【文章內(nèi)容簡介】 LC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程圖如下： PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)通過安裝在供水管網(wǎng)內(nèi)部管道的壓力傳感器監(jiān)測供水管網(wǎng)的供水壓力，并將監(jiān)測到的壓力信號以420mA的電流信號輸出，該信號是恒壓供水系統(tǒng)主要反饋參數(shù)。由于該信號時模擬量信號，因此在傳入可編程控制器時，需要將該信號通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號才能被PLC識別，然后系統(tǒng)將該值與系統(tǒng)設(shè)定值比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算后的輸出值經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為模擬量再傳送給變頻器，改變變頻器的輸出頻率，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水泵機(jī)組的供水流量，從而實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)的供水壓力恒定，達(dá)到恒壓供水的目的。由以上分析可知，PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的工作流程有以下幾部分[8]：（1）系統(tǒng)啟動供電，此時可編程控制器上電，開始執(zhí)行系統(tǒng)內(nèi)部程序，啟動變頻器，變頻器帶動其中工作時間最短的水泵運(yùn)行，系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到的供水管網(wǎng)供水水壓與系統(tǒng)之前設(shè)定好的壓力值比較計(jì)算，控制改變變頻器的輸出頻率，從而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)壓力傳感器檢測到的供水壓力值與系統(tǒng)設(shè)定值相等時，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，此時變頻器的輸出頻率和水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速都達(dá)到一個固定值，這期間，水泵電機(jī)工作在調(diào)速狀態(tài)。（2）當(dāng)用水量增加時，供水管網(wǎng)內(nèi)部水壓減小，壓力傳感器的輸出電流減小，信號傳送給可編程控制器，PID偏差加大，經(jīng)過PID運(yùn)算，使可編程控制器的輸出增大，變頻器輸出頻率增加，從而使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，供水流量增加，總后使得系統(tǒng)達(dá)到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。同樣，當(dāng)用水量減小時，系統(tǒng)通過可編程控制器內(nèi)部的PID運(yùn)算，最終控制電機(jī)轉(zhuǎn)速減小，減小系統(tǒng)供水流量，是系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)。（3）當(dāng)用戶用水量增加較多，且變頻器的輸出頻率達(dá)到頻率設(shè)定上限50HZ時，水泵電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，如果此時系統(tǒng)供水管網(wǎng)的供水壓力仍然低于系統(tǒng)設(shè)定值，則滿足增泵條件。變頻器處于變頻固定式的工作模式下，此時可編程控制器控制軟啟動器帶動一個水泵啟動（該水泵為其他四個水泵中運(yùn)行時間最短的水泵），使該水泵工頻運(yùn)行，同時可編程控制器接收來自壓力傳感器的檢測信號，控制變頻器的輸出頻率，改變變頻泵的轉(zhuǎn)速，重新使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。如果用戶的用水量仍然增加，達(dá)到增加水泵的條件時，則繼續(xù)按上述情況增加水泵，直到系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)為止。 （4）如果當(dāng)用戶用水量減小，且變頻器的輸出頻率已經(jīng)達(dá)到變頻器頻率的設(shè)定下限時，系統(tǒng)供水管網(wǎng)的水壓仍然高于系統(tǒng)的壓力設(shè)定值，則滿足減泵條件。此時，可編程控制器接到信號，關(guān)閉一臺工頻運(yùn)行的水泵（該水泵為工頻運(yùn)行中運(yùn)行時間最長的水泵），同時，PLC繼續(xù)根據(jù)壓力傳感器檢測到的信號運(yùn)行，控制變頻器的輸出頻率，調(diào)整水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。如果用戶水量繼續(xù)減小，達(dá)到減少水泵條件時，則繼續(xù)按照上述情況減少水泵，直到達(dá)到平衡為止。3 恒壓供水系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)備選型通過對以上PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)工作原理的分析，可繪制如下系統(tǒng)電氣控制總框圖： 系統(tǒng)電氣控制總框圖根據(jù)以上PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)電氣總框圖，可知該系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包含以下幾部分：（1）可編程控制器（PLC及其擴(kuò)展模塊）、（2）變頻器、（3）軟啟動器、（4）壓力傳感器（5）液位傳感器。： 設(shè)備選型系統(tǒng)硬件設(shè)備設(shè)備型號可編程控制器（PLC）西門子CPU224I/O擴(kuò)展模塊西門子EM222模擬量擴(kuò)展模塊西門子EM235變頻器西門子MM440軟啟動器TE公司Altistart 46壓力傳感器普通壓力表Y100液位傳感器伊萊克公司浮球開關(guān)EM152水泵機(jī)組SFL系列160KW水泵5臺 可編程控制器及其擴(kuò)展模塊選型可編程控制器PLC是變頻恒壓供水系統(tǒng)控制的核心部件，該設(shè)備在系統(tǒng)中的主要作用是收集所有的輸入信號，通過內(nèi)部控制程序的計(jì)算處理，輸出信號，對外部設(shè)備進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒壓功能，并通過通訊端口，對外部數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。由以上可編程控制器的功能可知，我們需要參考可編程控制器的執(zhí)行速度、內(nèi)部及可擴(kuò)展存儲空間、擴(kuò)展外部模塊的能力及通訊接口及協(xié)議等等多方面的因素。由以上分析可知，PLC變頻器恒壓供水系統(tǒng)的控制部件不多，因此本設(shè)計(jì)預(yù)備采用西門子公司生產(chǎn)的S7200系列可編程控制器。西門子S7200系列PLC,價(jià)格較低，屬于中小型可編程控制器，具有較高的性價(jià)比，在一些中小型的控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。西門子公司的可編程控制器的可靠性非常高，通信指令較多，具有非常良好的可擴(kuò)展性，通信協(xié)議非常的簡單；而且PLC可以與工控計(jì)算機(jī)連接，對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。由系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，為了以后系統(tǒng)能夠方便的擴(kuò)展，因此PLC端子數(shù)目要有一定的空余量，同時根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，本設(shè)計(jì)選用S7200型PLC的主模塊為CPU224，同時擴(kuò)展16點(diǎn)數(shù)字量輸入輸出模塊EM223。CPU224擁有14點(diǎn)的開關(guān)量輸入以及10點(diǎn)的開關(guān)量輸出，與CPU221和CPU222相比，它的程序存儲容量擴(kuò)大了一倍，而數(shù)字存儲量則較前兩者擴(kuò)大了四倍，同時該控制器可以最多擴(kuò)展7個外部模塊，有自己的內(nèi)部時鐘，并且它對模擬量及高速計(jì)數(shù)的處理也更加強(qiáng)大，是西門子S7200系列產(chǎn)品中使用最為廣泛的，完全滿足本設(shè)計(jì)的要求。鑒于本設(shè)計(jì)中需要控制較多水泵電機(jī)的變頻控制、軟啟動和工頻控制，因此需要擴(kuò)展外部I/O模塊，由控制系統(tǒng)的實(shí)際所需擴(kuò)展數(shù)目可知，該系統(tǒng)需要擴(kuò)展具有16個數(shù)字量輸入輸出的混合擴(kuò)展模塊EM223。同時，由于系統(tǒng)需要采集處理傳感器的檢測信號，而該監(jiān)測信號為420mA的模擬量，所以在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，需要添加模擬量擴(kuò)展模塊，本設(shè)計(jì)選用的模擬量擴(kuò)展模塊為EM235，該模塊具有4個模擬量輸入（AIW）通道，及一個模擬量輸出（AQW）通道，該模塊在輸入信號接入端口時，可以自動的將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，即將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成16位一個字長的數(shù)字量信號，在輸出信號時，又能夠自動地直接將將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出，將一個字長（16位）的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。同時，該模塊可以對于不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置，在該設(shè)計(jì)中可以發(fā)揮出色的表現(xiàn)。 變頻器的選擇變頻器是恒壓供水控制系統(tǒng)中可編程控制器與水泵機(jī)組的連接部件之一，可編程控制器通過改變變頻器的輸出頻率，從而控制調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在選擇變頻器時需要著重考慮水泵電機(jī)的功率及電流。同時要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控，還需選用具有通訊功能的變頻器。根據(jù)對電機(jī)控制功能的不同，可以將變頻器分為三種不同的類型：普通功能U/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器和矢量控制高功能型變頻器。而在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，負(fù)載屬于泵類負(fù)載，在電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也較小，同時考慮性價(jià)比的要求，因此選擇價(jià)格比較低廉的U/f控制變頻器。同時考慮到本設(shè)計(jì)中選用的可編程控制器是西門子S7200系列的CPU224，為了更好的實(shí)現(xiàn)變頻器與可編程控制器之間的通訊，因此本設(shè)計(jì)選用西門子變頻器MM440。該變頻器主要適用于三相交流電動機(jī)調(diào)速，由微處理器控制，使用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，系統(tǒng)運(yùn)行時具有很高的可靠性和很強(qiáng)的功能。該變頻器采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，模塊內(nèi)部集成有許多完善的變頻器和電動機(jī)保護(hù)功能，并且可以根據(jù)不同用戶的需求對輸入輸出端口進(jìn)行自定義功能，同時由于變頻器內(nèi)部的各種設(shè)計(jì)，使得變頻器在輸出頻率較低時也可以有很大的輸出力矩。本設(shè)計(jì)控制的水泵電機(jī)功率為160KW，而西門子MM440變頻器的輸出功率為120200KW，適用于功率較大、對設(shè)備要求較高的場合，完全適用于變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 軟起動器的選擇由于水泵電機(jī)在直接啟動時會有很大的沖擊電流，影響水泵電機(jī)的使用壽命，因此在系統(tǒng)中需要增設(shè)軟啟動器，當(dāng)供水系統(tǒng)需要增加工頻水泵時，由軟啟動器帶動水泵電機(jī)啟動，從而減小啟動電流對電機(jī)的沖擊，增加系統(tǒng)的使用時間。軟啟動器的主要組成部分為三相交流調(diào)壓電路和控制電路。其工作的基本原理是，通過對晶閘管的移相控制，使晶閘管的導(dǎo)通角發(fā)生改變，從而使輸出電壓發(fā)生變化，通過改變電壓來改變電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩和電流。目前，由于各行業(yè)的生產(chǎn)需要，國內(nèi)外軟啟動器產(chǎn)品技術(shù)得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)品型號也琳瑯滿目，本設(shè)計(jì)擬采用TE公司生產(chǎn)的Altistart 46型軟啟動器。該軟啟動器具有標(biāo)準(zhǔn)型負(fù)載和重型負(fù)載兩種，可以控制功率為4800KW的電動機(jī)，額定電流從171200A，共包含21種設(shè)定值，具有斜坡升壓、電壓聽聲脈沖、轉(zhuǎn)矩控制及啟動電流限制三中啟動方式；具有制動停車、自由停車、轉(zhuǎn)矩控制軟停車三種停車方式；具有軟啟動器自身及水泵電機(jī)的熱保護(hù)、限制轉(zhuǎn)矩和電流沖擊等保護(hù)功能并能提供故障輸出信號，同時它還提供本地端子控制接口和遠(yuǎn)程控制RS485通信接口，方便軟啟動器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，完全滿足系統(tǒng)的要求。 壓力傳感器的選型壓力傳感器在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的作用是監(jiān)測供水管網(wǎng)中的水壓，并將檢測到的水壓信號根據(jù)傳感器的類型不同轉(zhuǎn)換為15V或420mA的電信號，該信號為模擬信號，作為模擬量輸入模塊（EM235）的模擬信號輸入。在選擇系統(tǒng)壓力傳感器時，考慮到信號在傳輸過程中會有干擾和損耗，因此，本設(shè)計(jì)采用420mA輸出的電流型傳感器即普通壓力表Y100，壓力表的測量范圍是01Mpa,，滿足系統(tǒng)的要求[9]。 接觸器、熱繼電器、低壓斷路器選型根據(jù)題目設(shè)計(jì)要求已知水泵電機(jī)的功率為160KW,額定電壓為380V，由公式可計(jì)算出電機(jī)的額定電流約為300A。由于當(dāng)電機(jī)的額定功率大于11KW時，因此本設(shè)計(jì)中選用CJ20400型號接觸器，該接觸器可控制電機(jī)最大功率為200KW,額定電壓為380V，額定電流為400A，滿足設(shè)計(jì)要求。由熱繼電器的選用原則可知，熱繼電器的額定電流為控制電機(jī)的額定電流的60%80%,即180240A，因此選用JR20250 167250A熱繼電器。同理，對于五臺水泵電機(jī)的低壓斷路器，有，因此脫扣電流為450510A，