基于PLC的控制變頻器恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

1、第一章 緒論 . 21.1引言 . 21.2.變頻器恒壓供水系統(tǒng)簡介 . 21.2.1選題的背景 . 21.2.2 變頻恒壓供水的現(xiàn)況 . 31.2.3 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用的范圍 . 41.2.4 變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 . 41.3. 恒壓供水的設(shè)計要求和原理 . 51.3.1恒壓供水的要求 . 51.3.2系統(tǒng)的工作原理 . 5第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計 . 52.1 變頻器的選擇 . 52.1.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu) . 62.1.2 變頻器的分類 . 62.1.3變頻器的控制方式 . 62.1.4 變頻器容量的選擇 . 72.1.5變頻器的接線 . 92.2 傳感器的選擇 . 92.3

2、可編程控制器(PLC) . 102.3.1 PLC的定義及特點 . 102.3.2 PLC的工作原理 . 112.3.3 PLC的選擇 . 112.3.4 PLC的接線 . 112.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖 . 122.4.1 主電路圖 . 122.4.2 控制電路圖 . 12第三章 系統(tǒng)的程序設(shè)計 . 143.1 PLC控制 . 143.1.1 手動運行 . 153.1.2 自動運行 . 153.2 程序梯形圖 . 16 附錄 . 錯誤！未定義書簽。結(jié)束語 . 21致謝 . 21參考文獻 . 21PLC控制變頻器的恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計摘要：隨著電力技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取

3、代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低，從而可以延長泵和閥門等器件的使用壽命；可以消除起動和停機時的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力并最終達到高效率的運行目的。本文介紹了采用PLC控制的變頻調(diào)速供水系統(tǒng)，由過PID運算，通過PLC控制變頻器，實現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)恒壓變量供水。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有壓力穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點。關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速 、恒壓供水、1.1引言水是生命之源，人類生存和發(fā)展都離不開水。在通常的城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水中，基本

4、上都是靠供水站的電動機帶動離心水泵，送給用戶。但供水機泵供水的同時，也消耗大量的能量，如果能在提高供水機泵的效率、確保供水機泵的可靠穩(wěn)定運行的同時，降低能耗，將具有重要經(jīng)濟意義。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵）中，往往會出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實踐中，很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，效的節(jié)省了資金。1.2.變頻器恒壓供水系統(tǒng)簡介1.2.1選題的背景我國長期以來在

5、市政供水、工業(yè)自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象;而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情 PID調(diào)節(jié)、PLC第一章產(chǎn)生壓力使管網(wǎng)中的自來水流動， 高層建筑供水、PLC進行邏輯控制，由變頻器進行壓力凋節(jié)。在經(jīng) 緒論 把供水管網(wǎng)中的自來水 變頻恒壓供水系統(tǒng)，在對原有供水系統(tǒng)進行變頻改造的實踐根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的，該系統(tǒng)同時有工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，2 既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，況，此時會造成能量的浪費，同時還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟

6、/停電機控制和水塔二次供水調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的，而且對電網(wǎng)中其他負荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會影響設(shè)備壽命;后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)的安全與可靠性。而變頻調(diào)速式的運行十分穩(wěn)定可靠，沒有頻繁的啟動現(xiàn)象，啟動方式為軟啟動，設(shè)備運行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機械沖擊，也沒有水塔供水所帶來的二次污染的危險。由此可見，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。1.2.2 變頻恒壓供水的現(xiàn)況變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國

7、外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式，幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器，像日

8、本SAMC公司，就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”，“變頻泵循環(huán)方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺電機(泵)的供水系統(tǒng)。這類設(shè)備雖微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)(如BA系統(tǒng))和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵

9、的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn);有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說，還遠遠沒能達到所有用戶的要求。艾默生電氣公司和成都希望集團(森蘭變頻器)也推出恒壓供水專用變頻器(5.5kW-22kW)，無需外 3接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所?？梢?/p>

10、看出 ，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)，的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐。1.2.3 變頻供水系統(tǒng)應(yīng)用的范圍變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水行業(yè)中的應(yīng)用，按所使用的范圍大致分為三類:(1)小區(qū)供水變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于包括工廠、小區(qū)供水、高層建筑供水、鄉(xiāng)村加壓站，特點是變頻控制的電機功率小，一般在 135kw以下，控制系統(tǒng)簡單。由于這一范圍的用戶群十分龐大，所以是目前國內(nèi)研究和推廣

11、最多的方式.如希望集團(森蘭變頻器)推出的恒壓供水專用變頻器。(2)國內(nèi)中小型供水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)主要用于中小供水廠或大中城市的輔助供水廠。這類變頻 器電機功率在135kw到320kw之間，電網(wǎng)電壓通常為220V或380V。受中小水廠規(guī)模和經(jīng)濟條件限制，目前主要采用國產(chǎn)通用的變頻恒壓供水變頻器。(3)大型供水廠的變頻恒壓供水系統(tǒng)這類變頻供水系統(tǒng)用于大中城市的主力供水廠，特點是功率大、機組多、多數(shù)采用高壓變頻系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般變頻器和控制器要求較高，多數(shù)采用了國外進口變頻器和控制系統(tǒng)。如利德福華的一些高壓供水變頻器在本文中，研究和設(shè)計的變頻器是以第一種應(yīng)用范圍為基礎(chǔ)。1.2.4

12、 變頻供水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢變頻供水系統(tǒng)目前正在向集成化、維護操作簡單化方向發(fā)展,在國內(nèi)外，專門針對供水的變頻器集成化越來越高，很多專用供水變頻器集成了PLC 或PID，甚至將壓力傳感器也融入變頻組件。同時維護操作也越來越簡明顯偏高，維護成本也高于國內(nèi)產(chǎn)品。目前國內(nèi)有不少公司在從事進行變頻恒壓供水的研制推廣，國產(chǎn)變頻器主要采用進口元件組裝或直接進口國外變頻器，結(jié)合PLC 或PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒壓供水，在小容量、控制要求的變 4頻供水領(lǐng)域，國產(chǎn)變頻器發(fā)展較快，并以其成本低廉的優(yōu)勢占領(lǐng)了相當部分小容量變頻恒壓供水市場。但在大功率大容量變頻器上，國產(chǎn)變頻器有待于進一步改進和完善。1.3. 恒壓供水的設(shè)計要

13、求和原理1.3.1恒壓供水的要求根據(jù)用水量的變化（即壓力的變化）自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量變化時保持水壓恒定。1.3.2系統(tǒng)的工作原理圖1 恒壓供水控制框圖恒壓供水系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，其工作原理為：供水的壓力通過傳感器采集給系統(tǒng)，再通過變頻器的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。同時變頻器的AD將壓力設(shè)定值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，兩個數(shù)據(jù)同時經(jīng)過PID控制模塊進行比較。PID根據(jù)變頻器的參數(shù)設(shè)置，進行數(shù)據(jù)處理，并將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以運行頻率的形式控制輸出。PID控制模塊具有比較和差分的功能，供水的壓力低于設(shè)定壓力，變頻器就會將運行頻率升高。相反則降低，并且可以根據(jù)壓力變化的快慢進行差分調(diào)節(jié)。PLC根

14、據(jù)水壓情況一方面控制水泵變頻與工頻的切換，另一方面第二章 變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計2.1 變頻器的選擇交流變頻器是微計算機及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計算機是變頻器的核心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。大家都知道，從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每秒50Hz。而交流電動機的同步轉(zhuǎn)速。N1=式中N1-同步轉(zhuǎn)速，r/min； 60f1Pf1 -定子頻率，P -電機的磁極對數(shù)。而異步電動機轉(zhuǎn)速式中s-s=(N1均與送入電機的電流頻率電機的運行速度，也就是說變頻對于交流電機的調(diào)運來說是十分合適的。 2.1.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源的設(shè)備。變頻器包括控制電路、整流電

15、路、中間直流電路及逆變電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制，平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的 2.1.2 變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為頻器；按照工作原理分類，可以分為器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。2.1.3變頻器的控制方式 控制方式是決定變頻器使用性能的關(guān)鍵所在。Hz；異步電機轉(zhuǎn)差率，N)/N1，一般小于3%/成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變(50Hz或整流電路將交流電變換成直流電，按照主電路工作方式分類，N=N1

16、(1-s)。變換成各種頻率的交流電源，CPUPAM控制變頻器、V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻660f1P(1-s)以實現(xiàn)電機的變速運行直流中間電路對整流電路的輸出進行以及一些相應(yīng)的電路。 可以分為電壓型變頻器和電流型PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變目前市場上低壓通用變頻器品牌很多，包=-60Hz)對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的括歐、美、日及國產(chǎn)的共約5O多種。選用變頻器時不要認為檔次越高越好，其實只要按負載的特性，滿足使用要求就可，以便做到量才使用、經(jīng)濟實惠。下表中參數(shù)供選用時參考。表1 控制方式的比較故選擇U/f=C控制2.1.4 變頻器容量的選擇變頻器的容量

17、直接關(guān)系到變頻調(diào)速系統(tǒng)的運行可靠性，因此，合理的容量將保證最優(yōu)的投資。變頻器的容量選擇在實際操作中存在很多誤區(qū)，這里給出了三種基本的容量選擇方法，它們之間互為補充。1、從電流的角度：大多數(shù)變頻器容量可從三個角度表述：額定電流、可用電動機功率和額定容量。其中后兩項，變頻器生產(chǎn)廠家由本國或本公司生產(chǎn)的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓而降低，都很難確切表達變頻器的能力。選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是一個反映半導體變頻裝置負載能力的關(guān)鍵量。負載電流不超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。需要著重指出的是，確定變頻器容量前應(yīng)仔細了解設(shè)備的工藝情況及電動機參數(shù)，例如潛水電泵、繞線轉(zhuǎn)子電動機

18、的額定電流要大于普通籠形異步電動機額定電流，冶金工業(yè)常用的輥道用電動機不僅額定電流大 7很多，同時它允許短時處于堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且輥道傳動大多是多電動機傳動。應(yīng)保證在無故障狀態(tài)下負載總電流均不允許超過變頻器的額定電流。2、從效率的角度：系統(tǒng)效率等于變頻器效率與電動機效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時，要注意以下幾點：（1）變頻器功率值與電動機功率值相當時最合適，以利變頻器在高的效率值下運轉(zhuǎn)。（2）在變頻器的功率分級與電動機功率分級不相同時，則變頻器的功率要盡可能接近電動機的功率，但應(yīng)略大于電動機的功率。（3）當電動機屬頻繁起動、制動

19、工作或處于重載起動且較頻繁工作時，可選取大一級的變頻器，以利用變頻器長期、安全地運行。（4）經(jīng)測試，電動機實際功率確實有富余，可以考慮選用功率小于電動機功率的變頻器，但要注意瞬時峰值電流是否會造成過電流保護動作。（5）當變頻器與電動機功率不相同時，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達到較高的節(jié)能效果。3、從計算功率的角度：對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足以下3個計算公式：(1)滿足負載輸出：PcnPm (3.1)(2)滿足電動機容量：Pcn3KUeIe cos ×10-3(3)滿足電動機電流：IcnKIe (3.2) (3.3)式中Pcn為變頻器容量（單位kW），Pm為負載要求的電動

20、機軸輸出功率（單位kW），Ue為電動機額定電壓（單位V），Ie為電動機額定電流（單位A），為電動機效率（通常約為085），cos為電動機功率因數(shù)（通常約為075），k是電流波形補償系數(shù)（由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加，通常K約為10511）。根據(jù)計算所得的所需參數(shù)可以選擇三菱FRA540型變頻器（如圖2所示），該變頻器配有PID功能。通過外部電位器作為壓力給定值。安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器反饋來的壓力信號(420mA)作為壓力反饋至變頻器的輔助輸入端4端、5端。變頻器時刻跟蹤管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值之間的偏差變化情況。經(jīng)變頻器內(nèi)部PID運算，調(diào)節(jié)變頻器

21、的輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。并通過PLC控制水泵工頻供電與變頻供電的切換，自動控制水泵運行的臺數(shù)，實現(xiàn)閉環(huán)控制。使水壓保持恒定。由于變頻器具有內(nèi)置的PID控制器，PID參數(shù)可通過在線調(diào)試，省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對PID算法的編程，因此可以選擇。2.1.5變頻器的接線管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵、減泵控制信號。圖2 變頻器接線圖2.2 傳感器的選擇壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對壓力傳感器。該傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實現(xiàn)壓力測量

22、的力-電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號調(diào)理電路組成，當壓力作用于傳感器時，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號調(diào)理電路將輸出的電壓信號作放大處理，同時進行溫度補償、非線性補償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標的要求。該傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560 ，供電電源為28±3V（DC）。圖3 壓力傳感器的接線圖2.3 可編程控制器(PLC)2.3.1 PLC的定義及特點在PLC的發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（Programmable Controller），英文縮寫為PC，并作如下

23、定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術(shù)運算功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。PLC的特點如下：1、高可靠性(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。(2)各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms.(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。(5)對采用的器件進行嚴格的篩選。(6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大。(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)

24、成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。2、豐富的I/O接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如： 交流或直流； 開關(guān)量或模擬量； 電壓或電流； 脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如： 按鈕 行程開關(guān) 接近開關(guān) 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。3、采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜

25、將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。2.3.2 PLC的工作原理 PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先

26、后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。2.3.3 PLC的選擇水泵M1、M2、M3可變頻運行，也可工頻運行，需PLC的6個輸出點，變頻器的運行與關(guān)斷由PLC的1個輸出點，控制變頻器使電機正轉(zhuǎn)需1個輸出信號控制，報警器的控制需要1個輸出點，輸出點數(shù)量一共9個?？刂破饎雍屯?/p>

27、止需要2個輸入點，變頻器極限頻率的檢測信號占用 PLC 2個輸入點，系統(tǒng)自動/手動起動需1個輸入點，手動控制電機的工頻/變頻運行需6個輸入點，控制系統(tǒng)停止運行需1個輸入點，檢測電機是否過載需3個輸入點，共需15個輸入點。系統(tǒng)所需的輸入輸出點數(shù)量共為24個點。本系統(tǒng)選用FXOS-30MR-D型PLC。2.3.4 PLC的接線圖4 PLC的接線圖Y0接KM0控制M1的變頻運行，Y1接KM1控制M1的工頻運行；Y2接KM2控制M2的變頻運行，Y3接KM3控制M2的工頻運行；Y4接KM4控制M3的變頻運行，Y5接KM5控制M3的工頻運行。X0接起動按鈕，X1接停止按鈕，X2接變頻器的FU接口，X3接變

28、頻器的OL接口，X4接M1 11的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現(xiàn)某臺電動機既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。在同時控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。2.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖電氣系統(tǒng)控制原理圖包括：主電路圖、控制電路圖、硬件接線圖。2.4.1 主電路圖如下圖5所示為電控系統(tǒng)主電路圖。三臺電機分別為M1、M2、M3。接觸KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制

29、M1、M2、M3的變頻運行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器。圖5 電控系統(tǒng)主電路2.4.2 控制電路圖如圖6為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動/轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SBlSB8控制三臺泵的啟/ 12停和電磁閥YV2的通斷；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。圖中的HL10為自動運行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器R進行復位時只提供一個干觸點信號，由于PM為4個輸出點為一組共用一個COM端，而本系統(tǒng)又沒

30、有剩下單獨的COM端輸出組，所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器實行復頻控制。圖6 電控系統(tǒng)控制電路圖第三章 系統(tǒng)的程序設(shè)計3.1 PLC控制PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖7所示。圖7 PLC程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果

31、PLC接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。3.1.1 手動運行當按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當系統(tǒng)壓力不夠需要增加泵時，按下SBn（n=1,3,5）按鈕，此時切斷電機變頻，同時啟動電機工頻運行,再起動下一臺電機。為了變頻向工頻切換時保護變頻器免于受到工頻電壓的反向沖擊，在切換時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，切斷工頻運行的電機，同時啟動電機變頻運行?？筛鶕?jù)需要，停按不同電機對應(yīng)的啟停按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.3.1.2

32、自動運行由PLC分別控制某臺電機工頻和變頻繼電器，在條件成立時，進行增泵升壓和減泵降壓控制.升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止狀態(tài).系統(tǒng)開始工作時，供水管道內(nèi)水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運行狀態(tài).當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之用水量減少水壓增加時，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速.當用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻時，水壓仍低于設(shè)定值，由

33、PLC控制切換至工頻電網(wǎng)后恒速運行;同時，使第二臺水泵M2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，每當加速運行的變頻器輸出頻率達到工頻時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行.當最后一臺水泵M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.降壓控制：當用水量下降水壓升高，變頻器輸出頻率降至起動頻率時，水壓仍高于設(shè)定值，系統(tǒng)將工頻運行時間最長的一臺水泵關(guān)掉，恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值.當用水量繼續(xù)下降，每當減速運行的變頻器輸出頻率降至起動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺變頻

34、泵運行為止。3.2 程序梯形圖M80020 CALL P10上電初始化，調(diào)初始化子程序X0004 MOV K3600 D100供水壓力給定值設(shè)置10 M800216 上電和故障結(jié)束時重新激活變頻泵號存儲器M1121 X00038 M11INC D184符合增泵條件時，工頻泵運行那個數(shù)加50 頻率下限時，減泵濾波 T3859 M1267 符合減泵條件時， M11 工頻泵運行數(shù)減71 變頻增泵或倒泵時。位置(T33 K1)復位變頻器頻率，微軟啟動作準備T33 Y015）PLS M14產(chǎn)生關(guān)斷當前變頻泵脈沖信號M2182 M21 INC D182變頻泵號加87 T34 K2）T3491 PLS M1

35、5產(chǎn)生當前泵工頻啟動脈沖信號 16 1 M20 1 1M1594 M1596M2298 T39102 PLS M16產(chǎn)生下一臺變頻運行啟動信號M16105 M16107 變頻工作泵的泵號轉(zhuǎn)移M8014119 一個變頻泵運行持續(xù)時間判斷3時間到，則產(chǎn)生下一臺泵的變頻啟動信號有工頻泵運行時復位到M8002 M30 M14 Y000 D190M101號泵變頻運行控制邏輯M16Y001M16 M30 M14 Y000(Y003)Y003 2號泵變頻運行控制邏輯M16 M30 M14 Y004(Y005)Y0053號泵變頻運行控制邏輯M15 Y001191 (Y000) Y0001號泵工頻運行控制邏輯M

36、15 Y003217 Y000 2號泵工頻運行控制邏輯M15 Y003243 Y000 3號泵工頻運行控制邏輯X000269 Y010） 火災時，閥YU2打開 X001 X002271 (M33)水池低水位信號處理 M31M8014 M31275 M32 水池水位下限信號燈X005M8014 X003281 M3 變頻器故障控制信號X005M8014 X000287 M34 火災指示燈X005X004 M31293 M32 水池水位下限故障消鈴邏輯X004 X003297 (M33)M33 變頻器故障消鈴邏輯X004 X000301 (M34)火災消鈴邏輯M31 M32305 X003 M33X005M31315 (M30)X003