【文章內容簡介】 ，可以獲得優(yōu)良的運行特性和明 顯的節(jié)能效果，是目前常用的技術。 （ 4） 變頻器的特點 變頻器具有 過壓、欠壓、過流、過載、短路、失速等自動保護功能。能實現電機軟啟動，減少電氣和機械沖擊噪音，延長設備使用壽命。 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點主要有：節(jié)能、占地面積小、投入少、效率高、配置靈活、功能齊全、自動化程度高、減少供水方式的二次污染、可以實現無人值守，節(jié)省了人力物力。 2. PLC 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的結構及工藝流程 （ 1） PLC 變頻器恒壓供水系統(tǒng)的結構 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合的供水。以三臺水泵組成的供水系 統(tǒng)為例，變頻調速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構 、信號檢測、 PLC 控制系統(tǒng)、變頻器、人機界面、上位連接以及報警裝置等部分組成。其工作過程： PLC 首先檢測給水池液位保護開關是否動作，否則直接由變頻器啟動第一臺水泵；同時由遠傳壓力表測出出水管路水壓，將模擬量送到 PLC 控制器，與給定水壓值（設定上下限）比4 較后，控制變頻器輸出頻率 ，調節(jié)水泵轉速。當變頻器頻率達到最大或最小值時，由 PLC控制加泵或減泵實現恒壓供水，這樣就構成了以設定壓力為基準的壓力閉環(huán)系統(tǒng)。 如圖11 所示。 圖 11 恒壓供水系 統(tǒng) 由圖可見市網來水用高低水位控制其 EQ 來控制注水閥 YV1，他們自動把水注滿水池，只要水位低于高水位，則自動向水池注水。水池的高低水池信號也直接送給 PLC 作為報警用。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泵。平時電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關閉消防管網，三臺水泵根據生活用水的多少按一定邏輯控制運行，使生活供水在恒壓條件下運行。當有火災發(fā)生時，電磁閥 YV2 得電，關閉生活用水管網，三臺水泵供消防用水使用，并根據用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)下 進行。火災結束后， 三臺水泵再改為生活供水使用。 對生活 /消防恒壓供水的需要： ① 生活供水時，系統(tǒng)應低 于 恒壓值運行；消防供水時，系統(tǒng)應高于恒壓值運行。 ② 三臺水泵根據恒壓的需要，采取“先開后?！钡脑瓌t接入和退出。 ③ 在用水量較小時，如果一臺泵連續(xù)運行超過 1 天 ，則要切換到下一系統(tǒng)，具有“倒泵功能” 避免某一臺泵工作時間過長。 ④三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。 5 ⑤ 要有 完善的報警功能。 ⑥ 對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時使用。 （ 2） PLC 變頻器恒 壓供水系統(tǒng)的工藝流程 系統(tǒng)采用 3 臺泵并聯(lián)運行方式，把水泵 M1， M2， M3 分別和電網及變頻器連接，實現變頻運行。為保護電機，水泵 M1， M2 和 M3 可以通過變頻器 逐步 啟動 ，啟動參數可調，即平滑加速，減速，逐漸停機，它可以 克服瞬間斷電停機沖擊電流大的弊病，減輕對管道的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的“水錘效應”，減少設備損壞。 在工作過程中，壓力傳感器將主管 網水壓變換為電流信號，經模擬量輸入模塊，輸入 PLC， PLC 根據給定的壓力設定值與實際檢測值進行 PID 運算，輸出控制信號經模擬量輸出模塊至變頻器，調節(jié)水泵電機的運行頻率。 如圖 12 所示。 升壓控制系統(tǒng)控制時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網拖動狀態(tài)、變頻器拖動調速狀態(tài)和停止狀態(tài)。系統(tǒng)開始工作時，供水管道內水壓為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵 M1，啟動且轉速逐漸升高，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才穩(wěn)定到某一特定值，這期間 M1 處在調速運行狀態(tài)。當用水量增加水壓減小時 ，通過壓力閉環(huán)調節(jié)水泵按設定速率加速到另一個穩(wěn)定轉速；反之用水量減少水壓增加時，水泵按設定的速率減速到新的穩(wěn)定轉速。當用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率增加至工頻（即 50Hz）時，水壓仍低于設定值， PLC 自動將第二臺泵M2 啟動投入到變頻運行，同時將變頻泵 M1 切換到工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，直到水壓達到設定值為止。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，水壓仍低于設定值， PLC 自動將最后一臺水泵 M3 啟動投入到變頻運行，同時將變頻泵 M2 切換到工頻運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)。此時如果變頻器輸出頻率達到工頻及 3 臺泵全負荷工作，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警。 降壓控制 系統(tǒng)控制時， 當用水量下降 水壓升高，變頻器輸出頻率降至啟動頻率時，水壓 仍高于設定值 ，系統(tǒng)將工頻運行的水泵 M3 關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，是壓力重新達到設定值。當用水量繼續(xù)下降，每當減速運行的頻率降至啟動頻率時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，直到剩下最后一臺變頻泵運行為止。當一臺水泵變速運行，用水量接近于零，水泵最小轉速為臨界轉速時（這是變速運行水泵最小工作轉速），可根據這一工作狀態(tài)的長短和系統(tǒng)用水的特點， 使系統(tǒng)轉入 間歇運行或小容量水泵運行。 6 圖 12 開 始液 位 檢 測M 1 變 頻 運 行壓 力 檢 測M 1 工 頻 運 行 M 2 變頻 運 行壓 力 檢 測M 1 工 頻 運 行 M 2 工頻 運 行 M 3 變 頻 運行壓 力 檢 測M 1 工 頻 運 行 M 2 工頻 運 行 M 3 工 頻 運行壓 力 檢 測報 警報 警NYYNYNYN超 過 設定 值超 過 設定 值超 過 設定 值7 第二章 硬件選型及方案設計 （ 1） PLC 的選型 目前 ，世界 上有 PLC 廠家 200 多家，各種型號產品幾千種。 PLC 產品按地域上分成三個流派，分別是美國產品、歐洲產品、日本產品。美國： AB(allenbradly)、GE(generalelectric)；歐洲：德國的西門子 (siemens)、法國的 te(telemecanique)；日本：三棱電機 (mitsubishielectric)、歐姆龍 (omron)。此外控制工程網版權所有，國內市場上還有韓國、臺灣地區(qū)等 PLC 產品?，F有的 PLC種類繁多，型號齊全。要根據工業(yè)的實際 需要選擇合適的 PLC。 由于種種原因 ，國產品牌的 PLC 在國內 PLC 市場份額所占比例很小，一直沒有形成產業(yè)化規(guī)模，中國目前市場上 95%以上的 PLC 產品來自國外公司。目前中國 PLC 市場的主要廠商為 siemens、 mitsubishi、 omron、 rockwell、 schneider、 gefanuc 等國際大公司，歐美公司在大、中型 PLC 領域占有絕對優(yōu)勢，日本公司在小型 PLC 領域占據十分重要的位置，韓國和中國臺灣的公司在小型 PLC 領域也有一定市場份額。 2021 年 10 月，國內媒體開始關于中國 PLC市場研究，依據得到的樣本分析，初步得出正在 使用的眾多 PLC 的牌子中，西門子、三菱及 omron 占據絕對的優(yōu)勢， 60%左右的用戶使用了這些品牌的 PLC 的產品，而 rockweell/ab、 gefanuc 和富士等品牌也占有相當的市場份額。 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)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 S7200 系列具有極高的性能 /價格比。 S7200 系列出色表現在以下幾方面： 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 豐富的內置集成功能 ； ⑥ 實時特性 ； ⑦ 強勁的通訊能力 ； ⑧ 豐富的擴展模塊 。 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動監(jiān)測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域 ， 包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、 環(huán)境保護8 設備等等。如： ① 沖壓機床 ； ② 磨床 ； ③ 印刷機械 ； ④ 橡膠化工機械 ； ⑤ 中央空調 ； ⑥電梯控制 ； ⑦ 運動系統(tǒng) 。 S7200 系列 PLC 可提供 4 個不同的基本型號的 8 種 CPU 供您使用。如表 21 西門子 S7200 系列 PLC的型號有： S7221,S7222,S7224,S7224XP,S7226 表 21 西門子 PLC S7200 系列分類 型號 概述 S7221 本機集成 6 輸入 /4 輸出共 10 個數字量 I/O 點。無 I/O 擴展能力。 6K 字節(jié)程序和數據存儲空間。 4個獨立的 30kHz 高速計數器， 2路獨立的 20kHz高速脈沖輸出。 1 個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。非常適合于小點數控制的微型控制器。 S7222 本機集成 8 輸入 /6 輸出共 14 個數字量 I/O 點?？蛇B接 2 個擴展模塊，最大擴展至78 路數字量 I/O 點或 10 路模擬量 I/O 點。 6K 字節(jié)程序和數據存儲空間。 4 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個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。是具有擴展能力的、適應性更廣泛的全功能控制器。 S7224 本機集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數字量 I/O 點?？蛇B接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 16K 字節(jié)程序和數據存儲空間。 6 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個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。是具有較強控制能力的控制器。 S7224XP 本機集成 14 輸入 /10 輸出共 24 個數字量 I/O 點， 2 輸入 /1 輸出共 3 個模擬量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數字量 I/O 點或 38路模擬量 I/O 點。22K 字節(jié)程序和數據存儲空間， 6 個獨立的高速計數器 (100KHz)， 2 個 100KHz 的高速脈沖輸出， 2 個 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。本機還新增多種功能，如內置模擬量 I/O，位控特性，自整定 PID 功能，線性斜坡脈沖指令，診斷 LED，數據記錄及配方功能等。是具有模擬量 I/O 和強大控制能力的新型 CPU。 S7226 本機集成 24 輸入 /16 輸出共 40 個數字量 I/O 點?？蛇B接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 26K 字節(jié)程序和數據存儲空間。 6 個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 2 個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，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些 4 復雜的中小型控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的代碼、名稱及地址編號如表 25 所示。水位上下限信號分別 為 、 ，它們在水淹沒時為 0，露出時為 1。從表中分析可以知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點 6 個，開關量輸出點 12個；模擬量輸入點 1 個，模擬量輸出點 1個。如果9 選擇 XP222 PLC，也需要擴展單元，如果選擇 XP226 PLC，則價格較高，浪費較大。參照西門子 S7200 產品目錄及市場實際價格，選主機為 CPU 為 XP224 PLC（ 14/10 繼電器輸出）一臺，加上一個模擬量模塊 EM235（ 4AI/1AO）。這樣的配置時最經濟的。如圖 21 圖 21 PLC系統(tǒng)配置圖 （ 2）變頻器 的選型 變頻器在選型時需要確定一下幾點： ①采用變頻的目的： 恒壓控制或恒流控制等。 ②變頻器的負載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。 ③變頻器與負載的匹配問題： Ⅰ 電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符； Ⅱ 電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與電機的額定電流相符。對于特殊的負載如深海泵等 則需要參考電機性能參數，以最大的電流確定變頻器的電流和過載能力； Ⅲ 轉矩的匹配：這種情況在恒轉矩負載或有減速裝