变频器与PLC技术在恒压供水系统中的应用要点.doc

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1、 毕业设计（论文）任务书系 部：电气工程系专 业：自动化技术姓 名: 学 号: 题 目：变频器与PLC技术在恒压供水系统中的应用起迄日期: 设计(论文) 地点: 指 导 教 师: 专 业 负 责 人： 发任务书日期: 年 10月 10日毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 市网来水用高低水位控制器来控制注水阀它们自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。日常用水和消防用水共用三台泵，平时电磁阀处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，使生活供水在

2、恒压状态（生活用水低恒压值）下进行；当有水灾发生时，电磁阀得电，关闭生活用水管网，三台泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。火灾结束后，三台泵再改为生活供水使用。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：内容： 水泵电机是输出环节，转速由变频器控制实现边流量恒压控制。变频器接受控制器的信号对水泵进行速度控制，控制器综合给定信号与反馈信号后，向变频器输出运转频率指令。压力传感检测管网出水压力，并将其转为控制器可接受的模拟信号进行调节。要求： （1）生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行；

3、 （2）三台泵根据恒压的需要，采取“先开先停”的原则接入和退出； （3）在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3h,则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长； （4）三台泵在启动时要有软启动功能； （5）要有完善的报警功能； （6）对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求：用变频技术及PLC技术来实现恒压供水。图表清晰易懂、事物连接端口可以从图表上看清。硬件需要实现兼容。4主要参考文献：1、工厂电器控制技术 李振安 华中科技大学出版社 1999年4

4、月2、三菱变频器用户指南 赵明 重庆大学出版社 2004年6月3、可编程控制器实用技术 张万忠 北京航空航天大学出版社 1992年4月4、PLC在供求系统中的应用 李俊秀 西安电子科技大学出版社 2004年9月毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容 查阅资料、理论设计、设计结构框架软硬件设计程序调试、完善设计报告撰写、修改、成文毕业答辩所在专业教研室审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系部领导： 年 月 日摘 要该毕业设计对环保、节能、自动补压型给水设备作了介绍。以PLC电路控制方式，介绍了智能水压控制系统的工作原理及PLC控制

5、系统。在分析水压控制的工作流程的基础上，给出了PLC控制系统的硬件和软件设计。智能水压控制系统的基本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器（PLC）构成控制系统，进行优化控制,完成供水压力的恒定控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入变频器运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。关键词: PLC、压力传感器、变频器PID运算、PLC控制、恒压供水、软启动。AbstractBe graduation p

6、ractices turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation , automation introduce that. Introduced the intelligent hydraulic pressure control system principle of work and the PLC control system. In in the analysis hydraulic pressure co

7、ntrol work flow foundation, has produced the PLC control system hardware and the software design. The intelligent hydraulic pressure control system basic control strategy is: Uses the electric motor speeder and the programmable controller (PLC) constitutes the control system, carries on the optimize

8、d control,Completes the water supply pressure the constant control, when pipe network current capacity change achieved the stable water supply pressure and saves the electrical energy the goal. The system control goal is the pumping station main pipe water leakage pressure, the system hypothesis car

9、ries on the comparison for the hydraulic pressure value and the feedback main pipe pressure actual value, after its interpolation inputs CPU operation processing, sends out the control command, the control pumps the electric motor to throw transports the Taiwan number and the movement variable displ

10、acement pump electric motor rotational speed, thus achieved stabilizes for thewater main pipe pressure in hypothesis Pressure.Keyword:PLC、Pressure sensor 、Frequency transformer PID arithmetic、PLC controlled 、The constant voltage supplies water、Softstart目录1 引言 42 可编程控制器（PLC）2.1 可编程控制器的基础知识 52.2 选用PLC

11、系统的依据 72.3 本系统PLC的选型 82.4 节省PLC输入输出点数的方法 92.5可编程控制器的调试步骤 123 系统总方案设计3.1双恒压供水系统的主体结构 133.2 系统工作原理 133.3 系统硬件设计及控制系统软件设计方法 133.4系统要实现的功能及其控制要求 144 系统设计4.1 分析评估 164.2 电气控制系统原理图165 双恒压供水系统PLC控制5.1 控制系统的IO点及地址分配 205.2 系统调试 215.3系统程序设计 21结束语 27致谢 28参考文献书目 291 引言随着人民生活水平的日趋提高，新技术和先进设备的应用 ，使给供水设计得到了发展的机遇，当前

12、住宅建筑的小区规划趋向于更具人性化的多层次住宅组合，不再仅仅追求立面和平面的美观和合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战 。 双恒压供水系统在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水网网系出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水池、气压罐等设施来实现。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，利用变频器、PID调节器、传感器、PLC等器件的有机结合，构成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压

13、供水。该技术已在供水行业普及。我们的设计采用一台变频器和PLC来控制两台水泵的“单双、双单”切换运行，实现双恒压供水的稳定 。2 可编程控制器（PLC）可编程逻辑控制器（Programmable Logical Controller）,简称PLC。它是20世纪70年代以来以微机处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。由于它具有功能强、可靠性高、配制灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，被广泛应用于自动化控制的各个领域。21可编程控制器的基础知识1.PLC的起源 PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世，人们就开始用导

14、线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。 目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。 PL

15、C之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。2 特点可编程控制器之所以能够得到迅速发展和广泛应用，主要是由于它具有以下特点：（1） 可靠性高、抗干扰能力强（2） 编程简单、易于掌握（3） 功能完善、灵活方便（4） 体积小、质量轻、功耗低 3 分类通常，PL

16、C产品可按结构形式、控制规模等进行分类。（1） 按结构形式分类 按结构形式不同，可以分为整体式和模块式两类.整体式的PLC是将电源、CPU、存储器、输入/输出单元等各个功能部件集成在一个机壳里，从而具有结构紧凑、体积小、价格低等优点，许多小型PLC多采用这种结构。（2） 按控制规模分类 按控制规模大小，可以分为小型、中型和大型PLC三种类型。1） 小型PLC。小型PLC的I/O点数在256点以下，存储容量在2k步以内，其中输入输出点数小于64点的PLC又称超小型，具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能。2） 中型PLC。中型PLC的开关量I/O点数通常在2562048点之间，用

17、户程序存储器的容量为28k步，除具有小型机的功能外，还具有较强的模拟量I/O、数字计算、过程参数调节等功能。3） 大型PLC。又称高档PLC，I/O点数在2048点以上，用户程序存储器的容量为8k步以上，其中I/O点数大于8192点的又称为超大型PLC，除具有中型机的功能外，和具有较强的数据处理、模拟调节、特殊功能函数运算、监视、纪录、打印等功能。4. PLC的功能 1) 数据采集与输出。 2) 控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3) 数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。4) 输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完

18、成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5) 通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 6) 支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决

19、策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7) 编程、调试等，并且大部分支持在线编程。5 组成PLC是以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其硬件结构与微型计算机控制系统相似，也有硬件和软件两大部分组成，在此不作详细说明。22选用PLC控制系统的依据随着PLC技术的不断发展，PLC的应用范围日益广泛，使得当今的电器工程技术人员在设计电气控制系统时，会有更多的机会考虑选用PLC控制。在传统的计算器接触器控制系统和PLC控制系统、微机控制系统这三种控制方式中究竟选取哪一种更合适，这需要从技术上的适用性、经济上的合理性进行各方面的比较论证。这里提供以下几点依据，以供在考虑是否选用PLC

20、控制时参考：1） 输入、输出量以开关量为主，也可有少量模拟量。2） I/O点数较多，这是一个相对的概念。在20世纪70年代，人们普遍认为I/O点数在70点以上选用PLC才合算；到了80年代，降为40点左右；现在，随着PLC性能价格比的不断提高，当总点数达10点以上就可以考虑选用PLC了。3） 控制对象工艺流程比较复杂，逻辑设计部分用继电器控制难度较大。4） 有较大的工艺变化或控制系统扩大的可能性。5） 现场处于工业环境，而又要求控制系统具有较高的可靠性。6） 系统的调试比较方便，能在现场进行。7） 现场人员有条件掌握PLC技术。2.3 本系统PLC的选型当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选

21、择PLC就成为最重要的事情。一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC及外设。对第一个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I0点找出来，包括开关量IO和模拟量IO以及这些IO点的性质。IO点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器型还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220 V的接触器、电磁阀，又有直流24 V的指示灯，则最后选用的PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220 V的负载使用，则直

22、流24 v的负载只能使用其他组的输出端了。这样有可能造成输出点数的浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220 V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用最多，但对于要求高速输出的情况，如运动控制时的高速脉冲输出，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。知道这些以后，就可以定下选用多少点和IO是什么类型的PLC了。对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特

23、殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、IO点数相当的PLC的价格能相差40以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因素。PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元、显示设定单元、位置控制单元或热电偶单元等。从上节分析可以知道，系统共有开关量输入点6个、开关量输出点12个；模拟量输入点一个、模拟量输出点1个。如果选用CPJ 224 PLC，也需要扩展单元；如果选用CPU 226 PLC，则价格较高，浪费

24、较大。参照西门子S7200产品目录及市场实际价格，选用主机为CPU 222(8入6继电器输出)一台，加上一台扩展模块EM 222(8继电器输出)，再扩展一个模拟量模块EM 235(4AI1AO)。这样的配置是最经济的。整个PLC系统的配置如图1所示。图1 PLC系统组成24节省PLC输入输出点数的方法PLC在实际应用中经常会碰到两个问题：一是PLC的输入输出点数不够，需要扩展，然而PLC的每个输入输出点平均价格在数十元以上，增加扩展单元将提高成本；二是选定的PLC可扩展的输入或输出点数有限，无法再增加。因此，在满足系统控制要求的前提下，合理使用I/O点数，尽量减少所需的I/O点数是很有意义的问

25、题。1、 减少输入点数的方法从表面上看，PLC的输入点数是按系统的输入设备或输入信号的数量来确定。但实际应用中，经常通过以下方法，可达到减少PLC输入点数的目的。.分时分组输入 一般控制系统都存在多种工作方式，但各种工作方式又不可能同时运行。所以可将这几种工作方式分别使用的输入信号分成若干组，PLC运行时只会用到其中的一组信号。因此，各组输入可共用PLC的输入点，这样就使所需的PLC输入点数减少。如图 2 所示，系统有“自动”和“手动”两种工作方式。将这两种工作方式分别使用的输入信号分成两组：“自动输入信号 Sl 一 S8 ”、“手动”输入信号 Ql 一 Q8 。两组输人信号共用 PLC输入点

26、 X000一X007 （如 Sl 与 Ql 共用 PLC 输入点X000）。用“工作方式”选择开关 SA 来切换“自动”和“手动”信号输入电路，并通过X000让PLC 识别是“自动”信号，还是“手动”信号，从而执行自动程序或手动程序。图中的二极管是为了防止出现寄生电路，产生错误输入信号而设置的。假设图中没有这些二极管，当系统处于“自动”状态，若 Ql 、Q2、 Sl 闭合， S2 断开，这时电流从 L 端子流出，经 Sl 、 Ql 、Q2形成寄生回路流入 X001端子，使输入继电器 X001错误地接通。因此，必须串入二极管切断寄生回路，避免错误输入信号的产生。 输入触点的合并 将某些功能相同的

27、开关量输入设备合并输入。 图2分时分组输入图 图3输入触点合并如果是常闭触点则串联输入；如果是常开触点则并联输入。这样就只占用 PLC 的一个输入点。一些保护电路和报警电路就常常采用这种输入方法。例如某负载可在多处起动和停止，可以将三个起动信号并联，将三个停止信号串联，分别送给 PLC 的两个输入点，如图 3所示。与每一个起动信号和停止信号占用一个输入点的方法相比，不仅节省了输入点，还简化了梯形图电路。 将信号设置在 PLC 之外系统中的某些输入信号功能简单、涉及面很窄下如手动操作按钮、电动机过载保护的热继电器触点等，有时就没有必要作为 PLC 输入，将它们放在外部电路中同样可以满足要求。如果

28、外部硬件连锁电路过于复杂，则应考虑仍将有关信号送入PLC 中，用梯形图实现连锁。如图4石所示。2、减少输出点数的方法矩阵输出 图 5中采用 8 个输出组成 4*4 矩阵，可接 16 个输出设备。要使某个负载接通工作，只要控制它所在的行与列对应的输出继电器接通即可。要使负载 KM1 得电，必须控制 Y 000和 Y 004输出接通。因此，在程序中要使某一负载工作均要使其对应的行与列输出继电器都要接通。这样用 8 个输出点就可控制 16 个不同控制要求的负载。应该特别注意：当只有某一行对应的输出继电器接通，各列对应的输出继电器才可任意接通；或者当只有某一列对应的输出继电器接通，各行对应的输出继电器

29、才可任意接通的。否则将会出现错误接通负载。因此，采用矩阵输出时，必须要将同一时间段接通的负载安排在同一行或同一列中，否则无法控制。图4 输入信号设在PLC外部 图5矩阵输出分组输出 当两组负载不会同时工作，可通过外部转换开关或通过受 PLC 控制的电器触点进行切换，这样 PLC 的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。当两组负载不会同时工可通过作，外部转换开关或通过受 PLC 控制的电器触点进行切换，这样 PLC 的每个输出点可以控制两个不同时工作的负载。如图 6所示。KM1 、 KM3 、 KMS , KMZ 、 KM4 、 KM6 这两个组不会同时接通，可用外部转换开关 SA 进行切换。

30、 并联输出 当两个通断状态完全相同的负载，可并联后共用PLC 的一个输出点。但要注意 PLC 输出点同时驱动多个负载时，应考虑 Pl 尤点的驱动能力是否足够。 负载多功能化 图 6分组输出 一个负载实图多种用途。例如在传统的继电器电路中，一个指示灯只指示一种状态。而在 PLC 系统中，利用 PLC 编程功能，很容易实现用一个输出点控制指示灯的常亮和闪烁，这样一个指示灯就可表示两种不同的信息，从而节省了输出点数。某些输出设备可不进 PLC 系统中某些相对独立、比较简单的部分可考虑直接用继电器电路控制。以上只是一些常用的减少 PLC 输入输出点数的方法，可供读者参考。25可编程控制器的调试步骤1.

31、 按照PLC的接线原理图连接好线路，进行线路检查并作好通电的准备。2.接通PLC的电源，置于运行状态并观察其是否正常，发现异常应立即切断电源。3. PC与PLC实现连接并保障通讯可靠，清除PLC的原有内存，将编制好的梯形图程序传入PLC。4.按照控制工艺要求进行操作，进入PLC的监控界面观察梯形图的运行情况5. 退出PLC的编程界面，再次进行操作并观察双恒压供水系统的监控过程。3 系统总方案设计3.1双恒压供水系统的主体结构 变频控制系统是该系统是核心部分，整个系统结构如图3.1所示图7 双恒压供水系统结构框图3.2 系统工作原理如图3.1所示，图中水泵电机是输出环节，转速由变频器控制实现边流

32、量恒压控制。变频器接受控制器的信号对水泵进行速度控制，控制器综合给定信号与反馈信号后，向变频器输出运转频率指令。压力传感检测管网出水压力，并将其转为控制器可接受的模拟信号进行调节。3.3 系统硬件设计及控制系统软件设计方法 系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。硬件系统设计主要包括PLC及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。软件系统设计主要指编制PLC控制程序。选定PLC及其扩展模块(如需要的话)和分配完IO地址后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统原理图的设计，电气控制元器件的选择和控制柜的设计。电气控制系统原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的IO接线和自动部

33、分、手动部分的详细连接等，有时还要在电气原理图中标上器件代号或另外配上安装图、端子接线图等，以方便控制柜的安装。电气元器件的选择主要是根据控制要求选择按钮、开关、传感器、保护电器、接触器、指示灯和电磁阀等。控制系统软件设计的难易程度因控制任务而异，也因人而异。对经验丰富的工程技术人员来说，在长时间的专业工作中，受到过各种各样的磨练，积累了许多经验，除了一般的编程方法外，更有自己的编程技巧和方法。但不管怎么说，平时多注意积累和总结是很重要的。在程序设计时，除IO地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器(M)、定时器(T)、计数器(C)和存储单元(V)以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程

34、序和阅读程序。在编程语言的选择上，用梯形图编程还是用语句表编程或使用功能图编程，这主要取决于以下几点：(1)有些PLC使用梯形图编程不是很方便(例如书写不便)，则可用语句表编程，但梯形图总比语句表直观。(2)经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。(3)如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。软件设计和硬件安装可同时进行，这样做可以缩短工期。3.4系统要实现的功能及其控制要求1. 系统要实现的功能市网来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀YVI，它们自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。水池的高低水位信号也直接送给PL

35、C，作为低水位报警用。为了保证供水的连续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。生活用水和消防用水共用三台泵，平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，使生活供水在恒压状态(生活用水低恒压值)下进行；当有火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水管网，三台泵供消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态(消防用水高恒压值)下进行。火灾结束后，三台泵再改为生活供水使用。如图3.4所示图8生活/消防双恒压供水系统工艺流程图所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延

36、长了电机的使用寿命。既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。2.系统控制要求对三泵生活消防双双恒压供水系统的基本要求是：(1)生活供水时，系统应低恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行；(2)三台泵根据恒压的需要，采取“先开先停”的原则接入和退出；(3)在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过3 h，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长；(4)三台泵在启动时要有软启动功能；(5)要有完善的报警功能；(6)对泵的操作要有手动控制功能，手动只在应急或检修时临时使用

37、。4 系统设计4.1 分析评估 随着PLC功能的不断提高和完善，PLC几乎可以完成工业控制领域的所有任务。但PLC还是有它最适合的应用场合，所以在接到一个控制任务后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制装备(PLC、单片机、DCS或IPC)来完成该任务最合适。比如仪器及仪表装置、家电的控制器就要用单片机来做；大型的过程控制系统大部分要用DCS来完成。而PLC最适合的控制对象是：工业环境较差，而对安全性、可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为主的工业自控系统或装置。其实，现在的可编程序控制器不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下，也可取代工业控制计算机

38、(IPC)作为主控制器，来完成复杂的工业自动控制任务。 控制对象及控制装置(选定为PLC)确定后，还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC完成。另外，如紧急停车等环节，对主要控制对象还要加上手动控制功能，这就需要在设计电气系统原理图与编程时统一考虑。4.2 电气控制系统原理图 电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及PLC外围接线图。1主电路图如图9所示为电控系统主电路。三台电机分别为M1、M2、M3。接触器KMl、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制M

39、1、M2、M3的变频运行，FRl、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器；QFl、QR2、QF3、QF4分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器，VVVF、为简单的一般变频器。图9电控系统住电路2控制电路图如图10所示为电控系统控制电路图。图中SA为手动自动转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态；打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SBlSB8控制三台泵的启停和电磁阀YV2的通断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。由于电磁阀YV2没有触点，所以要使用一个中间断电器KAl间接控制YV2，来实现YV2的手动自锁功能。图中的HL10为自动运

40、行状态电源指示灯。对变频器频率进行复位时只提供一个干触点信号，由于PLC为4个输出点为一组共用一个COM端，而本系统又没有剩下单独的COM端输出组，所以通过一个中间继电器KA的触点对变频器进行复频控制。图中的Q0.0Q0.5及Q1.0Q1.5为PLC的输出继电器触点，它们旁边的4、6、8等数字为接线编号，可结合图4.2.3一起读图。图10 电控系统控制电路3PLC外围接线图如图11所示为PLC及扩展模块外围接线图。火灾时，火灾信号SAl被触动，I0.0为1。实际使用时还必须考虑许多其他因素，这些因素主要包括： (1)直流电源的容量； (2)电源方面的抗干扰措施； (3)输出方面的保护措施； (

41、4)系统保护措施。图11 恒压供水控制系统PLC及扩展模块外围接线5 双恒压供水系统PLC控制5.1 控制系统的IO点及地址分配输入输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，IO地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有IO地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，让装配人员根据线路图和安装图安装控制柜。分配输出点地址时，要注意一些负载类型的问题。本控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如表5.1所列。水位上下限信号；分别为I0.1、I0.2，它们在水淹没时为0，露出时为1。表5.1 程序中使用的元器件及功能5.2 系统调试

42、系统调试分模拟调试和联机调试。硬件部分的模拟调试可在断开主电路的情况下，主要试一试手动控制部分是否正确。 软件部分的模拟调试可借助于模拟开关和PLC输出端的输出指示灯进行。需要模拟量信号IO时，可用电位器和万用表配合进行。调试时，可利用上述外围设备模拟各种现场开关和传感器状态，然后观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试。现在PLC的主流产品都可在PC机上编程，并可在电脑上直接进行模拟调试。 联机调试时，可把编制好的程序下载到现场的PLC中。有时PLC也许只有这一台，这时就要把PLC安装到控制柜相应的位置上。调试时一定要先将主电路断电，只对控制电路进行联调即可。通过现场联调信号

43、的接入常常还会发现软硬件中的问题，有时还要对某些控制功能进行改进，这种情况下，都要经过反复测试系统后，才能最后应用。 系统完成后一定要及时整理技术材料并存档，不然一但出现问题会需要几倍的辛苦来做这件事。这也是作为一名工程技术人员良好的习惯之一。5.3 系统程序设计 本程序分为三部分：主程序、子程序和中断程序。 逻辑运算及报警处理等放在主程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可节省扫描时间。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。生活供水时系统设定值为满量程的70，消防供水时系统设定值为满量程的90%。在本系统中，只是用比例(P)和积分(I)控制，其回路增益和时间常

44、数可通过工程计算初步确定，但还需要进一步调整以达到最优控制效果。初步确定的增益和时间常数为： 增益KC=0.25； 采样时间Ts=0.2 s ； 积分时间Ti=30 min 。双恒压供水系统的梯形图程序及程序注释如图5.3所示。对该程序有几点说明：(1)因为程序较长，所以读图时请按网络标号的顺序进行；(2)本程序的控制逻辑设计针对的是较少泵数的供水系统；(3)本程序不是最优设计； 结束语：1、生活供水系统采用变频供水设备可改善供水水质，且自动化程度高，又是国家节能推广技术，但若选择使用不当，又会造成电能浪费，因此建议设计人员和用户在方案确定之前应根据用水性质、用水特点、用水规模、设备投资等因素综合考虑，在保证可靠供水前提下，充分发挥变频调速的节能潜力。 2、消防变频供水设备自动化程度高，系统响应迅速，实战性强，同时设备分布相对集中，配置简单，便于管理和维护，建议用户应根据自身工程特点合理选用。 本设计由于场地设备及自身经验的缺乏必然存在许多不足之处，希望指导老师指正并给予建议！致谢本课题能得以顺利完成，除了个人努力还要感激那些曾经帮助过我、关心过我们的人们。当我在工作上遇到困难时，是他们给予了我们无微不至的