基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)的研究

1、. . . . 摘要：本文主要針對當(dāng)前供水系統(tǒng)中存在的自動化程度不高、能耗嚴(yán)重、可靠性低的缺點加以研究，開發(fā)出一種新型的并在這三個方面都有所提高的PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。全文共分為四章。第一章介紹了基于PLC恒壓供水系統(tǒng)在小區(qū)中的應(yīng)用意義、建立了恒壓供水系統(tǒng)的控制原理框圖。第二章介紹PID調(diào)節(jié)概念與基本原理。第三章對基于三菱FX2N型PLC的恒壓變頻供水系統(tǒng)的設(shè)計實例做了詳細(xì)的描述,畫出了本系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)原理圖，包括主電路圖、控制電路圖、PLC系統(tǒng)外部接線圖和變頻器電氣原理圖。第四章是系統(tǒng)的程序設(shè)計部分。本設(shè)計綜合運用了可編程控制器（PLC）傳感器等現(xiàn)代工業(yè)控制常用的控制部件與其相關(guān)程序

2、設(shè)計方法，實現(xiàn)了小區(qū)的恒壓供水。所做的研究對同類系統(tǒng)的研究和開發(fā)具有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：可編程序控制器 變頻器 PID目 錄第一章緒論1第二章 PID調(diào)節(jié)概念與基本原理32.1 PID調(diào)節(jié)概述32.1.1自動控制系統(tǒng)的分類32.2 PID控制的原理和特點42.2.1 PID控制的原理和特點的概念42.2.2 PID控制的分類52.3 PID控制器的參數(shù)整定6第三章三菱FX2N型PLC的恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)計實例83.1系統(tǒng)的主要控制要求93.2系統(tǒng)的硬件選型93.2.1 系統(tǒng)的控制器- FX2n32MR103.2.2 系統(tǒng)的模擬量輸入、輸出模塊103.2.3 變頻器FRA500103.2.4

3、 壓力傳感器TPT503113.3控制系統(tǒng)的I/O點與地址分配113.3.1 PLC系統(tǒng)的選型133.4 恒壓供水系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)133.4.1 主電路圖133.4.2控制電路圖143.4.3 PLC系統(tǒng)外部接線圖15第四章恒壓供水系統(tǒng)的程序設(shè)計174.1 系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)說明與流程圖174.1.1初始化子程序174.1.2 定時中斷程序184.1.3 主程序194.2程序中使用的編程組件與其含義21第五章總結(jié)23參考文獻(xiàn)24辭25附錄：控制系統(tǒng)的梯形圖程序2632 / 35第一章 緒 論近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。據(jù)統(tǒng)計，從1990年到1998年，我國人均日生活用水量（包

4、括城市公共設(shè)施等非生產(chǎn)用水）有175.7升增加到241.1升，增長了37.2%，與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。在用水量高峰期時供水量普遍不足，造成城市公用管網(wǎng)水壓浮動較大。由于每天不同時段用水對供水的水位要求變化較大，僅僅靠供水廠值班人員依據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行人工手動調(diào)節(jié)很難與時有效的達(dá)到目的。這種情況造成用水高峰期時水位達(dá)不到要求,供水壓力不足，用水低峰期時供水水位超標(biāo),壓力過高，不僅十分浪費能源而且存在事故隱患（例如壓力過高容易造成爆管事故）。要解決這些問題，用基于PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水能實現(xiàn)。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由變頻器、泵組電機、供水管網(wǎng)、儲水箱、智能PID調(diào)節(jié)器、壓力變

5、送器、PLC控制單元等部分組成，控制系統(tǒng)原理圖如圖1.1所示。圖1.1 控制系統(tǒng)原理圖其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓。智能PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的PID調(diào)節(jié)。PLC控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整其它工頻泵的運行臺數(shù)。變頻器和PLC的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動, 消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機械設(shè)備的沖擊，延長機電設(shè)備的使用壽命。第二章 PID調(diào)節(jié)概念與基本原理2

6、.1 PID調(diào)節(jié)概述目前工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志。同時，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。智能控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。一個控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、輸入輸出接口。控制器的輸出經(jīng)過輸出接口、執(zhí)行機構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過傳感器，變送器，通過輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，其傳感器、變送器、執(zhí)行機構(gòu)是不一樣的。比如壓力控制系統(tǒng)要采用壓力傳感器。電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。目前，PID控制與其控制器或智能PID控制器（儀表）

7、已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器(PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實現(xiàn)PID控制，而可編程控制器(PLC)可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現(xiàn)PID控制功能的控制器，如Rockwell 的

8、Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。2.1.1自動控制系統(tǒng)的分類一、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)是指被控對象的輸出(被控制量)對控制器(controller)的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量反送回來以形成任何閉環(huán)回路。二、閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出，形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負(fù)反饋( Negative

9、Feedback)，若極性一樣，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。比如人就是一個具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當(dāng)反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個開環(huán)控制系統(tǒng)。另例，當(dāng)一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.2 PID控制的原理和特點2.2.1 PID控制的原理和特點的概念在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70

10、年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。 2.2.2 PID控制的分類1、 比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。

11、當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 2、積分（I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。

12、 3、微分（D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超

13、調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 2.3 PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有

14、臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。第三章 三菱FX2N型PLC的恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)計實例本設(shè)計以三臺泵組構(gòu)成的生活/消防雙恒壓無塔供水泵站控制系統(tǒng)的實例。3

15、此供水泵站為雙恒壓供水系統(tǒng)，系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖如圖4-1所示。消防用水生活用水市網(wǎng)自來水YV1 蓄水水池1#泵2#泵3#泵YV2SL-HSL-L圖3-1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動把水注滿蓄水水池，只要水位低于高水位，則自動往水池注水。水池的高低水位信號也直接送給PLC，作為高/低水位報警。為了保證供水的連續(xù)性，水位的上下限傳感器高低相距距離較小。生活用水和消防用水共享三臺泵，平時電磁閥YV2處于斷電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)。三臺泵根據(jù)生活用水量的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓值。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥YV2通電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵供消防

16、用水使用，并維持消防用水的高恒壓值?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺泵再改為生活用水使用。3.1系統(tǒng)的主要控制要求對三臺泵生活/消防供水系統(tǒng)的基本要：（1）生活供水時，系統(tǒng)低恒壓運行，消防供水時系統(tǒng)高恒壓運行。（2）三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采取先開先停的原則接入和退出。（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3h，則要切換下一臺泵，即系統(tǒng)具有倒泵功能，避免某一臺泵工作時間過長。（4）三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。（5）要有完善的報警功能。（6）對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。3.2系統(tǒng)的硬件選型在本系統(tǒng)中，水壓的恒定是對水泵電動機進(jìn)行變頻調(diào)速和改變水泵的運行臺數(shù)實現(xiàn)的。壓

17、力傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的壓力，輸出的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進(jìn)行PID運算，并相應(yīng)的輸出大小適當(dāng)?shù)目刂菩盘?，該控制信號通過D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號送給變頻器，對水泵電動機進(jìn)行變頻調(diào)速，達(dá)到控制管網(wǎng)恒壓的目的。如果電動機轉(zhuǎn)速無法進(jìn)一步改變，則通過改變水泵的運行臺數(shù)來穩(wěn)定壓力。根據(jù)控制要求和控制規(guī)模的大小，本系統(tǒng)選用三菱FX系列小型PLC作為系統(tǒng)的控制器，模擬量輸入、輸出模塊選用FX2n4AD和FX2n2DA，變頻器選用三菱的FRA500系列，壓力傳感器則選用TPT503壓力傳感器。3.2.1 系統(tǒng)的控制器- FX2n32MR三菱FX2n系列屬

18、于FX家族中高功能型的子系列，經(jīng)過擴展適當(dāng)?shù)奶厥夤δ苣K并使用PID指令，完全可以滿足對中等規(guī)模恒壓供水系統(tǒng)死循環(huán)模擬量的控制要求。根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)模和對I/O點數(shù)的要求，系統(tǒng)的控制器選擇FX2n32MR(16點開關(guān)量輸入，16點開關(guān)量輸出)。3.2.2 系統(tǒng)的模擬量輸入、輸出模塊 1. 模擬量輸入模塊FX2n4AD的功能FX2n4AD模擬量輸入模塊具有四個信道，可同時接收并處理4路模擬量輸入信號，最大分辨率為12位。輸入信號可以是-10+10V的電壓信號（分辨率為5mV），也可以是420mA（分辨率為16uA）或-20+20mA（分辨率為20uA）的電流信號。2. 模擬量輸出模塊FX2n2D

19、A的功能FX2n2DA模擬量輸出模塊用來將12位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流輸出。它具有2個仿真量輸出通道。這兩個通道都可以輸出010VDC（分辨率2.5mV）、05VDC（分辨率1.25mV）的電壓信號或420mA（分辨率為4uA）的電流信號。3.2.3 變頻器FRA500FRA500系列在三菱變頻器家族中屬于多功能、通用型、重負(fù)載適用的變頻器。其功率圍為0.4800KW,采用先進(jìn)磁通向量控制方式，可實現(xiàn)在線自動調(diào)整功能，調(diào)速比可達(dá)1：120（0.560HZ）。隨機帶有一個簡易操作面板。3.2.4 壓力傳感器TPT503TPT503壓力傳感采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力與較好的介

20、質(zhì)兼容性?？梢詮V泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。TPT503壓力傳感的主要性能指針如下：量程：01-450MP；綜合精度：0.1%FS、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS；輸出型式：420mA/05V/15V/010V;工作溫度：-1080-150；供電電壓：9；長期穩(wěn)定性：./年;負(fù)載阻抗:電流型最大800，電壓型50K以上。3.3控制系統(tǒng)的I/O點與地址分配根據(jù)上述控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱,代碼與地址編號如下表4-1所示。水位上下限信號分別為X001，X002，它們在水淹沒時為0，露出時為1。表3-

21、1輸入輸出點的代碼與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SA1X000水池水位下限信號SL-LX001水池水位下限信號SL-HX002變頻器報警信號SUX003消鈴按鈕SB9X004試燈按鈕SB10X005壓力傳感器模擬量電流值Up模擬量輸入模塊1信道輸出信號1#泵工頻運行接觸器與指示燈KM1,HL1Y0001#泵變頻運行接觸器與指示燈KM2,HL2Y0012#泵工頻運行接觸器與指示燈KM3,HL3Y0022#泵變頻運行接觸器與指示燈KM4,HL4Y0033#泵工頻運行接觸器與指示燈KM5,HL5Y0043#泵變頻運行接觸器與指示燈KM6,HL6Y004生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥Y

22、V2Y0010水池水位下限報警指示燈HL7Y0011變頻器故障報警指示燈HL8Y0012火災(zāi)報警指示燈HL9Y0013報警電鈴HAY0014變頻器頻率復(fù)位控制KAY0015控制變頻器頻率用電壓信號Vf模擬量輸出模塊電壓信道3.3.1 PLC系統(tǒng)的選型從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點6個、開關(guān)量輸出點12個；模擬量輸入點一個、模擬量輸出點一個。選用三菱FX2n32MR一臺、加上一臺模擬量擴展模塊FX2n4AD、一臺模擬量擴展模塊FX2n2DA構(gòu)成系統(tǒng)。整個PLC如圖4-2所示。主機單元FX2n32MR模擬量輸入模塊FX2n4AD模擬量輸出模塊FX2n2DA主機單元FX2n32MR圖3-2

23、 PLC系統(tǒng)組成3.4 恒壓供水系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)原理圖主要包括主電路圖、控制電路圖、PLC系統(tǒng)外部接線圖和變頻器電氣原理圖。3.4.1 主電路圖系統(tǒng)電氣主電路圖如圖3-3所示：圖3-3 系統(tǒng)電氣主電路圖在主電路中1，M1M3分別為1號3號水泵的電動機，控制三臺電動機M1、M2、M3的交流接觸器為KM1、KM3、 KM5和 KM2、 KM4、 KM6.前者控制1號3號水泵的電動機在工頻下運行，而后者則控制1號3號水泵的電動機在變頻下運行。FR1、FR2 、FR3分別為三臺水泵的電動機熱繼電器。QS1、QS2 、QS3、QS4分別為變頻器和電機主電路的隔離開關(guān)。FU1為主電路的

24、熔斷器，UF為變頻器。首先由M1在變頻器UF控制下工作，當(dāng)用水量增大時，M1已經(jīng)達(dá)到額定頻率而水壓不足時，經(jīng)過短暫的延時后，將M1切換至工頻工作。同時，UF輸出頻率迅速降為0；然后是M2投入變頻運行。當(dāng)2號水泵也達(dá)到額定頻率而水壓不足時，又使M2切換為工頻運行，使M3投入變頻運行。相反，當(dāng)用水量減少時，則一號水泵先退出，然后2號水泵一次退出工作，完成一次加減泵的循環(huán)。在補泵時，因水泵電動機功率較大，不能直接啟動，應(yīng)該將原變頻泵切換至工頻運行，而用變頻器對所補的水泵電動機進(jìn)行軟啟動，并控制其變頻運行。3.4.2控制電路圖系統(tǒng)的控制電路圖如圖4圖3-4 系統(tǒng)控制電路圖在圖中，SA為手動/自動選擇開

25、關(guān)，SA打在“1”的位置時為手動狀態(tài)，打在“2”的位置時為自動狀態(tài)。手動時，按壓按鈕SB1SB8可以控制三臺水泵的啟/停和電磁閥YV2的通斷，三臺水泵只能在工頻下運轉(zhuǎn)。當(dāng)自動運行時，系統(tǒng)在PLC程控下運行。圖中的HL10為自動運行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時只提供一個干觸點信號，由于PLC為4個輸出點為一組共享一個COM端，而本系統(tǒng)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(jìn)行復(fù)位控制。圖中的Y000Y005與Y010Y015為PLC的輸出繼電器觸點。3.4.3 PLC系統(tǒng)外部接線圖PLC系統(tǒng)外部接線圖如4-5所示：圖3-5 PLC系統(tǒng)外部接線圖第四章

26、恒壓供水系統(tǒng)的程序設(shè)計4.1 系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)說明與流程圖PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的軟件控制功能較多，模塊量單元與PID調(diào)節(jié)調(diào)用了初始化子程序與中斷程序。因此，整個程序主要分為三大部分，即初始化子程序、主程序、與中斷程序。4.1.1初始化子程序初始化子程序開始傳送生活/消防頻率上、下限值傳送PID指令參數(shù)表數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)初始值復(fù)位PID指令輸出值數(shù)據(jù)寄存器設(shè)定FX2n4ADD 的工作模式子程序結(jié)束返回系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。初始化子程序的流程圖，如圖5-1所示。在初始化的子程序中僅僅在上電和故障結(jié)束時用，其目的是大量節(jié)省掃描時間以加快整個程序的運行效率，提高PID中斷的精確度。

27、通過初始化子程序，首先使用一系列的傳送指令，傳送用水頻率的上下限值，在傳送與PID調(diào)節(jié)指令參數(shù)表位元址相關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器的初始值，然后復(fù)位PID輸出值數(shù)據(jù)寄存器，最后使用寫入指令（TO）設(shè)定模擬輸入模塊FX2n4ADD 工作模式。圖4-1初始化子程序流程圖4.1.2 定時中斷程序用來實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)指令測量值的采樣與輸出值的控制，定時中斷程序的流程圖如圖5-2所示。定時中斷程序的作用主要是進(jìn)行PID控制的相應(yīng)計算，它在PLC的特殊輔助器M8000（運行常為ON）觸點的作用下執(zhí)行。通過定時中斷程序，可以傳送PID指令調(diào)節(jié)結(jié)果輸出值，使用一系列的寫入指令來實現(xiàn)模擬量輸出模塊FX2n2DA的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)

28、據(jù)的傳送（共12位數(shù)據(jù)，分低端8位和高端4位兩次傳送），保持D/A轉(zhuǎn)換的低端數(shù)據(jù)，啟動信道1的D/A轉(zhuǎn)換等。在程序中，同時也編寫了讀出模擬量輸入輸出模塊ID的識別號以確認(rèn)功能模塊信息的程序。定時中斷程序開始傳送PID指令調(diào)節(jié)結(jié)果輸出值傳送FX2n2DA的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)保持轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)啟動FX2n2DA通道的1 D/A轉(zhuǎn)換中斷程序結(jié)束返回 圖4-2 定時中斷程序流程圖4.1.3 主程序Y調(diào)用初始化子程序，每99m調(diào)用定時中斷程序（含PID調(diào)節(jié)）傳送壓力給定值啟動變頻泵泵號內(nèi)存變頻器頻率達(dá)到上限經(jīng)濾波延時后，仍達(dá)下限Y工頻泵號數(shù)加1變頻器頻率達(dá)到下限經(jīng)濾波延時后，仍達(dá)下限工頻泵號數(shù)減1開始增泵或倒泵時

29、經(jīng)軟啟動后關(guān)當(dāng)前泵，置下一泵變頻運行變頻泵運行達(dá)3小時1號3號泵變頻運行控制1號3號泵工頻運行控制故障報警處理與消鈴主程序結(jié)束NNYN圖4-3 主程序流程圖主程序流程圖如圖4-3所示。主程序?qū)崿F(xiàn)的功能最多，如泵的切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合與報警處理等都在主程序中。生活與消防雙恒壓的二個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定為滿量程的90%（滿量程數(shù)字值為4000）。本系統(tǒng)中的比例增益和時間常數(shù)為：比例增益Kp=0.25，采樣時間Ts=0.5s，積分時間T1=60s。（1）泵站泵組程序主要實現(xiàn)如下功能：1：由“恒壓”要求出

30、發(fā)的工作泵組數(shù)量的管理。為了恒定水壓，那么在水壓降低時，需要升高變頻器的輸出頻率，并且在一臺水泵不能滿足恒壓需求時，需要啟動第二臺或第三臺水泵。這樣，有一個判斷標(biāo)準(zhǔn)來決定是否需要啟動新泵，即變頻器的輸出頻率是否達(dá)到所設(shè)定的頻率上限值。這一功能可以通過比較指令來實現(xiàn)。為了判斷變頻器的工作頻率達(dá)到上限的確定性，應(yīng)濾去偶然因素所引起的頻率波動所達(dá)到的頻率上限值的情況，在程序中應(yīng)考慮采用時間濾波。2：多臺組泵站泵組的管理規(guī)。由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，那么多臺組泵站泵組的投入運行需要有一個管理規(guī)。在本設(shè)計控制要求中規(guī)定任意的一臺水泵連續(xù)運行不得超過3小時，

31、因此每次需要啟動新泵或切換變頻泵的時候，以新運行泵為變頻是合理的。具體的操作是，將現(xiàn)運行的變頻器從變頻器上切除，并且接上工頻電源加以運行，同時將變頻器復(fù)位并且用于新運行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，在本設(shè)計中采用的是泵號加1的方法來實現(xiàn)變頻器的循環(huán)控制，即3加上1等于0的邏輯，用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號來實現(xiàn)工頻泵的輪換工作。（2）故障診斷和報警輸出程序。變頻器具有短路、超載等保護(hù)功能。當(dāng)變頻器所驅(qū)動的水泵電機發(fā)生短路、超載等故障時，變頻器將自動切斷一次供電電路，進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)并輸出報警信號。系統(tǒng)把各故障點相應(yīng)的接觸器、斷路器等組件的輔助觸點接到PLC，PLC掃描輸入這些觸點的狀態(tài)，并通過PLC程序?qū)⑦@些狀態(tài)存放在隨機存儲區(qū)，再結(jié)合控制程序和設(shè)備預(yù)置狀態(tài)進(jìn)行邏輯分析，判斷設(shè)備或組件是否出了故障。如果發(fā)生故障，則切斷該泵接觸器的主觸點，然后對變頻器復(fù)位，再將備用水泵的接觸器主觸點接通，啟動變頻器運行備用泵，同時輸出該泵故障報警信號，如電動機故障時指示燈亮等。4.2程序中使用的編程組件與其含義PLC程序中使用的編程組件與其含