基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)下位機設計

◎蔣宗良 李芷琪 肖文杰 魏立明

根據(jù)居民對供水系統(tǒng)的要求，設計以變頻器和PLC作為控制設備，來更加完善的設計恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可靠性高、使用簡單、編程靈活的特點，并采用組態(tài)王軟件對供水系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控與管理，保證整個系統(tǒng)能夠更好地運行。

一、PLC組成與工作原理

可編程控制器PLC的本質是一臺計算機，是一種以微處理器為核心的工業(yè)控制機。它比一般計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適應于控制要求的編程語言。PLC機硬件主要由中央處理單元(CPU)、存貯器、輸入/輸出單元以及編程器、電源和智能輸入/輸出單元等構成，如圖1所示。

圖1 PLC組成圖

PLC具有微機的特點，但它的工作方式卻與微機不同。PLC采用的工作方式是循環(huán)掃描。在PLC中，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直至遇到結束符才又返回第一條。如此周而復始地循環(huán)。每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。一個掃描周期大致可分為I/O刷新和執(zhí)行指令兩個階段。那么，I/O刷新就是對PLC的輸入進行一次讀取，將新的運算結果送到輸出端。也就是說將存入輸入、輸出狀態(tài)的內容進行了一次更新，稱為“I/O刷新”。由此可見，若刷新時輸入變量發(fā)生變化，本次掃描期間輸出端就會相應的變化。若在刷新之后，輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，要到下一次輸出才會發(fā)生變化。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，所以它的輸出對輸入的響應速度要受掃描周期的影響。掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù)：一是CPU執(zhí)行指令的速度，二是每條指令占用時間，三是即程的長短。應該對響應時間作出精確的計算，合理安排順序，以盡可能減少周期造成響應延時等的不良影響。

二、操作面板及一次原理圖

在面板中設置手動、自動及變頻、工頻切換開關,在手動狀態(tài)下,能實現(xiàn)A泵變頻、工頻運行，B泵變頻、工頻運行,在PLC的程序設計中,只能保證一種工作狀態(tài)運行,并設置了必要的聯(lián)鎖。在自動運行方式下,按下按紐,實現(xiàn)自動運行。KM1、KM3及KM2、KM4實現(xiàn)電動機的工頻及變頻切換,切換由PLC完成。在PLC的輸出電路中,也要使 KM1、KM3 及 KM2、KM4 聯(lián)鎖,為了避免接觸器同時吸合,發(fā)生事故。圖2、圖3是工作人員的操作面板圖和電氣設計的一次原理圖。

圖2操作面板圖

圖3電氣原理圖

因為有手動模式和自動模式，所以系統(tǒng)起動之后，先進行檢測。如果是手動運行模式則進行手動操作。反之，進行自動操作。在器件損壞或者更換其他部件時，則需要進行手動模式。在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號通知，則執(zhí)行增泵程序。如果PLC接到頻率下限信號通知，則執(zhí)行減泵程序。PLC輸入輸出地址及外部接線如圖4所示。

圖4 PLC輸入輸出地址及外部接線

三、結論

本文針對城市恒壓供水系統(tǒng)下位機進行設計，下位機采用西門子S7-200PLC進行設計，實現(xiàn)本地及現(xiàn)場的兩地控制及自動手動的切換,操作方便。在出現(xiàn)某一泵或電機故障時,可切換到自動狀態(tài),在正常供水情況下,將故障泵及電機退出運行,進行檢修。