【正文】 mmable Controller，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專(zhuān)為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線(xiàn)復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶(hù)程序編制形象、直觀(guān)、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶(hù)在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線(xiàn)和簡(jiǎn)易的用戶(hù)程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。本設(shè)計(jì)以某小區(qū)的實(shí)際生活用水的數(shù)據(jù)進(jìn)行選型，該小區(qū)生活用水具體要求為：（1）由多臺(tái)水泵機(jī)組實(shí)現(xiàn)供水，流量范圍，揚(yáng)程60米左右，；（2）設(shè)置一臺(tái)小泵作為輔助泵，用于小流量時(shí)的供水；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時(shí)波動(dòng)要?。唬?）系統(tǒng)能自動(dòng)可靠運(yùn)行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動(dòng)功能，各主泵均能可靠地實(shí)觀(guān)軟啟動(dòng)；（4）具有完善的保護(hù)和報(bào)警功能，系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。表51 水泵型號(hào)及參數(shù)型號(hào)數(shù)量主要性能參數(shù)流量揚(yáng)程m效率%轉(zhuǎn)速r/min電機(jī)功率KW氣蝕余量m進(jìn)出口徑mm電壓V主泵機(jī)組150SFL16020x421121601928880666673681450553.[8150380輔助泵50SFL1215x5112807560485651145050380 根據(jù)以上系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚(yáng)程大小，確定供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量和設(shè)計(jì)供水壓力（水泵揚(yáng)程），考慮到用水量類(lèi)型為連續(xù)型低流量變化型，確定采用2臺(tái)上海熊貓機(jī)械（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)的SFL系列主水泵機(jī)組和1臺(tái)SFL輔助泵機(jī)組。型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表51所示。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過(guò)靜電噴塑處理，效率可提高5％以上；采用低噪音電機(jī)，機(jī)械密封，前端配有泄壓保護(hù)裝置，噪聲更低（室外噪音60分貝）、磨損小、壽命更長(zhǎng)；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長(zhǎng)；采用低進(jìn)低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水力模型先進(jìn)，性能更可靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類(lèi)似于水的無(wú)顆粒、無(wú)雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。國(guó)外生活泵均采用此種形式，而不采用DL型泵，DL泵是60年代產(chǎn)品。SKL型低噪音生活給水泵的型號(hào)意義及工作范圍如圖53。圖53 SKL型低噪音生活給水泵的型號(hào)意義及工作范圍要對(duì)系統(tǒng)所用的變頻器進(jìn)行選型，首先得確定變頻器的容量，方法是依據(jù)所配電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定電流來(lái)確定變頻器容量。在一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器容量（KVA）應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足下列三式： （51） （52） （53）式中：—負(fù)載所要求的電動(dòng)機(jī)的輸出功率； —電動(dòng)機(jī)的效率（）； —電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（）； —電動(dòng)機(jī)電壓（V）； —電動(dòng)機(jī)工頻電源時(shí)的電流（A）； k—電流波形的修正系數(shù)，對(duì)PWM方式，； —變頻器的額定容量（kWA）； —變頻器的額定電流（A）。這三個(gè)公式是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足三個(gè)算式的關(guān)系，尤其變頻器電流是一個(gè)較關(guān)鍵的量。根據(jù)控制功能不同，通用變頻器可分為三種類(lèi)型：普通功能型U/f控制變頻器、具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型U/f控制變頻器以及矢量控制高功能型變頻器。供水系統(tǒng)屬泵類(lèi)負(fù)載，低速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩小，可選用價(jià)格相對(duì)便宜的U/f控制變頻器。綜合以上因素，我們選擇西門(mén)子公司的MM430型變頻器。其控制示意圖如圖54所示，主要技術(shù)數(shù)據(jù)如表52所示。表52 MM430變頻器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)電源電壓和功率范圍380V至480V177。10%三相， (變轉(zhuǎn)矩)過(guò)載能力(即允許過(guò)載 140%)，持續(xù)時(shí)間3s，重復(fù)周期時(shí)間300s；(即允許過(guò)載110%)，持續(xù)時(shí)間60s，重復(fù)周期時(shí)間300s變頻器效率變頻器效率96%至97%繼電器輸出3個(gè)，可編程，30V DC/5A(電阻性負(fù)載)，250V AC/2A (電感性負(fù)載)模擬輸出2個(gè)，可編程，(0/4mA至20mA)數(shù)字輸入6個(gè)可自由編程的數(shù)字輸入，帶電位隔離，可以切換為PNP/NPN型接線(xiàn)模擬輸入2個(gè)，可編程；0至10V，0mA至20mA，10V至 +10V(AIN1)；0至10V，和0mA至20mA(AIN2)；兩個(gè)模擬輸入可以作為第7和第8個(gè)數(shù)字輸入 PLC配置PLC是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入信號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。因此我們?cè)谶x擇PLC時(shí)，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素，以SIEMENS公司的S7200PLC為例，該P(yáng)LC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制。S7200PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；PLC可以上接工控計(jì)算機(jī)，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。PLC和上位機(jī)的通信PC/PPI電纜，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口（PPI）協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實(shí)現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機(jī)的通信接口RS323的轉(zhuǎn)換。用戶(hù)程序有三級(jí)口令保護(hù)，可以對(duì)程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。S7200PLC可提供4個(gè)不同的基本型號(hào)與8種CPU。CPU 221具有6個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 222 CN具有8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224CN具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU 224 CN具有14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，CPU226 CN具有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)。S7200系列PLC主要有六種擴(kuò)展單元，它本身沒(méi)有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)。數(shù)字量擴(kuò)展模塊：EM221具有8個(gè)輸入點(diǎn)沒(méi)有輸出點(diǎn)，EM222具有8個(gè)輸出點(diǎn)沒(méi)有輸入點(diǎn)，EM223輸入輸出都具有4/8/16三種。模擬量擴(kuò)展模塊：EM231具有3個(gè)輸入點(diǎn)沒(méi)有輸出點(diǎn)，EM232具有2個(gè)輸出點(diǎn)無(wú)輸入點(diǎn)，EM235具有3個(gè)輸入點(diǎn)2個(gè)輸出點(diǎn)考慮到本設(shè)計(jì)需要，PLC選擇CPU224 CN，擴(kuò)展模塊選擇EM222和EM235。圖54 MM430變頻器控制示意圖壓力傳感器和壓力變送器是將水管中的壓力信號(hào)變成15V或42mA“的模擬量信號(hào)，作為模擬輸入模塊（A／D模塊）的輸入，在選擇時(shí)，為了防止傳輸過(guò)程中的干擾與損耗，我們采用420mA輸出壓力變送器。在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)壓力傳感器和壓力變送器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)有可能開(kāi)啟所有的水泵，而此時(shí)的用水量又達(dá)不到，這就使水管中的水壓上升，為了防止爆管和超高水壓損壞家中的用水設(shè)備，本文中的供水系統(tǒng)使用電極點(diǎn)壓力表的壓力上限輸出，作為PLC的一個(gè)數(shù)字量輸入，當(dāng)壓力超出上限時(shí)，關(guān)閉所有水泵并進(jìn)行報(bào)警輸出口。根據(jù)以上的分析，本文選用普通壓力表Y100和XMT1270數(shù)顯儀實(shí)現(xiàn)壓力的檢測(cè)、顯示和變送。壓力表測(cè)量范圍01MP，；數(shù)顯儀輸出一路420mA電流信號(hào)，送給變頻器作為PID調(diào)節(jié)的反饋電信號(hào)，可設(shè)定壓力上、下限，通過(guò)兩路繼電器控制輸出壓力超限信號(hào)。經(jīng)過(guò)第2章對(duì)系統(tǒng)方案的分析和確定，再結(jié)合上述的系統(tǒng)硬件的選型，確定以可靠性高、使用簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和PLC作為主控制設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。圖55 PLC的接線(xiàn)圖。圖56 控制電路接線(xiàn)圖。系統(tǒng)的控制電路接線(xiàn)圖如圖56所示，其總體結(jié)構(gòu)如圖57所示。圖57 恒壓供水系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖6變頻恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)方法，分為故障檢測(cè)、數(shù)字PID控制、泵的切換控制、系統(tǒng)對(duì)外通訊控制、定時(shí)修改壓力設(shè)定值等幾部分。下面對(duì)逐一他們進(jìn)行闡述。系統(tǒng)運(yùn)行主程序首先要進(jìn)行一系列的初始化工作，并使擴(kuò)展模塊、觸摸屏、變頻器等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸正常。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中要及時(shí)進(jìn)行故障檢測(cè)，防止設(shè)備的損壞和意外發(fā)生；當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，要在觸摸屏上及時(shí)進(jìn)行報(bào)警輸出，方便工作人員確認(rèn)和維修，有利于系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。無(wú)故障情況下，在觸摸屏上顯示設(shè)定壓力和實(shí)際壓力，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)后進(jìn)行恒壓控制。流程框圖（見(jiàn)圖61）。故障檢測(cè)是保證系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在本文的自控系統(tǒng)中，檢測(cè)的量主要有：變頻器故障、壓力傳感器故障故障，其流程框圖（見(jiàn)圖62）。該子程序與模糊控制子程序的功能一樣的，只是控制算法不一樣。在系統(tǒng)中，只需選擇一個(gè)，它同樣通過(guò)定時(shí)中斷來(lái)調(diào)用，通過(guò)對(duì)水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出壓力的恒定。利用第四章第一節(jié)的（49），（410），（411），（412）式，在主程序仞始化時(shí)計(jì)算Q0、QQ2，在子程序中直接讀取A／D模塊的輸出，得到當(dāng)前的實(shí)際水壓，將此壓力值與壓力設(shè)定值相減，得到當(dāng)前誤差量e（k），計(jì)算控制增量，將該增量通過(guò)PLC與變頻器的通訊去控制變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。其流程框圖（見(jiàn)圖63）。以下五種情況，將調(diào)用泵切換程序：（1）增加水泵條件成立；（2）減少水泵條件成立；（3）切換輔助小泵條件成立；（4）輔助小泵切換主泵條件成立；（5）系統(tǒng)只有一臺(tái)主泵在運(yùn)行且該泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間已到達(dá)8小時(shí)，進(jìn)行主泵間交換。電機(jī)增減主程序流程圖（見(jiàn)圖64）。為了提供更好的供水效果，將每日24小時(shí)按用水曲線(xiàn)分成幾個(gè)時(shí)段，不同的時(shí)段采用不同的壓力設(shè)定值，程序根據(jù)PLC提供的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，自動(dòng)修改設(shè)定值。對(duì)外通訊子程序不是每個(gè)變頻恒壓供水系統(tǒng)所必須的。當(dāng)該系統(tǒng)作為另一個(gè)控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)時(shí)，它需要和上一級(jí)系統(tǒng)建立通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以便上一級(jí)系統(tǒng)對(duì)它進(jìn)行監(jiān)控和管理，這是需要編寫(xiě)對(duì)外通訊子程序。通訊時(shí)，可以采用有線(xiàn)方式，也可以采用無(wú)線(xiàn)方式。該子程序采用定時(shí)中斷的方式來(lái)調(diào)用。圖62 故障檢測(cè)子程序圖61 主程序流程圖圖63 PID程序流程框圖圖64電機(jī)增減主程序流程圖總 結(jié)本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)了一套由PLC、變頻器、多臺(tái)水泵機(jī)組、計(jì)算機(jī)等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動(dòng)變頻恒壓供水系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、自動(dòng)可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單、管理方便的恒壓供水。本系統(tǒng)具有以下的特點(diǎn)：（1）采用了可靠性高、使用簡(jiǎn)單、編程靈活的工控設(shè)備PLC和內(nèi)置PID調(diào)節(jié)模塊的變頻器作為主要控制設(shè)備，在全流量范圍內(nèi)利用變頻泵的連續(xù)調(diào)節(jié)和工頻泵的分級(jí)調(diào)節(jié)相結(jié)合，確保恒壓供水；（2）系統(tǒng)具有完備的故障處理能力，可通過(guò)自動(dòng)工頻運(yùn)行、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等方式確保供水，具有故障實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警和遠(yuǎn)程電話(huà)自動(dòng)報(bào)警功能，具有故障電機(jī)鎖定功能；（3）系統(tǒng)采取變頻調(diào)速方式實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果明顯；（4）用了PID調(diào)節(jié)方式，水壓波動(dòng)小，響應(yīng)快。參考文獻(xiàn)[1]陳伯時(shí)，陳敏遜．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998[2]吳鐘智，吳加林．：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[3]李華．變頻調(diào)速技術(shù)在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用．電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，1996，5：3841[4]吳白凱，余承烈，陳學(xué)功．水泵變頻調(diào)速應(yīng)用的注意事項(xiàng)．工業(yè)用水與廢水，2002，33（5）：4547[5]電氣工程手冊(cè)編輯委員會(huì)．《電機(jī)工程師手冊(cè)》．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987[6]馬桂梅，譚光儀，陳次昌．泵變頻調(diào)速時(shí)的節(jié)能方案討論[N]．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(3)：57[7]韓安榮．通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[8]王蕾，宋文忠．[J]，2004，25(4)：16[9]李曼珍．，2004，11(5)：4850[10]陳浩．案例解說(shuō)PLC、觸摸屏及變頻器綜合應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社,2007[11]彭巨光，謝勇．異步電機(jī)變頻起動(dòng)、切換的分析與研究[M]．電機(jī)電器技術(shù)，2003附錄 主程序梯形圖[ edit ] See al 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖如圖所