【文章內容簡介】 樣，并將壓力信號轉換為電壓信號，通過 FX2N4AD，PLC 每秒鐘從 4AD 采集 5 次數(shù)據(jù)，并把這 5 次數(shù)據(jù)的平均值求出，然后與用戶設定的壓力值的分界值進行比較運算，計算出工頻泵啟動臺數(shù)信號。通過對工頻泵的啟動和停止臺數(shù)及變頻泵轉速的調節(jié)，及變頻器對變頻泵轉速的調節(jié)，將用戶管網中的水壓穩(wěn)定于用戶預先設定的壓力值，使供水泵組“提升”的水量與用戶管網不斷變化的用水量保持一致，達到“變量恒壓供水”的目的。由于 PID 運算在變頻器內部，這就省去了對可編程控制器存貯容量的要求和對 PID 算法的編程，而且 PID 參數(shù)的在線調試非常容易，這不僅降低了生產成本，而且大大提高了生產效率。由于變頻器內部自帶的 PID 調節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使水壓的調節(jié)十分平滑，穩(wěn)定。同時，為了保證水壓反饋信號值的準確、不失值，可對該信號設置濾波時間常數(shù)，同時還可對反饋信號進行換算，使系統(tǒng)的調試非常簡單、方便。 系統(tǒng)框圖及工作模式如圖 所示，有兩種工作模式，其工作情況如下：手動模式：按工作人員的自由操作，可以只啟動水泵電機組的任何水泵電機。自動模式：當無液位浮力開關信號（為 OFF）時，此系統(tǒng)水泵電機處于停機狀態(tài)。當液位浮力開關有信號（為 ON）時，先啟動變頻水泵電機；如果供水不足時，再啟動 1 臺主泵，變頻水泵電機起著對流量調節(jié)，在運行過程中水泵電機按照“先啟先?！?、 “備用自投”運行；如果還是供水不足時，啟動 2 臺主泵，變頻水泵電機起著對流量調節(jié)；在運行過程中水泵電機按照“先啟先停” 、 “備用自投”運行；如果還是供水不足時，3 臺主泵都啟動，變頻水泵電機起著對流量調節(jié)。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后 1 臺泵變頻恒壓 [4]。7 / 62壓 力 傳 感 器 4 AD手 動 ／ 自 動 開 關水 位 信 號 傳 統(tǒng) 低 壓 電 器 設 備PLC3 水 泵1水 泵2水 泵變 頻 水 泵變 頻 器圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制框圖恒壓供水控制系統(tǒng)將交流變頻調速技術、可編程控制技術應用于水泵自動控制設備中，與水泵組相結合為電一體化供水裝置。該系統(tǒng)可根據(jù)管網瞬時壓力變化，自動調節(jié)某臺水泵電機的轉速和多臺水泵電機的投入和退出運行，滿足用戶恒壓變量供水及變壓變量供水的需要，使供水管壓力保持恒定。 主要元器件選型器件：使用國產配置 功率：30KW 電流：62A表 器件列表器件名稱 數(shù)量 貨品型號規(guī)格可編程控制器 1 FX2N 32MR001變頻器 1 ATV38(施耐德) PLC 數(shù)模轉化模塊 1 FX2N4DAPLC 模數(shù)轉化模塊 1 FX2N4AD空氣開關 3 DZ4763/3P50A交流接觸器 4 CJX145/22220V熱繼電器 3 3UA59/2540A壓力傳感器 1 YYBES（錢江儀器儀表廠）中間繼電器 2 JZC122V萬能轉換開關 1 LW112旋鈕 3 LAY37NED1紅按鈕 3 LAY16A01R綠按鈕 3 LAY16A10G8 / 62續(xù)表 器件列表器件名稱 數(shù)量 貨品型號規(guī)格紅指示燈 5 AD1622R31綠指示燈 4 AD1622G31熔斷器 1 HG3032熔芯 1 RT1410A電流表 1 6L2100/5A電壓表 1 6L2450V電流互感器 1 液位控制器 2 61FGPN(歐姆龍)接線端子 5 JH915A接線端子 13 JH9100A浮動開關 1 GSK1B(精士)控制柜殼 1 1200*600*370 該系統(tǒng)的特點①結構緊湊，體積小，占地少，毋須建造高位水箱或水塔，投資省，安裝快，便于集中管理。②采用進口變頻器及相關元器件，設計合理，操作簡便，性能可靠，全自動運行無人值守。③具備多種故障顯示及備查記錄，完善的欠壓、過壓、過流、過載、短路、缺相、水源缺水自動保護停機等保護功能，使用安全，維護簡便。④自由設定管網壓力，按實際用水量來調節(jié)水泵轉速，使其始終處于高效運轉狀態(tài)；采用多臺小功率水泵電機成泵組代替大功率泵更能適合流量的急劇變化，避免“大馬拉小車”現(xiàn)象，節(jié)能效果更為顯著。與恒速泵供水相比，消除了超壓和回流的無功損耗。⑤由變頻器或軟起動器實現(xiàn)水泵軟起動軟停止，使電網和管網免受沖擊；無水錘現(xiàn)象，大大降低設備運行噪音，延長相關設備的使用壽命。⑥多臺泵有多種循環(huán)運行方式，均衡各泵運行時間，避免其中某臺水泵因閑置而銹蝕。⑦直接向用戶供水，水質無二次污染。⑧品種規(guī)格齊全，可任意組合配套，應用范圍廣。9 / 62⑨控制程序化，可按用戶需要實現(xiàn)多種控制方式。例如：定時開關系統(tǒng)、消防聯(lián)動、小流量和零流量自動關機睡眠、上位機集中管理等。⑩管網常壓供水，可避免外露管路凍裂；可按需要任意調節(jié)設備供水壓力，滿足用水高峰期建筑頂層的水壓要求。10 / 623 控制系統(tǒng)分析與設計 低壓電器設備部分恒壓供水控制系統(tǒng)設計具有手動模式和自動模式，手動模式主要是通過低壓電器設備控制，該低壓電器設備的控制示意圖由兩部分組成，如圖 和圖 ： 如圖 和圖 所示：當撥動開關撥到“停止”時，其整個系統(tǒng)位于停止狀態(tài)；當撥動開關撥到“自動”時，及實現(xiàn)自動工作模式；當撥動開關撥到“手動”時，及實現(xiàn)手動工作模式；2SB、4SB 、6SB 分別手動控制 1 、2 、3 泵 啟動；1SB、3SB 、5SB 分別手動控制 1 、2 、3 泵 停止；1HG、2HG、3HG 分別是 1 、2 、3 泵的工作指示燈；1KA 分別是有液位控制的中間繼電器圖 主電路圖11 / 62圖 3. 2 控制電路圖當想手動啟動 1 泵時，按下 2SB，2SB 接通→1KM 接通→1水泵電機啟動；當想手動停止 1 泵時，按下 1SB，1SB 斷開→1KM 斷開→1水泵電機停止；當想手動啟動 2 泵時，按下 4SB，4SB 接通→2KM 接通→2水泵電機啟動；當想手動停止 2 泵時，按下 3SB，3SB 斷開→2KM 斷開→2水泵電機停止；當想手動啟動 3 泵時，按下 6SB，6SB 接通→3KM 接通→3水泵電機啟動；當想手動停止 3 泵時，按下 5SB，5SB 斷開→3KM 斷開→3水泵電機停止。表 低壓電器設備主要元件及其作用 元件名 作用1SB 手動模式 1 泵 停止按鈕2SB 手動模式 1 泵 啟動按鈕3SB 手動模式 2 泵 停止按鈕4SB 手動模式 2 泵 啟動按鈕5SB 手動模式 3 泵 停止按鈕6SB 手動模式 3 泵 啟動按鈕1HG 1 泵工作模式 指示燈12 / 62續(xù)表 低壓電器設備主要元件及其作用 元件名 作用2HG 2 泵工作模式 指示燈3HG 3 泵工作模式 指示燈4HG 4 變頻泵工作模式 指示燈1KH 1 電機熱電保護的熱繼電器2KH 2 電機熱電保護的熱繼電器3KH 3 電機熱電保護的熱繼電器4KH 4 電機熱電保護的熱繼電器1KA 水位控制的中間繼電器1FQ 水位控制的浮力開關 控制柜面板設計根據(jù)上面的低壓電器設備主要元件，可以大致設計為如圖 所示：圖 控制柜面板示意圖13 / 62 PLC 控制部分PLC 基本是實現(xiàn)自動工作模式，根據(jù)該系統(tǒng)的要求：PLC 端口的大致分為如圖 所示：模塊 0模塊 1壓力傳感器電壓信號變頻器主速模擬量接口1 K M2 K M3 K M3 1 N2 4 VX 0X 1X 24 K MX 31 K AX 4S 0X 5— 2 4 VC O MC O M 3C O M 2Y 5Y 2Y 3Y 4Y 1 2Y 1 3Y 1 4Y 1 5Y 6F X 2 N 4 A DF X 2 N 4 D AF X 2 N 3 2 M R4 55 16 56 15 K M1 泵反饋2 泵反饋水位信號3 泵反饋4 泵反饋變頻器故障信號1 泵運行2 泵運行2 泵故障指示3 泵運行4 泵運行S 1P L C 控制 故障輸出4 泵故障指示1 泵故障指示3 泵故障指示P L C 公共輸出端 A I 2 +A I 2 圖 PLC 端口分配示意圖注：s0 為變頻器的故障輸出s1 為在變頻器上的 4水泵電機的控制接口壓力傳感器電壓信號變頻器主速模擬量接口模塊 0模塊 1 AI1+AI114 / 624 軟硬件的基本原理介紹 PLC 可編程控制器( 三菱 FX2N32MR)1969 年，在美國出現(xiàn)第一臺可編程序邏輯控制器（Programmable Logic Controller）以來，經過 30 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經成為一種最重要、高可靠性、應用場合最多的工業(yè)控制微型計算機。它應用大規(guī)模集成電路、微型機技術和通信技術的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大型等各種規(guī)格的 PLC 系列產品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多過程控制領域?？删幊绦蚩刂破饕押蛿?shù)控技術及工業(yè)機器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱 [5]。初期的 PLC 只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統(tǒng)。隨著微電子技術的發(fā)展，PLC 以微處理器為核心，適用于開關量、模擬量和數(shù)字量的控制，它已進入過程控制和位置控制等場合的控制領域。目前，可編程序控制器既保留了原來可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點，又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu)點，包括計算機控制系統(tǒng)、過程儀表控制系統(tǒng)、集散系統(tǒng)、分散系統(tǒng)等。在許多場合，可編程序控制器可以構成各種綜合控制系統(tǒng)，例如構成邏輯控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、圖形工作站等等。 可編程控制器的特點①可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個 PLC 生產廠都將可靠性作為第一指標而加以研制，以單片機為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使 PLC 的平均無故障時間達到 30 萬小時以上，使用壽命更長。②控制功能強。PLC 具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進、跳轉、移位、記憶、四則運算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。③編程方便，易于使用。PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術人員和電工的歡迎，容易推廣應用。PLC 可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對老設備的技術改造。④使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強。⑤具有各種接口，與外部設備連接非常方便。⑥采用積木式結構或模塊式結構，有較大靈活性和可擴展性，擴展靈活方便。15 / 62⑦維修方便。PLC 上有 I/O 指示燈，哪個 I/O 元件有故障，一目了然。⑧可根據(jù)生產工藝要求或運行情況，隨時對程序進行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應性強。 可編程控制器的工作原理①PLC 的等效工作電路PLC 是一種微機控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機相同，但在應用時，可不必用計算機的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內部控制電路三部分，如下圖 所示：觸 點按 鈕 負 載電 源限 位 開 關 外 部 輸 入 輸 入 部 分 內 部 控 制 電 路 輸 出 部 分 外 部 負 載圖 PLC 的等效工作電路1）輸入部分這部分的作用是接受被控設備的信息或操作 0 命令等外部輸入信息。輸入接線端是 PLC 與外部的開關、按鈕、傳感器轉換信號等連接的端口。每個端子可等效為一個內部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個線圈由接收到的輸入端的外部信號來驅動，其驅動電源可由 PLC 的電源部件提供(如直流 24V)，也可由獨立的交流電源( 如交流 110V)供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內部觸點 (動合、動斷形式均可)，供設計 PLC 的內部控制電路(即編制 PLC 控制程序)時使用。2）內部控制電路16 / 62這部分的作用是運算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應產生哪些輸出。內部控制電路實際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。PLC 程序一般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，PIC 程序中的動合、動斷觸點、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。在 PLC 內部還設有定時器、計數(shù)器、移位器、保持器、內部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷觸點只能在 PLC 內部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。3）輸出部分 這部分的作用是驅動外部負載。在 PLC 內部，有若干能與外部設備直接相連的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無限個軟件實現(xiàn)的動合、動斷觸點，可在 PLC 內部控制電路中使用；但對應每一個輸出端只有一個硬件的動合觸點與之相連，用以驅動需要操作的外部負載；如圖 2—3 所示。外部負載的驅動電源接在輸出公共端(COM)上。 總之，在使用 PLC 時，可以把輸入端等效為一個繼電器線圈，其相應的繼電器接點(動合或動斷) 可在內部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內部輸出繼電器的一個動合觸點，驅動外部設備。②PLC 的工作過程 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。當 PLC 加電后，首先進行初始化處理，包括清除 I／O 及內部輔助繼電器、復位所有定時器、檢查 I/O 單元的連接等。開始運行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段 [6] 1）公共處理階段這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、檢查 I／ O 總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或自行進行相應的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。這部分時間是固定的，對 P 型機來說，為 。 2）執(zhí)行外圍設備命令階段 當有簡易編程器、圖形編程器、打