HL4 Q0.3 3#泵工頻運行接觸器及指示燈 KM5， HL5 Q0.4 3#泵變頻運行接觸器及指示燈 KM6， HL6 Q0.5 生活 /消防供水轉換電磁閥 YV2 Q1.0 續表 1 輸入輸出點代碼及地址編號 輸 出 信 號 水池水位下限報警指示燈 HL7 Q1.1 變頻器故障報警指示燈 HL8 Q1.2 火災報警指示燈 HL9 Q1.3 報警電鈴 HA Q1.4 變頻器頻率復位控制 KA Q1.5 控制變頻器頻率用電電壓 UF AQW0 3.4 系統選型 從上面分析可知，系統共有開關量輸入點 6 個、開關量輸出點 12 個；模擬量輸出點 1個、模擬量輸出點 1 個。如果選用 CPU 224 PLC， 也需要擴展單元；如果選用 CUO 266 PLC則價格較高，浪費較大。參照 S7 200 的產品目以及市場實際價格，選用主機為 CUP222（ 8 入 /6 繼電器輸出）一臺，加上一臺擴展模塊 EM222（ 8 繼電器輸出），再擴展一臺模擬量模塊 EM235（ 4AI/1AO）。這樣的配置是最經濟的。整個 PLC 系統的配置如圖 11 主機單元 CUP222 AC/DC 繼電器 擴展單元 EM222 8 點繼電器 模擬量單元 EM235 4AI/1AO -共 28頁 第 17 頁 S7-200PLC 是德國西門子公司生產德一種小型 PLC，其許多功能達到大、中型 PLC 的水平，而價格卻和小型 PLC 一樣，因此，它一經退出，即受到了廣泛的關注。特別是S7-200CUP22*系列 PLC。由于它具有多種功能模塊和人機界面（ HMI）可供選擇，所以系統的集成非常方便，并且可以很容易的組成 PLC 網絡。 3.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應用 PLC 的普通輸入輸出端口均為開關量處理端口，了使 PLC 能完成模擬量的處理 ,常見的方法是為整體式 PLC 加配模擬量擴展單元。模擬量擴展單元可將外部模擬量轉化為 PLC 可處理的數字量及將 PLC 內部運算結果數字量轉換為機外可以使用的模擬量。模擬量擴展單元有單獨用于模 /數轉換的，單獨用于數 /轉換的，也兼有模 /數和數 /模兩種功能的，以下介紹 S7-200 系 列 PLC 的模擬量擴展模塊 EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸入，可以用于恒壓供水控制中。 3.5.1 校準及配置 模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準，配置指根據實際需接入的信號類型對模塊進行一些設定。校準可以簡單的理解為儀器儀表使用前的調零以及調滿度。 3.5.2 EM235工作程序編制 EM235 的工作程序編制包括以下的內容： （ 1）設置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數餓預置頂及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準備。 （ 2）設置模塊檢測子程序。該子程序檢查模塊的連接的正確性 以及模塊工作的正確性。 （ 3）設置子程序完成采樣以及相關的計算工作。 （ 4）工程所需的有關該模擬量的處理程序。 （ 5）處理后模擬量的輸出工作。 S7-200PLC 硬件系統的配置方式采用整體式和積木式，即主機包含一定數量的輸入 /輸出（ I/O）點，同時還可以擴展 I/O 模塊和各種功能的模塊。 3.5.3 電氣控制系統原理圖 電氣系統控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖以及 PLC 外圍接線圖。 （ 1）主電路圖 如下圖 13 所示為電控系統主電路圖。三臺電機分別為 M1、 M2、 M3。接觸 KM1、 KM3、KM5 分別控制 M1、 M2、 M3 的工頻運行；接觸器 KM2、 KM4、 KM6 分別控制 M1、 M2、M3 的變頻運行， FR1、 FR2、 FR3 分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器； QS1、 QS2、QS3、 QS4 分別為變頻器喝三臺水泵電機主電路的隔離開關； FU1 為主電路的熔斷器， VVVF為簡單的一般變頻器。 -共 28頁 第 18 頁 圖 13 電控系統主電路 （ 2）控制電路圖 圖 14 所示電控系統控制電路圖。圖中 SA 為手動 /自動轉換開關， SA 打在 1 的位置為手動控制狀態 ；打在 2 的狀態為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕 SB1SB2 控制三 臺泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通 /斷；自動運行時，系統在 PLC 程序控制下運行。 圖中的 HL10 為自動運行狀態的電源指示燈。對變頻器頻率進行復位時只提供一個干觸點信號，由于 PLC 為 4 個輸出點為一組共用一個 COM 端，而本系統又沒有剩下單獨的COM 端輸出組，所以通過一個中間繼電器 KA 的觸點對變頻器進行復位控制。圖中的Q0.0Q0.5 及 Q1.0Q1.5 為 PLC 輸出繼電器觸點，它們旁邊的 4、 6、 8 等數字為接線編號，可結合 PLC 外圍接線圖一起讀圖 。 -共 28頁 第 19 頁 第四章 系統程序設計 硬件條件確定后，系統得控制功能主要通過軟件實現，結合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設計分析如下： 4.1 由“恒壓 ”要求出發的工作泵組數量控制管理 前面已經說過了，為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵不能滿足要求時，需啟動第 2 臺或第 3 太泵。判斷需啟動新泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設定的上限值。這一功能可以同過比較指令來實現。為了判斷變頻器的工作頻率達到上限的確定性，應該濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限情況，在程序中考慮 采取時間濾波。 4.2 程序的結果以及程序功能的實現 由于 PLC 在恒壓供水系統中的功能比較多，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，這樣可以節省掃描時間。主程序的功能最多，如泵切換信號