精品毕业论文多泵组消防供水控制器的设计.doc

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1、摘 要恒压供水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，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的优点是启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内，从而避免了启动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等使用寿命；可以消除启动和停机时的水锤效应。本文介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统能够根据运行负荷的变化自动调节供水系统水泵的数量和转速，不仅实现了变频恒压供水，并使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。文中详细介绍了系统的控制原理及硬件电路。关键词：

2、 变频器，恒压供水系统，PLCAbstractThis paper introduces a constant pressure water supple system. It can regulate aut-omatically the quantity and rotational speed of the water pump with the variation of the load. The controlling principle and the hardware circuit are presented in detail. The basic control strat

3、egy of the control system of constant pressure of water supply is: install the control system with motor speed adjustment and programmable logic controller (PLC), it carries out optimization control pump organization of the operation of speed adjustment, and adjusts the number of running pumps, comp

4、letes pressure of water supply closed-loop control system, reaches the steady pressure of water supply in the changing of rate of flow in the pipe net and the purpose of economizing electrical energy. The control goal of system is the effluent pressure of pump station. The systems advantage is that

5、starting steadily, the starting current may be restricted within specified current, so avoided the impact of electrical network when it starts; because the average rotational speed of pump is reduced, may prolong the using of pump and valve etc.; may eliminate water hammer effect when starts and sto

6、ps machines.Key words:Inverter, Constant pressure water supply system, PLC目 录1 绪论11.1 引言11.2 变频调速供水的目的和意义11.3 变频调速技术的特点及应用11.4 可编程序控制器的应用22 变频供水器控制系统的设计32.1 变频器的节能、调速原理32.2 变频器控制方式的选择32.2.1 电压空间矢量（SVPWM）控制方式42.2.2 矢量控制（VC）方式42.2.3 直接转矩控制（DTC）方式42.2.4 矩阵式交交控制方式52.3 变频供水器的设计方案52.4 变频供水器的工作原理63 变频供水控制器

7、的硬件设计63.1 主电路设计63.2 控制电路的设计73.3 PLC的配置83.3.1 EM235模拟量工作单元性能指标103.3.2 EM235的安装使用113.3.3 EM235工作程序编制114 PLC的设计124.1 PLC的编程语言124.2 PLC的编程结构功能图124.3 梯形图编程语言134.4 控制系统的主程序设置145 结束语错误！未定义书签。致谢15参考文献16附录1变频供水系统梯形图主程序17附录2变频供水系统梯形图子程序231 绪论1.1 引言随着变频调速技术的发展和人们对生活用水要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生

8、活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。 1.2 变频调速恒压供水的目的和意义用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水

9、和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。随着电力技术的发展，变频调速技术的日臻完善，以变频调速为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延

10、长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。1.3 变频调速技术的特点及应用通常在同一路供水系统中，设置多台常用泵，供水量大时多台泵全开，供水量小时开一台或两台。在采用变频调速进行恒压供水时，就用两种方式，其一是所有水泵配用一台变频器；其二是每台水泵配用一台变频器。后种方法根据压力反馈信号，通过PID运算自动调整变频器输出频率，改变电动机转速，最终达到管网恒压的目的，就一个闭环回路，较简单，但成本高。前种方法成本低，性能不比后种差，但控制程序较复杂，是未来的

11、发展方向，比如NKL-A系列恒压供水控制系统就可实现一变频器控制任意数马达的功能。1.4 可编程序控制器的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编

12、程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算

13、法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食

14、品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2 可编程变频恒压供水控制系统的设计2.1 变频器的节能、调速原理变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来

15、说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。一般使用的风机、水泵类它们额定风量、水量都超过实际需要，又因工艺的需要，往往运行中要改变风量、水量，而目前多数采用档板或阀门来调节的，虽然方法简单，但实质是人为增加阻力的办法。因此浪费大量电能，属不经济的调节方式。从流体力学原理可知，风机的风量、水泵的流量与电机转速及电机功率的关系如下： 当风机转速下降时，电动机的功率迅速降低，例风量下降到80，转速亦下降到80时，则轴功率下降到额定的51，若风量下降到50，轴功率将下降到额定的13，其节电潜力非常大，采用变频器调速方式有很强的节

16、电效果，其节电可达30-40效果十分明显15。2.2 变频器控制方式的选择低压通用变频输出电压为380650V，输出功率为0.75400kW，工作频率为0400Hz，它的主电路都采用交直交电路。其控制方式经历了以下四代。2.1U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负

17、载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。2.2.1 电压空间矢量（SVPWM）控制方式它是以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，一次生成三相调制波形，以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进，即引入频率补偿，能消除速度控制的误差；通过反馈估算磁链幅值，消除低速时定子电阻的影响；将输出电压、电流闭环，以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多，且没有引入转矩的调节，所以系统性能没有得到根本改善。2.2.2 矢量控制（VC）方式矢量控制变

18、频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用

19、中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。2.2.3 直接转矩控制（DTC）方式1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复

20、杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。2.2.4 矩阵式交交控制方式VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交直交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。为此，矩阵式交交变频应运而生。由于矩阵式交交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。矩阵式交交

21、变频具有快速的转矩响应（2ms），很高的速度精度（2，无PG反馈），高转矩精度（3）；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时（包括0速度时），可输出150200转矩15。因此，我们选用最后一种控制方式，矩阵式交-交控制方式。2.3 系统的设计方案恒压供水的基本控制策略是:采用可编程控制器（plc）与变频调速装置构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，即根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速和水泵的数量,自动补偿用水量的变化，以保证供水管网的压力保持在设定值,既可以满足生产供水要求，还可节约电能，使系统处于可靠工作状态，实现恒压供水

22、。变频调速恒压供水系统由变频器、泵组电机、供水管网、储水箱、压力变送器、plc控制单元等部分组成，控制系统原理图如图1所示。变频器P L C水 泵开关按钮水位信号压力变送器给定水压水 压图1可编程恒压供水控制原理框图其中变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。plc控制单元则是泵组管理的执行设备，同时，PLC控制单元可以根据用水量的实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和plc的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。水泵电机实现变频软启动,消除了对电网、

23、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。2.4 系统的工作原理该系统有手动和自动两种运行方式： 手动运行按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-4#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。 自动运行合上开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时变频器内嵌的PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，根据调节参数适当变频，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间（避免由于干扰而引起误动作）后，1#泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，2#泵变频启动，如水压仍不满足，则依次启动3#、4#泵，泵的切换

24、过程同上；若开始时1#泵备用，则直接启2#变频，转速从0开始随频率上升，如变频器频率到达50Hz而此时水压还在下限值，延时一段时间后，2#泵切换至工频运行，同时变频器频率由50Hz滑停至0Hz，3#泵变频启动，如水压仍不满足，则启动4#泵，泵的切换过程同上。如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据变频器内嵌的PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。 若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。3 控制系统的硬件设计3.1 主电路设计如上图2所示为电控系统主电路图。四台电机分别为M1、M2、M3、M4。接触

25、KM1、KM3、KM5、KM7分别控制M1、M2、M3、M4的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6、KM8分别控制M1、M2、M3、M4的变频运行，FR1、FR2、FR3、FR4分别为四台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4、QS5分别为变频器和四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2变频供水控制系统主电路图3.2 控制电路的设计图3所示电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动转换开关，SA打在2的位置为手动控制状态；打在1的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1-SB4控制四台水泵的启/停自动运行时，系统在PLC

26、程序控制下运行图中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位控制。图中的Q0.0-Q0.7及Q1.0-Q1.5为PLC输出继电器触点。HL1、HL3、HL5、HL7分别指示M1、M2、M3、M4工频工作状态，HL2、HL4、HL6、HL8分别指示M1、M2、M3、M4处于变频工作状态。图3控制电路电路图3.3 PLC配置PLC要能够识别和接受描述现场设备的开关量，同时要能够发出控制信号控制一些执行设备，以便对现场设备进行控制。PLC是通过I/O单元完成此工作的

27、。I/O单元是PLC与外部设备相互联系的通道，能输入/输出多种形式和驱动能力的信号，以实现被控设备与PLC的I/O接口之间的电平转换、电气隔离、串/并转换、A/D与D/A转换等功能。输入单元接受现场设备向PLC提供信号，包括人为的控制信号和能描述现场状态的开关量信号，例如由按钮、限位开关、继电器触点、接近开关、拨码器等提供的开关量。这些信号经过输入电路进行滤波、光电隔离、电平转换等处理后，变成CUP能够接受和处理的信号。输出单元将经过CUP处理的弱电信号通过光电隔离、功率放大等处理，转换成外部设备所需要的强电信号，以驱动各种执行元器件，如接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等。根据以上控制

28、要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示。水位上下限信号分别位I0.1、I0.2，它们在水淹没时为0，露出时为1。表1 输入输出点代码及地址编号信号名称代码地址编号输入信号开始按钮SAI0.0水池水位下限信号SLLI0.1水池水位上限信号SLHI0.2变频器报警信号SUI0.3消铃按钮SB9I0.4试灯按钮SB10I0.5远程压力信号UAIW0输出信号1#泵工频运行接触器及指示灯KM1，HL1Q0.01#泵变频运行接触器及指示灯KM2，HL2Q0.12#泵工频运行接触器及指示灯KM3，HL3Q0.22#泵变频运行接触器及指示灯KM4，HL4Q0.33#泵工频运行接触器及指

29、示灯KM5，HL5Q0.43#泵变频运行接触器及指示灯KM6，HL6Q0.54#泵工频运行接触器及指示灯KM7，HL7Q0.64#泵变频运行接触器及指示灯KM8，HL8Q0.7水池水位下限报警指示灯HL9Q1.0变频器故障报警指示灯HL10Q1.1火灾报警指示灯HL11Q1.2报警电铃HAQ1.3变频器频率复位控制KAQ1.4控制变频器信号UFAQW0从上面分析可知，系统共有开关量输入点6个、开关量输出点13个；模拟量输出点1个、模拟量输出点1个。如果选用CPU 224 PLC，也需要扩展单元；如果选用CUO 266 PLC则价格较高，浪费较大。参照S7 -200的产品目以及市场实际价格，选用

30、主机为CUP222（8入/6继电器输出）一台，加上一台扩展模块EM222（8继电器输出），再扩展一台模拟量模块EM235（4AI/1AO）。这样的配置是最经济的。S7-200PLC是德国西门子公司生产德一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC一样，因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CPU22*系列PLC。由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易的组成PLC网络9。PLC的普通输入输出端口均为开关量处理端口，了使PLC能完成模拟量的处理,常见的方法是为整体式PLC加配模拟量扩展单元。模拟量扩展

31、单元可将外部模拟量转化为PLC可处理的数字量及将PLC内部运算结果数字量转换为机外可以使用的模拟量。模拟量扩展单元有单独用于模/数转换的，单独用于数/转换的，也兼有模/数和数/模两种功能的，以下介绍S7-200系列PLC的模拟量扩展模块EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输入，可以用于恒压供水控制中。3.3.1 EM235模拟量工作单元性能指标 表2 模拟量扩展模块EM235输入/输出技术规范输 入 技 术 规 范输 出 技 术 规 范最大输出电压30VDC隔离（现场到逻辑）无最大输入电压32mA信号范围 电压输出 电流输出10020 mA输入滤波衰减-3dB，3.1kHz分辨率12位

32、A/D转换器隔离否分辨率，满量程 电压 电流12位11位输入类型差分输入范围电压单极性010V，05V01V，0500mV电压电流-32000+320000+32000电压双极性电流0100Mv,050mV10V，5V，2.5V1V，500mV，250Mv100mV, 50mV, 25mv020mA精度最差情况055电压输出电流输出2%满量程2%满量程精度最差情况055电压输出电流输出典型，25电压输出电流输出2%满量程2%满量程5%满量程5%满量程输入分辨率AD转换时间250s模拟输入阶跃响应1.5 mS到95%共模抑制4dB,DC 到60Hz共莫电压信号电压加共加模电压12V24VDC电压

33、范围20.428.8V设置时间电压输出电流输出100s2ms数据字格式双极性，满量程单极性，满量程-32000+32000032000为能适用各种规格的输入、输出两，模拟量处理模块都设计成可编程，而转换生成的数字量一般具有固定的长度及格式。模拟量输出则希望将一定范围的数字量转换为标准电流量或标准电压量以方便与其他控制接口。上表中，输入、输出信号范围栏给出了EM235的输出、输入信号规格，以供选用。3.3.2 EM235的安装使用（1）根据输入信号的类型及变化范围设置DIP开关，完成模块的配置工作。必要时进行校准工作。（2）完成硬件的接线工作。注意输入、输出信号的类型不同，采用不同的接入方式。为

34、防止空置端对接线端的干扰，空置端应短接。接线还应注意传感器的线路尽可能短，且应使用屏蔽双绞线，要保证24VDC传感器电源无噪声、稳定可靠。（3）确定模块安装入系统时的位置，并由安装位置确定模块的编号。S7-200扩展单元安装时在主机的右边依次排列，并从模块0开始编号。模块安装完毕后，将模块自带的接线排插入主机上的扩展总线插口。（4）为了在主机中进行输入模拟量转换后数字处理及为了输出需要在模拟量单元中转换为模拟量的数字量，要在主机中安排一定的存储单元。一般使用模拟量输入AIW及模拟量输出AQW单元安排由模拟量模块送来的数字量及待入模块转变为模拟量输出的数字量。而在主机的变量存储区V区存放处理产生

35、的的中间数据。3.3.3 EM235工作程序编制EM235的工作程序编制包括以下的内容：（1）设置初始化主程序。在该子程序中完成采样次数饿预置顶及采样和单元清零的工作，为开始工作做好准备。（2）设置模块检测子程序。该子程序检查模块的连接的正确性以及模块工作的正确性。（3）设置子程序完成采样以及相关的计算工作。（4）工程所需的有关该模拟量的处理程序。（5）处理后模拟量的输出工作。S7-200PLC硬件系统的配置方式采用整体式和积木式，即主机包含一定数量的输入/输出（I/O）点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能的模块。4 PLC的设计4.1 PLC的编程语言PLC的硬件系统中，与PLC的编程应用

36、关系最直接的要算数据存储器。计算机运行处理的是数据，数据存储在存储区中，找到待处理的数据一定要知道数据的存储地址。PLC和其他的计算机一样，为了使用方便，数据存储器都作了分区，为了每个存储单元编排了地址，并且经机内系统程序为每个存储单元赋予了不同的功能，形成了专用的存储元件。这就是前面提到过的编程的“软”元件。为了理解方便，PLC的编程元件用“继电器”命名， 认为它们象继电器一样具有线圈以及触点，并且线圈得电，触点动作。当然这个线圈和触点只是假象，所谓线圈得电不过是存储单元置1，线圈失电，不过就是存储单元置0，也正因为如此，我们称之为“软”元件。但是这种“软”继电器也有个突出的好处，可以认为它

37、们具有无数多对动合动断触点，因此每取用一次它的触点，不过是读一次它的存储数据而已1。4.2 PLC的编程结构功能图任何语言都有编程的对象和基础，重要介绍梯形图语言和语句表语言，而功能图是理解这两种语言的基础。输入继电器是由外部输入驱动的，梯形图中只能使用其介入点状态值，用户不能改变输入继电器的状态。辅助继电器的种类和多少决定了PLC控制功能的强弱，相当于工作寄存器的多少和功能的强弱。实际的PLC中并没有图中的物理继电器，用继电器来表示PLC的内部功能结构是为了使习惯于继电器控制的工程技术人员更好的理解PLC的功能，更好的使用PLC，就像他在设计继电器控制电路一样。梯形图语言是一种图形化的语言，

38、是一种面向控制过程的“自然语言”。梯形图编程语言形象、直观、准确的描述了逻辑控制关系，容易被广大的工程技术人员所掌握。PLC与被控对象所连接的只是I/O条件，而I/O之间的组合控制关系需要用软件的方法来描述清楚，梯形图是一种描述方法，当然还有语句等表示其他的语言。语言的支持取决于厂家开发的系统程序只要将其输入PLC的用户程序存储器中，PLC就能够直接解释并实现I/O间的控制关系。当控制关系发生改变时，只要修改梯形图程序，重新输入到PLC的存储器即可，从而快捷的改变生产工序7。4.3 梯形图编程语言PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。PL

39、C的编程语言有多种，如梯形图、语句表、功能图、逻辑方程等。梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。一般而言，梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。逻辑通常被分解成小的容易理解的片，这些片通常被称为“梯级”或网络。程序一次扫描执行一次网络，按照从做到右、从上到下的顺序进行。一旦CUP执行到程序的结尾，就又从上到下执行程序。在每一个网络中，指令以列为基础被执行，从上而下、从左到右依次执行，直到本网络的最后一个线圈列。因此为了

40、充分利用存储器容量，使扫描时间尽可能短，利用梯形图编程时应限制触点之间的距离，并使网络左上边这部分空白最少。其中，串联触点较多的支路要写在上面，并联支路应写在左边，线圈放于触点的右边。梯形图和继电器控制电路图很相似，这是可以用PLC控制取代继电器控制的基础，可以把经过实践证明设计是成功的继电器电路图进行转换，从而设计出具有相同功能的PLC控制程序，充分发挥PLC的功能完善、可靠性高、控制灵活的特点。当然，它们还是存在着本质上的区别，主要表现如下所述。（1）继电器控制电路中使用的继电器是物理的元器件，继电器与其他控制电器之间的连接必须通过硬件连接线来完成。PLC中的继电器是内部的寄存器位，称为“

41、软继电器”，它具有物理继电器相似的功能。当它的“线圈”通电时，其所属的常开触点闭合，常闭触点断开；当它的线圈断电时，其所属的常开触点和常闭触点均恢复常态。PLC梯形图中的接线称为“软接线”，这种“软接线”是通过编程来实现的，具有更改简单、调试方便等特点。而继电器控制电路图是点线连接图，相对来素施工困难、更改费力。（2）PLC中的每一个继电器都对应着一个内部的寄存器，由于可以随时不受限地读取其内容，所以，可以认为PLC的继电器有无数个常开、常闭触点供用户使用。PLC梯形图中的触点代表的是“逻辑”输入条件、外部的实际开关、按钮或内部的继电器触点条件等。而物理继电器的触点个数是有限的。（3）PLC的

42、输入继电器是由外部信号驱动的，在梯形图中只能用其触点，这在物理继电器中是不可能的。线圈通常代表“逻辑”输出结果，如灯、电机启动器、中间继电器、内部输出条件等。（4）继电器控制系统中是按照触点的动作顺序和是延迟逐个动作的，动作顺序与电路图的编写顺序无关。PLC按照扫描方式工作，首先采取输入信号，然后对所有梯形图进行计算，造成了宏观与动作顺序的无关，但是微观上在一个时间段上的是实际执行顺序与梯形图的编写顺序一致而不是无关的。（5）PLC梯形图中的两根母线以失去原有的意义，它只表示一个梯形的起始和终了，并无实际电流通过，假象的概念电流只能从左向右流。为了充分发挥CUP的逻辑运算功能，设置了大量的称为

43、盒的附加命令，如定时器、计算器、格式转换、模拟量I/O、PID调节或数学运算指令等，充分的发挥了计算机的强大计算功能，他们与内部继电器一起完成PLC的各种复杂控制功能2。4.4 控制系统的主程序设置主程序包括泵切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合以及报警处理程序。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。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数可以通过工程计算初步确定，但还要进一步调整以达到最优控制效果。表3 程序中使用的元器件及功能器件地址 功能器件地址 功能VD100过程变量标准化值T38工频泵减泵滤波时间控制

44、VD104压力给定值T39工频/变频转换逻辑控制VD108PI计算值M0.0故障结束脉冲信号VD112比例系数M0.1泵变频启动脉冲VD116积分时间M0.3复位当前变频运行泵脉冲VD120积分时间M0.4复位当前变频运动泵脉冲VD124微分时间M0.5当前泵工频运动启动脉冲VD204变频起运动频率下限值M0.6新泵变频启动脉冲VD212消防供水变频器运动频率上限值M2.0泵工频/变频转换逻辑控制VD250PI调节结果存储单元M2.1泵工频/变频转换逻辑控制VD300变频工作泵的泵号M2.2泵工频/变频转换逻辑控制VD301工频运行的泵的总台数M3.0故障信号总汇VD310倒泵时间存储器M3.

45、1水池水位下限故障逻辑T33工频/变频转换逻辑控制M3.2水池水位下限故障消铃逻辑T34工频/变频转换逻辑控制M3.3变频器故障消铃逻辑T37工频泵增泵滤波时间控制M3.4火灾消铃逻辑可编程变频供水系统的梯形图程序以及程序注释如下图。对该程序有几点说明：（1）因为程序较长，所以读图时请按照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的泵数供水系统。（3）详细程序见附录。5 结束语本文在提出总体设计方案的基础上，完成了系统的硬件和软件设计、应用程序的编写及调试，经实际运行验证，取得了满意的效果。通过本次毕业设计，感受收获颇多。在设计中，使我对本专业知识在实际运用中有了感性的认识和全新的体会，基本做到了将所学知识融会贯通，学以致用，同样我也意识到企业生产管理自动化的重要性致 谢感谢。参考文献1王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京：北京航空航天大学出版社，20032张万忠.可编程控制器入门与应用实例M.北京：中国电力出版社，20053周万珍，高鸿斌.PLC分析与设计应用M.北京：电子工业出版社，20044丁炜.可编程控制器在工业控制中的应用M.北京:化学工业出版社，20045程周.可编程控制器原理与应用M.北京：高等教育出版社20036高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例M.北京：人民邮电出版社,2004,7