【电气工程及其自动化】基于plc的恒压供水远程控制系统的plc控制硬件设计

本科生毕业设计（论文）论文题目基于PLC的恒压供水远程控制系统的PLC控制硬件设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2014年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1前言111传统供水系统与变频恒压供水系统的对比112变频恒压供水的现状1121国内外变频恒压供水系统的现状1122变频供水系统应用范围22变频恒压供水的理论分析221水泵的工作原理222供水电机的搭配323水泵的调节方式3231恒速调节4232变速调节424恒压供水系统的能耗分析5241调节流量的方法和比较5242从水泵的工作效率看节能625供水系统的安全性问题6251水锤效应6252水锤效应的产生原因7253水锤效应的消除7254延长水泵寿命的其他因素7255对供水电机和供水电网的保护73变频恒压供水系统的硬件设计831变频恒压供水系统的结构设计8311水泵机组的选择9312压力传感器的选择9313触摸屏的选择10314MM420变频器概述11315S7200PLC概述和其它器件的选型1132基于S7200PLC恒压供水系统设计13321系统主电路设计13322控制系统接线图14323PLC外围接线图164变频调速恒压供水系统软件设计1941恒压供水系统的控制流程1942水泵自动运行规律1943模拟量转换为数字量的方法2044下位PLC控制系统程序设计20441PLC的I/O端口分配21参考文献24附录125致谢29基于PLC的恒压供水远程控制系统硬件设计摘要本系统是由PLC控制器、变频器、压力传感器、电机、水泵构成的，通过压力传感器来间接获取水压信息，然后根据实际情况将水压调节到一个合适的范围。关键词PLC；变频；压力传感器THEHARDWAREOFREMOTECONTROLOFCONSTANTPRESSUREWATERSUPPLYSYSTEMDESIGNBASEDONPLCABSTRACTTHESYSTEM,WHICHISCOMPOSEDOFPLCCONTROLLER,TRANSDUCER,PRESSURESENSOR,MOTORANDWATERPUMP,CANBEOBTAINEDTHEINFORMATIONOFWATERINDIRECTLYBYTHEPRESSURESENSOR,THENMAKETHEPRESSUREADJUSTTOASUITABLERANGEACCORDINGTOTHEACTUALSITUATIONKEYWORDSPLCTRANSDUCERPRESSURESENSOR1前言11传统供水系统与变频恒压供水系统的对比传统的供水系统中水泵存在运行费用太高，单位供水的能耗偏大等问题。目前各供水厂的供水泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利的条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行，导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各个供水企业关心的焦点问题之一。变频调速技术具有显著的节能效果和稳定可靠的控制方式，利用变频技术与自动控制技术相结合，在中小型供水企业实现恒压供水，不仅能达到明显的节能效果，提高供水企业的效率，更能有效保证系统的安全可靠，方便实现供水系统的集中管理与监控。所以研究设计基于PLC变频调速的恒定水压供水系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平，同时降低能耗等方面具有重要的现实意义，传统供水泵机和变频供水泵机示意图如图1所示。图1传统供水泵机示意图图1变频供水泵机示意图12变频恒压供水的现状121国内外变频恒压供水系统的现状目前国外的恒压供水系统变频成熟可靠，恒压控制技术先进，但主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。虽然运行方式安全可靠，变压方式更灵活，但是电机数量和变频的数量一样多，因而投资成本高。目前国内也有不少说公司在研究推广变频恒压供水，不过国产的变频器在小容量的领域发展较快，在大功率大容量领域，国产变频器有待进一步改进和完善。122变频供水系统应用范围变频恒压供水按所使用的范围大致分为三类（1）小区供水变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于工厂、小区、高层建筑供水、乡村加压站，特点是变频控制的电机功率小，一般在135KW以下，控制系统简单。（2）国内中小型供水厂变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于中小型供水厂或大中城市的辅助供水厂。这类变频器电机功率在135KW与320KW之间，电网电压通常为200V或380V。受中小水厂规模和经济条件限制，目前主要采用国产通用变频恒压供水变频器。（3）大型供水厂的变频恒压供水系统这类变频供水系统主要用于大中城市的主力供水厂，特点是功率大、机组多、多数采用高压变频系统。这类系统一般变频器和控制器要求较高，多数采用了国外进口变频器和控制系统。目前国内，除了高压变频供水系统，多数恒压供水变频系统均声称只要改变容量就可以通用于各种供水范围，但在实际运用中，不同供水环境对变频器的要求和控制方式不是一致的，大多数变频器并不能真正实现通用。2变频恒压供水的理论分析21水泵的工作原理供水所用水泵主要是离心泵，泵启动前泵壳内灌满被输送的液体，启动后叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出，离心泵结构如图2所示。图2离心泵结构示意图22供水电机的搭配电机的功率应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应注意以下两点1如果电动机功率选得过小，就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电动机被烧毁。2如果电动机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利，而且还会造成电能浪费。23水泵的调节方式水泵的调节方式与节能的关系非常密切，过去普遍采用改变阀门或挡板开度的节流调节方式，即改变装置管网的特性曲线进行调节。这种调节方式虽然简便易行，但往往造成很大的能量损失。大量的统计调查表明，一些在运行中需要进行调节的水泵，其能量浪费的主要原因，往往是由于采用不合适的调节方式。因此，研究并改进它们的调节方式，是节能最有效的途径和关键所在水泵的调节方式可分为恒速调节与变速调节。231恒速调节水泵的恒速调节主要有节流调节、动叶调节、改变泵的运行台数调节三种1节流调节节流调节是在水泵的出口或进口管路上装设阀门或挡板，通过改变阀门或挡板的开度，使装置需要扬程曲线发生变化，从而导致水泵工作点位置的变化。节流调节优点是调节简单、可靠、方便，且调节装置的初投资很少。缺点是能量损失很大。2动叶调节动叶调节的水泵轮毅内部安装动叶调节机构，从而使动叶调节得以实现。动叶调节的优点是调节过程中其效率变化很小。缺点是动叶调节机构复杂，控制自动化程度低，成本高。3改变机泵运行台数调节改变机泵运行台数调节是根据不同的流量要求，采用不同数量和型号的机泵进行并联运行，来满足供水量要求。它优点是不改变电机和水泵的电气及机械结构，在水泵台数众多、搭配合理的情况下，可以达到较好的调节效果。缺点是不能实现连续调节、需要大量的机泵进行合理搭配、随着供水量的变化要不断启停电机，电能损失较大。232变速调节水泵的变速调节可分为变速传动装置调节和变电动机转速调节。1变速传动装置定速电动机驱动的水泵可以通过传动装置来实现变速调节。变速传动装置按其工作特性可分为两类。一类是有级变速装置，如齿轮变速等另一类是无级变速装置，主要有液力祸合器、油膜转差离合器、电磁转差离合器等。1液力祸合器水泵通过液力祸合器实现变速调节，从液力藕合器的特性来看，其调节效率等于转速比，故当调节量越大，其转速比越低，传动效率也越低。它主要具有以下优点能输出连续、无级、变化的转速，启动、加速平稳，能空载或轻载启动。液力祸合器的缺点是在电动机额定转速较低时，转矩一定而采用较小的转速时，液力祸合器的工作腔直径将加大，这不但增加了造价，而且还会使祸合器调速的延迟时间增加。2电磁转差离合器电磁转差离合器又称电磁离合器、涡流联轴器等。电磁调速电动机的主要优点是可靠性高，控制装置的容量小，结构简单，加工容易，价格便宜。电磁调速电动机的缺点是存在转差损失，运行经济性较低，调速时响应时间较长，噪声较大。2变电动机转速实现交流电动机的调速，可以通过改变磁极对数和改变电源频率来实现，下面就两种变速调节方式进行比较。1）异步电动机的变极调速变极调速原理异步电动机在正常运行时，通常其转差率很小，在电源频率不变的情况下，改变电动机绕组的极对数，就可改变同步转速，从而改变异步电动机的转速。变极调速的主要优点是调速效率高，调速控制设备简单，初投资低，维护方便，可靠性较高。变极调速的主要缺点是有级调速，不能进行连续调速。2异步电动机的变频调速极对数一定的异步电动机，在转差率变化不大时，转速基本上与电源频率成正比。因此，只要能设法改变电源频率即可改变转速。基于这个原理，变频调速就是用晶闸管等变流元件组成的变频器作为变频电源，通过改变电源频率的办法，实现转速调节。24恒压供水系统的能耗分析241调节流量的方法和比较在供水系统中，常见调节流量的方法有阀门控制法和转速控制法两种。L阀门控制法即通过关小或开大阀门来调节流量，而保持转速不变。阀门控制法的实质是水泵本身的供水能力不变，而是通过改变水路中的阻力大小来强行改变流量，以适应用户对流量的要求。（2）转速控制法即通过改变水泵的转速来调节流量，而阀门开度保持不变242从水泵的工作效率看节能1水泵工作效率的近似计算公式的近似计算公式如217（）（217）PC1NQ22式中、效率、流量和转速的相对值；P、常数，由制造厂家提供，与之，通过遵循如下规律12C121122不同控制方式时的工作效率由式（217）可知，当通过关小阀门来减小流量时，由于转速不变，比值可见随着流量的减小，水泵工作的效率降低十分明显。采用转速控制NQ方式时，水泵的工作效率总是处于最佳状态。所以，转速控制方式与阀门控制方式相比，水泵的工作效率要大得多这是变频调速供水系统具有节能效果的方面之一。25供水系统的安全性问题251水锤效应由于水具有动量和不可压缩性，因此，在极短时间内流量的巨大变化将引起对管道的压强过高或过低的冲击，并产生空化现象。压力冲击将使管壁受力而产生噪声，犹如锤子敲击管子一样，故称为水锤效应。水锤效应具有极大的破坏性，压强过高将引起管道的破裂，反之压强过低又会导致管道的瘪塌。此外，水锤效应也可能破坏阀门和固定件。在直接停机时，供水系统的水头将克服电动机的惯性而使系统急剧地停止。这也同样会引起压力冲击和水锤效应。252水锤效应的产生原因产生水锤效应的根本原因，是在启动和制动过程中的动态转矩太大。水泵在直接启动过程中，拖动系统动态转矩很大,所以加速过程很快253水锤效应的消除采用了变频调速后，可以通过对升速时间的预置来延长启动过程，使动态转矩减小。在停机过程中，同样可以通过对降速时间的预置来延长停机过程，使动态转矩大为减小，从而彻底消除了水锤效应。254延长水泵寿命的其他因素水锤效应的消除无疑可大大延长水泵及管道系统的寿命。此外，由于水泵平均转速下降、工作过程中平均转矩减小的原因，使1叶片承受的应力大为减小。2轴承的磨损也大为减小。所以，采用了变频调速以后，水泵的工作寿命将大大延长255对供水电机和供水电网的保护由于变频恒压供水基本上都采用了变频启动，启动频率低，启动电流小，因此，除了对供水机泵和供水管网有保护作用，对供水电机和电网也有良好的保护作用。供水系统电机直接启动与变频启动的对比表如表1所示。表1电机直接启动和变频调速启动的对比内容直接启动变频器调速启动电流额定电流的57倍额定电流以下启动对电网的冲击巨大无启动对变压器的冲击巨大无启动对接触器等电器的冲击巨大无启动对电缆的冲击巨大无启动对电机的冲击巨大无启动对电机的冲击巨大无启动对联结轴的冲击巨大无启动和运行的可靠性巨大无3变频恒压供水系统的硬件设计31变频恒压供水系统的结构设计【2】变频恒压供水系统采用西门子S7200PLC作为控制器，变频器MM420是频率调节器，交流接触器和电动机作为执行机构，压力传感器作为控制的反馈元件。S7200PLC选用内部控制模块EM224。EM224有14路输入/10路输出，对于小型的控制系统而言已经可以满足使用要求。异步电动机带动水泵转动，S7200PLC数字输出口输出的一路控制信号到交流接触器，交流接触器两端连接的是工频或变频的三相交流电，主要起接通或断开三相交流电与异步电动机。S7200PLC的数字输出口输出的另一路三位数字控制电压信号给MM420的数字电压输入口DIN1和DIN1，该控制电压主要调节三相交流电的频率。压力传感器从供水网络中反馈压力信号，并将其转换为05V的模拟电压信号输入给S7200PLC拓展模块EM235A/D转换器的模拟输入口，经EM235转换为032000的数字信号，送到PLC控制器主机EM224进行分析处理，PLC根据给定的水压自动调节交流电的频率，精确跟踪给定的供水压力。系统的结构如图3所示图3恒压变频供水系统的原理框图311水泵机组的选择本系统采用3台丹麦格兰富水泵CR156，该水泵的最大流量180M/H,6级叶轮3的多级离心水泵，功率55KW,扬程最高330米，传统承压最大33BAR。312压力传感器的选择本系统采用上海荣汉自动化仪表有限公司生产的扩散7011压力变送器，是采用国外隔离传感器芯片，抗干扰能力强，适合于远距离的信号传输，实现对液体、气体、蒸汽压力的测量和控制。（1）主要技术指标供电电压1236VDC一般24VDC输出信号420MA两线制或（010V、05V、15V、110V三线制）负载电阻0750（一般采用250）工作温度2580被测介质液体、气体、蒸汽测量范围A非隔离式0500PA至03KPA至060MPA特殊100MPA过压极限标定液位值的2倍（2）系统连接及调试变送器在测量系统中的连接如图4，建议电源电压选用24VDC。图4压力变送器连接图313触摸屏的选择触摸屏即人机界面，是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的要求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系统的运行过程进行监视，对报警进行显示。论文中通过组态软件编写了上位机界面（PC机和触摸屏）来实现对下位机PLC的控制，将PLC、变频器与电器控制电路连接在一起实现工频、变频调速恒压供水系统的设计。触摸屏选用的硬件型号是深圳市步进科技有限公司生产的MT4300C，其编程软件是EW5000组态编程软件（嵌入式）。MT4300C具有MT4000系列HMI稳定、可靠、易用的特点。改产品采用了56英寸43高分辨率TFT液晶显示屏，具有更加清晰的显示效果。MT4300C的主要特点（1）320234的分辨率，画面清晰；（2）采用高性能32位400MHZRISCCPU,快速处理能力保障更高的工作效率；（3）MT4300C的精简设计，具有更高的性价比；（4）MT4300C完美替代原MT506T触摸屏，性价比更高。314MM420变频器概述【3】MICROMASTER420是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W到三相电源电压，额定功率11KW可供用户选用。MM420变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MICROMASTER420具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MICROMASTER420具有全面而完善的控制功能。在设置相关参数后，它也可以更高级的电动机控制系统。MICROMASTER420变频器的电路分两大部分一部分是完成电能转换（整流、逆变）的主电路；另一部分是处理信息的收集、变换和传输的控制电路。315S7200PLC概述【1】（1）SIMATICS7200系列PLC西门子公司具有品种丰富的PLC产品。S7系列是传统意义的PLC，S7200属于小型PLC在1998年升级为第二代产品，2004年升级为第三代产品。SIMATICS7200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。SIMATICS7200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络都能实现复杂控制功能。因此SIMATICS7200系列具有极高的性能/价格比。SIMATICS7200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能，使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7200系列出色表现在以下几个方面极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。S7200系列PLC可提供5个不同基本型号的8种CPU可使用CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226。在本论文中采用的是CPU224。（2）PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即再PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好的并存于用户存储器中的程序，按指令序号或地址号作周期性循环扫描，如果没有跳转指令，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，直到程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采集和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC的输入采样阶段首先用扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，然后将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC程序执行阶段PLC按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式输出，驱动相应输出设备工作。（3）SIMATICS7200PLC控制器主机EM224S7200PLC选用内部控制模块CPU224，模拟量2路输入通用模块、模拟量2路输出通用模块，CPU224有14路输入，10路输出，对于小型的控制而言够用。（4）SIMATICS7200模拟模块（扩展模块）本论文中用到了SIMATICS7200模拟模块EM235A/D转换器，该模块有4个模拟输入，一个模拟输出信号通道。输入信号接入端口时能够自动完成A/D的转换标准输入信号能够转换成一个字长的数字信号；输出信号接出端口时能够自动完成D/A的转换，一个字长的数字信号能够转换成标准输出信号。EM235模块可以针对不同的标准输入信号，通过DIP开关进行设置。其输入输出接线图如图5所示。图5SIMATICS7200模拟模块EM235A/D转换器接线图（5）其它器件的选型编号元件名称型号生产商数量1空气开关DZ20Y225/3300200A上海人民12微型断路器RMC163C1P10A上海人民123交流接触器B653022AC220V富士64热继电器T754055A上海人民35闪光蜂鸣器LTE1101JAC220V国产16旋钮开关LA3910X上海二工67旋钮开关LA3920XS上海二工132基于S7200PLC恒压供水系统设计321系统主电路设计基于PLC的变频恒压供水系统主电路图如图6所示三台水泵分别为M1、M2、M3，它们根据供水状态的不同，具有变频、工频两种运行方式，但系统始终只有一台主水泵电机变频运行，其它水泵电机根据实际需要决定是否工频运行。每台水泵的变频和工频切换均通过两个交流接触器来完成，交流接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行，交流接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行，FR1、FR2、FR3为热继电器，为三台水泵电机工频运行时过载保护用，变频运行时由变频器来实现电机过载保护，FU1、FU2、FU3为主电路的熔断丝。本系统采用三泵循环变频运行方式，即3台水泵只有1台在变频器控制下作变速运行，其它水泵在工频下作恒速运行，在用水量小的情况下，如果变频泵连续运行时间超过3H，则要切换下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台水泵工作时间过长。因此在同一时间内只能有一台水泵工作在变频下，但不同时间段内三台水泵都可轮流做变频泵。图6变频恒压供水系统主电路三相交流电源经低压熔断丝接到变频器的R、S、T端，变频器的输出端U、V、W通过接触器的触点接到电机。当电机工频运行时，变频器输出端的接触器断开，接通工频运行的接触器。主电路中的低压熔断丝除接通电源外，同时实现短路保护。每台电动机的过载保护由相应的热继电器FR实现。变频和工频两个回路不允许同时接通，而且变频器的输出端绝对不允许直接接电源，故必须经过接触器的触点，当电动机接通工频回路时，变频回路接触器的触点必须先行断开。同样从工频转为变频时，也必须先将工频接触器断开，才允许接通变频器输出端接触器，所以KM1、KM3、KM5和KM2、KM4、KM6绝对不能同时动作，相互之间必须设计可靠互锁。322控制系统接线图系统实现恒压的核心控制设备是PLC，本系统采用西门子系列S7200PLC产品。图7为控制系统电路图。图中SA为手动/自动转换开关，SA达到1的位置为手动控制，达到2的位置为自动控制。（1）手动运行当手动运行时，可用按钮SB1到SB6控制三台水泵电机的工频启动/停止。该方式主要供检修和变频器及PLC故障时用。手动控制水泵电机启动/停止如表2所示。表2手动操作水泵电机启/停控制表编号元件按键通/断接触器通/断水泵电机启/停1SB1SB1接通KM11号水泵电机启动2SB2SB2断开KM11号水泵电机停止3SB3SB3接通KM32号水泵电机启动4SB4SB4断开KM32号水泵电机停止5SB5SB5接通KM53号水泵电机启动6SB6SB6断开KM53号水泵电机停止（2）自动运行自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。PLC根据变频器频率是否到达信号，通过控制各水泵变频或工频接触器线圈是否得电，从而完成各水泵工频运行和变频运行的逻辑切换，实现恒压供水。Q00输出1时，KM1线圈得电，1号水泵工频运行指示灯HL1亮，同时KM1的常闭触点断开，实现KM1、KM2的电气互锁。当Q01输出1时，KM2线圈得电，1号水泵变频运行指示灯HL2亮，同时KM2的常闭触点断开，实现KM2、KM1的电气互锁。同理，2号、3号水泵控制原理也是这样。控制电路之中存在电路之间互锁问题，严格的互锁也是保证系统安全、可靠运行的关键因素，由于控制系统是实现自动循环，所以电路的互锁是指电机之间运行的互锁。系统中每台变频水泵电动机既有工频运行又有变频运行，工频与变频电源绝对不允许同时接通，故两者必须严格互锁，同时要求变频器始终只与一台水泵电动机相连。除了在程序中实现互锁外，在外部电路中也应采用电气互锁。图7控制系统电路图323PLC外围接线图PLC是本系统的核心控制器，供水管网内压力反馈信号由压力变送器转换成010V的模拟电压后传给PLC的模拟量扩展模块EM235，经PLC分析处理，从而控制水泵电机工频和变频的切换启动和关闭，PLC的输出端子Q00至Q05接电气控制回路的交流接触器，PLC的三位数字量输出端Q07、Q10、Q11与变频器的数字信号输入端DIN1、DIN2、DIN3连接，变频器的电压输出端与水泵电机之间由接触器连接。PLC及扩展模块和变频器的接线图如图8所示。图8PLC及扩展模块和变频器接线图在PLC外围硬件连接方面，要增加一些保护设备。由于输出太多是和接触器等元件连接，寄出去的突然断开和闭合会形成突波并对PLC的输出端子造成损坏，因此需要加装一些保护装置，延长触点的寿命。由于本系统还设计了上位PC机和触摸屏监控界面，上位PC机与PLC的通信连接是通过RS232PPI多主站电缆实现的，上位机、PLC及其扩展模块和变频器的接线图如图9所示，触摸屏与PLC的通信连接是先利用计算机将触摸屏程序通过S45下载线下载到触摸屏上，然后通过S45通信线将触摸屏与PLC连接，触摸屏、PLC及其扩展模块和变频器的接线图如图10所示。图9上位PC机、PLC及扩展模块和变频器接线图图10触摸屏、PLC及扩展模块和变频器接线图4变频调速恒压供水系统软件设计41恒压供水系统的控制流程变频恒压供水系统控制方式分为手动控制、自动控制两种方式。在手动方式下，各类设备的控制是根据PLC手动操作面板上的输入按钮输入来控制，没有逻辑限制。在自动方式下，进行闭环控制，供水系统根据检测到外部传感器的状态对设备进行启动停止、调速控制。42水泵自动运行规律水泵自动运行时，要根据反馈电压的变化进行泵数的增减、工频变频的切换和变频状态下频率的变化。（1）水泵自动运行规律反馈电压在05V之间变化时，三台水泵电机在PLC和变频器的控制下，自动切换工作方式以及在变频状态下的频率变化。当反馈电压很低（005V）时，三台水泵电机都停止运行，当反馈电压很高（46V5V）时，三台水泵电机也处于停止状态。（2）3号泵变频状态运行规律三台水泵某一时刻只能一台处于变频运行状态，其它水泵根据实际情况决定是否工频运行。3号泵在反馈电压为1022V范围变化时处于变频运行。（3）2号泵变频状态运行规律当反馈电压在2234V范围内变化时，2号泵处于变频运行状态。（4）1号泵变频状态运行规律当反馈电压在3446范围内变化时，1号泵处于变频运行状态。43模拟量转换为数字量的方法在编程时，反馈电压的数值不能用模拟量表示，需要转换为数字量，PLC控制器的主机CPU224才能识别。来自用户官网的水压力传感器将其变换成05V的模拟电压，经由PLC的模拟量扩展模块EM235转换为032000的数字量，送到CPU224分析处理。44下位PLC控制系统程序设计可编程控制器是按照用户的要求编写程序来进行工作的，程序的表达方式有四种梯形图、指令表、逻辑功能图和高级语言。大多数PLC是使用梯形图和指令表编程。梯形图是一种图形语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，而且加入了许多功能强而使用灵活的指令，将微机的特点结合进去，使得编程容易。梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电接触器控制系统的人来说，也容易接受。本供水系统使用的方法就是将控制任务用梯形图编程实现，然后下载至PLC，经调试实现其功能。441PLC的I/O端口分配本系统的PLC采用西门子S7200，其控制主机CPU224有14路输入，10路输出。根据系统的功能要求，对PLC的I/O进行配置，具体如下（1）数字量输入部分I在此控制系统中所需要输入量基本上都属于数字量，主要包括各种控制按钮、旋钮等数字来输入，共有12个数字输入量，如表3所示。表3数字输入量地址分配序号输入地址设备功能1I00按钮开机2I01按钮关机3I02按钮1号泵启停4I03按钮2号泵启停5I04按钮3号泵启停6I05按钮频率增大7I06按钮频率减小8I07按钮自动/手动9I10转换开关1号变频/工频10I11转换开关2号变频/工频11I12转换开关3号变频/工频12I13转换开关上位机/控制面板（2）数