（一）多泵切換恒壓供水系統(tǒng)控制方案

一、預(yù)備知識(shí)

1、變頻器恒壓供水系統(tǒng)

在生產(chǎn)生活的現(xiàn)實(shí)中，用戶的用水量是不斷變化的，因此供水不足或供水過剩的情況時(shí)有發(fā)生。而用水和供水的不平衡體現(xiàn)在供水的壓力上，就是水多了，水少了，壓力就低；水少了，水多了，壓力就大了。保持供水壓力不變，可以保持供水和用水的平衡，即用水多就供水多，用水少就供水少，提高供水質(zhì)量。

住宅區(qū)恒壓供水示意圖

恒壓供水是指供水管網(wǎng)用水量變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水系統(tǒng)的出口壓力值根據(jù)用戶需求確定。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，采用供水專用變頻器配以PID調(diào)節(jié)器、單片機(jī)、PLC等器件組成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。變頻器以恒定的壓力供水，如上圖1所示。

2、“一拖多”恒壓供水

實(shí)踐中，單泵供水一般不能滿足用水需求，常用多泵、單變頻、恒壓供水。即“一對(duì)多”控制方案，多臺(tái)泵調(diào)速，系統(tǒng)通過計(jì)算判斷是否達(dá)到設(shè)定壓力，決定是增(放)還是減(撤)泵。

由于“一對(duì)多”變頻恒壓供水系統(tǒng)需要涉及壓力PID控制、工頻和變頻等功能，需要通過專門的程序控制來實(shí)現(xiàn)。目前，“一對(duì)多”變頻供水系統(tǒng)主要有三種方式：

1）微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，多臺(tái)泵并聯(lián)供水，系統(tǒng)設(shè)定恒定的壓力值。當(dāng)用水量發(fā)生變化，管網(wǎng)壓力發(fā)生變化時(shí)，管網(wǎng)壓力會(huì)通過遠(yuǎn)程壓力表反饋給PI控制器，由PI控制器調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，維持恒壓供水。微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)如圖所示。

微機(jī)控制變頻恒壓供水系統(tǒng)

2）PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)

PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)類似于微電腦控制器，但不同的是PLC可以完成供水控制之外的其他特殊功能，具有更大的靈活性。

3）供水專用變頻器供水系統(tǒng)

由2 ~ 6臺(tái)水泵組成的供水系統(tǒng)可以用供水專用變頻器控制，使用起來相當(dāng)方便。供水專用變頻器=普通變頻器PLC是集供水控制和供水管理于一體的系統(tǒng)，不僅降低了生產(chǎn)成本，還大大提高了生產(chǎn)效率。供水專用西門子mm430變頻器框圖如圖所示。

Mm430變頻器供水框圖

二、確定控制方案

根據(jù)實(shí)際情況，我們采用PLC來控制變頻恒壓供水系統(tǒng)。采用變頻器MM440和PLC S7-200實(shí)現(xiàn)“一拖二”模式。

在抽水過程中，當(dāng)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，變頻器內(nèi)部輸出繼電器作為控制信號(hào)將電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電，然后變頻器啟動(dòng)其他電機(jī)。為了達(dá)到電機(jī)軟啟動(dòng)和節(jié)能的目的，切換過程由PLC控制。當(dāng)泵減少時(shí)，PLC控制直接停止工頻運(yùn)行的電機(jī)。采取“先啟后停”的模式。

（二）系統(tǒng)電氣原理圖繪制

一、預(yù)備知識(shí)

電氣控制電路圖通常由主電路和輔助電路兩部分組成。主電路(也叫電源電路)是通過強(qiáng)電流的電路。它包括電源電路、用電設(shè)備及其控制和保護(hù)電氣支路等。輔助電路是通過微弱電流的電路。一般來說，它是一個(gè)au

電路圖中電氣元件的三種表示法：集中表示法、半集中表示法和分離表示法。

電氣控制電路圖繪制的一般規(guī)則如下1

以便確定內(nèi)容(如圖形等)的位置和用途。)在圖上，為了便于維護(hù)和閱讀原理圖，對(duì)一些幅面大、內(nèi)容復(fù)雜的電氣圖進(jìn)行了分區(qū)。

）元件和連接線在電路圖中的表示2

當(dāng)意思不能用圖形形式表達(dá)清楚時(shí)，可以在圖上用注釋。批注的方式有兩種：一種是直接放在要解釋的對(duì)象附近；二是在圖紙上的其他適當(dāng)位置標(biāo)注并放置注釋。

）圖幅分區(qū)和元件在圖上位置的表示方法3當(dāng)需要在電氣工程圖上表示元件的技術(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，常用的方法有：在圖形符號(hào)旁標(biāo)注，在圖形符號(hào)內(nèi)標(biāo)注，以表格的形式給出。

）注釋4

繼電器和接觸器處于非勵(lì)磁狀態(tài)，即它們的線圈沒有通電的狀態(tài)。

斷路器、隔離開關(guān)等。處于關(guān)閉位置。

零位手動(dòng)控制開關(guān)處于零位，與電路實(shí)際工作狀態(tài)無關(guān)。

機(jī)械開關(guān)處于非工作位置，如終端開關(guān)到達(dá)極限行程前的位置。

）技術(shù)數(shù)據(jù)的表示方法、5

）電原理圖中元、器件狀態(tài)的規(guī)定

6

1, 2 .13圖的頂部是繪圖區(qū)編號(hào)，這些編號(hào)是為了方便查找電氣回路和閱讀電氣原理圖而設(shè)置的。

圖號(hào)下方的“電源開關(guān)…照明和信號(hào)”一欄表示其對(duì)應(yīng)的下部元件或電路的功能。

原理圖中接觸器和繼電器的線圈與其控制的主觸點(diǎn)或輔助觸點(diǎn)的隸屬關(guān)系應(yīng)標(biāo)注如下：

在每個(gè)接觸器線圈的字符符號(hào)KM下畫兩條豎線，分左、中、右三列，根據(jù)下表2左半部分規(guī)定的內(nèi)容，填寫其控制的主觸頭和輔助觸頭所在的繪圖區(qū)編號(hào)。未使用的觸點(diǎn)和觸點(diǎn)在相應(yīng)欄標(biāo)有標(biāo)記“X”。

在每個(gè)繼電器線圈的字符符號(hào)(如KT)下畫一條豎線，分成左右兩欄，根據(jù)下表右半部分規(guī)定的內(nèi)容，填寫其控制的觸點(diǎn)的圖號(hào)。類似地，未使用的觸點(diǎn)在相應(yīng)的列中標(biāo)記有標(biāo)記“X”。

原理圖中每個(gè)觸點(diǎn)文字符號(hào)下面的數(shù)字表示使其動(dòng)作的線圈的繪圖區(qū)號(hào)。

）電原理圖中的電源表示方法

表1　電氣線路和三相電氣設(shè)備端的表記代號(hào)

在繪制電氣原理圖之前，需要根據(jù)任務(wù)要求確定I/O點(diǎn)數(shù)，然后選擇合適的PLC模塊，再分配I/O口。

本例中手動(dòng)功能不使用PLC和變頻器，按鈕直接控制水泵的啟停，不占用PLC的I/O口；在自動(dòng)狀態(tài)下，啟停控制系統(tǒng)需要占用2個(gè)PLC輸入點(diǎn)，3個(gè)PLC輸入點(diǎn)用于變頻器的增、減、故障信號(hào)輸入，1個(gè)模擬量輸入點(diǎn)用于遠(yuǎn)程壓力表的反饋信號(hào)輸入。在輸出端，KM1~KM4占用4個(gè)PLC輸出點(diǎn)，同時(shí)變頻器的啟動(dòng)命令占用1個(gè)PLC輸出點(diǎn)，變頻器PID的給定目標(biāo)值輸入占用1個(gè)模擬輸出點(diǎn)。PLC的I/O端口分布如下：

7

根據(jù)

分配的I/O口和電路圖的繪制原則，可以直接設(shè)計(jì)出電氣原理圖。注意KM1和KM2、KM3和KM4之間的機(jī)械聯(lián)鎖。

）電原理圖中各欄目的含義

低壓電器通常是指工作在交流1000伏和DC 1200伏以下電路中的電器，可按其在電路中的位置、作用和動(dòng)作方式分類。

根據(jù)在電路中的位置和功能：

低壓配電設(shè)備。如閘刀開關(guān)、保險(xiǎn)絲等。主要用于低壓配電系統(tǒng)和電力設(shè)備。

低壓控制電器。例如接觸器、控制繼電器等。主要用于電氣傳動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。

按動(dòng)作模式分類：

非自動(dòng)開關(guān)電器。如閘刀開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。由外力切換。

電器自動(dòng)開關(guān)。例如自動(dòng)的

閘刀開關(guān)。照明電路的額定電壓可選擇220V，電機(jī)直接起動(dòng)可選擇380V。

組合開關(guān)。根據(jù)電源類型、電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)數(shù)量和連接模式。

表2　接觸器線圈、繼電器線圈符號(hào)下的數(shù)字標(biāo)志二、繪制電氣原理圖

斷路器的額定工作電壓線路額定電壓。

斷路器的額定電流線路的計(jì)算負(fù)荷電流。

表3　PLC的I/O分配表三、選擇低壓電器

應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和負(fù)載性質(zhì)選擇合適的保險(xiǎn)絲類型。

對(duì)于阻性負(fù)載的短路電流保護(hù)，熔體的額定電流應(yīng)等于或略大于電路的工作電流。01）刀開關(guān)的選擇

控制按鈕主要根據(jù)應(yīng)用場合、觸點(diǎn)數(shù)量和所需顏色來選擇。

行程開關(guān)根據(jù)動(dòng)作要求和觸點(diǎn)數(shù)量選擇。

02）斷路器的選擇

接觸器的類型。可以根據(jù)要控制的電機(jī)類型或負(fù)載電流進(jìn)行選擇。

接觸器觸點(diǎn)的額定電壓。大于或等于負(fù)載電路的額定電壓。

接觸器主觸頭的額定電流。或者大于或等于電機(jī)或負(fù)載的額定電流。

03）熔斷器的選擇

熱繼電器的類型。對(duì)于三角形連接的重要電機(jī)，可選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。

熱繼電器的額定電流。或者略大于電機(jī)的額定電流。

04）主令電器的選擇

時(shí)間繼電器的類型。延時(shí)要求不高時(shí)，選擇價(jià)格較低的JS7-A系列，延時(shí)要求高時(shí)，選擇JS11系列。

延遲模式。應(yīng)該根據(jù)控制電路的要求來選擇延遲模式。

05）接觸器的選擇

速度繼電器的類型主要根據(jù)電機(jī)的額定速度來選擇。

06）熱繼電器的選擇

中間繼電器主要根據(jù)控制回路的電壓等級(jí)、所需觸點(diǎn)的數(shù)量、類型和容量來選擇。

07）時(shí)間繼電器的選擇

對(duì)于頻繁啟動(dòng)的電機(jī)，考慮繼電器中啟動(dòng)電流的熱效應(yīng)。

（三）系統(tǒng)控制程序編寫

08）

速度繼電器的選擇09）

西門子S7-200系列PLC可以通過PC/PPI電纜連接到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以直接將LAD(梯形圖)或STL(語句表)傳輸?shù)絇LC的CPU。

S7-200 PLC的控制程序可以直接在Step 7—MICR/Win32編程軟件中編寫。Step-Micro/Win32提供了梯形圖(LAD)、語句表(STL)和功能框圖(FBD)編輯器來創(chuàng)建程序。用任何一個(gè)程序編輯器編寫的程序都可以用另一個(gè)程序編輯器瀏覽和編輯。

中間繼電器的選擇10）

MM440變頻器具有默認(rèn)的出廠設(shè)置參數(shù)，具有全面完善的控制功能。

表3顯示了使用基本操作面板(BOP)時(shí)變頻器的出廠默認(rèn)設(shè)置。

電流和電壓繼電器的選擇

使用

基本操作面板(BOP)可以修改任何參數(shù)。當(dāng)修改參數(shù)值時(shí)，BOP有時(shí)顯示“忙碌”，這表明變頻器正忙于更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。

一、預(yù)備知識(shí)

1

TP170B和S7-200 PLC通過MPI電纜或DP電纜連接。一端接OP的中頻1B接口，另一端可接S7-200 PLC的0口和1口或接EM277。Step7-Micro/WIN32中的通訊設(shè)置：首先使用系統(tǒng)塊設(shè)置S7-200 PLC。0，PLC站地址選擇為2，波特率設(shè)置為187.5kbps。

）S7-200PLC使用

2）MM440變頻器使用

編制梯形圖時(shí)應(yīng)注意基本原則和技巧：

繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等裝置的觸點(diǎn)(通斷)，可多次重復(fù)使用，次數(shù)不限。

梯形圖每條線從左邊的母線開始，線圈接在最右邊。觸點(diǎn)不能放在線圈的右側(cè)。

梯形圖程序必須符合順序執(zhí)行的原則，即從左到右，從上到下。

編寫主程序和子程序時(shí)注意參數(shù)的傳遞，盡量不要使用公共變量。

表3 用BOP操作時(shí)的缺省設(shè)置值表4　 基本操作面板BOP上的按鍵

需要注意的是，MM440變頻器的模擬輸入端ADC2接反饋信號(hào)0 ~ 10V，ADC1通過S7-200的模擬輸出作為給定的PID目標(biāo)值給出。注意參數(shù)設(shè)置的操作步驟。

3）觸摸屏TP170B使用

配置TP170B觸摸屏?xí)r注意PLC通訊協(xié)議的正確選擇，并與PLC的系統(tǒng)模塊中設(shè)置的波特率一致。

二、編寫控制程序

控制程序調(diào)試時(shí)，應(yīng)根據(jù)控制過程要求編寫調(diào)試要求，然后根據(jù)調(diào)試要求對(duì)控制系統(tǒng)逐一進(jìn)行驗(yàn)證。先單獨(dú)調(diào)試控制裝置，再全面調(diào)試。

PLC調(diào)試時(shí)，可通過PC在線監(jiān)控和PLC上的I/O狀態(tài)燈直接觀察。必要時(shí)，可降低定時(shí)器的設(shè)定值，以節(jié)省調(diào)試時(shí)間。PLC的模擬輸出可以直接送到電壓表，直接觀察輸出結(jié)果。

變頻器調(diào)試時(shí)，可以用小電機(jī)調(diào)試，也可以不用電機(jī)調(diào)試，但要注意變頻器的斷相保護(hù)功能。給定的目標(biāo)值和反饋信號(hào)可以由信號(hào)源直接提供，也可以用電位器模擬。

觸摸屏的調(diào)試必須接入PLC，觸摸屏24VDC的電源可由PLC的信號(hào)電源直接提供。

（四）系統(tǒng)控制柜安裝

1

）編寫PLC控制程序2

要全面檢查電器有無損壞，檢查電器的銘牌和額定電壓、電流、工作頻率、通電持續(xù)時(shí)間等技術(shù)數(shù)據(jù)是否符合實(shí)際使用要求。

檢查接觸器時(shí)。接觸器的活動(dòng)部分可用手打開和關(guān)閉，要求動(dòng)作靈活，無卡澀。

檢查繼電器時(shí)，需要檢查繼電器的活動(dòng)部分，要求活動(dòng)靈活可靠。

）變頻器參數(shù)設(shè)置3

首先根據(jù)電路圖考慮低壓電器元件的布局，使布線最方便，連接線最短。

安裝閘刀開關(guān)和自動(dòng)空氣開關(guān)時(shí)，其位置一般在控制柜上方。

安裝螺旋保險(xiǎn)絲時(shí)，保險(xiǎn)絲管帶有指示色卡的一端應(yīng)朝上。

接觸器安裝接線時(shí)，注意不要丟失螺絲、墊圈、端子等零件，以免掉入接觸器內(nèi)造成卡澀或短路。

安裝控制繼電器時(shí)，安裝螺釘不得松動(dòng)。熱繼電器下方?jīng)]有放置加熱設(shè)備。

）觸摸屏畫面的組態(tài)

整個(gè)控制柜的接線應(yīng)遵循自上而下的原則；每臺(tái)設(shè)備的每組觸點(diǎn)和線圈是頂部的進(jìn)線和底部的出線。

(2)接線時(shí)，先連接控制回路導(dǎo)線，每根控制回路導(dǎo)線兩端都要貼上編碼管，并及時(shí)寫好標(biāo)簽，壓好接線片；要求接成樹枝，不接成網(wǎng)，不架空，不飛線。每一根連接的電線都要整理好，用扎線帶扎好，橫平豎直，整齊美觀。

連接控制電路線后，連接主電路。主電路線不需要標(biāo)碼管和標(biāo)簽，不需要壓接線片。允許架空連接和飛線，要一目了然，整潔美觀。

嚴(yán)格按照電氣原理圖進(jìn)行連接。如果需要更改接線點(diǎn)，必須更改并在電氣原理圖上明確標(biāo)出。確保物理接線和電氣原理圖完全一致。

（五）系統(tǒng)調(diào)試

三、調(diào)試控制程序

控制柜安裝后，必須檢查電氣部件有無損壞，還要檢查接線端子有無短接或漏接。

檢查接線是否正確，盡可能測試電路的功能是否正確。要充分利用萬用表歐姆檔的功能，結(jié)合原理圖的特點(diǎn)來測試電路的某些功能。

確保貴重電器的正確接線很重要，尤其是PLC和變頻器之間連接的單相電。

一、安裝低壓電器

發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，需要分析原理圖的特征，確定故障的位置，然后用萬用表的歐姆檔查找。

1

調(diào)試過程中注意安全。操作開關(guān)和按鈕時(shí)，不要觸摸電器可能帶電的外露金屬部件。并且必須在導(dǎo)師的監(jiān)督下進(jìn)行。

（六）結(jié)束語

通過本文，初步了解了自動(dòng)控制的應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。了解selec