基于PLC的恒壓供水系統下位機設計

◎蔣宗良 李芷琪 肖文杰 魏立明

根據居民對供水系統的要求，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。該系統具有可靠性高、使用簡單、編程靈活的特點，并采用組態王軟件對供水系統進行遠程監控與管理，保證整個系統能夠更好地運行。

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控制機。它比一般計算機具有更強的與工業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掃描。在PLC中，CPU從第一條指令開始執行程序，直至遇到結束符才又返回第一條。如此周而復始地循環。每一個循環稱為一個掃描周期。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，輸入變量才發生變化，則本次掃描輸出不變，要到下一次輸出才會發生變化。由于PLC采用循環掃描的工作方式，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：一是CPU執行指令的速度，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,在手動狀態下,能實現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運行,并設置了必要的聯鎖。在自動運行方式下,按下按紐,實現自動運行。KM1、KM3及KM2、KM4實現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 聯鎖,為了避免接觸器同時吸合,發生事故。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，則執行增泵程序。如果PLC接到頻率下限信號通知，則執行減泵程序。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下位機進行設計，下位機采用西門子S7-200PLC進行設計，實現本地及現場的兩地控制及自動手動的切換,操作方便。在出現某一泵或電機故障時,可切換到自動狀態,在正常供水情況下,將故障泵及電機退出運行,進行檢修。