畢業(yè)設計--污水處理廠PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)

1、目 錄1 引言11.1 課題簡述11.2 可編程控制器簡述31.3 本課題設計的主要內(nèi)容42 系統(tǒng)設計的理論研究及控制方案的分析42.1 該系統(tǒng)的理論研究分析42.2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設計方案的分析6 3 恒壓供水系統(tǒng)硬件部分設計 12 3.1 系統(tǒng)設備選型 123.2 恒壓供水系統(tǒng)主電路設計與分析 153.3 恒壓供水系統(tǒng)控制電路設計與分析173.4 可編程控制器的外圍擴展接線圖及I/O口分配20 4 恒壓供水系統(tǒng)的軟件設計234.1 PLC程序設計軟件及編程語言介紹234.2 恒壓供水控制系統(tǒng)主程序234.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)PID控制29 5 結論32 6 致謝337 參考文獻341

2、 引言1.1 課題簡述水、電一直以來在人類社會發(fā)展中起著無比重要的作用，在人類的生產(chǎn)生活中，可以說無處沒有二者的存在，而隨著人類社會的不斷進步，水和電將會越來越為我們所重視。在如今這個以節(jié)能節(jié)水為主題的社會情況下，我國在這些方面的技術水平還遠遠不夠，自動化程度也比較低，與發(fā)達國家相比還有一定的差距。而伴隨著我國在經(jīng)濟體制不斷的進步與完善，生活、工業(yè)等對水的污染卻不斷加大，盡管我國各地建立了一些中小型污水處理廠，可以對水資源的節(jié)省做出一定的貢獻，但伴隨著科學技術的進步，人們對這些基礎設施的完善有了更進一步需求。其中，經(jīng)過污水處理廠處理后的污水即中水的供用就是其中重要的組成部分，各類工廠對污水處理

3、廠供水的穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、可靠性有了更加精確的需求，這會直接影響到工廠的工業(yè)生產(chǎn)，也直接體現(xiàn)了我國在污水處理方面技術水平的先進程度。以下是一些傳統(tǒng)的供水方式：水塔高位水箱供水方式、恒速泵加壓供水方式、氣壓罐供水當時、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其中各供水方式的優(yōu)點、缺點如下1： （1） 水塔高位水箱供水的優(yōu)點為控制方式相對來說比較簡便、出現(xiàn)故障時需要的維修時間比較短、運行經(jīng)濟合理以及停電之后可以實現(xiàn)不停止供水等，而相對缺點也較大，例如基礎建設需要較大投資、占地面積也較大、維護不太方便，水泵電機在啟動時采用硬啟動的啟動方式，起動電流很大，會對水泵電機造成

4、較大的磨損，減少水泵電機的使用壽命等，現(xiàn)在在高層建筑的應用較多，不太適合其它的應用場合。（2） 恒速泵加壓供水方式則比較原始，優(yōu)點也不明顯，相對來說，缺點卻較大，例如，當供水管網(wǎng)的水壓發(fā)生變化時，系統(tǒng)不能盡快的做出相應的動作，而且該系統(tǒng)中沒有用到自動化控制技術，在需要增減水泵時，需要工作人員手動操作才能實現(xiàn)，并且為了保證供水質(zhì)量，水泵機組需要經(jīng)常在滿負荷狀態(tài)下工作，不但功率很低、耗電量很大，而且當用戶需要的水量不多時，管網(wǎng)由于長時間在超壓狀態(tài)下運行，電機的爆損現(xiàn)象會非常嚴重，同時電機硬啟動會導致非常嚴重的水錘效應發(fā)生，對水泵電機的破壞較大。鑒于以上缺點，目前各地已基本停止使用。（3） 氣壓罐供

5、水的優(yōu)點則相對比較明顯，和水塔高位水箱供水方式相比，不受高度的限制，而且技術簡單，占地面積較小，體積小等。其缺點為水泵電機的啟動方式依然為硬啟動且啟動頻繁、調(diào)節(jié)量相對較小，對電器設備有很高的要求、系統(tǒng)維護起來比較繁瑣，并且為減少水泵電機的啟動次數(shù)，停泵壓力比其他供水方式高，從而導致水泵會工作在低效區(qū)域，而且出水壓力也會隨之增加，大大增加了水、電資源的嚴重浪費，因此，目前沒有較大的發(fā)展空間。（4） 液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式優(yōu)點是價格低廉，結構相對來說比較簡單，操作簡便，維修相對來說比較方便。缺點是發(fā)熱較高，需要冷卻，且容易漏油，效率較低，系統(tǒng)建立以后，不容易擴展和改造，并只能是一

6、對一驅(qū)動。（5） 單片機變頻調(diào)速供水系統(tǒng)可以進行變頻調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水，對電機損害較小，且節(jié)約電能，自動化程度高，在各方面要比以上四種供水方式先進。但是，該系統(tǒng)仍然具有一定的缺點，例如系統(tǒng)的開發(fā)需要較長時間，且操作繁瑣，需要對操作人員進行長時間培訓才能操作，由于單片機的一些特點，系統(tǒng)較容易受到干擾，沒有較好的穩(wěn)定性，因此不適合在惡劣環(huán)境使用，和前幾種相比，維修也比較麻煩。由上可知，以往的的供水方式都不同程度的存在一些相同的缺點，如沒有較好的穩(wěn)定性能，效率達不到要求，造成水電資源的嚴重浪費等，且大多數(shù)的供水方式自動化程度都偏低，需要大量人工操作，使工業(yè)、生活用水受到較大影響2。伴隨著人類社會的不

7、斷發(fā)展，對于供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供水質(zhì)量，人們的要求不斷提高，再加上資源越來越稀少，利用更加先進的自動化技術、控制技術以及通訊技術，設計效率更高、節(jié)能更明顯、更加智能化并且能適應不同領域的恒壓供水系統(tǒng)越來越受到人們的關注。而目前，變頻調(diào)速技術具有相當可靠的穩(wěn)定性控制方式且節(jié)能效果非常明顯，已經(jīng)普遍應用在電機、水泵、空氣壓縮機、風機、制冷壓縮機等消耗能量較多的設備中，而在恒壓供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速技術的優(yōu)點更加突出，主要有：一、具有顯著的節(jié)能效果；二、減小電機、水泵對自己本身的機械沖擊損耗；三、在啟動、停止時，能明顯的削弱供水壓力對供水管網(wǎng)的沖擊以及電流對電網(wǎng)的沖擊。PLC、變頻器恒壓供水系統(tǒng)包含現(xiàn)

8、代控制技術、電氣技術以及變頻技術，對供水的可靠性及穩(wěn)定性都有很高的保證，并且具有很明顯的節(jié)能效果，因此，能夠研究設計好該系統(tǒng)，具有非常大的實用意義。1.2 可編程控制器簡述1.21 PLC定義PLC（Programmable logic Controller）即可編程控制器，主要是通過數(shù)字邏輯運算來實現(xiàn)人們?nèi)粘Ｐ枨蟮碾娮酉到y(tǒng)，該器件是專門為工業(yè)環(huán)境而設計的。該器件擁有自己的存儲器，可以用來存儲人們根據(jù)需要寫好的程序，還可以在其內(nèi)部存儲數(shù)序控制、計算、定時、邏輯運算以及數(shù)字運算的操作指令，通過數(shù)字量和模擬量的輸入輸出，控制各類工業(yè)生產(chǎn)過程，同時該器件還可以擴展各式各樣的外圍設備，與可編程控制器及

9、其它外部端口連接，從而可以根據(jù)需要對各種系統(tǒng)進行擴展3。1.22 PLC的發(fā)展歷史可編程控制器的發(fā)展歷史主要分為以下五個階段4：1. 初始二十世紀七十年代初期之前，這一時期的PLC功能非常簡單，主要是用來完成一般的繼電器控制系統(tǒng)功能，即邏輯控制、順序控制、定時計數(shù)等，用梯形圖作為編程語言。2. 崛起二十世紀七十年代中期至八十年代初期，由于可編程控制器在取代繼電氣控制系統(tǒng)之后各方面表現(xiàn)良好，在電氣自動控制領域，PLC開始普及并達到飛速發(fā)展，此時PLC在模擬量的控制及數(shù)據(jù)處理方面得到很大加強。3. 成熟八十年代初期到九十年代初期，伴隨著工廠工業(yè)對系統(tǒng)自動化程度以及控制性能和范圍的要求不斷的加大，可

10、編程控制器在大中型控制系統(tǒng)如冶金、造紙以及污水處理中，展現(xiàn)了其強大的實力，在這一階段，一些大型的可編程控制器都增加了遵守一定協(xié)議的通信接口。4. 飛速發(fā)展上個世紀九十年代初期到九十年代末，伴隨著計算機技術、通信技術、芯片技術和控制技術的發(fā)展與完善，可編程控制器的功能得到了更廣闊的發(fā)展。隨著PLC控制系統(tǒng)在過程控制領域的進軍，其網(wǎng)絡通信功能和模擬量處理功能都有了很大的提高，并且年增長率一直在30%以上。5. 開放標準化從上個實際九十年代中期以后，伴隨著PLC在各個領域功能的不斷完善，其開放性也越來越明朗化。IEC61131即可編程控制器國際標準，目前已逐步實施和完善，尤其是IEC61136-3標

11、準編程語言的發(fā)展，使可編程控制器正逐步走向一個開發(fā)標準的時代。1.3 本課題設計的主要內(nèi)容本設計以污水處理廠中水控制系統(tǒng)為研究對象，采用可編程控制器與變頻器結合的技術，設計一套恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、軟啟動器、壓力傳感器、液位傳感器和水泵機組共同組成，為閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有一個水池，5臺水泵，采用部分流量即所有水泵中只有一臺變頻運行，其他幾臺工頻運行的調(diào)節(jié)方法。PLC根據(jù)壓力傳感器反饋回的信號，與系統(tǒng)給定值比較，進行PID運算，將信號傳給變頻器控制變頻水泵的轉速，并實現(xiàn)工頻水泵的增減（其中增加工頻泵時要求軟啟動），進而是水泵內(nèi)的壓力保持恒定。各個水泵的運行遵循先啟先停、等

12、時運行的原則。由以上要求，設計系統(tǒng)的整體控制方案，包括：硬件設備的選型（PLC、變頻器、軟啟動器的選型，以及I/O模塊擴展的選型）、硬件電路圖的繪制以及使用相關軟件設計梯形圖控制程序等。2 系統(tǒng)設計的理論研究及控制方案的分析2.1 該系統(tǒng)的理論研究分析本設計中的水泵電機采用5個160kw的三相異步電動機，其轉速公式如下5： 式（2.1）在公式中：f代表供電電源的頻率，p代表水泵電機的極對數(shù)，s代表轉差率。由以上可得，要想改變水泵電機的轉速，有以下三種辦法：（1） 通過改變水泵電機的極對數(shù)（2） 改變轉差率（3） 改變供電電源的頻率下面分別介紹以上三種改變水泵電機轉速的方法的優(yōu)缺點：(1) 改變

13、電機極對數(shù)調(diào)速的控制方式相對比較簡單，投資小，并且節(jié)能效果明顯，效率也高，但是應用范圍小，只能用于特定的變極電機，并且屬于有極調(diào)速，同時因為各級極差變化較大，使得轉速變化很大，從而導致轉矩也會有很大的變化，不適用于本設計恒壓供水，只在一些要求特定轉速的工業(yè)生產(chǎn)中應用。(2) 改變轉差率的調(diào)速方法，如果想要有較大范圍的調(diào)速，需選用串級調(diào)速的調(diào)速方式，這種調(diào)速方法最大的優(yōu)點是轉差功率可以得到回收，進而實現(xiàn)有效的節(jié)能，且調(diào)速性能良好。而這種調(diào)速方式的成本相對來說比較高，調(diào)速系統(tǒng)的線路也很復雜，不便于以后的維修和擴展，且這種調(diào)速方式增加了中間環(huán)節(jié)，進而也增加了電能的損耗，性價比較低。(3) 改變供電電

14、源供電頻率的調(diào)速方式，由公式可知，當轉差率保持恒定或變化較小時，水泵電機的轉速基本與供電電源的頻率成正比。當供電電源的頻率連續(xù)變化時，可以實現(xiàn)水泵電機轉速的連續(xù)變化，屬于無極調(diào)速。改變供電頻率，控制電機轉速，可以很好的實現(xiàn)節(jié)能的效果，效率高，且系統(tǒng)后期的維護和擴展都相對簡便。滿足該系統(tǒng)的設計。缺點是，只是一味的改變電源頻率，會使水泵電機性能逐漸變差。但是，隨著可續(xù)技術的不斷進步與完善，電力電子技術有了很大的發(fā)展，越來越多的各方面性能良好且工作穩(wěn)定的變頻電源不斷涌現(xiàn)，促進了變頻調(diào)速技術的發(fā)展，并展現(xiàn)了該技術的廣闊的擴展空間。由以上分析可得，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)相對于其他兩種控制電機轉速來改變供水

15、壓力的方式來說，更適合本設計的要求，且具有更大的發(fā)展空間。2.2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設計方案的設計2.21 恒壓供水控制系統(tǒng)方案的比較與確定變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主要分為以下幾部分、：可編程控制器、變頻器、軟啟動器、壓力傳感器、液位傳感器以及水泵機組六部分。本設計主要實現(xiàn)的功能是利用可編程控制器，控制變頻器的輸出頻率及軟啟動器，進而控制一臺或循環(huán)控制多臺水泵電機，實現(xiàn)供水管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及水泵電機變頻運行和工頻運行的轉換，與此同時還要傳輸檢測水壓和水位等部分數(shù)據(jù)，根據(jù)相應數(shù)據(jù)對系統(tǒng)做出相應的運行調(diào)整。通過對變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設計要求的了解，有以下幾種方案可供我們選擇6：（1

16、）壓力傳感器變頻器直接控制恒壓供水這一方案需要使擁有供水基板的變頻器，其優(yōu)點是控制系統(tǒng)的結構非常簡單，變頻器供水基板上集成有PLC可編程控制器和PID調(diào)節(jié)器等硬件系統(tǒng)，要想實現(xiàn)PID和PLC的控制系統(tǒng)功能只要設定簡單的指令代碼即可。缺點是，盡管電路結構得到了簡化且擁有較小的體積降低了系統(tǒng)的成本，但要想實現(xiàn)壓力值的設定以及顯示反饋回來的壓力值則會非常的繁瑣，不能很好地實現(xiàn)在不同時間控制不同壓力的需求，且在進行系統(tǒng)的調(diào)試時，很難確定最佳的PID參數(shù)值，調(diào)節(jié)范圍也非常的小，不能保證系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。并且由于是固定的供水基板，不能很好地實現(xiàn)輸入輸出接口以及所帶負載容量等的擴展，數(shù)據(jù)通信困難

17、，因此，該類控制系統(tǒng)僅適用于系統(tǒng)要求較低的固定容量的場合。（2）單片機及普通變頻器控制水泵機組恒壓供水該類控制系統(tǒng)和上述控制系統(tǒng)相比控制精度得到了很大的提高，且控制算法靈活多變，控制參數(shù)調(diào)整起來簡單，易于操作，性價比相對比較高。但該系統(tǒng)也存在一定的缺陷，例如系統(tǒng)的開發(fā)周期系對比較長，程序一經(jīng)固化后，修改起來非常麻煩，這無疑會影響現(xiàn)場調(diào)試的隨意性。同時由于該系統(tǒng)采用的是單片機作為的控制器，系統(tǒng)容易受到外部環(huán)境的干擾，而變頻器的運行也會給系統(tǒng)帶來一定的擾動，當變頻器頻率越高時，干擾也就越大，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有可靠的保證，因此必須采取相關的措施來抑制外部的感染對系統(tǒng)的影響。鑒于以上的缺點，該類系統(tǒng)

18、的實際應用范圍也不大，只適用在某些特殊的干擾較小的恒壓供述領域。（3）可編程控制器與變頻器共同控制水泵機組恒壓供水這類控制系統(tǒng)的控制方式同樣靈活多變。隨著通信技術的不斷完善，該系統(tǒng)可以與其他系統(tǒng)進行良好的數(shù)據(jù)交換，具有很強的通用性，適用范圍廣；同時，由于可編程控制器一些列相關產(chǎn)品的模塊化，使得系統(tǒng)具有很好的擴展性與發(fā)揮空間，用戶可以根據(jù)需求最大限度的對系統(tǒng)進行更改與完善，這是以上兩種方式所無法比擬的。在設計系統(tǒng)的硬件部分時，只需要確定可編程控制器的硬件配置以及外部I/O口的接線形式，當用戶對系統(tǒng)需求發(fā)生改變時，只需改變系統(tǒng)內(nèi)部的控制程序即可，因此在進行現(xiàn)場調(diào)試時，非常的簡便。同時由于PLC的特

19、性，可編程控制器具有很好的抗干擾能力，可靠性強，因此，適用于各種不同要求的恒壓供水場合，且不受供水容量的限制。由以上對幾種不同供水方案的分析比較，可以得出第三個供水方案更適用于本系統(tǒng)，該控制方案擴展靈活、可靠性高,且通用性強，適用于各種場合，有較大的發(fā)展空間。2.22 PLC變頻器恒壓供水的系統(tǒng)組成及組成部分分析PLC變頻器恒壓供水控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、變頻器、軟啟動器、壓力傳感器、液位傳感器和水泵機組共同組成完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的整體流程圖如下所示：圖2.1 PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)設計框圖由以上系統(tǒng)設計流程圖，我們可以看出PLC變頻器恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)由信號檢測部分、控制系統(tǒng)部分、

20、執(zhí)行機構部分、通訊及報警部分等組成。具體為：（1）信號檢測部分：在系統(tǒng)控制正常工作過程中，需要對系統(tǒng)的一些信號進行檢測，以確保系統(tǒng)正常穩(wěn)定的運行，這些檢測的信號包括供水管網(wǎng)的水壓信號、水池的液位信號和報警信號。供水管網(wǎng)的水壓信號，該信號反映的是用戶管網(wǎng)內(nèi)部的水壓值，是恒壓供水系統(tǒng)所有反饋信號中最為重要的組成部分，該信號為模擬量，需PLC擴展模擬量模塊來接收，PLC接受該信號后對該值進行PID處理，將處理后的數(shù)據(jù)傳送給變頻器，從而控制水泵轉速，實現(xiàn)供水系統(tǒng)的恒壓供水。水池液位信號，該信號主要對水位的下限信號進行檢測，作為數(shù)字量傳輸給可編程控制器，當水位達到下限值以后，PLC接收信號，停止水泵的工

21、作，從而防止當水池水量不足時，水泵電機的空轉現(xiàn)象，保護系統(tǒng)及電機的安全穩(wěn)定工作。報警信號，該信號主要監(jiān)測系統(tǒng)中的變頻器、水泵電機是否出現(xiàn)異常，從而確保系統(tǒng)的正常運行，該信號形式為開關量信號。（2）控制系統(tǒng)部分：PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制部分一般都包含在供水控制柜中，主要包括可編程控制器（PLC）、變頻器、軟啟動器和電控設備幾部分。可編程控制器（PLC）：可編程控制器是整個恒壓供水控制系統(tǒng)的核心部件，它直接采集系統(tǒng)中各部分的信號（管網(wǎng)水壓、液位、報警信號等），通過系統(tǒng)程序?qū)碜愿鞑糠值男畔⒕C合匯總，并進行分析計算，從而得出對整個系統(tǒng)執(zhí)行部件的控制方案，通過變頻器、軟啟動器和接觸線圈對水泵電機

22、進行相應的控制。變頻器：變頻器的主要功能是對進行變頻運行的水泵電機進行轉速控制，變頻器通過接受可編程控制器的PID計算輸出信號，改變自己的輸出頻率，從而對變頻泵的轉速進行控制，實現(xiàn)管網(wǎng)的水壓恒定。軟啟動器：軟啟動器的主要作用是實現(xiàn)工頻電機的軟啟動，當變頻水泵工作在頻率上限仍不能滿足系統(tǒng)的水壓時，可編程控制器發(fā)出增加水泵的信號，此時，軟啟動器啟動，帶動一個未運行的水泵軟啟動運行，減小啟動電流，對水泵電機進行過載保護，從而增加系統(tǒng)的使用壽命，降低成本。（3）執(zhí)行機構：該部分由一組（5臺）水泵構成，主要作用是將水池的水供給用戶管網(wǎng)，該部分水泵主要有兩種工作方式：變頻運行：這類水泵直接由變頻器控制，接

23、收變頻器的輸出信號，通過變頻器的控制，根據(jù)供水管網(wǎng)的壓力反饋信號對水泵轉速進行控制，從而保持供水管網(wǎng)壓力的恒定。正常工作下，僅有一臺水泵在該模式下運行。工頻運行：這類水泵只有兩種工作狀態(tài)，即在工頻狀態(tài)下恒速運行或停止，主要作用是當變頻泵在滿負荷運行仍不能滿足供水壓力時對系統(tǒng)供水進行補充。（4）通訊部分：該部分是恒壓供水系統(tǒng)的重要組成部分，通過該部分，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件及其他工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制，從而更方便的監(jiān)控整個系統(tǒng)。（5）報警：在一個完善的控制系統(tǒng)中，報警部分在其中起著不可忽視的作用。為了確保系統(tǒng)安全、平穩(wěn)、可靠地運行，預防變頻器損壞、電機過載、水池液位較低等種種因

24、素導致的故障，系統(tǒng)必須對各種可以檢測的報警信號進行監(jiān)測，將所有的監(jiān)測信號匯總到可編程控制器中，由可編程控制器進行計算分析，對系統(tǒng)進行相應的控制，從而確保系統(tǒng)的可靠運行，避免造成不必要的損害。2.23 變頻器工作方式分析及確定由以上分析，通過水泵機組中變頻器拖動水泵的方式不同，變頻器有以下兩種工作方式7：（1）變頻循環(huán)式：變頻循環(huán)式是指變頻器首先拖動其中的一臺水泵變頻運行，當該水泵滿負荷運行即變頻泵輸出頻率為50HZ時，供水管網(wǎng)的壓力仍不能滿足設置要求，需要增加水泵電機時，可編程控制器控制變頻器從該水泵電機拖出，使變頻器帶動另外一臺水泵變頻運行，與此同時，該水泵工頻運行。（2）變頻固定式：變頻固

25、定式指一臺水泵首先由變頻器拖動運行，當該水泵滿負荷運行即變頻泵輸出頻率為50HZ時，供水管網(wǎng)的壓力仍不能滿足設置要求，需要增加水泵電機時，可編程控制器控制軟啟動器直接啟動另外一臺沒有運行的水泵，變頻器不動作，繼續(xù)帶動該水泵變頻運行，實現(xiàn)系統(tǒng)供水的壓力恒定。當水泵電機功率較大，變頻器從水泵電機拖出使該水泵切換為工頻運行時，由于變頻器頻率與電網(wǎng)電壓頻率可能存在差異，會導致水泵電機瞬間受到一個較大電壓的沖擊，從而致使電機損壞，所以該設計采用變頻固定式。在程序設計中，采用定時器和計數(shù)器對各個電機的運行時間進行記錄，采用增加水泵時，通過可編程控制器控制，增加工作時間最短的水泵，減少水泵時，減少工作時間最

26、長的水泵的方式，實現(xiàn)電機的等時運行，這在后面會有更加詳細的介紹。2.24系統(tǒng)工作原理概述及流程PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制對象為供水管網(wǎng)的供水水壓，在系統(tǒng)的控制過程中，要達到供水管網(wǎng)的水壓始終跟隨系統(tǒng)設定水壓的效果。在這里，系統(tǒng)設定的供水壓力可以是一個時間分段函數(shù)（即在每一個時間段內(nèi)是一個常數(shù)），也可以是一個恒定常數(shù)。因此，由以上可知，恒壓供水控制系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能就是在某一個時間段內(nèi)維持供水管網(wǎng)的供水壓力與系統(tǒng)設定的供水壓力相同。PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的設計流程圖如下：圖2.2 PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)設計流程圖PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在供水管網(wǎng)內(nèi)部管道的壓力傳感器監(jiān)測供水管網(wǎng)的供

27、水壓力，并將監(jiān)測到的壓力信號以4-20mA的電流信號輸出，該信號是恒壓供水系統(tǒng)主要反饋參數(shù)。由于該信號時模擬量信號，因此在傳入可編程控制器時，需要將該信號通過A/D轉換模塊轉換為數(shù)字量信號才能被PLC識別，然后系統(tǒng)將該值與系統(tǒng)設定值比較，進行PID運算，將運算后的輸出值經(jīng)過D/A轉換模塊轉換為模擬量再傳送給變頻器，改變變頻器的輸出頻率，控制電機轉速，改變水泵機組的供水流量，從而實現(xiàn)供水管網(wǎng)的供水壓力恒定，達到恒壓供水的目的。由以上分析可知，PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的工作流程有以下幾部分8：（1）系統(tǒng)啟動供電，此時可編程控制器上電，開始執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)部程序，啟動變頻器，變頻器帶動其中工作時間最短的水

28、泵運行，系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到的供水管網(wǎng)供水水壓與系統(tǒng)之前設定好的壓力值比較計算，控制改變變頻器的輸出頻率，從而改變水泵電機的轉速，當壓力傳感器檢測到的供水壓力值與系統(tǒng)設定值相等時，系統(tǒng)達到穩(wěn)定，此時變頻器的輸出頻率和水泵電機的轉速都達到一個固定值，這期間，水泵電機工作在調(diào)速狀態(tài)。（2）當用水量增加時，供水管網(wǎng)內(nèi)部水壓減小，壓力傳感器的輸出電流減小，信號傳送給可編程控制器，PID偏差加大，經(jīng)過PID運算，使可編程控制器的輸出增大，變頻器輸出頻率增加，從而使水泵電機轉速增加，供水流量增加，總后使得系統(tǒng)達到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。同樣，當用水量減小時，系統(tǒng)通過可編程控制器內(nèi)部的PID運算，最終控制電機

29、轉速減小，減小系統(tǒng)供水流量，是系統(tǒng)達到新的穩(wěn)態(tài)。（3）當用戶用水量增加較多，且變頻器的輸出頻率達到頻率設定上限50HZ時，水泵電機滿負荷運行，如果此時系統(tǒng)供水管網(wǎng)的供水壓力仍然低于系統(tǒng)設定值，則滿足增泵條件。變頻器處于變頻固定式的工作模式下，此時可編程控制器控制軟啟動器帶動一個水泵啟動（該水泵為其他四個水泵中運行時間最短的水泵），使該水泵工頻運行，同時可編程控制器接收來自壓力傳感器的檢測信號，控制變頻器的輸出頻率，改變變頻泵的轉速，重新使系統(tǒng)達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。如果用戶的用水量仍然增加，達到增加水泵的條件時，則繼續(xù)按上述情況增加水泵，直到系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定狀態(tài)為止。 （4）如果當用戶用水量減小，

30、且變頻器的輸出頻率已經(jīng)達到變頻器頻率的設定下限時，系統(tǒng)供水管網(wǎng)的水壓仍然高于系統(tǒng)的壓力設定值，則滿足減泵條件。此時，可編程控制器接到信號，關閉一臺工頻運行的水泵（該水泵為工頻運行中運行時間最長的水泵），同時，PLC繼續(xù)根據(jù)壓力傳感器檢測到的信號運行，控制變頻器的輸出頻率，調(diào)整水泵電機轉速，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。如果用戶水量繼續(xù)減小，達到減少水泵條件時，則繼續(xù)按照上述情況減少水泵，直到達到平衡為止。3 恒壓供水系統(tǒng)硬件部分設計3.1 系統(tǒng)設備選型通過對以上PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)工作原理的分析，可繪制如下系統(tǒng)電氣控制總框圖：圖3.1 系統(tǒng)電氣控制總框圖根據(jù)以上PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)電氣總框圖，可

31、知該系統(tǒng)的硬件設備主要包含以下幾部分：（1）可編程控制器（PLC及其擴展模塊）、（2）變頻器、（3）軟啟動器、（4）壓力傳感器（5）液位傳感器。以上設備的選擇型號如下表3.1所示：表3.1 設備選型系統(tǒng)硬件設備設備型號可編程控制器（PLC）西門子CPU224I/O擴展模塊西門子EM222模擬量擴展模塊西門子EM235變頻器西門子MM440軟啟動器TE公司Altistart 46壓力傳感器普通壓力表Y-100液位傳感器伊萊克公司浮球開關EM15-2水泵機組SFL系列160KW水泵5臺3.11 可編程控制器及其擴展模塊選型可編程控制器PLC是變頻恒壓供水系統(tǒng)控制的核心部件，該設備在系統(tǒng)中的主要作用

32、是收集所有的輸入信號，通過內(nèi)部控制程序的計算處理，輸出信號，對外部設備進行控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓功能，并通過通訊端口，對外部數(shù)據(jù)進行交換。由以上可編程控制器的功能可知，我們需要參考可編程控制器的執(zhí)行速度、內(nèi)部及可擴展存儲空間、擴展外部模塊的能力及通訊接口及協(xié)議等等多方面的因素。由以上分析可知，PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制部件不多，因此本設計預備采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列可編程控制器。西門子S7-200系列PLC,價格較低，屬于中小型可編程控制器，具有較高的性價比，在一些中小型的控制系統(tǒng)中應用廣泛。西門子公司的可編程控制器的可靠性非常高，通信指令較多，具有非常良好的可擴展性，通信協(xié)

33、議非常的簡單；而且PLC可以與工控計算機連接，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)測控制。由系統(tǒng)設計原則，為了以后系統(tǒng)能夠方便的擴展，因此PLC端子數(shù)目要有一定的空余量，同時根據(jù)控制系統(tǒng)實際所需端子數(shù)目，本設計選用S7-200型PLC的主模塊為CPU224，同時擴展16點數(shù)字量輸入輸出模塊EM223。CPU224擁有14點的開關量輸入以及10點的開關量輸出，與CPU221和CPU222相比，它的程序存儲容量擴大了一倍，而數(shù)字存儲量則較前兩者擴大了四倍，同時該控制器可以最多擴展7個外部模塊，有自己的內(nèi)部時鐘，并且它對模擬量及高速計數(shù)的處理也更加強大，是西門子S7-200系列產(chǎn)品中使用最為廣泛的，完全滿足本設計的

34、要求。鑒于本設計中需要控制較多水泵電機的變頻控制、軟啟動和工頻控制，因此需要擴展外部I/O模塊，由控制系統(tǒng)的實際所需擴展數(shù)目可知，該系統(tǒng)需要擴展具有16個數(shù)字量輸入輸出的混合擴展模塊EM223。同時，由于系統(tǒng)需要采集處理傳感器的檢測信號，而該監(jiān)測信號為4-20mA的模擬量，所以在控制系統(tǒng)設計時，需要添加模擬量擴展模塊，本設計選用的模擬量擴展模塊為EM235，該模塊具有4個模擬量輸入（AIW）通道，及一個模擬量輸出（AQW）通道，該模塊在輸入信號接入端口時，可以自動的將模擬量轉換為數(shù)字量，即將輸入的模擬信號轉換成16位一個字長的數(shù)字量信號，在輸出信號時，又能夠自動地直接將將數(shù)字量信號轉換為模擬量

35、信號輸出，將一個字長（16位）的數(shù)字信號轉換成模擬量輸出。同時，該模塊可以對于不同的標準輸入信號，通過DIP開關進行設置，在該設計中可以發(fā)揮出色的表現(xiàn)。3.12 變頻器的選擇變頻器是恒壓供水控制系統(tǒng)中可編程控制器與水泵機組的連接部件之一，可編程控制器通過改變變頻器的輸出頻率，從而控制調(diào)節(jié)水泵電機的轉速。在選擇變頻器時需要著重考慮水泵電機的功率及電流。同時要實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控，還需選用具有通訊功能的變頻器。根據(jù)對電機控制功能的不同，可以將變頻器分為三種不同的類型：普通功能U/f控制變頻器、具有轉矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器和矢量控制高功能型變頻器。而在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，負載屬于泵類負載，在

36、電機轉速較低時，電機轉矩也較小，同時考慮性價比的要求，因此選擇價格比較低廉的U/f控制變頻器。同時考慮到本設計中選用的可編程控制器是西門子S7-200系列的CPU224，為了更好的實現(xiàn)變頻器與可編程控制器之間的通訊，因此本設計選用西門子變頻器MM440。該變頻器主要適用于三相交流電動機調(diào)速，由微處理器控制，使用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，系統(tǒng)運行時具有很高的可靠性和很強的功能。該變頻器采用模塊化結構，組態(tài)靈活，模塊內(nèi)部集成有許多完善的變頻器和電動機保護功能，并且可以根據(jù)不同用戶的需求對輸入輸出端口進行自定義功能，同時由于變頻器內(nèi)部的各種設計，使得變頻器在輸出頻率較低時也可以有很大的輸出

37、力矩。本設計控制的水泵電機功率為160KW，而西門子MM440變頻器的輸出功率為120-200KW，適用于功率較大、對設備要求較高的場合，完全適用于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計。3.13 軟起動器的選擇由于水泵電機在直接啟動時會有很大的沖擊電流，影響水泵電機的使用壽命，因此在系統(tǒng)中需要增設軟啟動器，當供水系統(tǒng)需要增加工頻水泵時，由軟啟動器帶動水泵電機啟動，從而減小啟動電流對電機的沖擊，增加系統(tǒng)的使用時間。軟啟動器的主要組成部分為三相交流調(diào)壓電路和控制電路。其工作的基本原理是，通過對晶閘管的移相控制，使晶閘管的導通角發(fā)生改變，從而使輸出電壓發(fā)生變化，通過改變電壓來改變電動機的啟動轉矩和電流。目前，由于

38、各行業(yè)的生產(chǎn)需要，國內(nèi)外軟啟動器產(chǎn)品技術得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)品型號也琳瑯滿目，本設計擬采用TE公司生產(chǎn)的Altistart 46型軟啟動器。該軟啟動器具有標準型負載和重型負載兩種，可以控制功率為4-800KW的電動機，額定電流從17-1200A，共包含21種設定值，具有斜坡升壓、電壓聽聲脈沖、轉矩控制及啟動電流限制三中啟動方式；具有制動停車、自由停車、轉矩控制軟停車三種停車方式；具有軟啟動器自身及水泵電機的熱保護、限制轉矩和電流沖擊等保護功能并能提供故障輸出信號，同時它還提供本地端子控制接口和遠程控制RS-485通信接口，方便軟啟動器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，完全滿足系統(tǒng)的要求。3.14 壓力傳感器

39、的選型壓力傳感器在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的作用是監(jiān)測供水管網(wǎng)中的水壓，并將檢測到的水壓信號根據(jù)傳感器的類型不同轉換為1-5V或4-20mA的電信號，該信號為模擬信號，作為模擬量輸入模塊（EM235）的模擬信號輸入。在選擇系統(tǒng)壓力傳感器時，考慮到信號在傳輸過程中會有干擾和損耗，因此，本設計采用4-20mA輸出的電流型傳感器即普通壓力表Y-100，壓力表的測量范圍是0-1Mpa,精度為1.0，滿足系統(tǒng)的要求9。3.15 接觸器、熱繼電器、低壓斷路器選型根據(jù)題目設計要求已知水泵電機的功率為160KW,額定電壓為380V，功率因數(shù)為0.8，由公式可計算出電機的額定電流約為300A。由于當電機的額定功率大于

40、11KW時，選用的接觸器的電流最大為電機額定電流的1.5-2倍，因此本設計中選用CJ20-400型號接觸器，該接觸器可控制電機最大功率為200KW,額定電壓為380V，額定電流為400A，滿足設計要求。由熱繼電器的選用原則可知，熱繼電器的額定電流為控制電機的額定電流的60%-80%,即180-240A，因此選用JR20-250 167-250A熱繼電器。同理，對于五臺水泵電機的低壓斷路器，有，其中K為1.5-1.7，因此脫扣電流為450-510A，其中QS0的脫扣電流為2250-2550A。3.2恒壓供水系統(tǒng)主電路設計與分析PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)主電路如下圖3.2、3.3所示10：該系統(tǒng)共有

41、5臺水泵電機，分別為M1、M2、M3、M4、M5，其中接觸器KM1、KM4、KM7、KM10、KM13分別控制電機M1、M2、M3、M4、M5的變頻運行，接觸器KM2、KM5、KM8、KM11、KM14分別控制水泵電機的軟啟動，接觸器KM3、KM6、KM9、KM12、KM15分別控制水泵電機的工頻運行，KM0控制軟起動器的運行停止，BB1、BB2、BB3、BB4、BB5分別為五臺水泵電機過載保護的繼電器，QS0、QS1、QS2、QS3、QS4、QS5、QS6、QS7分別為系統(tǒng)、變頻器、五臺水泵電機及軟啟動器主電路的隔離開關。圖3.2 變頻器恒壓供水系統(tǒng)變頻器部分圖3.3 變頻器恒壓供水系統(tǒng)軟啟

42、動器部分由前面分析已知，本設計中變頻器采用變頻循環(huán)式的工作方式，即5臺水泵電機中只有一臺水泵電機在變頻器的控制下做變頻調(diào)速運行，其余水泵在工頻下運行，當系統(tǒng)需要增加或減少水泵時，系統(tǒng)遵循增加工作時間最少的水泵或關閉工作時間最長的水泵，即系統(tǒng)具有倒泵功能，使水泵電機整體的工作時間大體相同，以避免其中的某一臺水泵電機工作時間過長。因此，在某一特定的時間內(nèi)只有一臺水泵做工頻運行，但不同的時間段內(nèi)，五臺水泵輪流工頻運行。在恒壓供水系統(tǒng)電路設計圖變頻器部分中，三相交流電源通過隔離開關與變頻器的R、S、T三個端口相連接，變頻器的U、V、W三個輸出端口通過接觸器的觸點與電機相連。當電機工頻運行時，系統(tǒng)中變頻

43、器與電機之間的接觸器的觸點是斷開的，此時先接通軟啟動器與水泵電機之間接觸器觸點，當水泵電機軟啟動完成之后，自動斷開軟啟動器與水泵電機之間接觸器觸點，同時閉合水泵電機工頻運行的觸點。在整個恒壓供水控制系統(tǒng)電路圖中，隔離開關除控制系統(tǒng)各個部分與電源的接通斷開外，同時實現(xiàn)對整個系統(tǒng)及其各個部分的短路保護和過載保護，同時每臺電機又有各自的熱繼電器BB進行過載保護。在系統(tǒng)運行過程中，同一個電機的變頻、工頻、軟啟動不能同時接通，同時只能有一臺電機處在變頻運行或軟啟動過程中。因此在設計系統(tǒng)時，控制電機的接觸器之間必須有可靠的互鎖，從而避免上述情況的發(fā)生。3.3 恒壓供水系統(tǒng)控制電路設計與分析在變頻器恒壓供水

44、控制系統(tǒng)中，可編程控制器PLC是該系統(tǒng)的核心控制設備，負責對系統(tǒng)中各部分的監(jiān)測控制，同時，控制電路是否合理，編寫的程序是否簡便可靠，與系統(tǒng)整體的運行性能息息相關。由前面已知，在本設計中，系統(tǒng)采用的是西門子公司S7-200系列PLC，它的優(yōu)點是，體積小運行速度快，對外界有很強的抗干擾能力，性價比高，性能優(yōu)越。在該系統(tǒng)中，可編程控制器主要用來實現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動化控制，即：（1）系統(tǒng)自動控制五臺水泵電機的啟動停止（2）能夠使五臺水泵輪流實現(xiàn)變頻調(diào)速運行（3）增加工頻水泵時，使用軟起動器帶動水泵啟動（4）通過程序的編寫，實現(xiàn)五臺水泵的等時運行（5）整個變頻恒壓供水系統(tǒng)要有自動運行與手動運行的切

45、換，以便于系統(tǒng)在檢修或應急時能夠順利的操作（6）系統(tǒng)要能夠?qū)ο到y(tǒng)的各個部分進行監(jiān)測，并擁有完善的報警功能，以便于系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠快速的發(fā)現(xiàn)并維修11。系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)控制電路如下圖3.4所示，在該圖中，SF為系統(tǒng)的手動控制和自動控制轉換開關。當SF打到位置1，此時系統(tǒng)處于手動運行狀態(tài)，需要人工對系統(tǒng)進行控制，人們可以通過控制SF1-SF10幾個按鈕來控制五臺水泵的運行狀態(tài)；當SF打到位置2，此時系統(tǒng)處于自動運行狀態(tài)，整個系統(tǒng)由可編程控制器自動帶動系統(tǒng)運轉，不需要人工操作。在圖3.4中，SF1-SF10為系統(tǒng)的手動運行控制按鈕，Q0.0-Q2.7為可編程控制器輸出繼電器的觸點，PG1、PG

46、4、PG7、PG10、PG13分別為五臺水泵電機工頻運行指示燈，PG2、PG5、PG8、PG11、PG14分別為五臺水泵電機軟啟動指示燈，PG3、PG6、PG9、PG12、PG15分別為五臺水泵電機變頻調(diào)速運行指示燈，PG16為變頻器故障指示燈，PG17為系統(tǒng)供水水池水量不足指示燈，PB為系統(tǒng)報警警鈴，當系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)故障時，警鈴運行，提醒工作人員檢修。該系統(tǒng)在手動運行和自動運行時的具體過程如下:(1)手動運行：在一般情況下，只有當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時才會是系統(tǒng)在手動下運行，以便于系統(tǒng)各部分的檢測維修。當要開啟手動運行狀態(tài)時，需要將單刀雙擲開關SF打到1位置，在該狀態(tài)下，可以通過開關SF1-SF1

47、0分別控制五臺水泵電機在工頻狀態(tài)下運行和停止。以1號水泵電機為例，當手動控制SF1開關閉合時，繼電器KM1、KM2的常閉觸點使電路導通，從而使繼電器KM3的線圈得電，繼電器KM3的常開觸點閉合，實現(xiàn)電路自鎖，使1號水泵電機在工頻下穩(wěn)定運行，當要停止水泵電機時，只要按下SF2按鈕，即可切斷電路，使繼電器KM3線圈失電，從而使1號水泵電機停止。同理，可以通過控制其他幾個按鈕開關，控制其它水泵電機的工頻運行與停止。 （2）自動運行：PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)在正常運行狀態(tài)時工作在自動運行狀態(tài)下，當要開啟自動運行狀態(tài)時，只需將單刀雙擲開關SF打到2位置，然后系統(tǒng)在可編程控制器的控制下自動運行，由PLC對系

48、統(tǒng)的各個部分進行監(jiān)測控制。同樣以1號水泵電機為例,Q0.0控制1號水泵電機在變頻調(diào)速模式下運行，當Q0.0輸出為高電平時，Q0.Q閉合，繼電器KM2、KM3的常閉觸點使電路導通，從而使繼電器KM3得電，繼電器KM3常閉觸點斷開，常開觸點閉合，使1號水泵電機在變頻器的控制下運行；當一號水泵電機需要工頻運行時，可編程控制器首先接通Q0.1，同樣繼電器KM1、KM3的常閉觸點使電路導通，繼電器KM2通電，使得KM2的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，當電機軟啟動后，可編程控制器控制Q0.2 圖3.4恒壓供水系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)控制電路接通，同時斷開Q0.0，使1號水泵電機在工頻狀態(tài)下運行，繼電器KM3導通，K

49、M3的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。通過以上的方式，從而實現(xiàn)可編程控制器對水泵電機的控制，同時實現(xiàn)繼電器KM1、KM2、KM3之間的互鎖，使一臺水泵在某一特定時間下只能工作在變頻調(diào)速、軟啟動、工頻運行之中的一種狀態(tài)，否則系統(tǒng)將發(fā)生紊亂，造成難以估計的損失和后果。同理，其他水泵的控制原理與上述相同。需要注意的是，在某一特定時間時，有且只能有一臺水泵電機公變頻運行，有且最多有一臺水泵電機軟啟動，對工頻運行的電機數(shù)目則沒有限制。3.4可編程控制器的外圍擴展接線圖及I/O口分配根據(jù)對以上PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計分析可知，PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾個要求：（1）可編程控制器通過對供水管網(wǎng)供

50、水壓力的監(jiān)測，與系統(tǒng)設定值進行比較，從而通過變頻器對水泵電機轉速進行控制，或在特定時刻增加或減少水泵電機，實現(xiàn)供水管網(wǎng)恒壓供水的目的。（2）當系統(tǒng)需要增加或減少水泵時，對各臺水泵電機的工作時間進行比較，增加工作時間最短的水泵，減少工作時間最長的水泵。從而使各臺水泵的整體工作時間大體相等，達到五臺水泵電機等時運行的目的，從而增加系統(tǒng)的整體使用壽命。（3）在增加工頻泵時，首先要通過軟啟動器帶動水泵軟啟動，當水泵電機達到額定轉速時，再將水泵電機切換到工頻運行狀態(tài)；同時系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)手動運行與自動運行之間的切換，以便于員工對系統(tǒng)各部分的檢修。（4）為了確保系統(tǒng)是在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運行，系統(tǒng)的控制核心可

51、編程控制器要對系統(tǒng)各個部分進行監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)某部分出現(xiàn)問題時，要及時的通知工作人員盡快的維修，因此系統(tǒng)要有相對完善的報警功能。根據(jù)以上對系統(tǒng)要求的描述以及前面對整個系統(tǒng)的分析，可以繪制可編程控制器以及外圍模塊的擴展接線圖，如圖3.5所示：圖3.5 可編程控制器以及外圍模塊的擴展接線圖其中可編程控制器及其外部模的I/O口引腳功能如下表所示：表3.2 PLC及外部擴展模塊引腳功能引腳功能I0.0系統(tǒng)啟動停止旋轉開關SFI0.1液位傳感器低液位信號I0.2變頻器報警信號I0.31號水泵過載保護BB1I0.42號水泵過載保護BB2I0.53號水泵過載保護BB3I0.64號水泵過載保護BB4I0.75號水

52、泵過載保護BB5I1.0消鈴按鈕Q0.01號水泵變頻運行接觸器KM1及指示燈PG3Q0.11號水泵軟啟動接觸器KM2及指示燈PG2Q0.21號水泵工頻運行接觸器KM3及指示燈PG1Q0.32號水泵變頻運行接觸器KM4及指示燈PG6Q0.42號水泵軟啟動接觸器KM5及指示燈PG5Q0.52號水泵工頻運行接觸器KM6及指示燈PG4Q0.63號水泵變頻運行接觸器KM7及指示燈PG9Q0.73號水泵軟啟動接觸器KM8及指示燈PG8Q1.03號水泵工頻運行接觸器KM9及指示燈PG7Q1.14號水泵變頻運行接觸器KM10及指示燈PG12Q2.04號水泵軟啟動接觸器KM11及指示燈PG11Q2.14號水泵工

53、頻運行接觸器KM12及指示燈PG10Q2.25號水泵變頻運行接觸器KM13及指示燈PG15Q2.35號水泵軟啟動接觸器KM14及指示燈PG14Q2.45號水泵工頻運行接觸器KM12及指示燈PG13Q2.5變頻器故障指示燈PG16Q2.6水池液位傳感器低液位報警指示燈PG17Q2.7報警電鈴PB以上是對變頻器恒壓供水系統(tǒng)中可編程控制器及其外部擴展模塊的接線設計和對個I/O之間的定義。但上面的外圍接線圖并不是嚴格意義上的外部接線情況，它忽略了以下的幾個部分：（1）電源外部的抗干擾電路設計；（2）系統(tǒng)在輸出信號部分的保護措施（3）一些模塊的部分用于擴展的引腳未給出（4）系統(tǒng)的保護措施。4 恒壓供水系

54、統(tǒng)的軟件設計4.1 PLC程序設計軟件及編程語言介紹由前面對PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設計的介紹，可知本設計中采用西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC，因此，在編程時，本設計采用西門子公司推出的STEP-MicroWIN-40編程軟件對該系統(tǒng)設計程序。在該軟軟中，提供了三種編程語言，分別為梯形圖（LAD）語言、語句表（STL）語言以及功能塊圖（FBD）語言。梯形圖（LAD）編程語言是以上三種編程語言中最接近于繼電器接觸器電氣控制原理圖的編程語言，是目前應用最為廣泛且最基本最常用的編程語言，西門子S7-200PLC屬于小型PLC，主要適用于小規(guī)模典型的電器順序邏輯系統(tǒng)，因此梯形圖更是它的主要編程語

55、言，本系統(tǒng)在進行軟件設計時就是采用梯形圖進行編程。語句表（STL）語言與計算機匯編語言類似，也是S7-200PLC中常用的編程語言之一，但同時語句表不直觀的缺陷非常突出，因此在一般情況下，應用于繁雜的計算、中斷等場合中。功能塊圖（FBD）語言是一種基于電子器件門電路邏輯運算形式的編程語言,利用功能塊圖可以查看到普通邏輯門圖形的邏輯盒指令，該編程語言沒有梯形圖的觸點和線圈，但與之等價的指令，作為指令盒出現(xiàn)，功能塊圖中各部分模塊都有輸入端和輸出端，輸入端和輸出端的關系使用與、或、非等邏輯運算，各模塊的連接方式與電路連接方式相同，但該方式在我國較少適用。4.2 恒壓供水控制系統(tǒng)主程序PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)程序主要包含：（1）初始化子程序（2）供水壓力給定值設定（3）系統(tǒng)增減泵延時（4）水泵電機工作時間比較（5）水泵電機的運行邏輯控制（6）報警。其中各部分的功能如下：（1）初始化子程序：系統(tǒng)開始運行時，首先對整個系統(tǒng)進行初始化設置，其中主要是對變頻器頻率的上下限頻率、PID控制的各個參數(shù)根據(jù)用戶需求進行初始化設置，在參數(shù)