【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，可以獲得優(yōu)良的運(yùn)行特性和明 顯的節(jié)能效果，是目前常用的技術(shù)。 （ 4） 變頻器的特點(diǎn) 變頻器具有 過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)載、短路、失速等自動(dòng)保護(hù)功能。能實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，減少電氣和機(jī)械沖擊噪音，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有：節(jié)能、占地面積小、投入少、效率高、配置靈活、功能齊全、自動(dòng)化程度高、減少供水方式的二次污染、可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，節(jié)省了人力物力。 2. PLC 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工藝流程 （ 1） PLC 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 本文的供水系統(tǒng) 可適用于生活用水、工業(yè)用水以及消防用水等多種場(chǎng)合的供水。以三臺(tái)水泵組成的供水系 統(tǒng)為例，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu) 、信號(hào)檢測(cè)、 PLC 控制系統(tǒng)、變頻器、人機(jī)界面、上位連接以及報(bào)警裝置等部分組成。其工作過(guò)程： PLC 首先檢測(cè)給水池液位保護(hù)開關(guān)是否動(dòng)作，否則直接由變頻器啟動(dòng)第一臺(tái)水泵；同時(shí)由遠(yuǎn)傳壓力表測(cè)出出水管路水壓，將模擬量送到 PLC 控制器，與給定水壓值（設(shè)定上下限）比4 較后，控制變頻器輸出頻率 ，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。當(dāng)變頻器頻率達(dá)到最大或最小值時(shí)，由 PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。 如圖11 所示。 圖 11 恒壓供水系 統(tǒng) 由圖可見(jiàn)市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制其 EQ 來(lái)控制注水閥 YV1，他們自動(dòng)把水注滿水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)向水池注水。水池的高低水池信號(hào)也直接送給 PLC 作為報(bào)警用。為保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離相差不是很大。生活供水和消防供水公用三個(gè)泵。平時(shí)電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)水泵根據(jù)生活用水的多少按一定邏輯控制運(yùn)行，使生活供水在恒壓條件下運(yùn)行。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)水泵供消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)下 進(jìn)行?；馂?zāi)結(jié)束后， 三臺(tái)水泵再改為生活供水使用。 對(duì)生活 /消防恒壓供水的需要： ① 生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低 于 恒壓值運(yùn)行；消防供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)高于恒壓值運(yùn)行。 ② 三臺(tái)水泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開后停”的原則接入和退出。 ③ 在用水量較小時(shí)，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行超過(guò) 1 天 ，則要切換到下一系統(tǒng)，具有“倒泵功能” 避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 ④三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。 5 ⑤ 要有 完善的報(bào)警功能。 ⑥ 對(duì)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)使用。 （ 2） PLC 變頻器恒 壓供水系統(tǒng)的工藝流程 系統(tǒng)采用 3 臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行方式，把水泵 M1， M2， M3 分別和電網(wǎng)及變頻器連接，實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行。為保護(hù)電機(jī)，水泵 M1， M2 和 M3 可以通過(guò)變頻器 逐步 啟動(dòng) ，啟動(dòng)參數(shù)可調(diào)，即平滑加速，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(duì)管道的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的“水錘效應(yīng)”，減少設(shè)備損壞。 在工作過(guò)程中，壓力傳感器將主管 網(wǎng)水壓變換為電流信號(hào)，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(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行 PID 運(yùn)算，輸出控制信號(hào)經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的運(yùn)行頻率。 如圖 12 所示。 升壓控制系統(tǒng)控制時(shí)，每臺(tái)水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動(dòng)狀態(tài)、變頻器拖動(dòng)調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)開始工作時(shí)，供水管道內(nèi)水壓為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺(tái)水泵 M1，啟動(dòng)且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一特定值，這期間 M1 處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)用水量增加水壓減小時(shí) ，通過(guò)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個(gè)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速；反之用水量減少水壓增加時(shí)，水泵按設(shè)定的速率減速到新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。當(dāng)用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻（即 50Hz）時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值， PLC 自動(dòng)將第二臺(tái)泵M2 啟動(dòng)投入到變頻運(yùn)行，同時(shí)將變頻泵 M1 切換到工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加 ，變頻器輸出頻率增加至工頻（即50Hz）時(shí)，水壓仍低于設(shè)定值， PLC 自動(dòng)將最后一臺(tái)水泵 M3 啟動(dòng)投入到變頻運(yùn)行，同時(shí)將變頻泵 M2 切換到工頻運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)。此時(shí)如果變頻器輸出頻率達(dá)到工頻及 3 臺(tái)泵全負(fù)荷工作，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出故障報(bào)警。 降壓控制 系統(tǒng)控制時(shí)， 當(dāng)用水量下降 水壓升高，變頻器輸出頻率降至啟動(dòng)頻率時(shí)，水壓 仍高于設(shè)定值 ，系統(tǒng)將工頻運(yùn)行的水泵 M3 關(guān)掉，恢復(fù)對(duì)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，是壓力重新達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，每當(dāng)減速運(yùn)行的頻率降至啟動(dòng)頻率時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下最后一臺(tái)變頻泵運(yùn)行為止。當(dāng)一臺(tái)水泵變速運(yùn)行，用水量接近于零，水泵最小轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速時(shí)（這是變速運(yùn)行水泵最小工作轉(zhuǎn)速），可根據(jù)這一工作狀態(tài)的長(zhǎng)短和系統(tǒng)用水的特點(diǎn)， 使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入 間歇運(yùn)行或小容量水泵運(yùn)行。 6 圖 12 開 始液 位 檢 測(cè)M 1 變 頻 運(yùn) 行壓 力 檢 測(cè)M 1 工 頻 運(yùn) 行 M 2 變頻 運(yùn) 行壓 力 檢 測(cè)M 1 工 頻 運(yùn) 行 M 2 工頻 運(yùn) 行 M 3 變 頻 運(yùn)行壓 力 檢 測(cè)M 1 工 頻 運(yùn) 行 M 2 工頻 運(yùn) 行 M 3 工 頻 運(yùn)行壓 力 檢 測(cè)報(bào) 警報(bào) 警NYYNYNYN超 過(guò) 設(shè)定 值超 過(guò) 設(shè)定 值超 過(guò) 設(shè)定 值7 第二章 硬件選型及方案設(shè)計(jì) （ 1） PLC 的選型 目前 ，世界 上有 PLC 廠家 200 多家，各種型號(hào)產(chǎn)品幾千種。 PLC 產(chǎn)品按地域上分成三個(gè)流派，分別是美國(guó)產(chǎn)品、歐洲產(chǎn)品、日本產(chǎn)品。美國(guó)： AB(allenbradly)、GE(generalelectric)；歐洲：德國(guó)的西門子 (siemens)、法國(guó)的 te(telemecanique)；日本：三棱電機(jī) (mitsubishielectric)、歐姆龍 (omron)。此外控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還有韓國(guó)、臺(tái)灣地區(qū)等 PLC 產(chǎn)品?，F(xiàn)有的 PLC種類繁多，型號(hào)齊全。要根據(jù)工業(yè)的實(shí)際 需要選擇合適的 PLC。 由于種種原因 ，國(guó)產(chǎn)品牌的 PLC 在國(guó)內(nèi) PLC 市場(chǎng)份額所占比例很小，一直沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，中國(guó)目前市場(chǎng)上 95%以上的 PLC 產(chǎn)品來(lái)自國(guó)外公司。目前中國(guó) PLC 市場(chǎng)的主要廠商為 siemens、 mitsubishi、 omron、 rockwell、 schneider、 gefanuc 等國(guó)際大公司，歐美公司在大、中型 PLC 領(lǐng)域占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，日本公司在小型 PLC 領(lǐng)域占據(jù)十分重要的位置，韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的公司在小型 PLC 領(lǐng)域也有一定市場(chǎng)份額。 2021 年 10 月，國(guó)內(nèi)媒體開始關(guān)于中國(guó) PLC市場(chǎng)研究，依據(jù)得到的樣本分析，初步得出正在 使用的眾多 PLC 的牌子中，西門子、三菱及 omron 占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)， 60%左右的用戶使用了這些品牌的 PLC 的產(chǎn)品，而 rockweell/ab、 gefanuc 和富士等品牌也占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。 綜合考慮 ，選擇西門子 S7200 系列的 PLC 較為合適。 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各種行業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾方面： ① 極高的可靠性 ； ② 極 豐富的指令集 ； ③ 易于掌握 ； ④ 便捷的操作 ； ⑤ 豐富的內(nèi)置集成功能 ； ⑥ 實(shí)時(shí)特性 ； ⑦ 強(qiáng)勁的通訊能力 ； ⑧ 豐富的擴(kuò)展模塊 。 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域 ， 包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、 環(huán)境保護(hù)8 設(shè)備等等。如： ① 沖壓機(jī)床 ； ② 磨床 ； ③ 印刷機(jī)械 ； ④ 橡膠化工機(jī)械 ； ⑤ 中央空調(diào) ； ⑥電梯控制 ； ⑦ 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 。 S7200 系列 PLC 可提供 4 個(gè)不同的基本型號(hào)的 8 種 CPU 供您使用。如表 21 西門子 S7200 系列 PLC的型號(hào)有： S7221,S7222,S7224,S7224XP,S7226 表 21 西門子 PLC S7200 系列分類 型號(hào) 概述 S7221 本機(jī)集成 6 輸入 /4 輸出共 10 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。無(wú) I/O 擴(kuò)展能力。 6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 4個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2路獨(dú)立的 20kHz高速脈沖輸出。 1 個(gè)RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點(diǎn)數(shù)控制的微型控制器。 S7222 本機(jī)集成 8 輸入 /6 輸出共 14 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。可連接 2 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至78 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 10 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 4 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個(gè)RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。是具有擴(kuò)展能力的、適應(yīng)性更廣泛的全功能控制器。 S7224 本機(jī)集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個(gè)RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 S7224XP 本機(jī)集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)， 2 輸入 /1 輸出共 3 個(gè)模擬量 I/O 點(diǎn)，可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 168 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 38路模擬量 I/O 點(diǎn)。22K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間， 6 個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器 (100KHz)， 2 個(gè) 100KHz 的高速脈沖輸出， 2 個(gè) RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機(jī)還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量 I/O，位控特性，自整定 PID 功能，線性斜坡脈沖指令，診斷 LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。是具有模擬量 I/O 和強(qiáng)大控制能力的新型 CPU。 S7226 本機(jī)集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)。可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)。 26K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 2 個(gè)RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些 4 復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的代碼、名稱及地址編號(hào)如表 25 所示。水位上下限信號(hào)分別 為 、 ，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為 0，露出時(shí)為 1。從表中分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 6 個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn) 12個(gè)；模擬量輸入點(diǎn) 1 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1個(gè)。如果9 選擇 XP222 PLC，也需要擴(kuò)展單元，如果選擇 XP226 PLC，則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照西門子 S7200 產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選主機(jī)為 CPU 為 XP224 PLC（ 14/10 繼電器輸出）一臺(tái)，加上一個(gè)模擬量模塊 EM235（ 4AI/1AO）。這樣的配置時(shí)最經(jīng)濟(jì)的。如圖 21 圖 21 PLC系統(tǒng)配置圖 （ 2）變頻器 的選型 變頻器在選型時(shí)需要確定一下幾點(diǎn)： ①采用變頻的目的： 恒壓控制或恒流控制等。 ②變頻器的負(fù)載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。 ③變頻器與負(fù)載的匹配問(wèn)題： Ⅰ 電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符； Ⅱ 電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深海泵等 則需要參考電機(jī)性能參數(shù)，以最大的電流確定變頻器的電流和過(guò)載能力； Ⅲ 轉(zhuǎn)矩的匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝