基于西門(mén)子PLC的恒壓供水系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7233基于西門(mén)子PLC的恒壓供水系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)案例 1208291.1系統(tǒng)控制流程 1270751.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 2242721.2.1模擬量采集功能程序 3216561.2.2水泵的工頻/變頻啟動(dòng)停止程序 413781.2.3液位控制程序 5188981.2.4狀態(tài)切換程序 642401.2.5水泵的循環(huán)加壓程序 71.1系統(tǒng)控制流程在硬件設(shè)計(jì)部分，對(duì)系統(tǒng)提出了幾個(gè)要求，即先啟先停、變頻泵不連續(xù)工作3h以上、KM1和KM2、KM3和KM4、KM5和KM6互鎖、水泵軟啟動(dòng)。當(dāng)硬件電路設(shè)計(jì)完成后，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該符合以下幾個(gè)規(guī)范：水泵開(kāi)啟數(shù)量方面。為了恒定水壓，當(dāng)供水壓力不足時(shí)，要升高變頻器的輸出頻率，且當(dāng)一臺(tái)水泵不能滿足恒壓時(shí)，需要開(kāi)啟第二臺(tái)水泵。啟動(dòng)新的水泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器輸出頻率達(dá)到上限值，這個(gè)功能使用比較指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以要過(guò)濾掉偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限值情況，這個(gè)功能用時(shí)間濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)。水泵軟啟動(dòng)及交替使用?？紤]水泵水泵及電網(wǎng)穩(wěn)定性，電機(jī)啟動(dòng)均為軟啟動(dòng)。在這次設(shè)計(jì)中，控制要求各水泵交替使用，任何一臺(tái)水泵連續(xù)變頻工作不超過(guò)3h，每次需要啟動(dòng)新泵時(shí)，新泵作為變頻泵。采用泵號(hào)加1方法循環(huán)控制泵的變頻運(yùn)轉(zhuǎn)。本程序分為主程序、PID給定程序、頻率給定程序和加壓程序。系統(tǒng)初始化放在初始化子程序當(dāng)中，節(jié)省了掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序壓力值給定、泵組工頻或變頻運(yùn)轉(zhuǎn)邏輯控制、報(bào)警處理等。PLC控制程序由一個(gè)主程序和初始化子程序、中斷子程序組成，在計(jì)算機(jī)上用編程軟件博圖v14編制程序，編譯后將其下載到PLC中，使得PLC完成控制任務(wù)。在用梯形圖編程之前首先要完成程序流程圖，根據(jù)系統(tǒng)的要求，繪制流程圖如下，主程序流程圖如圖1.1所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC1系統(tǒng)流程圖從程序流程圖圖1.1可以看出主程序包含的內(nèi)容。首先調(diào)用初始化子程序，設(shè)置壓力值、變頻泵號(hào)、上下限頻率等信號(hào)，然后進(jìn)入檢測(cè)是否需要加泵或者減泵。在程序的中間，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)控制功能，即變頻泵號(hào)不斷增加，逢4變1，并且在變頻泵單獨(dú)運(yùn)行3h時(shí)實(shí)現(xiàn)自行倒泵，接下來(lái)進(jìn)入各泵的變頻運(yùn)行控制和工頻運(yùn)行控制，在程序后半部實(shí)現(xiàn)報(bào)警等功能。1.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)在第二章完成了硬件的設(shè)計(jì)及選型，而系統(tǒng)是為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制是通過(guò)PLC程序?qū)崿F(xiàn)，即接下開(kāi)所要提到軟件設(shè)計(jì)，聯(lián)系系統(tǒng)的控制要求，對(duì)供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分析如下：(1)恒壓供水系統(tǒng)對(duì)水泵的要求在恒壓供水系統(tǒng)中水壓變化時(shí)需要對(duì)水泵的頻率進(jìn)行調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)水壓的恒定，每當(dāng)管網(wǎng)中水壓下降時(shí)需要提高控制水泵的變頻器頻率，而且當(dāng)一臺(tái)水泵無(wú)法滿足要求時(shí)需要增加水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓。決定是否啟動(dòng)新泵是根據(jù)變頻器所輸出頻率是否達(dá)到上限，此功能可根據(jù)PLC的內(nèi)置程序進(jìn)行判斷。(2)水泵機(jī)組的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)在恒壓供水系統(tǒng)中為了減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，對(duì)每臺(tái)水泵實(shí)行變頻軟啟動(dòng)。而且為了防止每臺(tái)電機(jī)工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)電機(jī)造成損壞，對(duì)每臺(tái)電機(jī)的工作時(shí)間進(jìn)行了規(guī)定。在該設(shè)計(jì)中，對(duì)一臺(tái)水泵的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為3h，那么在每次運(yùn)行新水泵或轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l泵時(shí)，以新運(yùn)行電機(jī)為變頻模式時(shí)是合理的。具體的執(zhí)行為:把正在工作的水泵從變頻器上移除，切換到工頻狀態(tài),并將變頻器復(fù)位作用于新啟動(dòng)的水泵。水泵工作的標(biāo)準(zhǔn)還涉及到水泵的工作循環(huán)控制問(wèn)題，本設(shè)計(jì)中采用對(duì)泵號(hào)加1的模式對(duì)水泵進(jìn)行變頻循環(huán)管理；通過(guò)對(duì)工頻泵的運(yùn)行數(shù)量和泵號(hào)對(duì)工頻泵進(jìn)行換泵操作。(3)主要程序功能的實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)程序模塊中包括系統(tǒng)主程序、模擬量轉(zhuǎn)換程序、水泵的循環(huán)加壓程序、給定頻率程序和PID調(diào)節(jié)程序。該恒壓供水系統(tǒng)使用PID來(lái)進(jìn)行采樣和輸出控制?？刂瞥绦蛴脕?lái)實(shí)現(xiàn)泵變換信號(hào)的產(chǎn)生以及綜合報(bào)警信號(hào)的處理。模擬量轉(zhuǎn)換程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)模擬量到開(kāi)關(guān)量的變換。水泵的循環(huán)加壓程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)水泵的變工頻的切換以及加泵減泵的控制。給定頻率程序用來(lái)對(duì)變頻器的設(shè)定頻率和系統(tǒng)的工作程序進(jìn)行比較。該恒壓供述系統(tǒng)的主程序包括系統(tǒng)主程序、模擬量轉(zhuǎn)換程序、水泵的循環(huán)加壓程序、給定頻率程序和PID調(diào)節(jié)程序。主要的程序包括對(duì)變頻器上下限頻率的設(shè)定，PID調(diào)節(jié)初始化參數(shù)的設(shè)定，水泵循環(huán)加壓的設(shè)定，設(shè)定頻率和工作頻率的比較以及水泵軟啟動(dòng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)所有程序的編寫(xiě)都是在博途上進(jìn)行的，在編譯成功后通過(guò)PC/PPI電纜把程序下載到PLC，控制整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行。1.2.1模擬量采集功能程序主程序中包括模擬量采集功能，其中包括壓力采集功能、液位采集功能變頻器功率反饋功能和變頻器電流反饋功能，這幾個(gè)功能通過(guò)使用系統(tǒng)功能塊FB和數(shù)據(jù)塊DB來(lái)完成。模擬量采集模塊圖如圖1.2所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC2模擬量采集模塊程序圖1.2.2水泵的工頻/變頻啟動(dòng)停止程序水泵的手動(dòng)狀態(tài)下工頻啟動(dòng)停止是通過(guò)工頻中間量實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)切換到手動(dòng)模式按下手動(dòng)工頻啟動(dòng)按鈕時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)M8.1導(dǎo)通，常開(kāi)觸點(diǎn)M2.2導(dǎo)通，M1.3工頻中間量導(dǎo)通，Q0.0導(dǎo)通，1泵工頻啟動(dòng)，當(dāng)手動(dòng)停止1泵工頻運(yùn)行狀態(tài)、1#電機(jī)過(guò)載或1泵變頻啟動(dòng)時(shí)，1泵將停止工頻運(yùn)行，泵啟停時(shí)選擇對(duì)應(yīng)的功能塊。1泵的工頻啟停程序圖如圖1.3所示，泵啟停時(shí)選擇對(duì)應(yīng)的功能塊圖如圖1.4所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC3水泵工頻啟停程序圖在手動(dòng)狀態(tài)下M8.1導(dǎo)通，按下手動(dòng)變頻啟動(dòng)按鈕后M2.0導(dǎo)通，M1.1變頻中間量導(dǎo)通，Q0.1導(dǎo)通1泵以變頻模式運(yùn)行同時(shí)1泵停止工頻運(yùn)行，當(dāng)手動(dòng)停止1泵變頻運(yùn)行狀態(tài)、1#電機(jī)過(guò)載或1泵工頻啟動(dòng)時(shí)，1泵將停止變頻運(yùn)行。1泵變頻啟停程序如圖1.4所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC4水泵變頻啟停程序圖1.2.3液位控制程序當(dāng)水池液位低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)檢測(cè)到水池液位下限信號(hào)I0.1導(dǎo)通，在進(jìn)水閥打開(kāi)且沒(méi)有故障的前提下進(jìn)水電動(dòng)閥Q0.1就會(huì)開(kāi)啟，當(dāng)水池進(jìn)水閥出現(xiàn)故障I1.2會(huì)斷開(kāi)保護(hù)，可以通過(guò)手動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水閥來(lái)讓電動(dòng)閥I1.0關(guān)閉。進(jìn)水閥打開(kāi)控制梯形圖如圖1.5所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC5進(jìn)水閥打開(kāi)控制梯形圖當(dāng)水池液位達(dá)到上限時(shí)，會(huì)檢測(cè)到壓力上限I0.2導(dǎo)通，進(jìn)而關(guān)閉進(jìn)水閥Q1.1，當(dāng)水池進(jìn)水閥出現(xiàn)故障或者手動(dòng)關(guān)閉水池進(jìn)水閥時(shí)，進(jìn)水電動(dòng)閥也會(huì)關(guān)閉,進(jìn)水閥關(guān)閉控制梯形圖如圖1.6所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC6進(jìn)水閥關(guān)閉控制梯形圖在水池液位低但沒(méi)有達(dá)到壓力的上限保護(hù)點(diǎn)時(shí)，允許加壓進(jìn)水，當(dāng)水池壓力達(dá)到上限時(shí)I0.2會(huì)斷開(kāi)進(jìn)而斷開(kāi)M5.1，停止加壓。壓力控制程序圖如圖1.7所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC7壓力控制梯形圖1.2.4狀態(tài)切換程序本系統(tǒng)有兩種狀態(tài)，一種是手動(dòng)狀態(tài)另一種是自動(dòng)狀態(tài)，兩種狀態(tài)可以切換，當(dāng)按下自動(dòng)狀態(tài)按鈕時(shí)M0.0導(dǎo)通，進(jìn)而將自動(dòng)狀態(tài)M8.0置位，將手動(dòng)狀態(tài)M8.1復(fù)位，在自動(dòng)狀態(tài)下手動(dòng)狀態(tài)一直處于復(fù)位狀態(tài)系統(tǒng)重新開(kāi)機(jī)。自動(dòng)狀態(tài)選擇控制梯形圖如圖1.8所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC8自動(dòng)狀態(tài)選擇控制梯形圖手動(dòng)狀態(tài)的控制與自動(dòng)控制狀態(tài)的控制原理相同，當(dāng)按下手動(dòng)狀態(tài)控制按鈕時(shí)會(huì)將手動(dòng)狀態(tài)M8.1置位，將自動(dòng)狀態(tài)M8.0復(fù)位將系統(tǒng)重新開(kāi)機(jī)，手動(dòng)狀態(tài)選擇控制梯形如圖1.9所示。圖1.SEQ圖_3.\*ARABIC9手動(dòng)狀態(tài)選擇控制梯形圖1.2.5水泵的循環(huán)加壓程序在自動(dòng)狀態(tài)下會(huì)檢測(cè)運(yùn)行時(shí)間，每60秒發(fā)送一次脈沖通過(guò)一個(gè)上電模塊檢測(cè)并讀取運(yùn)行時(shí)間，設(shè)定切泵時(shí)間并轉(zhuǎn)換成分鐘，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間大于設(shè)置的時(shí)間，就會(huì)切換到另外一臺(tái)泵運(yùn)行