PLC在恒壓供水控制中的應(yīng)用

1、PLC在恒壓供水控制中的應(yīng)用 內(nèi)容摘要 生產(chǎn)及生活都離不開水。但如果水源離用水場所較遠(yuǎn)，就需要管路的輸送。而將水送到較遠(yuǎn)或較高的地方，管路中是需要有一定水壓的，水壓高了，才能將水輸送到遠(yuǎn)處或較高的樓層。產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法是建造水塔，水泵開著時(shí)將水打到水塔中，水泵休息時(shí)，借助水塔的水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能維持供水管路中水壓的基本恒定。但是，建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。本設(shè)計(jì)是針對居民生活用水和消防用水而設(shè)計(jì)的。由變頻器、PLC、壓力變送器組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量。電動(dòng)機(jī)

2、泵組由三臺(tái)水泵組成，用水時(shí)，由變頻器或工頻電網(wǎng)供電，根據(jù)供水系統(tǒng)出口水壓來控制變頻器電動(dòng)機(jī)泵組的速度和切換，使系統(tǒng)運(yùn)行在最合理狀態(tài)，保證供水。本論文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)通過組態(tài)王進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)巡回監(jiān)控系統(tǒng)。具體講述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與軟件的實(shí)現(xiàn)，并對系統(tǒng)進(jìn)行了說明。本論文介紹了恒壓供水的基本原理及其系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，說明了PLC及變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中所擔(dān)任的角色。從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案和實(shí)際需求分析開始，緊密的聯(lián)系實(shí)際生活的需要，力求做到使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡便，解決實(shí)際中的問題，保證供水安全、快捷、可靠。恒壓供水保證了供水質(zhì)量，以PLC為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵

3、詞： 恒壓供水； 變頻調(diào)速； PLC; 組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)AbstractProduction and life are insepatable from the water.But if the water far away from the place of water,it needs the transmission pipeline.The higher the water to distant or local,is the need for a certain pipe water pressure,high water pressure to move water to highe

4、r floors or the distance.The device is a pump produced water pressure,waterpump rotating faster,the higher the pressure generated.The traditional approach is to maintain the pressure build towers,water pumps turned on the water hitting the towers,the water pump breaks,the water level continues to su

5、pply with water tower.Water tower water tower in the height of water level change is relatively small,meaning that water supply pipes in the water tower to maintain water pressure is almost constant.However,the construction of water tower takes a financial and towers also cause secondry pollution of

6、 water.So,can not be achieved through constant pressure water supply towers then?Certainly,that is introduced into the design of PLC used in constant pressure water supply.Water consumption,the increase in the quantity or inprove the water pump rotational speed to maintain constant water pressure in

7、 the pipe network,water and it takes hours to make the opposite adjustment.This is the PLC control constant pressure water supply of the basic ideas. This is designed for residential water and fire water designed.By the frequency conveter,PLC,PID regulator and composition of the control system to re

8、gulate the pump output flow.Formed by the three water pump motor pump,water closing the fire control network,the frequency converter or power supply,water supply systens under pressure to control the inverter export pump motor speed and switch the system running.The most reasonable condition to ensu

9、re the on-demand water supply.Design and implementation of this thesis,data transmission through ZUTAIWANG circuit remote network monitoring system.Elaborate on the system design and software implementation,and system reliability of the measures taken are described.This paper introduces the basic pr

10、inciples and the constant pressure water supply system constitutes the basis described PLC in the Water Supply System in the role.From the systems overall design and the actual needs of the beginning of life close to reality the need for,and strive to make sure that the system is stable,easy to oper

11、ate to solve to reality the need for,and strive to make sure that the system is stable,easy to operate to solve the practical problems,to ensure the water supply safe,fast and reliable.Constant pressure water supply to ensure the water quality supply safe,fast and reliable.Constant pressure water su

12、pply to ensure the water quality to the host PLC control system for the rich control the system,improve system reliability.Key words: water supply of constant pressure; variable frequency and speed regulation; PLC; ZUTAIWANG monitoring system目 錄 一、引言 1 1.1 恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 1 1.2 恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 本文的

13、主要研究內(nèi)容 1二、PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)及工藝要求 2 2.1 恒壓供水系統(tǒng)的組成 2 2.1.1 壓力變送器 2 2.1.2 變頻器 2 2.2 PLC在恒壓供水中的主要任務(wù) 3 2.3 PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)工藝要求 3 2.3.1 PLC控制的恒壓供水系統(tǒng) 3 2.3.2 系統(tǒng)控制的工藝要求 4 2.3.3 設(shè)計(jì)總體方案思路 4三、PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5 3.1 PLC系統(tǒng)選型 5 3.2 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配 5 3.3 變頻器 6 3.3.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 7 3.3.2 變頻器的分類 8 3.3.3 變頻器硬件選擇及參數(shù)設(shè)置 8 3.4 壓力變送器

14、 9 3.5 電動(dòng)機(jī) 10 3.6 電氣控制系統(tǒng)原理圖 10 3.6.1 主電路圖 10 3.6.2 控制電路圖及PLC硬件接線圖 10四、PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 11 4.1 由電動(dòng)機(jī)功率原因而選擇工頻接入星角啟動(dòng) 12 4.2 多水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的換泵過程 12 4.3 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì) 13 4.4 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn) 14 4.5 西門子PLC編程軟件簡介 15 4.6 程序調(diào)試 15五、組態(tài)王組態(tài)軟件的設(shè)計(jì) 15 5.1 組態(tài)王組態(tài)軟件系統(tǒng)介紹及構(gòu)成 15 5.2 使用組態(tài)王組態(tài)軟件控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法 16 5.3 使用組態(tài)王組態(tài)軟件開發(fā)應(yīng)考慮的問題 16 5

15、.4 恒壓供水系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì) 16 5.5 組態(tài)運(yùn)行環(huán)境及調(diào)試 20六、結(jié)束語 21一、引言1.1 恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義隨著變頻器調(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，變頻恒壓供水系統(tǒng)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)生活消防供水系統(tǒng)，然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如：水泵），在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本設(shè)計(jì)介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。1.2 恒壓供水系統(tǒng)

16、的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)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(shí)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(jìn)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(shí)踐。1.3 本文的主要研究內(nèi)容本設(shè)計(jì)是三泵生活恒壓供水系統(tǒng)，研究基于組態(tài)王組態(tài)軟件的供水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、壓力變送器組成。本文研究的目標(biāo)是對恒壓控制技術(shù)給予提升，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能效果進(jìn)一步提高，操作1更加簡捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為：了解原有供水系統(tǒng)的運(yùn)行原理后

17、，加入PLC使系統(tǒng)更加優(yōu)化，更符合實(shí)際需求，并提出具體的工藝要求；再根據(jù)要求設(shè)計(jì)恒壓供水控制系統(tǒng)的軟、硬件；研究恒壓變頻供水的控制方法；開發(fā)基于組態(tài)王組態(tài)軟件的控制界面，完成系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的高性能控制。2 二、PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)及工藝要求2.1 恒壓供水系統(tǒng)的組成 圖1 恒壓供水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 2.1.1 壓力變送器壓力變送器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電流信號或電壓信號傳送至變頻器模擬量輸入口。2.1.2 變頻器交流變頻器是微計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代電力電子技術(shù)高度發(fā)展的結(jié)果。微計(jì)算機(jī)是變頻器的核

18、心，電力電子器件構(gòu)成了變頻器的主電路。 改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度。本設(shè)計(jì)使用ABB公司ACS510-01(1.1KW160KW)變頻器，參照使用說明及本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容，選用PFC控制宏。該應(yīng)用宏主要用于泵及風(fēng)機(jī)的控制（PFC)。將壓力變送器的測量標(biāo)準(zhǔn)電信號420mA直接輸入變頻器模擬量輸入端，變頻機(jī)進(jìn)行PI及PID運(yùn)算，并根據(jù)預(yù)算結(jié)果調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率及泵的工作狀態(tài)和工作數(shù)量，從而達(dá)到水壓恒定控制目的。2.2 PLC在恒壓供水中的主要任務(wù) 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大量接觸器繼電器控制電路，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 替代硬件按鈕及數(shù)字量的輸入，安全穩(wěn)定。 變頻器的驅(qū)動(dòng)控制 泵站的其他邏輯控制除了泵組的運(yùn)行管

19、理工作外，泵站還有許多邏輯控制工作，如手動(dòng)、自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示等。2.3 PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)工藝要求2.3.1 PLC控制的恒壓供水系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)介紹的是一個(gè)三泵生活恒壓供水。如圖2所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱注水。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水公用三臺(tái)泵，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水恒壓。從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到恒壓供水的目的。3 圖2 系統(tǒng)示意圖2.3.2 系統(tǒng)控制的工藝要求 對三泵生活供水系統(tǒng)的基本要求是： 生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值

20、運(yùn)行。 三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h，則要切換下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長而造成的機(jī)械磨損。 三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)采用星形啟動(dòng)角接運(yùn)行，避免啟動(dòng)電流過大。 要有完善的報(bào)警功能。 對泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。以下章節(jié)進(jìn)行具體的PLC設(shè)計(jì)：在完成I/O分配表后，對PLC，變頻器，壓力傳感器等進(jìn)行具體的硬件選擇，并繪出硬件接線圖；在完成系統(tǒng)流程圖后設(shè)計(jì)出符合系統(tǒng)要求的軟件程序并進(jìn)行調(diào)試；利用組態(tài)軟件對上位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)，檢驗(yàn)是否達(dá)到系統(tǒng)要求。2.3.3

21、設(shè)計(jì)總體方案思路本次設(shè)計(jì)使用壓力變送器作為反饋信號，安裝在用戶端管網(wǎng)中的壓力變送器將實(shí)際的水壓值轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號送給AVF變頻器，在變頻器端設(shè)定所需的壓力值，4并由變頻器進(jìn)行PID運(yùn)算，根據(jù)實(shí)際值和設(shè)定值的邏輯關(guān)系，由變頻器控制水泵的變頻、工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，加泵、換泵的動(dòng)作。使用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸繼電器系統(tǒng)，完成三臺(tái)水泵的手動(dòng)控制功能及工頻啟動(dòng)時(shí)的星角接功能。使用PLC大大提高了硬件的穩(wěn)定性和安全性，與變頻器配合實(shí)現(xiàn)用戶管網(wǎng)水壓的基本恒定。三、PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC系統(tǒng)選型 PLC按I/O點(diǎn)數(shù)一般可分為小型PLC（256點(diǎn)以下）、中型PLC（2048點(diǎn)以下）、大型PLC（2

22、048點(diǎn)以上）三類。根據(jù)上面的I/O分配表中I/O點(diǎn)個(gè)數(shù)可知本設(shè)計(jì)應(yīng)選用小型PLC。S7200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC水平，而價(jià)格去和小型PLC一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注，特別是S7200CPU22*系列PLC，由于它具有多功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，而且可以很容易的組成PLC網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)系統(tǒng)硬件的I/O點(diǎn)數(shù)、內(nèi)部寄存器數(shù)量及種類、智能模塊、性價(jià)比等因素，最重要是根據(jù)我校實(shí)驗(yàn)室的具體情況和我們以前課程所涉及到了知識，最終選用西門子S7200系列PLC。 主機(jī)單元：從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸

23、入點(diǎn)15個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)14個(gè)。所以可選用的PLC有：CPU226(24輸入/16輸出)。所選CPU輸入輸出點(diǎn)數(shù)多于所需點(diǎn)數(shù)。方便日后拓展升級。3.2 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配根據(jù)圖2及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表1所示。5表1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號名 稱代 碼地址編號輸入信號手動(dòng)模式選擇SA1I0.0自動(dòng)模式選擇SA2I0.11#泵手動(dòng)啟動(dòng)SB1I0.21#泵手動(dòng)停止SB2I0.32#泵手動(dòng)啟動(dòng)SB3I0.42#泵手動(dòng)停止SB4I0.53#泵手動(dòng)啟動(dòng)SB5I0.63#泵手動(dòng)停止SB6I0.7順序接入1#泵變頻運(yùn)行I1.0順序接入2#泵工頻運(yùn)行I1.

24、2順序接入3#泵工頻運(yùn)行I1.4變頻器1#泵換2#泵輸出I1.1變頻器2#泵換3#泵輸出I1.3變頻器3#泵換1#泵輸出I1.5緊急停止SJI1.6輸出信號1#泵變頻接觸器K11Q0.01#泵工頻接觸器K12Q0.12#泵工頻接觸器1K21Q0.22#泵工頻接觸器2K22Q0.32#泵工頻接觸器3K23Q0.43#泵工頻接觸器1K31Q0.53#泵工頻接觸器2K32Q0.63#泵工頻接觸器3K33Q0.72#泵變頻接觸器1K24Q1.02#泵變頻接觸器2K25Q1.13#泵變頻接觸器1K34Q1.23#泵變頻接觸器2K35Q1.363.3 變頻器發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是每

25、秒50Hz。而交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為： 式中-同步轉(zhuǎn)速，r/min； -定子頻率，Hz； -電機(jī)的磁極對數(shù)。而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為：式中-異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率，一般小于3%。均與送入電機(jī)的電流頻率/成正比例或接近于正比例。因而，改變頻率可以方便地改變電機(jī)的運(yùn)行速度，也就是說變頻對于交流電機(jī)的調(diào)運(yùn)來說是十分合適的。3.3.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu)從頻率變換的形式來說變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可將工頻交流電直接變換成頻率、電壓均可控制的交流電，稱為直接式變頻器。而交-直-交變頻器則是先把工頻交流電通過整流變成直流電。然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電又稱間接式變頻器。市售通用

26、變頻器多是交-直-交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，如圖4所示。7 圖3 交直交變頻器的基本結(jié)構(gòu)3.3.2 變頻器的分類變頻器的較詳細(xì)的工作原理還與變頻器的工作方式有關(guān)，通用變頻器按工作方式分類如下： 控制 轉(zhuǎn)差頻率控制 矢量控制通用變頻器按工作方式分類的主要工程意義在于各類變頻器對負(fù)載的適應(yīng)性。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。3.3.3 變頻器硬件選擇及參數(shù)設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)要求和變頻器的具體任務(wù)，如：采用變頻器的目的、變頻器的負(fù)載類型、變頻器與負(fù)載的匹配問題（電壓匹配和電流匹配）、一

27、些特殊的應(yīng)用場合及上面介紹的變頻器知識。綜上所述，本系統(tǒng)選用風(fēng)機(jī)水泵型ACS510系列ABB變頻器，型號：ACS510-01：數(shù)字量輸入6個(gè)，模擬量輸入2個(gè)，模擬量輸出2個(gè)，繼電器輸出3個(gè)，可編程，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部PID運(yùn)算調(diào)節(jié)，I/O端口自由連接。8具體此次設(shè)計(jì)所涉及設(shè)定參數(shù)：380V-480V±10%，三相，1.1KW-160KW；具體參數(shù)設(shè)定見附圖2、表2所示ABB一拖三參數(shù)。表2 變頻器設(shè)定參數(shù)表代碼設(shè)定及描述99029902=7；應(yīng)用宏設(shè)置，對應(yīng)選擇PFC控制宏，本宏用于泵和風(fēng)機(jī)控制。14011401=31；選用繼電器輸出114021402=31；選用繼電器輸出21403140

28、3=31；選用繼電器輸出340104010=19;定義內(nèi)部整定值是恒定的，參數(shù)由4011定義。40114011=設(shè)定壓力；定義為PID調(diào)節(jié)器設(shè)置一個(gè)恒定的給定值（內(nèi)部給定）40144014=1；定義選擇ACT1為反饋信號。40164016=1；定義去AI1為ACT1。81158115=40;設(shè)定輔助電機(jī)啟動(dòng)延時(shí)。·輸出頻率持續(xù)在設(shè)置的限定值之上，并且持續(xù)時(shí)間超過這個(gè)參數(shù)定義的延遲后，輔機(jī)啟動(dòng)。81168116=20;設(shè)定輔助電機(jī)停止延時(shí)。·輸出頻率持續(xù)在設(shè)置的限定值之下，并且持續(xù)時(shí)間超過這個(gè)參數(shù)定義的延遲后，輔機(jī)停止。81178117=2；定義輔機(jī)數(shù)量。（2）·每

29、一個(gè)輔助電機(jī)需要從變頻器獲取一個(gè)繼電器輸出，變頻器通過繼電器輸出發(fā)出啟動(dòng)/停止。81278127=3；定義由PFC控制的電機(jī)的實(shí)際個(gè)數(shù)。·這個(gè)值已經(jīng)包含了調(diào)速電機(jī)。·如果使用了自動(dòng)切換功能，這個(gè)值必須與分配為PFC的繼電器個(gè)數(shù)相一致。81188118=設(shè)定倒泵時(shí)間；定義控制切換功能并設(shè)置自動(dòng)切換的時(shí)間間隔。·在電機(jī)接到啟動(dòng)信號之后，才開始計(jì)算時(shí)間。 變頻器參數(shù)設(shè)置如上表。3.4 壓力變送器在智能系統(tǒng)中檢測是非常重要的一部分，它將檢測到控制量反饋給系統(tǒng)，才能9實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，給系統(tǒng)所用的檢測的是水壓，這個(gè)系統(tǒng)中選用壓力變送器，它的作用是通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器

30、，把出口壓力信號變成420mA變化的電流信號的標(biāo)準(zhǔn)信號送入AVF變頻器的端口進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器輸出，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水泵的工作狀態(tài)及工作水泵的狀態(tài)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的特點(diǎn)。供水系統(tǒng)的壓強(qiáng)是，下面單位都是估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單位，g=9.8，一般情況下，h<60米，所以本系統(tǒng)供水系統(tǒng)輸出壓力一般小于或等于0.6Mpa，系統(tǒng)選用PT500-503水壓力傳感器，該傳感器將01MPa范圍的壓力對應(yīng)轉(zhuǎn)換成420mA的電信號。該傳感器還具有體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的特點(diǎn)。3

31、.5 電動(dòng)機(jī)采用TS-200-150315型電動(dòng)機(jī)，功率：37KW。3.6 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線地圖。 3.6.1 主電路圖電氣控制系統(tǒng)主電路原理圖見附圖1。三臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM12控制1#工頻運(yùn)行；接觸器KM21、KM22K、M23控制2#泵的工頻；KM31、KM32、KM33控制3#泵的工頻；KM11控制1#泵變頻運(yùn)行；KM24、KM25控制2#泵的變頻運(yùn)行；KM34、KM35控制3#泵變頻運(yùn)行；FR1為1#泵的熱繼電保護(hù)；FR2為2#泵的熱繼電保護(hù)，F(xiàn)R3為3#泵的熱繼電保護(hù)。QS1為總電路的隔10離開關(guān)。A

32、VF為變頻器。3.6.2 控制電路圖及PLC硬件接線圖如圖4為PLC硬件接線圖。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)：可用按鈕SB1SB6控制三臺(tái)泵的啟/停，該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)：系統(tǒng)在變頻器控制下運(yùn)行。合上自動(dòng)開關(guān)后，變頻器輸出頻率從10Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏絹碜詨毫ψ兯推鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率持續(xù)上升直到到50Hz，對2#泵工頻接入，變頻器控制1#泵回到10HZ，如壓力不夠頻率繼續(xù)上升直到50HZ，然后對3#泵工頻接入，變頻器控制

33、1#泵回到10HZ，如用水量減小，從先啟動(dòng)的泵開始減，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)，待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1號泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。11 圖4 PLC硬件接線圖4、 PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下：4.1 由電機(jī)功率原因而選擇工頻接入星角啟動(dòng) 為了水壓水壓的相對恒定，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且當(dāng)一臺(tái)泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需工頻啟動(dòng)第二臺(tái)泵或第三臺(tái)泵。由于本次設(shè)計(jì)選用12的是3

34、7KW的水泵，所以不能直接啟動(dòng)，適用軟啟動(dòng)或者星角接啟動(dòng)。由于成本原因以及PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電接觸器的優(yōu)越性而選擇使用PLC來實(shí)現(xiàn)水泵的星角接啟動(dòng)是可行的。圖5為當(dāng)有工頻接入需要時(shí)接入水泵采用星角接啟動(dòng)的梯形圖程序舉例。 圖5 工頻接入時(shí)星角啟動(dòng)梯形圖程序4.2 多水泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的換泵過程實(shí)際使用中，為了避免一臺(tái)水泵長時(shí)間變頻及工頻運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械磨損對整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，本次設(shè)計(jì)采用一定時(shí)間內(nèi)倒泵的辦法，使三個(gè)水泵相對均勻的磨損，延長了使用周期，有效地利用資源，減少了維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)也大大提高了恒壓供水的穩(wěn)定性。圖6為水泵一、水泵二變頻、工頻互換梯形圖程序示例。13 圖6 水泵一、水泵二工變頻

35、互換梯形圖程序 水泵換泵過程中使用軟件互鎖，圖中M5.3為變頻器輸出換泵信號，水泵一由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，同時(shí)水泵二由工頻轉(zhuǎn)為變頻運(yùn)行。 同樣水泵二換水泵三及水泵三換水泵一過程也是同理，使用軟件互鎖避免水泵同時(shí)接入變頻和工頻電路導(dǎo)致變頻器報(bào)警。4.3 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)如下圖7所示，為系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)14 圖7 系統(tǒng)流程圖4.4 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn) 手動(dòng)操作模式時(shí)，通過按鈕可以分別工頻啟動(dòng)/停止任何一臺(tái)水泵。日常維護(hù)及維修時(shí)可以使用此模式維持基本供水水壓。 自動(dòng)模式工作時(shí)，1#泵自動(dòng)一變頻方式運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)壓力變送器的反饋信號逐漸增加頻率，當(dāng)輸出頻率達(dá)最大時(shí)而水壓仍小于給定水壓值，變頻器輸出一個(gè)

36、加泵信號，2#泵工頻加入，1#泵由變頻器調(diào)節(jié)變頻運(yùn)行，當(dāng)1#泵頻率再次達(dá)最大而水壓依然小于給定值時(shí)，變頻器再次輸出一個(gè)加泵信號，3#泵工頻加入，1#泵依然由變頻器調(diào)節(jié)，直至達(dá)到所需水壓。 當(dāng)2#、3#泵都以工頻輸出且1#泵輸出頻率達(dá)最大時(shí)，變頻器報(bào)警，停止，說明此時(shí)管網(wǎng)存在問題需要維修。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，變頻器控制的變頻工作的水泵會(huì)在3小時(shí)后自動(dòng)換泵，以使機(jī)械磨損達(dá)到相對均勻。此時(shí)變頻器輸出一個(gè)換泵信號，原變頻運(yùn)行水泵切換至工頻，15同時(shí)變頻器控制下一臺(tái)水泵變頻工作。換泵過程中采用軟件互鎖，提高可行性和穩(wěn)定性。4.5 西門子PLC編程軟件簡介 西門子STEP7是用于SIMATIC S7-200/

37、300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語句表進(jìn)行編程操作。4.6 程序調(diào)試為了保證系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行，我對PLC程序進(jìn)行了調(diào)試。利用仿真軟件進(jìn)行調(diào)試，強(qiáng)制給PLC輸入量，得到了預(yù)想的輸出，而一些報(bào)警功能也同樣得到了預(yù)想的效果，經(jīng)調(diào)試后，證明PLC程序無錯(cuò)誤，都達(dá)到了預(yù)期效果，符合工藝要求。 五、組態(tài)王組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)5.1 組態(tài)王組態(tài)軟件系統(tǒng)介紹及構(gòu)成組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層

38、、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)16畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。5.2 使用組態(tài)王組態(tài)軟件控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法 圖形

39、界面的設(shè)計(jì) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 建立動(dòng)畫連接 運(yùn)行和調(diào)試 5.3 使用組態(tài)王組態(tài)軟件開發(fā)應(yīng)考慮的問題圖形是用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。 數(shù)據(jù)就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性,比如水位、流量等。 連接就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。5.4 恒壓供水系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)雙擊“組態(tài)王”圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)王工程管理器。新建工程命名為“PLC控制恒壓供水”，進(jìn)入畫面編輯窗口，如圖8。17圖8 組態(tài)王畫面編輯 根據(jù)程序的硬件情況和工作關(guān)系將模擬的硬件繪制出來做好畫面布局，如圖9為最終的監(jiān)控畫面。18 圖9

40、系統(tǒng)監(jiān)控畫面然后根據(jù)監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)，進(jìn)行數(shù)據(jù)變量的定義，組態(tài)王中稱為“數(shù)據(jù)詞典”再把元件與變量對應(yīng)連接上，并完成每個(gè)元件的屬性設(shè)置，如圖10所示。在組態(tài)工作臺(tái)界面中，進(jìn)入設(shè)備組態(tài)窗口，在此窗口中通過設(shè)備工具箱，然后把定義的變量與PLC具體的I/O分配連接，完成設(shè)備連接。選擇PLC型號及通訊方式如圖11所示。根據(jù)設(shè)備通訊要求和連接情況，完成對話框中相關(guān)的參數(shù)設(shè)置。同時(shí)完成通道連接和設(shè)備調(diào)試設(shè)置如圖12。19 圖10 數(shù)據(jù)詞典定義 圖11 選擇PLC型號及通訊方式20 圖12 組態(tài)連接調(diào)試端口5.5 組態(tài)運(yùn)行環(huán)境及調(diào)試 將STEP中的程序下載至PLC中，調(diào)制“RUN”模式，雙擊組態(tài)王圖標(biāo)進(jìn)入組態(tài)王工程管理器，點(diǎn)擊PLC恒壓供水，點(diǎn)擊運(yùn)行。點(diǎn)擊畫面各個(gè)按鈕，經(jīng)調(diào)試后運(yùn)行正常，起到了即使監(jiān)控水泵運(yùn)行情況，控制系統(tǒng)運(yùn)行的作用。達(dá)到了控制要求。216、 結(jié)束語本設(shè)計(jì)研究的是PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)以PLC和變頻器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助于PLC強(qiáng)大而靈活的邏輯控制功能以及新型變頻器強(qiáng)大的內(nèi)置PID運(yùn)算功能，基本實(shí)現(xiàn)了供水的恒壓控制。系統(tǒng)采用ABB變頻器控制進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，按實(shí)際需要隨意設(shè)定壓力給定值，根據(jù)壓差調(diào)整水泵的工作情況，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。本設(shè)計(jì)經(jīng)過在實(shí)驗(yàn)室多次調(diào)試，基本能滿足設(shè)計(jì)的工藝要求，比較成功，不足的是所有調(diào)試都是在理想的情況