【文章內容簡介】 于小流量甚至接近0流量時，由小氣罐進行供水，這樣可以使水泵運行時盡可能減少多余的水頭，又能在高效區(qū)運行，使調速泵能充分發(fā)揮最好的節(jié)能效果。，但兩者的恒速泵和變速泵又互為備用，提高了系統(tǒng)可靠性的同時，又減少了占地面積和節(jié)省一次性投資。、消防管網設計成分設又連通的系統(tǒng)，在兩管網的連通管和旁通管上分別加裝了一個單流閥和一個電動閘閥。消防管網的高壓力(HO2)不會對生活管網產生影響。又使生活泵和消防泵可以共用備用泵。因氣壓罐與生活泵串連運行，平時兩管網維持同一個低恒壓，消防時只須在生活供水的第一恒壓基礎上提高水頭，即成為第二恒壓系統(tǒng)。近20年來，以功率晶體管GTR為逆變功率器件、8位微處理器為控制核心的按壓頻比U/f控制原理實現(xiàn)異步電動機調速的變頻器，在性能和品種上出現(xiàn)了巨大的技術進步。 變頻器輸入、輸出接口本系統(tǒng)選用的變頻器為ABB公司的ACS601系統(tǒng)，針對本系統(tǒng)的應用情況，可將變頻器端子上的信號分為(): 輸入信號: 1．控制變頻器運行的啟停信號DI1～PLC的KAl。 2．變頻器的壓力反饋信號AI2—接遠傳壓力表的反饋信號。 3．。 輸出信號: 1．RO1:為數(shù)字量輸出口，變頻器內部出現(xiàn)故障時，進行指示。 2．RO2:為數(shù)字量輸出口，變頻器運行指示。 3．R03:為數(shù)字量輸出口，變頻器停止運行指示。 4．U、V、W為接三相異步電動機。 通訊:本變頻器完成與上位機的頻率、電流、電壓、管網壓力、故障狀況，給定等參數(shù)進行通訊，通過NDCO的CH1, CH2口實現(xiàn)。 整個變頻器端子示意圖如附錄中變頻器接線圖。 變頻調速恒壓系統(tǒng)的基本特點本論文設計變頻器調速恒壓供水系統(tǒng)具有以下幾方面特點:。自動狀態(tài)下可實現(xiàn)無人值守自動恒壓、自動轉入消防供水狀態(tài)。手動狀態(tài)下可作不定期的檢查和緊急狀態(tài)下的緊急操作。，自動/手動供電電源切換功能。，系統(tǒng)可靠性高。，恒壓精度高，:節(jié)能效果顯著節(jié)電率在1 S%～40%左右。(生產)供水中，任何一臺水泵出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會自動啟動備用泵滿足供水。，使交流調速系統(tǒng)的性能指標能與直流調速系統(tǒng)媲美。，避免了啟動電流過大對電網的影響，且大大延長了設備的使用壽命。，每兩泵交替工作，可在不停水情況下對系統(tǒng)進行維護、檢修，提高系統(tǒng)的可靠性。，欠壓兩泵運行，滿足節(jié)能需要。同時，與其它供水系統(tǒng)相比，具有以下幾方面的優(yōu)點：1)不設高位水箱、減輕建筑物負荷、節(jié)省基建投資、縮小施工工期。2)消除了水源再次污染的可能性。3)以變頻調速控制水壓、實現(xiàn)全天恒壓供水。4)消防供水響應速度快、供水壓力均衡適量。5)自動化程度高，可實現(xiàn)無人值守智能化運行。6)設備使用壽命長，維護工作量小。第3章 系統(tǒng)硬件設計該系統(tǒng)采用二級計算機控制方式，控制系統(tǒng)采用西門子公司生產的S7216PLC,輸入14點，輸出10點，均為數(shù)字化接口。在設計時，以充分利用PLC的硬件、軟件資源為原則，在軟件設計與確定I/O點數(shù)時，可不局限于原有繼電器控制線路，而只保留直接面向人和設備的輸入/輸出點，省去一些中間環(huán)節(jié):軟件采用靈活的編程方式，主程序采用常規(guī)繼電器梯形圖指令設計。同時，由于設備上的主接觸器功率大，其線圈吸合瞬間電流大，而PLC的輸出節(jié)點額定工作電流為2A，如果直接驅動主接觸，勢必造成燒毀節(jié)點等不安全因素，為此我們在輸出節(jié)點上加接了一個中間驅動繼電器。 PLC輸入、輸出I/O口分配PLC就是一種利用計算機原理為順序控制專門設計的、通用的、使用方便的裝置。PLC和工控機目前的技術發(fā)展水平己大大超過其出現(xiàn)時技術水平，并各自定位在不同的層面。PLC適合低成本自動化項目和作為大型DOS系統(tǒng)的I/O站，工控機在中規(guī)模小范圍自動化工程中有很好的性能價格比。同時，PLC和工控機在其技術發(fā)展的歷程中，為了適合工業(yè)現(xiàn)場應用的需要和用戶二次開發(fā)的需要，都積極地發(fā)展高可靠性、網絡化和高性能的用戶開發(fā)軟件方面的技術性能。下面對本系統(tǒng)采用的57216 。 輸入口KM1, KM2, KM3, KM4為1, 2調速泵分別在調速和工頻運行下所對應的接觸器，KMKM8為1, 2恒速泵的主接觸器。PLC通過輸入的接觸器節(jié)點信號，可以判定4臺泵目前的運行情況，再綜合PLC的輸出指令，就可以判定目前泵組的良好狀況，此為硬件回路的判定方法(另一種方法是通過壓力反饋信號，在上位機進行綜合判定)。、(此壓力接點對生活管網的上、下限進行限制)。此作為系統(tǒng)硬保護的一個措施，同時也是生活泵組倒換泵的一個依據(jù)。、消防和復位的一個硬啟動旋扭，分別作為系統(tǒng)自動運行和復位的指令性信號。 PLC系統(tǒng)i/o接線圖 輸出口輸出節(jié)點一共10個節(jié)點(除了指示燈)其它均通過中間繼電器去驅動接觸器、電磁線圈或蜂鳴器。~ 。(包括變頻器故障、現(xiàn)場沒執(zhí)行指令的設備，以及火災)。 ，打開出水口的電動閥，以防止爆管或其它事故。~、關的輸出口。自動巡檢功能正常情況下，由生活泵組就能滿足整座樓的生活用水，而消防泵則只處于熱備用狀態(tài)。但由于火災的突發(fā)性，為保證消防泵組良好性，進行定期的檢測消防泵組是非常必要的。此系統(tǒng)設定的巡檢周期為7天，即在7天內要啟動消防泵組一次。首先關閉生活和消防管網的聯(lián)接電動閘閥，壓力給定信號轉入高給定(Ho2)，由上位機根據(jù)消防管網反饋的壓力信號來判斷系統(tǒng)是否良好。同時PLC也通過輸出指令和執(zhí)行KM2. KM8情況進行系統(tǒng)良好狀況判別，如故障則報警提示。由于在巡檢過程中，消防管網無外泄水，所以穩(wěn)壓后要進行超壓放水。定時交替運行兩組泵互為備用，為保證系統(tǒng)的均衡運行，兩泵組(良好狀態(tài)下)定期((48小時)進行平穩(wěn)切換(不發(fā)生壓力波動)，同時二臺調速泵互為備用，故障狀態(tài)下另一臺調速泵要自動投入使用。綜合報警和蜂鳴提示在火警狀態(tài)或設備巡檢，檢測到設備故障或者上位機下傳的故障(管網穩(wěn)不住壓或變頻器故障)，PLC 。火警狀態(tài)啟動消防在接到上位機下傳火警時，一是要啟動火警報警，二是關閉電動閘閥，三是啟動消防泵組。若消防管網仍不能達到H02，則順序啟動下一臺恒速泵。水泵的高效運行控制生活狀態(tài)下，只有在調速泵滿負荷運轉仍不能滿足管網壓力H01時才能啟動恒速泵。反之，在調速泵能滿足系統(tǒng)壓力時，恒速泵退出運行。在用水量小到不能滿足調速泵在最低值長時間運行時，停止調速泵，由氣壓罐補水(保證水泵永遠在高效運行)。 恒壓系統(tǒng)PLC流程圖在編制PLC程序時遵循化整為零的方式。整個控制系統(tǒng)由一個主程序和4個子程組成。四個子程序分別完成4個功能塊，、。()在主程序中設置有一定時器T1 (設定時間168小時)，計時時間到就調用此子程序，子程序完成的主要功能有:關閉生活和消防管網之間電動閘閥，使兩供水系統(tǒng)分別獨立，防止消防管網的高壓Hoe竄入生活管網，巡檢完后，開啟此電動閘閥。采用步進方式啟動恒速泵(，同時配以消防泵組的調速泵) PLC采取輸出指令和反饋接點比較的方式進行設備良好狀況判定。若只有輸出指令，沒有反饋接點，則設備處于故障狀態(tài)，此時，對應設備故障字置位，同時報警提示。步進時用T6, T7進行計時。在巡檢信號發(fā)出后30秒內，上位機可以通過壓力是否建立到H02進行系統(tǒng)判定，如不能建立，下傳PLC報警指示。若在上位機判定，系統(tǒng)管網超壓，由PLC驅動超壓放水電磁閥放水(壓力恢復后關閥電磁閥)。巡檢完，清定檢計時器T1和步進計時器T6, T7，并打生活、消防管網聯(lián)接電動閥閘。()當主程序檢查到M405(消防標志位由上位機清和置位)為1，說明當前狀態(tài)為消防狀態(tài)，啟動消防狀態(tài)子程序，其主要功能有:迅速切斷生活、消防之間管網的電動閘閥，并啟動聲光報警。延時5秒，啟動消防恒速泵，再延時5秒，啟動消防變速泵，同時消防變速泵在上位機的指令下轉入Ho2給定狀態(tài)，此定時器由T9, T10。進行計時。上位機延時判定Ho2是否建立，若Ho2沒達到，則指令PLC啟動生活泵的恒速泵(反之，消防調速泵低于調速最低頻率，則停生活恒速泵)。消除火警后，清報警，延時關電動閘閥，T9, T10。計時器清零。()主程序中毛(設定為48小時)作為泵組交換的時間，計時到則交換泵組，調用此子程序，其功能如下:根據(jù)當前泵組的良好狀態(tài)，確定下一周期運行的水泵(一臺調速、一臺恒速)。啟動對應的調速泵，停止另一臺調速泵。根據(jù)壓力低信號是否為1，確定是否投入下一周期運行的恒速泵。()此子程的主要功能為，保證水泵生活給水時盡量在工頻運行，低流量時采用氣壓罐供生活水，子程序詳細如下:首先啟動生活給水調速泵。(即系統(tǒng)超壓)。為1時，判定當前恒速泵運行否，若運行停止恒速泵。若沒運行(表明當前用水量小)，停止調速泵。，保持當前輸出狀態(tài)。 高效運行子程序圖5．主程序()主程序主要處理當前各種輸入信號的掃描和系統(tǒng)計時，并作一些簡單的處理，對應的功能則調用相應的子程序。 主程序流程圖 控制系統(tǒng)編程的可靠性通常PLC本身的可靠性非常高，在CPU監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)中有較完整的自診斷程序。而PLC外接的輸入、輸出元件，如電磁閥、接觸器等的故障率相對較突出。這些元件出現(xiàn)故障時PLC不會自動停機，直到故障造成的后果發(fā)生之后才會被發(fā)覺，但如果我們在軟件設計時，能充分考慮到可能發(fā)生的故障，能用錯誤檢測程序或其它優(yōu)先程序在故障元件還沒有釀成設備事故之前，使PLC自動停機、報警，則整個系統(tǒng)的可靠性將大大提高。本系統(tǒng)中采用了以下幾種方式提高了系統(tǒng)可靠性。為了確保PLC動作的可靠，我們在軟件設計時使用動作優(yōu)先程序，其基本形式有以下兩種:1．關斷優(yōu)先式、保持、停止控制程序梯形圖，當關斷信號時，無論啟動信號狀態(tài)如何繼電器M400被關斷(狀態(tài)為0)，當關斷信號。使啟動信號X1=1，則可啟動M400(使其狀態(tài)變?yōu)?)，并通過常開觸點M400自鎖，在X1變?yōu)椤?”后仍保持M400為啟動（狀態(tài)保持為1）。X1X2M400M400M400X2M400X1 優(yōu)先控制程序因為當x1與x2同時為1時，關斷信號x2有效，所以稱為關斷優(yōu)先式，此在生活供水程序中使用。2．啟動優(yōu)先式(6)為啟動優(yōu)先式啟動、保持、停止控制程序梯形圖。當啟動信號X1=1時，無論關斷信號X2狀態(tài)如何，M400被啟動，并且當時，通過M400常開觸點實現(xiàn)自鎖。當啟動信號Xl=0時，使，可實現(xiàn)關斷M400，因為當Xl與X2同時為“1”時，啟動信號X1有效，所以稱為啟動優(yōu)先式，此在消防狀態(tài)供水使用。 故障檢測程序的設計在軟件設計中增加故障檢測程序是抑制PLC外部元件引發(fā)控制系統(tǒng)故障的有效辦法，這方面我們采用兩種故障檢測法:由于控制系統(tǒng)工作循環(huán)中各工步的運動都有一定的嚴格規(guī)定的時間，因此，我們以這些時間為參考，在要檢測的工步動作開始的同時，啟動一個定時器，定時器的時間設定值比正常情況下該動作要持續(xù)的時間長25%左右，當某一工步動作時間超過規(guī)定時間，達到對應的定時器預置時間，還未轉入下一個工步動作時，這時系統(tǒng)發(fā)出故障信號，停止正常工作循環(huán)程序，啟動報警及顯示程序，這就是所謂“超節(jié)拍保護” 。2．邏輯錯誤檢測法PLC控制系統(tǒng)在正常的情況下，各輸入、輸出信號、中間記憶裝置之間存在著確定的邏輯關系，一旦出現(xiàn)異常邏輯關系，必定是控制系統(tǒng)出了故障。因此，我們事先編制好一些常見故障的異常邏輯程序，加進用戶程序中，當這種邏輯關系實一狀態(tài)為“1，就必然出現(xiàn)了相應的設備故障。即可將異常邏輯關系的狀態(tài)輸出作為故障信號，用來實現(xiàn)報警、停機等控制。 聯(lián)鎖控制程序的設計在生產機械的各種運動之間，往往存在著某種相互制約關系，我們采用聯(lián)鎖控制的方法來提高系統(tǒng)的可靠性。聯(lián)鎖控制的關鍵是正確選擇和使用聯(lián)鎖信號。1．不能同時發(fā)生的運動聯(lián)鎖控制，為了實現(xiàn)運動A與運動B不會同時發(fā)生，選擇聯(lián)鎖信號為M400和M410的常閉觸點，分別串入M410和M400的控制回路中，當M400和M410中有任一個要啟動時，另一個必須首先已被關斷，反之， 兩者中任何一個啟動之后都首先將另一個的控制回路斷開，從而保證任何時間兩者不可能同時啟動。提高且保證了控制系統(tǒng)的可靠性。這種程序設計方法最典型的應用變頻器的工頻運行和變速運行以及兩變頻泵之間互鎖運行。M410X1X2M400M400M400X3X4M410M410 2．順序步進聯(lián)鎖控制在順序依次發(fā)生的運動之間，采用順序步進聯(lián)鎖控制的方式，選擇前一個運動的常開觸點，串聯(lián)在下一個運動的啟動線路中，同時選擇后一個運動的常閉觸點串入前一個運動的關斷控制回路中，這樣，只有上一個運動發(fā)生了，下一個運動才可以進行，且一旦后一個運動發(fā)生了，立即迫使前一個運動停止，因此，這種程序設計方法可能實現(xiàn)各運動嚴格地依預定的順序逐步地發(fā)生和轉換，保證不會發(fā)生順序的錯亂，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性，在此系統(tǒng)中，巡檢中的逐臺單泵運行就是此例。第4章 系統(tǒng)軟件設計 概 論由于電力電子技術、微電子技術和控制技