摘 要：文中基于PLC的变频调速恒压供水系统设计，较为全面进行了一下设计分析：系统主要设备的选型、系统主电路设计、系统控制电路设计、系统的软件设计和监控系统的设计。

　　关键词：PLC 变频调速 恒压供水系统 监控系统

　　传统的供水方式有恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等。但它们均存在一些不足，例如浪费水电现象严重，且效率低，且居民及企业用水不方便，且缴纳水费较高。

　　1 系统的硬件

　　可编程控制器，简称PLC(Programmable logic Controller)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。利用PLC智能控制系统进行供水系统的控制。

　　PLC主要是用于实现变频恒压供水系统的自动控制，它主要负责的任务：根据系统运行情况，使三台水泵自动投入运行;可以让三台水泵自动实现变频泵的轮换;并且有软件启动功能;操作方式又分为手动/自动控制功能，但需要注意的是只有应急或检修的情况下才可以选择手动方式;除此以外，一旦系统出现异常情况便会发出警报

　　2 系统的软件设计

　　其实系统主要控制功能是通过软件进行实现，结合实际要求，对泵站软件设计分析如下：

　　(1)由“恒压”要求出发的工作泵组数量管理。通过调节工作水泵的台数以确保水压恒定。因为在水压降落时变频器的输出频率要相应升高，所以判断是否需要启动新水泵，它的依据是其输出频率是否达到设定值。一般情况下通过比较指令即可实现。但为了确保系统的精确性，在判别其频率达是否达到设定值时，应当滤除偶然波动引起的频率变化的情况，所以在程序中应采用一定的措施制止此类情况发生。

　　(2)多泵组泵站泵组管理规范。在前文中已经提到了，让三台水泵轮流在变频情况下运行，不得两台同时运行，且其连续运行时间不得超过规定的12小时。这就要求进行水泵切换时要确保它是合理工作的。具体的操作是：将现行运行的变频器从变频器上切除，并接上工频电源运行，将变频器复位并用于新运行泵的启动。除了上述问题，在泵组管理中还应注意泵的工作循环控制。

　　(3)程序的结构及程序功能的实现。模拟量单元及PID调节均需要编制初始化及中断程序，本程序可分为三部分：主程序、子程序和中断程序。在这三部分中，主程序处于核心地位，所负责的功能最多;子程序主要是用来存放系统的初始化的一些工作，中断程序主要是完成PID控制的定时采样及输出控制。还应注意的地方是白天、夜间模式所设定的压力值不同，而这两值可以直接在程序中进行设定。其中规定白天模式系统设定值为满量程的90%，夜间模式系统设定值为满量程的70%。

　　3 监控系统的设计

　　城市小区恒压供水系统监控界面：从该界面可以观测到其显示区包括当前时间，水压给定值和水压当前值，其操作区包括电源的启停，及系统的工作模式自动/手动，其报警区包括水压，水位及故障从该界面还可以得到有关三台水泵运行情况等。

　　4 结语

　　文中进行相关较为全面的PLC的变频调速恒压供水系统设计，基于篇幅设计内容需要较为简洁，但从设计过程来看这一系统对于相关系统的意应用具有一定的参考价值。

　　参考文献

　　[1]王侃夫.PLC变频恒压供水系统的电气设计[J].上海电机学院学报，2005，(03)：18-21.

　　[2]张荣刚.PID功能在变频调速恒压供水系统中的应用[J].福建电脑，2005，(12)：104-105.

　　摘 要：随着PLC在工业控制中的推广普及，PLC产品的种类越来越多，例如电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。本文就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。

　　关键词：PLC;控制系统;设计

　　1、概述

　　可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC或PC)是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

　　PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。

　　PLC的主要特点如下：

　　A.用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接导线，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，因此只需考虑它的0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数。

　　B.可靠性高，抗干扰能力强，适用于复杂的工业环境。

　　C.配套齐全，功能完善，适用性强，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能。

　　D.易学易用，照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制采用简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学。

　　经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，尤其在顺序控制、开关量逻辑运算和处理这两方面具有显著优势，而模拟量闭环控制也已非常成熟。 PLC技术自从引入我国的电力行业后就得到了广泛应用，并发展壮大。

　　2、PLC控制系统的设计

　　PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。

　　2.1 PLC控制系统的硬件设计

　　硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。

　　2.2.1 PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85-240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。

　　PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。

　　2.2.2 PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。

　　如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。

　　当PLC扫描频率为10次/min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器(SSR)，再驱动负载。

　　对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。

　　对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。

　　2.2.3 PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:

　　隔离：由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。

　　屏蔽：一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。

　　布线：强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。

　　2.2 PLC控制系统的软件设计

　　在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。

　　2.2.1 PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。

　　基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。

　　模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。

　　2.2.2 PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。

　　程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位(不是I/O位)，也要统一编号，进行分配。

　　在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。

　　彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。

　　3、PLC设计的几点技巧

　　PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作(以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0)。如果要使PLC多个输出为固定值1(常闭)，可以采用字传送指令完成，例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC程序的编制。

　　结束语

　　PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。

　　参考文献：

　　[1]陈延奎.浅谈PLC控制系统的设计方法[J].中国科技信息，2009-10-15.