【正文】 mmable Controller，簡稱PC。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術(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)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。水泵機組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運行，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)計以某小區(qū)的實際生活用水的數(shù)據(jù)進行選型，該小區(qū)生活用水具體要求為：（1）由多臺水泵機組實現(xiàn)供水，流量范圍，揚程60米左右，；（2）設(shè)置一臺小泵作為輔助泵，用于小流量時的供水；供水壓力要求恒定，尤其在換泵時波動要小；（3）系統(tǒng)能自動可靠運行，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動功能，各主泵均能可靠地實觀軟啟動；（4）具有完善的保護和報警功能，系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟運行性能。表51 水泵型號及參數(shù)型號數(shù)量主要性能參數(shù)流量揚程m效率%轉(zhuǎn)速r/min電機功率KW氣蝕余量m進出口徑mm電壓V主泵機組150SFL16020x421121601928880666673681450553.[8150380輔助泵50SFL1215x5112807560485651145050380 根據(jù)以上系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚程大小，確定供水系統(tǒng)設(shè)計秒流量和設(shè)計供水壓力（水泵揚程），考慮到用水量類型為連續(xù)型低流量變化型，確定采用2臺上海熊貓機械（集團）有限公司生產(chǎn)的SFL系列主水泵機組和1臺SFL輔助泵機組。型號及參數(shù)見表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)過靜電噴塑處理，效率可提高5％以上；采用低噪音電機，機械密封，前端配有泄壓保護裝置，噪聲更低（室外噪音60分貝）、磨損小、壽命更長；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長；采用低進低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進，性能更可靠。它可以輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無顆粒、無雜質(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意義及工作范圍要對系統(tǒng)所用的變頻器進行選型，首先得確定變頻器的容量，方法是依據(jù)所配電動機的額定功率和額定電流來確定變頻器容量。在一臺變頻器驅(qū)動一臺電機連續(xù)運轉(zhuǎn)時，變頻器容量（KVA）應(yīng)同時滿足下列三式： （51） （52） （53）式中：—負載所要求的電動機的輸出功率； —電動機的效率（）； —電動機的功率因數(shù)（）； —電動機電壓（V）； —電動機工頻電源時的電流（A）； k—電流波形的修正系數(shù)，對PWM方式，； —變頻器的額定容量（kWA）； —變頻器的額定電流（A）。這三個公式是統(tǒng)一的，選擇變頻器容量時，應(yīng)同時滿足三個算式的關(guān)系，尤其變頻器電流是一個較關(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)屬泵類負載，低速運行時的轉(zhuǎn)矩小，可選用價格相對便宜的U/f控制變頻器。綜合以上因素，我們選擇西門子公司的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)過載能力(即允許過載 140%)，持續(xù)時間3s，重復(fù)周期時間300s；(即允許過載110%)，持續(xù)時間60s，重復(fù)周期時間300s變頻器效率變頻器效率96%至97%繼電器輸出3個，可編程，30V DC/5A(電阻性負載)，250V AC/2A (電感性負載)模擬輸出2個，可編程，(0/4mA至20mA)數(shù)字輸入6個可自由編程的數(shù)字輸入，帶電位隔離，可以切換為PNP/NPN型接線模擬輸入2個，可編程；0至10V，0mA至20mA，10V至 +10V(AIN1)；0至10V，和0mA至20mA(AIN2)；兩個模擬輸入可以作為第7和第8個數(shù)字輸入 PLC配置PLC是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現(xiàn)以及對外的數(shù)據(jù)交換。因此我們在選擇PLC時，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PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制。S7200PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點；PLC可以上接工控計算機，對自動控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。PLC和上位機的通信PC/PPI電纜，支持點對點接口（PPI）協(xié)議，PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn)PLC的通信接口RS485到PC機的通信接口RS323的轉(zhuǎn)換。用戶程序有三級口令保護，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo。S7200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU。CPU 221具有6個輸入點和4個輸出點，CPU 222 CN具有8個輸入點和6個輸出點，CPU 224CN具有14個輸入點和10個輸出點，CPU 224 CN具有14個輸入點和10個輸出點，CPU226 CN具有24個輸入點和16個輸出點。S7200系列PLC主要有六種擴展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴展I/O點數(shù)。數(shù)字量擴展模塊：EM221具有8個輸入點沒有輸出點，EM222具有8個輸出點沒有輸入點，EM223輸入輸出都具有4/8/16三種。模擬量擴展模塊：EM231具有3個輸入點沒有輸出點，EM232具有2個輸出點無輸入點，EM235具有3個輸入點2個輸出點考慮到本設(shè)計需要，PLC選擇CPU224 CN，擴展模塊選擇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變成15V或42mA“的模擬量信號，作為模擬輸入模塊（A／D模塊）的輸入，在選擇時，為了防止傳輸過程中的干擾與損耗，我們采用420mA輸出壓力變送器。在運行過程中，當壓力傳感器和壓力變送器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)有可能開啟所有的水泵，而此時的用水量又達不到，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)使用電極點壓力表的壓力上限輸出，作為PLC的一個數(shù)字量輸入，當壓力超出上限時，關(guān)閉所有水泵并進行報警輸出口。根據(jù)以上的分析，本文選用普通壓力表Y100和XMT1270數(shù)顯儀實現(xiàn)壓力的檢測、顯示和變送。壓力表測量范圍01MP，；數(shù)顯儀輸出一路420mA電流信號，送給變頻器作為PID調(diào)節(jié)的反饋電信號，可設(shè)定壓力上、下限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。經(jīng)過第2章對系統(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、使用簡單、維護方便、編程靈活的工控設(shè)備變頻器和PLC作為主控制設(shè)備來設(shè)計變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。圖55 PLC的接線圖。圖56 控制電路接線圖。系統(tǒng)的控制電路接線圖如圖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)計程序采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法，分為故障檢測、數(shù)字PID控制、泵的切換控制、系統(tǒng)對外通訊控制、定時修改壓力設(shè)定值等幾部分。下面對逐一他們進行闡述。系統(tǒng)運行主程序首先要進行一系列的初始化工作，并使擴展模塊、觸摸屏、變頻器等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸正常。在系統(tǒng)運行過程中要及時進行故障檢測，防止設(shè)備的損壞和意外發(fā)生；當出現(xiàn)故障時，要在觸摸屏上及時進行報警輸出，方便工作人員確認和維修，有利于系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。無故障情況下，在觸摸屏上顯示設(shè)定壓力和實際壓力，系統(tǒng)自動啟動后進行恒壓控制。流程框圖（見圖61）。故障檢測是保證系統(tǒng)安全、可靠運行的一個重要環(huán)節(jié)，在本文的自控系統(tǒng)中，檢測的量主要有：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，它同樣通過定時中斷來調(diào)用，通過對水泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，實現(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，在主程序仞始化時計算Q0、QQ2，在子程序中直接讀取A／D模塊的輸出，得到當前的實際水壓，將此壓力值與壓力設(shè)定值相減，得到當前誤差量e（k），計算控制增量，將該增量通過PLC與變頻器的通訊去控制變頻器的頻率，實現(xiàn)恒壓供水。其流程框圖（見圖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)只有一臺主泵在運行且該泵連續(xù)運行時間已到達8小時，進行主泵間交換。電機增減主程序流程圖（見圖64）。為了提供更好的供水效果，將每日24小時按用水曲線分成幾個時段，不同的時段采用不同的壓力設(shè)定值，程序根據(jù)PLC提供的實時時鐘，自動修改設(shè)定值。對外通訊子程序不是每個變頻恒壓供水系統(tǒng)所必須的。當該系統(tǒng)作為另一個控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)時，它需要和上一級系統(tǒng)建立通訊，進行數(shù)據(jù)交換，以便上一級系統(tǒng)對它進行監(jiān)控和管理，這是需要編寫對外通訊子程序。通訊時，可以采用有線方式，也可以采用無線方式。該子程序采用定時中斷的方式來調(diào)用。圖62 故障檢測子程序圖61 主程序流程圖圖63 PID程序流程框圖圖64電機增減主程序流程圖總 結(jié)本次設(shè)計設(shè)計了一套由PLC、變頻器、多臺水泵機組、計算機等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)及其遠程監(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、自動化程度不高等缺點，可實現(xiàn)高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的恒壓供水。本系統(tǒng)具有以下的特點：（1）采用了可靠性高、使用簡單、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，可通過自動工頻運行、遠程手動控制和現(xiàn)場手動控制等方式確保供水，具有故障實時的現(xiàn)場報警和遠程電話自動報警功能，具有故障電機鎖定功能；（3）系統(tǒng)采取變頻調(diào)速方式實現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能效果明顯；（4）用了PID調(diào)節(jié)方式，水壓波動小，響應(yīng)快。參考文獻[1]陳伯時，陳敏遜．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1998[2]吳鐘智，吳加林．：機械工業(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．電氣傳動自動化，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．工業(yè)用水與廢水，2002，33（5）：4547[5]電氣工程手冊編輯委員會．《電機工程師手冊》．北京：機械工業(yè)出版社，1987[6]馬桂梅，譚光儀，陳次昌．泵變頻調(diào)速時的節(jié)能方案討論[N]．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2003(3)：57[7]韓安榮．通用變頻器及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(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PLC、觸摸屏及變頻器綜合應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社,2007[11]彭巨光，謝勇．異步電機變頻起動、切換的分析與研究[M]．電機電器技術(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