基于PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)康龍系列

1、建設(shè)節(jié)約型社會，合理開發(fā)、節(jié)約利用和有效保護(hù)水資源是一項艱巨任務(wù)。根據(jù)高校用水時間集中，用水量變化較大的特點，分析了校園原供水系統(tǒng)存在成本高，可靠性低，水資源浪費，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出以利用自來水水壓供水與水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器、軟啟動器、PLC、微泄露補償器、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能等傳感器，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。從而可以解決因樓層太高導(dǎo)致壓力不足及小流量時能耗大的問題。結(jié)合使用可編程控制器，可實現(xiàn)主泵變頻，副泵軟啟動，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了電機(jī)的使用壽命。關(guān)鍵詞：恒壓變頻供水，P

2、LC，自動控制，變頻器。目錄摘要I第一章緒論1恒壓供水問題的提出11本系統(tǒng)的總體方案1本系統(tǒng)的特點2本課題的主要工作3第二章恒壓供水系統(tǒng)的原理3變頻器3變頻器的基本原理3變頻器結(jié)構(gòu)電路圖4變頻器的配線52.1.4 故障診斷與對策8軟起動10軟起動的基本原理102.3 文本顯示器10第三章供水系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計11主要器件選型11變頻器和軟起動選型11供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計11恒壓供水思路11強(qiáng)電驅(qū)動線路112強(qiáng)電驅(qū)動線路215電動閥控制電路153.2.5 PLC接線圖16控制線路17第四章恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計19梯形圖的基本繪制規(guī)則19恒壓供水系統(tǒng)I/O分配表20程序流程圖23程序編寫23程序調(diào)試

3、23結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)25附錄1 PLC程序流程圖27附錄2 PLC程序31第一章緒 論變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電動機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。而高校校園的供水和一般城市供水相比較則有些特殊。主要是由于校園內(nèi)學(xué)生住宿區(qū)一般都較為集中，造成了學(xué)生宿舍、食堂的用水十分集

4、中，且用水量較大。而其它建筑物如教室、實驗室、教師住宿區(qū)等的用水量則相對較少。同時，用水的時間性強(qiáng)，一般在早上六點到八點，中午十一點到下午兩點，下午五點到七點，晚上九點到十點四個時間段用水量最大，而其它時間則用水量一般。我校原來的供水方式為：把城市自來水管網(wǎng)的水源取到蓄水池后，用水泵抽到校園內(nèi)高位水池，再由高位水池向校園管網(wǎng)供水。這種方法的缺點是用水高峰期經(jīng)常性的供水不足，特別是學(xué)生宿舍和食堂最為明顯，影響了學(xué)生和教師的正常生活秩序。同時該供水方式還存在如下問題：（1）供水成本高。（2）供水可靠性低。（3）水資源浪費。（4）校園管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計有缺陷。系統(tǒng)的總體方案系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，把

5、1泵和變頻器連接，實現(xiàn)變頻運行。為保護(hù)電機(jī)，2泵和3泵用軟起動器來啟動，起動參數(shù)可調(diào)，而且采用軟起動具有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)沖擊電流大的弊病，減輕對管道的沖擊，減少設(shè)備損壞。在工作過程中，壓力傳感器將主管網(wǎng)水壓變換為電流信號，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進(jìn)行PID運算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的頻率。當(dāng)用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下恒壓運行，當(dāng)用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力達(dá)到設(shè)定值時，壓力傳感器上傳的信號被PLC檢測到，PLC自動將變頻泵的頻率降至出水頻率，同時將第二臺泵軟

6、啟動投入到工頻運行，以保持壓力的穩(wěn)定，此時管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實現(xiàn)；一段時間后，若2臺泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將軟啟動下一臺水泵。當(dāng)用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時實際壓力值大于設(shè)定壓力，PLC將最后啟動的工頻泵停掉，以減少供水量。4一段緩沖時間后，當(dāng)變頻器仍工作在出水頻率以下時，PLC再軟停車停掉第2臺工頻運行的電機(jī)，此時管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻率實現(xiàn)。為了防止備用泵銹死，用PLC定時，B、C泵循環(huán)備用。循環(huán)時間可默認(rèn)定在每周三凌晨2點，因為這時用水量較少，備用泵循環(huán)可順利進(jìn)行。主要參數(shù)的設(shè)定可用文本顯示器來設(shè)定。5省去了改寫程序的麻煩。提高

7、備用泵的利用率，是本系統(tǒng)的第一個目的，也是第一個特點。節(jié)能，是設(shè)計這套系統(tǒng)的另一個重要目的。第一，原有的供水系統(tǒng)只單純手動控制電機(jī)的啟動和切換，這樣在電機(jī)啟動時會產(chǎn)生很大的啟動電流，長此以往對電機(jī)壽命有很大損害，而且在供水時一直按工頻全速運轉(zhuǎn)效率低、能耗大。而本系統(tǒng)可根據(jù)實際壓力變化自動調(diào)整變頻器頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少了能量的消耗。第二，普通恒壓供水在用水量變化較大時有高效、節(jié)能的作用，但在用水量很小的情況下，如晚上，變頻器工作在出水頻率附近，耗電量增大。下面引用一篇文章來說明。時能耗大效率低的問題。當(dāng)流量較小時，恒壓供水模式將轉(zhuǎn)換成壓差供水模式。壓差供水模式的工作過程如下，當(dāng)流量條件滿

8、足壓差方式時，系統(tǒng)自動切換。變頻泵以50Hz的頻率開啟，向微泄露補償器壓水，當(dāng)壓力達(dá)到壓差上限時，水泵停止供水并停機(jī)。這時管道的壓力由微泄露補償器來提供。當(dāng)壓力傳感器檢測到壓力低于壓差下限時，變頻泵再次以工頻把補償器壓滿。在壓力達(dá)到壓差上限時，定時器同時計時，在變頻器若干次的啟停后（系統(tǒng)默認(rèn)為4次），PLC自動比較壓力由壓差上限到壓差下限的的時間是否低于系統(tǒng)設(shè)定的頻率上升時間，若都低于說明需水量已增大，系統(tǒng)就自動切換到恒壓供水狀態(tài)。本系統(tǒng)是由變頻技術(shù)、壓差恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)及微泄露補償技術(shù)組成。采用這種技術(shù)供水時，變頻設(shè)備能自動的根據(jù)供水流量轉(zhuǎn)換供水方式，并利用微泄漏補償器儲能，來實現(xiàn)微小流量下

9、高效率供水的目標(biāo)。本文所做的工作分為兩個方面，一是電氣圖的設(shè)計；二是PLC程序的編制滿足工藝要求。全文主體思路共分為4章，第一章概述恒壓供水問題的提出和意義，明確論文要解決的問題并提出總體方案；第二章概述恒壓供水方案解決的基礎(chǔ)上，介紹恒壓供水系統(tǒng)的主要器件的原理和使用方法。第三章詳細(xì)介紹全自動供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計。第四章詳細(xì)闡述供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計。第二章 恒壓供水系統(tǒng)的原理變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們公司現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電

10、源以供給電動機(jī)。變頻器的電路一般由整流環(huán)節(jié)、中間直流環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)和控制環(huán)節(jié)4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，如果不改變電動機(jī)的級數(shù)，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。變頻器在工頻以下和工頻以上工作時的情況：（1）變頻器小于50Hz時，由于I*R很小，所以U/F=E/F不變時，磁通為常數(shù)，轉(zhuǎn)矩和電流成正比，這

11、也就是為什么通常用變頻器的過流能力來描述其過載（轉(zhuǎn)矩）能力，并成為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）變頻器50Hz以上時，通常的電機(jī)是按50Hz電壓設(shè)計制造的，其額定轉(zhuǎn)矩也是在這個電壓范圍內(nèi)給出的。因此在額定頻率之下的調(diào)速稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 (T=Te, P<=Pe)變頻器輸出頻率大于50Hz頻率時，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要以和頻率成反比的線性關(guān)系下降。當(dāng)電機(jī)以大于50Hz頻率速度運行時，電機(jī)負(fù)載的大小必須要給予考慮，以防止電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的不足。舉例，電機(jī)在100Hz時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大約要降低到50Hz時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的1/2。因此在額定頻率之上的調(diào)速稱為恒功率調(diào)速。眾所周知，對一個特定的電機(jī)來說, 其額定電壓和額定電流是不

12、變的。如變頻器和電機(jī)額定值都是: 15kW/380V/30A, 電機(jī)可以工作在50Hz以上。    當(dāng)轉(zhuǎn)速為50Hz時，變頻器的輸出電壓為380V，電流為30A。這時如果增大輸出頻率到60Hz，變頻器的最大輸出電壓電流還只能為380V/30A。很顯然輸出功率不變。所以我們稱之為恒功率調(diào)速。    這時的轉(zhuǎn)矩情況怎樣呢？由于功率是角速度與轉(zhuǎn)矩的乘積。因為功率不變，角速度增加了，所以轉(zhuǎn)矩會相應(yīng)減小。主回路主要由整流電路、限流電路、濾波電路、制動電路、逆變電路和檢測取樣電路部分組成。變頻器結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。圖2-1變

13、頻器結(jié)構(gòu)圖1、主回路端子臺的配線圖如圖2-2所示。圖2-2 變頻器配線圖2、控制回路端子（1）控制回路端子圖變頻器實際應(yīng)用中接線端子排列如圖2-3所示。圖2-3 變頻器端子圖（2）控制回路端子功能說明變頻器中所用的各個端子說明如表2-1所示。JP1跳線說明：電源：1-2短接，8V+輸出5V/50mA。電源：2-3短接，V+輸出10V/10mA。表2-1 變頻器端子功能表種類端子符號端子功能備注模擬輸入V+向外提供+5V/50mA電源或+10V/10mA電源由控制板上JP1選擇V-向外提供-10V/10mA電源VI1頻率設(shè)定電壓信號輸入端1010VVI2頻率設(shè)定電壓信號輸入端2-1010VII頻

14、率設(shè)定電流信號輸入正端（電流流入端）020mAGND頻率設(shè)定電壓信號的公共端（V+、V-電源地），頻率設(shè)定電流信號輸入負(fù)端（電流流出端）控制端子X1多功能輸入端子1多功能輸入端子的具體功能由參數(shù)L-63 L-69設(shè)定，端子與CM端閉合有效X2多功能輸入端子2X3多功能輸入端子3X4多功能輸入端子4X5多功能輸入端子5X6多功能輸入端子6X7多功能輸入端子7，也可作外部脈沖信號的輸入端子 FWD正轉(zhuǎn)控制命令端與CM端閉合有效，F(xiàn)WD-CM決定面板控制方式時的運轉(zhuǎn)方向。REV逆轉(zhuǎn)控制命令端RST故障復(fù)位輸入端CM控制端子的公共端+24向外提供的+24V/50mA的電源（CM端子為該電源地）模擬輸出

15、AM可編程電壓信號輸出端，外接電壓表頭（由參數(shù)b-10設(shè)定）最大允許電流1mA輸出電壓010VFM可編程頻率信號輸出端，外接頻率計（由參數(shù)b-11設(shè)定）最高輸出信號頻率50KHz、幅值10VAM-AM、FM端子的公共端內(nèi)部與GND端相連OC 輸出OC1OC2可編程開路集電極輸出，由參數(shù)b-15及b-16設(shè)定最大負(fù)載電流50mA，最高承受電壓24V故障輸出TATBTC變頻器正常：TA-TB閉合TA-TC斷開變頻器故障：TA-TB斷開TA-TC閉合觸點容量：AC250V 1A阻性負(fù)載RS485通訊ABRS485通訊端子3、變頻器的基本配線圖如圖2-4所示。圖2-4 變頻器基本配線圖2.1.4 故障

16、診斷與對策當(dāng)變頻器有故障時，1泵故障輸入置1，1泵停止，具體故障如表2-2。表2-2 變頻器故障對策表故障代碼故障說明可能原因?qū)Σ逧加速中過流1. 加速時間過短2. 轉(zhuǎn)矩提升過高或V/F曲線不合適1. 延長加速時間2. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線減速中過流減速時間太短增加減速時間運行中過流負(fù)載發(fā)生突變減小負(fù)載波動加速中過壓1. 輸入電壓太高2. 電源頻繁開、關(guān)1. 檢查電源電壓2. 用變頻器的控制端子控制變頻器的起、停減速中過壓1. 減速時間太短2. 輸入電壓異常1. 延長減速時間2. 檢查電源電壓3. 安裝或重新選擇制動電阻運行中過壓1. 電源電壓異常2. 有能量回饋性負(fù)載1. 檢查電

17、源電壓2. 安裝或重新選擇制動電阻停機(jī)時過壓電源電壓異常檢查電源電壓運行中欠壓1. 電源電壓異常2.電網(wǎng)中有大的負(fù)載起動1. 檢查電源電壓2. 分開供電變頻器過載1. 負(fù)載過大2. 加速時間過短3. 轉(zhuǎn)矩提升過高或V/F曲線不合適4.電網(wǎng)電壓過低1. 減小負(fù)載或更換成較大容量變頻器2. 延長加速時間3. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線4. 檢查電網(wǎng)電壓電機(jī)過載1.負(fù)載過大2.加速時間過短3.保護(hù)系數(shù)設(shè)定過小4.轉(zhuǎn)矩提升過高或V/F曲線不合適1. 減小負(fù)載2. 延長加速時間3. 加大電機(jī)過載保護(hù)系數(shù)（H-2）4. 降低轉(zhuǎn)矩提升電壓、調(diào)整V/F曲線變頻器過熱1. 風(fēng)道阻塞2. 環(huán)境溫度過高3.

18、風(fēng)扇損壞1. 清理風(fēng)道或改善通風(fēng)條件2. 改善通風(fēng)條件、降低載波頻率3. 更換風(fēng)扇輸出接地1. 變頻器的輸出端接地2. 變頻器與電機(jī)的連線過長且載波頻率過高1. 檢查連接線2. 縮短接線、降低載波頻率干擾由于周圍電磁干擾而引起的誤動作給變頻器周圍的干擾源加吸收電路輸出缺相變頻器與電機(jī)之間的接線不良或斷開檢查接線IPM故障1.輸出短路或接地2.負(fù)載過重1. 檢查接線2. 減輕負(fù)載外部設(shè)備故障變頻器的外部設(shè)備故障輸入端子有信號輸入檢查信號源及相關(guān)設(shè)備電流檢測錯誤1. 電流檢測器件或電路損壞2. 輔助電源有問題向廠家尋求服務(wù)r.18PID反饋故障1. PID反饋信號線斷開2. 用于檢測反饋信號的傳感

19、器發(fā)生故障3. 反饋信號與設(shè)定不符1. 檢查反饋通道2. 檢查傳感器有無故障3. 核實反饋信號是否符合設(shè)定要求軟起動器是一種用來控制鼠籠型異步電動機(jī)的新設(shè)備，集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新型電機(jī)控制裝置，國外稱為 Soft Starter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機(jī)時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成

20、任務(wù)的晶閘管，為電動機(jī)正常運轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。9軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。2.3 文本顯示器在PLC程序設(shè)計中，有一些參數(shù)需要根據(jù)實際情況變動，這時如果再重新改變程序的話，會增加出錯率。這時通過串口線把PLC的RS232端口和文本顯示器的RS232端口連接起來，顯示器中設(shè)置的參數(shù)和PLC里設(shè)定的特定寄存器值相對應(yīng)。通過屏幕鍵盤的操作可該變程序里寄存器的數(shù)值。10文本顯示器面板如下圖所示。圖2-3 文本顯示器面板第三章 供水系

21、統(tǒng)的硬件電路設(shè)計變頻器和軟起動選型根據(jù)用水量計算出電機(jī)的功率為15KW，軟起動器選擇STR015A，功率為。本系統(tǒng)具體控制方案為：1、供水（1）單泵工作開機(jī)延時5秒，首先開啟真空泵，開啟1泵真空電磁閥和1泵電動閥，真空泵工作1分鐘后（可以設(shè)置），開啟變頻1泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉1泵真空電磁閥；1泵按2HZ/S速度上升至出水頻率（可以設(shè)置），再按1HZ/S速度工作。（2）進(jìn)泵當(dāng)1泵到達(dá)全速但壓力達(dá)不到設(shè)定值，延時（可以設(shè)置）開啟真空泵，開啟2泵真空電磁閥和2泵電動閥，真空工作1分鐘后（可以設(shè)置），軟起工頻2泵，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉2泵真空電磁閥；1泵下降至出水頻率（可以設(shè)置），若壓力超過設(shè)定壓力，重新

22、執(zhí)行單泵工作程序。（3）退泵當(dāng)1泵頻率下降至出水頻率（可以設(shè)置），實際壓力超過設(shè)定壓力，延時（可以設(shè)置），停止2泵，關(guān)閉2泵電動閥，重新執(zhí)行單泵工作程序；（4）3泵為手動/自動備用泵，本系統(tǒng)考慮到當(dāng)遇到特殊情況時兩個泵達(dá)不到需求時，要啟動3泵。故在PLC程序中編寫了進(jìn)退3泵的程序。（5）電動閥門可自動，也可手動控制。2、取水當(dāng)蓄水池水位下降到水位下限后，停止所有工作供水泵，并開啟取水電動閥；到達(dá)工作上限時，自動啟動系統(tǒng)，關(guān)閉取水電動閥，按照以上程序執(zhí)行。3、工作狀態(tài)系統(tǒng)分自動和手動控制，在自動狀態(tài)下執(zhí)行自動程序，在手動狀態(tài)下能夠手動啟動所有負(fù)載。具體思路如圖3-1所示。圖3-1 恒壓供水思路圖

23、強(qiáng)電驅(qū)動線路1系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，功率為15kw，兩備一用。把1泵和變頻器連接，實現(xiàn)變頻運行。2泵和3泵用軟起動器來啟動，起動參數(shù)可調(diào)，而且采用的軟起動器具有軟停車功能。在變頻器的接點中，常開觸點KM7代表手動，常開觸點KM8代表自動，當(dāng)需要系統(tǒng)自動時，KM8閉合，由PLC的模擬量模塊輸出電壓信號來改變變頻器頻率，變頻器中的AM，AM-接點連接模擬量模塊中的頻率輸入端口，并進(jìn)行處理；當(dāng)旋鈕打到手動檔時，KM7閉合，由滑動變阻器來改變VI1口的輸入電壓，進(jìn)而改變頻率，從而調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。KA1線圈連接+24V和OC1端口，作用是當(dāng)變頻器啟動完成后，線圈通電。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，TA、T

24、C內(nèi)置開關(guān)閉合，P01口接通。FWD和CM接通時電機(jī)正轉(zhuǎn)，因為本系統(tǒng)不需要電機(jī)反轉(zhuǎn)，故沒有顯示反轉(zhuǎn)接口。軟啟動器的STOP、COM和RUN端口連接方式如圖3-2，當(dāng)RUN和COM接通時，軟啟動器啟動，啟動時間可以設(shè)置。啟動完成后，12V和OC端口接通。K12和K14接口分別接P03和24V，當(dāng)軟啟動器出現(xiàn)故障時，兩端口的內(nèi)置開關(guān)接通，P03有信號，PLC會自動令水泵停止工作并令3泵啟動接替2泵。3泵故障設(shè)置同2泵。變頻器和兩個軟啟動器的啟動完成端口連接的線圈電路中都連接有一個二極管，它的作用是為了消除繼電器線圈中的剩余電量，防止浪涌電流燒毀端口內(nèi)部器件。兩軟啟動器下面的線路是為定時轉(zhuǎn)換備用泵而

25、設(shè)計的，系統(tǒng)啟動時默認(rèn)開一號線路，即KM9,KM10閉合，KM11,KM12斷開；當(dāng)設(shè)定時間與系統(tǒng)內(nèi)部時間相等時，KM9,KM10斷開，KM11,KM12閉合。最初的設(shè)計想法是把KM9和KM10定義為三個常閉觸點，這樣定義I/O口和編程時都會簡便一些，比如把KM9和KM10分別改為常閉觸點KM11和KM12。當(dāng)需要備用泵轉(zhuǎn)換時，只讓KM11（KM11歸于KM11）和KM12（KM12歸于KM12）動作即可。但從實際考慮一個接觸器只有一個輔助常閉觸點，這樣一個電路就需要三個接觸器，這樣運作起來更麻煩了；輔助觸頭是有三個常閉觸點的，但輔助觸頭絕對不能用到主電路的控制上。所以用四個常開觸點更安全。主

26、要參數(shù)的設(shè)定可用文本顯示器來設(shè)定，省去了改寫程序的麻煩。圖3-2 強(qiáng)電驅(qū)動圖1強(qiáng)電驅(qū)動線路2圖3-3 強(qiáng)電驅(qū)動圖2電路圖左邊的是真空泵的主電路，斷路器QF4和熱繼電器FR1用來保證電機(jī)安全運行，KM1的作用是在PLC中用來控制真空泵的開閉。三個電壓表用來檢測主電源線中電壓是否穩(wěn)定。最右邊的電路是為控制電路和PLC供電設(shè)計的。先通過變壓器把380V轉(zhuǎn)換成220V，用低通濾波器濾掉高頻諧波，最后通過開關(guān)電源就得到24V和5V。電動閥控制電路圖3-4中控制四個電動閥的接觸器分別是KM2、KM3、KM4、KM5。電動閥里有兩個限位開關(guān)，三個接線端子。其中兩個常開、常閉觸點是主管閥門的開啟和閉合。連接在

27、端子排中的1號位的是公共端，2號位的常閉觸點的作用是關(guān)閉電動閥，3號位的常開觸點閉合后電動閥開啟。當(dāng)電動閥開到90°時，會碰到5號位的關(guān)到位限位開關(guān)，線圈就會通電說明電動閥已經(jīng)完全打開。同樣，當(dāng)關(guān)閉電動閥時，反轉(zhuǎn)到90°時，會碰到4號位的開到位的限位開關(guān)，線圈通電表明電動閥已經(jīng)成功關(guān)閉。圖3-4 電動閥控制線路3.2.5 PLC接線圖圖3-5所示的是LG-PLC接線圖。在可編程控制器的左右兩邊分別是定義的輸入點和輸出點。本系統(tǒng)共用到三個泵，所以需要定義三個泵的狀態(tài)輸入和故障輸入，又因為所用的泵是離心泵，離心泵啟動時必須有真空泵把空氣抽凈，所以又加上了真空泵的控制端口。在現(xiàn)實

28、控制中，手動是必須的。為了能讓備用泵順利轉(zhuǎn)換，定義循環(huán)線路的輸入和輸出端口來保證兩個軟起泵能按時轉(zhuǎn)換。在PLC右邊，定義了三個供水泵，真空泵和四個電動閥的輸出控制端口。最后的那三個供水泵電磁閥是用在每個泵啟動時控制真空泵抽各離心泵中空氣用的。下圖右邊是完成本次系統(tǒng)任務(wù)的必需擴(kuò)展。首先，是兩個ADHB模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用來處理如水位，壓力和頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換。這三個模擬量不能直接參與PLC的運算，需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才行。每個輸入輸出都有自己的寄存器地址，在編程時還要在調(diào)用寄存器的值的時候與相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行運算才可用于PLC中的PID運算。文本顯示器用于改變PLC程序中的有關(guān)參數(shù)。它對于編程和現(xiàn)場控制有很大

29、幫助。可以隨時在需要的情況下改變?nèi)缛齻€模擬量系數(shù)、水位的上下限和備用泵的轉(zhuǎn)換時間。圖3-5 PLC接線圖控制線路下面兩圖為本系統(tǒng)的控制線路。電源線為三相線的A、B相線，為了防止過載、短路和欠電壓，最開始設(shè)置上了斷路器。下面的K按鈕是應(yīng)急按鈕。再下面的手動轉(zhuǎn)換開關(guān)是用來選擇手動還是自動。接觸器最多只有四個常開觸點，拿手動來說，需要兩個10型的接觸器和兩個40型的輔助觸頭，共16個常開觸點，KM8同理。每個泵閥門都有自動和手動，這是在實際需要的立場上設(shè)計的。當(dāng)手動時，KM7閉合2SB1為啟動按鈕，2SB2為停止按鈕，當(dāng)2SB1按下時，KM13自聯(lián)鎖，以下各環(huán)節(jié)一樣；當(dāng)自動時，KM8閉合由PLC控制

30、的J繼電器來決定各個J開關(guān)的開閉。右邊的那一列指示燈是用來指示各開關(guān)按鈕、泵和閥門是否動作到位。到位后按鈕閉合，指示燈亮。指示燈這一列的電源接線接在急停按鈕下的轉(zhuǎn)換開關(guān)處，各電路環(huán)節(jié)在右邊均有注解。圖3-6 控制線路1圖3-7為兩個電動閥，循環(huán)控制線路和三個電磁閥的手動/自動控制線路。在循環(huán)控制線路中由于接觸器觸點較多，只能用兩個接觸器并聯(lián)在一起使用。循環(huán)控制那兩欄必須是兩個開關(guān)同時接通指示燈才能亮。三個泵的電動閥的開到位限位開關(guān)、關(guān)到位限位開關(guān)也在指示燈上有體現(xiàn)，正常工作時相應(yīng)的燈亮。圖3-7 控制線路2第四章 恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計在這里簡單介紹一下PLC的一些編程規(guī)則。1、編程順序梯形圖按

31、照從上到下，從左到右的順序控制。每個邏輯行開始于左母線，一般來說，觸點要放在左側(cè)，線圈和指令盒放在右側(cè)，線圈和指令盒右側(cè)不能有觸點，整個梯形圖形成階梯形結(jié)構(gòu)。2、編號分配對于外接電路的各元件分配編號，編號的分配必須是主機(jī)或者擴(kuò)展模塊本身實際提供的，而且可以用來編程，兩個設(shè)備不能共用一個輸入輸出點。3、觸點的使用次數(shù)和線圈的使用次數(shù)在PLC的梯形圖中，觸點的使用次數(shù)可能用無數(shù)次，而線圈的使用次數(shù)只能是一次，否則，容易引發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)意外的事故。4、線圈的連接使用一個條件驅(qū)動多個線圈時，不能串聯(lián)，只能并聯(lián)。I/O分配表1、系統(tǒng)具體控制方案上章已敘述，在此把恒壓供水系統(tǒng)的I/O分配列舉如下：表4-1 I

32、/O分配表輸入：1泵狀態(tài)輸入P001泵故障輸入P012泵狀態(tài)輸入P022泵故障輸入P033泵狀態(tài)輸入P043泵故障輸入P05真空泵狀態(tài)輸入P06真空泵故障輸入P07自動P08手動P09循環(huán)線路1狀態(tài)P0A循環(huán)線路2狀態(tài)P0B變頻器頻率輸入V0 COM0D4980(出變頻器)壓力輸入V1 COM1D4981頻率輸出V0+ V0-D4982(入變頻器)水位輸入V0 COM0D4984出水頻率D465030Hz左欄為默認(rèn)工作壓力設(shè)定D40120.36mpa水位下限D(zhuǎn)4000水位上限D(zhuǎn)4005供水下限D(zhuǎn)40162m文本顯示器時間周 D3500時 D3503分 D3506顯示器內(nèi)部時間周 D3510時

33、D3513分 D3516實際水位D4004實際壓力D4018變頻器實際輸出D4150壓差上限D(zhuǎn)40600.38mpa壓差下限D(zhuǎn)4070壓力系數(shù)D403040頻率系數(shù)D404080水位系數(shù)D405080頻率上升時間D402690s輸出：供水1泵P40供水2泵P41供水3泵P42真空泵啟動P431泵電動閥輸出P442泵電動閥輸出P453泵電動閥輸出P46取水電動閥輸出P47循環(huán)控制線路1P48循環(huán)控制線路2P49供水1泵電磁閥輸出P4A供水2泵電磁閥輸出P4B供水3泵電磁閥輸出P4C注：備用泵轉(zhuǎn)換時間默認(rèn)為：每周三凌晨兩點。2、上表中所列舉的參數(shù)可變的寄存器由文本顯示器輸入，文本顯示器上有接串口線

34、的端口RS232，與PLC的RS232端口連接后就可設(shè)置參數(shù)。如下圖對水位進(jìn)行設(shè)置的文本顯示器面板。圖4-1 文本顯示器界面顯示屏面板共有12個按鍵，包括：4個功能鍵（F1、F2、F3、F4）、4個箭頭鍵（向上、向下、向左、向右）和ESC（退出）鍵、ALM（報警）鍵、SET（設(shè)置）鍵、ENT（確認(rèn)）鍵。開機(jī)顯示封面，按ESC鍵退出并進(jìn)入主菜單，按鍵選擇項目，再按ENT鍵進(jìn)入選中的項目畫面。按ESC鍵可退出當(dāng)前畫面并返回主菜單。項目說明：（1）水位設(shè)置：用戶可自己設(shè)定水位上限、供水下限和水位下限。（2）水位顯示：顯示當(dāng)前水位的實際狀態(tài)。（3）壓力顯示：顯示當(dāng)前管道壓力的實際狀態(tài)，及可設(shè)定壓力窗口

35、。（4）頻率顯示：顯示當(dāng)前變頻器的實際頻率，并有出水頻率設(shè)定窗口，根據(jù)具體情況設(shè)定出水頻率。（5）系統(tǒng)循環(huán)定時：即備用泵轉(zhuǎn)換時間，當(dāng)時間和條件都符合時，2泵和3泵輪換工作，延長備用泵壽命。（6）系統(tǒng)內(nèi)部時間：控制柜可與電腦連接，文本顯示器同時可以與電腦時間校準(zhǔn)，保證兩泵準(zhǔn)時轉(zhuǎn)換。（7）系數(shù)設(shè)置：可跟據(jù)傳感器的實際參數(shù)設(shè)置壓力系數(shù)、頻率系數(shù)、水位系數(shù)。具體控制方案上面已有詳細(xì)敘述，根據(jù)本課題要求和實際情況的限制，恒壓供水系統(tǒng)流程圖見附錄。PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、變頻1泵起動程序、恒壓供水模塊程序、進(jìn)2泵程序、求模擬量平均值程序、進(jìn)3泵程序、退3泵程序、壓差程序、故障處理程序等構(gòu)成。（具體程序見附錄）為了保證系統(tǒng)的能夠順利運行，我對PLC程序進(jìn)行了上電調(diào)試，用電位器作為模擬量輸入，用一根導(dǎo)線一段連接+24V，另一端按需要接觸PLC端子作為接口輸入。結(jié) 論此次設(shè)計是以武漢工程技術(shù)學(xué)院的供水狀況為設(shè)計課題，包括：恒壓供水系統(tǒng)原理、恒壓供水系統(tǒng)的電氣實現(xiàn)、系統(tǒng)的硬件選型、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件電路設(shè)計等，本設(shè)計一共包含四大章設(shè)計內(nèi)容，其主體是由變頻技術(shù)、壓差恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)，是現(xiàn)階段水處理行業(yè)較為先進(jìn)的