恒压供水系统的PLC控制设计毕业设计

恒压供水系统的PLC控制设计介绍了恒压供水的基本原理和系统组成的基础，阐述了可编程控制器在恒压供水系统中的作用。从系统的总体设计方案和实际需求分析出发，系统紧密结合实际生活的需要，力求使系统运行稳定、操作方便，解决实际问题，保证安全、快速、可靠的供水。恒压供水保证了供水质量。基于PLC的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。关键词：可编程逻辑控制器；恒压供水；变频器随着变频调速技术的发展和人们对饮用水水质要求的不断提高，变频恒压供水系统逐渐取代了原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区的住宅消防供水系统。但是，由于新系统将继续使用原系统的一些旧设备(如水泵)，在对原供水系统进行变频改造的实践中，理论上往往会出现一些意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统是在典型水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽可能保留原有设备的原则而设计的。该系统解决了旧设备需要频繁维护的问题。它不仅体现了变频控制恒压供水的技术优势，而且有效地节约了资金。1.恒压供水的原理和技术1.1任务随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。为了提高供水质量，不得因压力波动造成供水障碍；另一方面，需要确保供水的可靠性和安全性，并在发生火灾时可靠地供水。为了响应这两个要求，新的供水方法和控制系统应运而生。这是由可编程控制器控制的恒压无塔供水系统。恒压无塔供水系统包括生活用水恒压控制和消防用水恒压控制，即双恒压系统。恒压供水保证了供水质量。基于PLC的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。1.2过程要求三泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：(1)生活给水系统应在底部恒压运行，消防给水系统应在高峰压力下运行。(2)根据恒压要求，三台泵采用“先启动，先停止”的原则进行干预和退出。(3)在用水量少的情况下，如果一台泵连续运行超过3H，切换到下一台泵，即系统具有“反泵功能”以避免泵工作时间过长；(4)启动时，三台泵应具有软启动功能。1.3系统组成和基本工作原理以一个三泵生活/消防双恒压无塔供水系统为例说明其工艺流程，城市供水管网采用高低水位控制器EQ控制注水阀TV1。它们会自动给储水箱注水，只要水位低于高水位，它们就会自动向水箱注水。水池的高低水位信号也直接发送到可编程控制器进行底部水位报警。为了保证供水的可持续性，上下水位传感器之间的距离相差不大。生活用水和消防用水共用三个水泵。正常情况下，电磁阀YV2处于断电状态，消防管网关闭。三个泵根据生活用水量按照一定的控制逻辑运行，使生活用水处于恒压状态(生活用水底部的恒压值)。当发生火灾时，电磁阀YV2通电，家庭供水网络关闭，并且通过对继电器控制特点的介绍和对通用汽车最初提出的要求的分析。要取代继电器控制，可编程控制器必须首先解决外部设备的直接输入问题。当时，主要关注的是开关值控制，即开关值(触点的打开和闭合状态)如何直接连接到可编程逻辑控制器并被可编程逻辑控制器识别，因此需要解决以下问题：主动接入、被动接入、绝缘、隔离和相互干扰。可编程控制器是一个计算机控制系统。在它的发展过程中，人们直接使用计算机进行工业控制，但很难发展，因为以下两个主要问题还没有解决：第一，输入/输出(I/O)问题，计算机不能直接与工业现场设备连接，现在正在使用；二是计算机的输入输出功能，切换逻辑处理不够丰富和强大。当前的可编程逻辑控制器已经成功地解决了这两个问题，允许可编程逻辑控制器和外部设备直接物理连接。计算机内部提供了从位逻辑到双字操作的丰富强大的操作功能，使其能够完成复杂的控制功能，这也是可编程控制器能够快速发展的原因。2.1.2可编程控制器输出输出问题主要是触点的驱动能力，或者承载能力和输出模式。输出动作数量的限制是为了确保可编程逻辑控制器输出触点能够驱动控制和执行部件，如接触器和电磁阀。至少中间继电器可以被直接驱动。目前的可编程控制器产品完全能够驱动这些组件，并提供多种输出模式，动作的数量可以保证一万个无故障产品。2.1.3可编程逻辑控制器控制机制可编程控制器完全取代了继电器控制系统。只要我们对其控制机制有一个准确的理解，我们就能不断地发展和创造性地运用它。输入/输出电路确保了可编程逻辑控制器和现场设备之间的直接连接，并将这些状态存储在内部寄存器中。然而，为了取代继电器的控制，更重要的是组织和使用这些开关值，以达到用软件程序取代硬件连接的目的。通过引入继电器控制电路的特征，已知继电器控制电路的特征在于，每个控制单元是否操作由其接触条件控制，并且不受其前后位置的影响。同时，可以有几个不同的控制单元继电器操作(翻转)，并且控制结果和逻辑操作顺序也由接触条件控制。这与计算机依次完成的工作的特点相矛盾。主要体现在：一是无序，只要条件具备就实施；另一个是顺序执行。PLC充分利用计算机存储程序的思想和高速的特点，在控制系统中采用离散控制方式，使其控制完全可以取代继电器控制。具体来说，连续控制被离散控制所取代，如下式所示：Y(n)=f(x(n-1)，y(n-1)其中，Y(n)是某个时间段的输出值；Y(n-1)是前一时间段的输出值；X(n-1)是前一时间段某个时间的输入值；f是他们应该满足的控制关系。也就是说，某一时段的输出完全取决于某一时段的输入和前一时段的输出。对于前一时间周期的输出，在计算中仅使用存储在映射寄存器中的输出结果，并且在计算期间不修改终端的输出值。实际输出已显示在终端的触点上，应保持一段时间，即以集中输出的形式，其映射寄存器中的值可在计算过程中使用或完全修改，而不影响前一阶段的输出。这样，只要时间足够短，并且可编程逻辑控制器重复运行，它就可以完全模拟继电器的控制并更换它。由于集中输入输出的思想，其输入输出状态存储在寄存器中，可以充分发挥计算机强大的逻辑能力，完成更复杂的控制功能。如图1所示，可编程逻辑控制器与通用计算机没有什么不同，只是一种具有增强的输入/输出功能的计算机，可以方便地与控制对象连接。其控制的实质是按照一定的算法进行输入输出转换，并在物理上实现这种转换并应用于工业现场。(1)输入寄存器可以根据每个对应于开关值来寻址输入寄存器，开关值的值反映开关值的状态，并且其值的变化由诸如开关值的彼此驱动，并且保持扫描周期。CUP可以读取它的值，但不能写入或修改。(2)输出寄存器输出寄存器的每一位表示下一个时间周期的可编程逻辑控制器的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值表示前一个时间周期的实际输出值。在程序执行期间，中央处理器可以读取其值，作为条件参与控制，并修改其值，而中间转换只影响寄存器的值。只有程序执行到一个周期结束时的值才会影响下一个时间段的输出，即只有最后的修改才会影响输出触点的实际值。(3)记忆内存分为系统内存和用户内存。系统存储器存储系统程序，该程序由制造商开发和固化，用户不能修改。可编程逻辑控制器应在系统程序的管理下运行。用户的存储器存储用户的程序和操作所需的资源。输入输出寄存器的值决定了存储器中程序的执行方式，从而完成复杂的控制功能。(4)CUP装置CUP单元控制输入/输出寄存器的读和写定时，以及存储器单元中程序的解释和执行。这是可编程逻辑控制器的大脑。(5)其他单元接口其他单元接口术语为可编程逻辑控制器与其他设备和模块通信提供物理条件图1可编程控制器的组成2.1.4可编程逻辑控制器的定义最初，可编程逻辑控制器简称为可编程控制器。只能进行计数、定时和开关值的逻辑控制。1987年2月，国际电工委员会(IEC)将可编程控制器定义为由数学运算操作的电子系统，专门设计用于工业环境中的应用。它使用一种可编程存储器来存储程序，在内部执行逻辑运算、顺序控制、计时、计数和算术运算以及其他面向支持的指令，并通过数字和模块化输入/输出来控制各种类型的机械和生产过程。可编程控制器和相关外部设备是根据易于与工业控制系统集成和易于功能扩展的原则设计的。2.1.5可编程逻辑控制器特性(1)高可靠性。在输入输出环节，可编程控制器采用光电隔离、滤波等措施。系统程序和大多数用户程序都存储在EPROM中，一般PLC的平均无故障工作时间可达数万小时以上。(2)控制功能强。可编程逻辑控制器采用的通用处理器是一种具有强大位处理功能的处理器。为了增强其复杂的控制功能和网络通信等管理功能，可以采用双CPU运行模式来大大增强其功能。(3)编程方便易学。第一种编程语言(梯形图)是一种图形编程语言，非常类似于工业领域多年使用的电气控制图，具有相同的理解方法，非常适合现场人员学习。(4)用于恶劣的工作环境。采用该包装方法，适用于振动、腐蚀、有毒气体等各种应用场合。(5)易于与外部设备连接。可安装统一连接方式的活动端子排，提供不同的端子功能，适用于各种电器规格。(6)体积小、重量轻、功耗低。(7)高性价比。(8)模块化结构，扩展能力强。根据网站的需要，可以扩展和组装不同的功能。一种可编程控制器可以用来控制控制系统从几个输入输出点到数百个输入输出点。(9)易于维护，功能更加灵活。程序的修改意味着功能的修改，所以功能的改变非常灵活。2.1.6可编程逻辑控制器性能指标(1)存储容量这具体指的是用户存储器的存储容量，它决定了用户编程的程序的长度。大、中、小型可编程逻辑控制器的存储容量一般在2KB到2MB之间。(2)输入输出点输入输出点，即可编程逻辑控制器面板上输入输出端子的数量。输入/输出点越多，可以从外部连接的输入/输出设备就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。(3)扫描速度扫描速度是指PLC程序执行的速度，是一个重要的性能指标，反映了计算机控制取代继电器控制的符合程度。从自动控制的角度来看，它决定了系统的实时性和稳定性。(4)有多少指令她是衡量PLC能力强弱的标志，决定了PLC的处理能力和控制能力的强弱。它限制了计算机执行算术功能和完成复杂控制的能力。(5)内部寄存器的配置和容量它直接支持用户编程，直接支持可编程逻辑控制器指令的执行速度和可以完成的功能。(6)扩展能力扩展能力包括输入输出点的扩展和可编程逻辑控制器功能的扩展。(7)特殊功能单元有许多种特殊的功能单元，可以说，可编程逻辑控制器有许多功能。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制联网等功能。2.1.7可编程逻辑控制器分类不同的分类标准会导致不同的分类结果。可编程逻辑控制器常用的分类方法如下。根据输入输出点数，一般分为5类：微(32点以下)、小(128点以下)、中(1024点以下)、大(2048点以下)和超大(2048点以上至8192点以上)。根据结构，可分为箱式、模块式和平板式。2.2可编程控制器工作原理2.2.1循环扫描CUP连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CUP的扫描周期包括读取输入、执行程序、处理通信请求、执行CUP自诊断测试和写入输出等。可编程控制器可以看作是系统软件支持的扫描设备。他知道系统软件指定的扫描和执行任务的周期。用户程序只是扫描周期的一部分。当用户程序没有运行时，除了用户程序的内容、读输入和写输出在一个周期内被删除之外，可编程逻辑控制器也在扫描。典型的可编程逻辑控制器可以在一个周期内完成以下5个扫描过程。(1)自诊断测试扫描过程。为了保证设备的可靠运行和及时显示故障，可编程控制器具有自我监控功能。(2)与网络通信的扫描过程。一般来说，小型系统没有这种扫描过程。只有配有网络的可编程逻辑控制器系统才有通信扫描过程。该过程用于可编程控制器之间以及可编程控制器与上位机或终端设备之间的通信。(3)用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态，扫描过程包含在每个扫描周期中。该过程在机器运行期间是否被执行是可控的，即用户可以通过软件设置它。用户程序的长度将影响在该过程中花费的时间。(4)读输入，写输出扫描过程。在机器的正常运行状态下，每个扫描周期都包括这个扫描过程。该过程是否在机器运行期间执行是可控的。当CUP处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的，操作结果也不是直接发送到实际输出点，而是在存储器中设置两个图像寄存器：一个是输入图像寄存器，另一个是输出图像寄存器。用户程序使用的输入值是输入图像寄存器的值，操作结果也放在输出图像寄存器中。在输入扫描过程中，CUP将实际输入点的状态锁定到输入映射寄存器中：在输出扫描过程中，CUP锁定输出映射寄存器值的输出点。循环扫描具有以下特征：(1)重复扫描周期，并且读取的输入、输出和用户程序是否被执行是可控的。(2)输入图像寄存器的内容是设备驱动的，并且输入图像寄存器的值在一个程序执行周期内保持不变。CUP采用集中输入控制思想，只输入im的值(3)同一输出单元的多次使用和修改会导致不同的执行结果。(4)每个电路和不同的扫描阶段都会造成输入输出延迟，这是可编程控制器的主要缺点。在读取输入阶段，CUP扫描每个输