【正文】 關(guān)量處理的繼電器 類軟件，可輕松地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實(shí)現(xiàn)的。 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實(shí)現(xiàn) D/A、 A/D 轉(zhuǎn)換及 PID 運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，他不僅可以控制一臺(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。9 他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。 （ 5） PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便 PLC 中相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸 出點(diǎn)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使安裝接線量大大減小，設(shè)計(jì)人員只要一臺(tái) PLC 就可進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場調(diào)試，工作量很大且繁難。 （ 6）維修方便，維修工作量小 PLC 具有完善的自診斷，履歷情況存儲(chǔ)及監(jiān)視功能。對(duì)于內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O 點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過他可查出故障原因，便于迅速處理，及時(shí)排除。 （ 7）結(jié)構(gòu)緊湊 體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 由于以上特點(diǎn)，使得 PLC 獲得極為廣泛的應(yīng)用。 10 第二章 系統(tǒng)組成及控制要求 為改善生產(chǎn)環(huán)境，某公司投資清潔水技改工程并建成一座日產(chǎn)水 ，分別建設(shè)了抽水泵系統(tǒng)、加壓泵系統(tǒng)和高位水池。根據(jù)公司用水需求特點(diǎn)，從抽水泵系統(tǒng)過來的水一部分直接供給生產(chǎn)用水部門，一部分則需通過加壓泵輸送到高位水池，而供給生產(chǎn)用水部門的水壓與供給高位水池的水壓相差較大。同時(shí)高位水池距抽水泵房較遠(yuǎn)達(dá)十多公里，高位水池的液位高低和加壓泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及如何與抽水泵系統(tǒng) “ 聯(lián)動(dòng) ” 也是較難解決的。 鑒于以上特點(diǎn)，從技術(shù)可靠和經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度 綜合考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)了用 PLC控制與變頻器控制相結(jié)合的自動(dòng)恒壓控制供水系統(tǒng)，同時(shí)通過主水管線壓力傳遞較經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了加壓泵系統(tǒng)與抽水泵系統(tǒng) “ 遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng) ” 的控制目的 系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)，變頻器， PLC控制器，軟起動(dòng)器，電機(jī)保護(hù)器數(shù)據(jù)采集及其輔助設(shè)備組成。 1：供水壓力要求恒定，波動(dòng)一定要小，尤其在換泵時(shí)。 2：三臺(tái)泵根據(jù)壓力的設(shè)定，采用 “ 先開先停 ” 的原則。 3：為了防止一臺(tái)泵長時(shí)間運(yùn)行，需設(shè)定運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)時(shí)間到時(shí)，自動(dòng)切換到下一抬泵，以防止泵長時(shí)間不用而銹死。 4：要有完善的 保護(hù)和報(bào)警功能。 5：為了檢修和應(yīng)急要設(shè)有手動(dòng)功能。 6：需要有水池防抽空功能。 技術(shù)指標(biāo) ●供水揚(yáng)程： 4— 120 m ●供水流量： 2— 2021 m3/h ●水泵功率： — 75 KW ●平均節(jié)電率： 30— 60% ●壓力調(diào)節(jié)精度： ●預(yù)定壓力設(shè)定數(shù)：第 2壓力。其中第 2壓力設(shè)定值為消防用水壓力。 ● 水泵數(shù)量及功率可根據(jù)用戶實(shí)際情況來選定 。 11 ABB ACS400是具有多種功能的變頻器，在本例中由于已選 PID調(diào)節(jié)器，因此就不用變頻器的內(nèi)部 PID調(diào)節(jié)，而只用變頻器的工廠宏 FACTORY（ 0） 就可以了。壓力傳感器將壓力信號(hào)傳給 PID調(diào)節(jié)器， PID調(diào)節(jié)器根據(jù)壓力設(shè)定，輸出 4~20MA給變頻器以調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，變頻器的運(yùn)行要根據(jù)可編程序控制器輸出 （ DCOM1DI2）是否閉合來確定，變頻器的停止要根據(jù) 編程序控制器輸出 （ DCOM1DI1）是否閉合來確定。將變頻器 內(nèi)部可編程繼電器 RO1， RO2設(shè)定成頻率到達(dá)。相關(guān)參數(shù)設(shè)定如下： 代碼 功能 設(shè)定值 代碼 功能 設(shè)定值 9902 APPLIC MACRO 0 2102 STOP FUNCTION 1 1001 EXICOMMANDS 3 3201 SUPERV1 PARAM 0103 1003 DIRECTION 1 3202 SUPERV1 LIMLO 15HZ 1102 EXT1/EXT2 6 3203 SUPERV1 LIMHI 50HZ 1103 EXT REF1 SEL 0 3204 SUPERV1V2PARAM0103 12 第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1） 工頻手動(dòng)方式 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了手動(dòng)工頻的操作方式，將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到 “ 工頻 ” 檔位，操作人員可以根據(jù)需要自己決定起動(dòng)或停止任意一臺(tái)泵的運(yùn)行。由于在該操作方式下， PLC、 PID、變頻器等均不參加控制，因此，從技術(shù)角度上來說，該方式無法保障出水管網(wǎng)壓力值的恒定，所以必須有人監(jiān)守。該方式主要供 PLC、變頻器、 PID儀表、壓力變送器等設(shè)備故障檢修時(shí)使用。 2） 變頻自動(dòng)方式 將轉(zhuǎn)換開關(guān)打到 “ 變頻 ” 檔位，按下變頻起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)將自動(dòng)判斷并選擇起始變頻運(yùn)行泵入口，進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行 。 3） 工作原 理 (1) 當(dāng)某臺(tái)電機(jī)故障或需要檢修某臺(tái)電機(jī)水泵時(shí)，控制系統(tǒng)將退減到 3泵循環(huán)方式自動(dòng)工作 。 (2) 當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)將采用工頻驅(qū)動(dòng)方式控制泵的運(yùn)行與停止，來保證供水的壓力在一定的范圍內(nèi)，但系統(tǒng)無法達(dá)到壓力值的恒定，同時(shí)發(fā)出報(bào)警蜂鳴聲響，通知操作人員進(jìn)行處理 。 (3) 當(dāng)無水接點(diǎn)信號(hào)來臨時(shí)， PLC將關(guān)斷所有變頻和工頻輸出，直到無水接點(diǎn)信號(hào)消失， PLC將自動(dòng)恢復(fù)控制輸出 。 (4) 當(dāng)消防信號(hào)到來時(shí)， PLC控制將轉(zhuǎn)入子程序段執(zhí)行，關(guān)斷生活用水，打開消防供水閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)消防管道補(bǔ)充供水目的，系統(tǒng)將根據(jù)在 PLC程序中設(shè)置的消防供水壓力設(shè)定值自動(dòng)地完成恒定穩(wěn)壓消防供水。當(dāng)消防信號(hào)解除后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到變頻恒壓供水工作狀態(tài) 。 (5) 僅單臺(tái)泵變頻運(yùn)行，且處于最低輸出頻率狀態(tài)和較長時(shí)間無壓力上下限出現(xiàn)時(shí) (可以認(rèn)為此時(shí)的系統(tǒng)供水需求量接近為零 )，控制系統(tǒng)將以變頻 50Hz運(yùn)行 30s或使管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值的 倍左右后，立即停止運(yùn)行，進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到管網(wǎng)實(shí)際壓力為壓力設(shè)定值的 80%左右，控制系統(tǒng)重新自動(dòng)恢復(fù)變頻運(yùn)行，即休眠喚醒。當(dāng)然，管網(wǎng)中若有氣壓罐，系統(tǒng)應(yīng)以氣壓罐的壓力控制器的上下限接點(diǎn)作為休眠與喚醒的條件進(jìn)行控制 13 整個(gè)抽水泵系統(tǒng)有 150KW深井泵電機(jī)四臺(tái)， 90KW深井泵電機(jī)兩臺(tái)，采用變頻器循環(huán)工作方式，六臺(tái)電機(jī)均可設(shè)置在變頻方式下工作。采用一臺(tái) 150KW和一臺(tái) 90KW的軟起動(dòng) 150KW和 90KW的電機(jī)。當(dāng)變頻器工作 50HZ，管網(wǎng)壓力仍然低于系統(tǒng)設(shè)定的下限時(shí)，軟起動(dòng)器便自動(dòng)起動(dòng)一臺(tái)電機(jī)投入到工頻運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到高限時(shí)，自動(dòng)停掉工頻運(yùn)行電機(jī)。系統(tǒng)為每臺(tái)電機(jī)配備電機(jī)保護(hù)器，是因?yàn)殡姍C(jī)功率較大，在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn) 行也不能保證管網(wǎng)的壓和穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限信號(hào)與變頻器的高速信號(hào)同時(shí)被 PLC檢測到， PLC自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時(shí)將一臺(tái)備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺(tái)備用泵投入變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號(hào)有效，這時(shí)壓力上限信號(hào)如仍出現(xiàn)， PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個(gè)信號(hào)仍存在時(shí)， PLC再停掉一臺(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī)，直到最后一 臺(tái)泵用主頻器恒壓供水。另外，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)六臺(tái)泵為兩組，每臺(tái)泵的電機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間可顯示， 24小時(shí)輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，確保了泵的可靠壽命 。 當(dāng) PLC系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，自動(dòng)控制系統(tǒng)失靈，這時(shí)候系統(tǒng)工作處于半自動(dòng)狀態(tài)，即一臺(tái)泵具有變頻自動(dòng)恒壓控制功能，當(dāng)用水量不夠時(shí)，可手動(dòng)投入另外一臺(tái)或幾臺(tái)工頻泵運(yùn)行。 當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器故障時(shí)，為確保用水，六臺(tái)泵可分別以手動(dòng)工頻方式運(yùn)行。實(shí)施效果實(shí)際運(yùn)行證明本控制系統(tǒng)構(gòu)成了多臺(tái)深井泵的自動(dòng)控制 的最經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，在軟件設(shè)計(jì)中充分考虎變頻與工頻在切換時(shí)的瞬間壓力與電流沖擊，每臺(tái)泵均采用軟起動(dòng)是解決該問題關(guān)鍵。變頻器工作的上下限頻率及數(shù)字 PID控制的上下限控制點(diǎn)的設(shè)定對(duì)系統(tǒng)的誤差范圍也有不可忽視的作用。采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動(dòng)，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。另外： ◆采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動(dòng)，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。 ◆用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟(jì)地解決了不同用水壓力的問題。 14 ◆拓寬運(yùn)用變頻恒壓控制原理，較好 地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠(yuǎn)程通訊總是并達(dá)到異地連鎖控制的目的 。 ◆在抽水泵房設(shè)置連續(xù)液位顯示，并將信號(hào)傳與 PLC，防止泵缺水燒壞電機(jī)，設(shè)定的取水位置，確保水的質(zhì)量。 過載、欠壓、過壓、過流、相序不平衡、缺相、電機(jī)空轉(zhuǎn)等情況下為確保電機(jī)的良好使用條件，達(dá)到延長電機(jī)的使用壽命的目的。 系統(tǒng)配備水位顯示儀表，可進(jìn)行高低位報(bào)警，同時(shí)通過 PLC可確保取水在合理水位的水質(zhì)監(jiān)控，同時(shí)也保護(hù)電機(jī)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況。 系統(tǒng)配備流量計(jì)，既能顯示一段時(shí)間的累積流量，又能顯示瞬時(shí)流量，可進(jìn)行出水量的統(tǒng)計(jì)和每臺(tái)泵的出水流量監(jiān)控。系 統(tǒng)配備流量計(jì)，既能顯示一段時(shí)間的累積流量，又能顯示瞬時(shí)流量，可進(jìn)行出水量的統(tǒng)計(jì)和每臺(tái)泵的出水流量監(jiān)控。 由于抽水泵房距離高位水池較遠(yuǎn)，直接供水到高位水池抽水泵的揚(yáng)程不足，為此在距離高位水池落差為 36米處設(shè)計(jì)有一加壓泵房，配備立式離心泵兩臺(tái)（一用一備）電機(jī)功率為 75KW，揚(yáng)程36米。該加壓泵的控制系統(tǒng)需考慮以下條件： （ 1）若高位水池水位低和主管有水，則打開進(jìn)水電動(dòng)蝶閥和起動(dòng)加壓泵向高位水池供水； （ 2）若高位水池水位滿且主管有水，則給出報(bào)警信號(hào)并關(guān)閉加壓泵和進(jìn)水電動(dòng)蝶閥； （ 3）若主管 無水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必須開啟出水電動(dòng)蝶閥由高位水池向主管補(bǔ)充不。像抽水泵一樣，我們?yōu)榧訅罕门鋫淞塑浧饎?dòng)器和電機(jī)保護(hù)器，確保加壓泵長期可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)配備了高位水池的水位傳感器和數(shù)顯儀和缺水傳感器。為保證整個(gè)主水管網(wǎng)的恒壓供不，當(dāng)高位水池滿且主水管有水時(shí)，加壓泵停止，此時(shí)主管壓力將 “ 憋壓 ” ，最終導(dǎo)致主管壓力上升，并將此壓力傳遞到抽水泵房，抽水泵的控制系統(tǒng)檢測到此壓力進(jìn)行恒壓變頻控制，進(jìn)而達(dá)到整個(gè)主管網(wǎng)的恒壓供水，這是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 ◆自動(dòng)平穩(wěn)切換，恒壓控制主 水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號(hào) 4~20mA送給數(shù)字 PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測值進(jìn)行 PID運(yùn)算，并給出信號(hào)直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。 ◆電機(jī)既有電機(jī)保護(hù)器，又有軟起動(dòng)器，克服了起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，相對(duì)延長了電機(jī)制使15 用壽命。 ◆由于采用 PLC控制的壓力自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程操作，系統(tǒng)的 PLC預(yù)留有 RS485接口，可與總調(diào)度室計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 主電路主要由 M M M3三臺(tái)電機(jī)、交流接觸器 KM1~KM6控制三臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行， KM KM KM3為電機(jī) M M M3過載保護(hù)用的熱繼電器， QF1， QF2， QF3， QF4， QF5分別為主電路、變頻器和三臺(tái)泵的工頻運(yùn)行空氣開關(guān)。 KM KM KM5實(shí)現(xiàn)自動(dòng)功能， KM KM KM6實(shí)現(xiàn)手動(dòng)功能。 CPU224的傳感器電源 24V（ DC）可以輸出 600MA電流，通過核算在本例中容易滿足要求， CPU224的輸出繼電器觸點(diǎn)容量為 2A，電壓范圍為 5~30V（ DC）或 5~250V（ AC），如果用在較大容量的系統(tǒng)中，一定要注意 PLC的輸出保護(hù)。 I01~I06接控制電路圖中虛線筐內(nèi)相對(duì)應(yīng)的控制線， 201接變頻器的