【導(dǎo)讀】摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1. 變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3. 2變頻恒壓供水系統(tǒng)簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8. 變頻調(diào)速恒壓供水工況分析與能耗機(jī)理分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10. 變頻恒壓供水系統(tǒng)的特點(diǎn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13. 變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳。其中一臺為備用，另兩臺在高峰期間同時(shí)運(yùn)行，低峰期間其中一臺運(yùn)行。

　　

【正文】 0、 1 30點(diǎn)四種類型，程序容量 2K步，內(nèi)置 2通信通道， 14點(diǎn)內(nèi)置 2路模擬電位器。 標(biāo)準(zhǔn)型 /高級型 K120S具備 ，最大 I/O容量可以達(dá)到 120點(diǎn)，無需電池從而使用超級電容保存程序數(shù)據(jù)，內(nèi)置 RS485 通訊功能，先進(jìn)的高速計(jì)數(shù)功能和變頻器 1 L1 L2 L3 L3 M1 KM1 KM2 變頻器 2 KM3 KM4 變頻器 3 KM5 M2 M3 LT311A P00 P01 P02 L N L N AC220V L1 L2 L3 19 PID功能。擴(kuò)展模塊種類增加，功能強(qiáng)大。 LG 產(chǎn)電一體型 PLCMASTERK80S 是針對小型機(jī)械而開發(fā)出來的。眾所周知，隨著大型機(jī)械設(shè)備的高性能，高功能逐漸體現(xiàn)在小型 PLC 產(chǎn)品趨勢，為增加小型機(jī)械的多功能， LG產(chǎn)電對 MASTERL80S 進(jìn)行全面升級，通過兩年的調(diào)研、開發(fā)、測試、多功能、多擴(kuò)展的MASTERK120S全系列盛裝登場。 標(biāo)準(zhǔn)型全繼電器輸出 60 點(diǎn)四種類型，程序容量 10K 步，內(nèi)置 HSC 高速計(jì)數(shù)， PID以及支持 3個(gè)通信通道。 高級型晶體管 /繼電器混合輸出 60 點(diǎn)四種類型，程序容量 10K 步，內(nèi)置HSC高速 計(jì)數(shù)，位置控制功能， PID以及支持 3個(gè)通信通道。 后續(xù)即將開發(fā)的高級型全晶體管輸出類型功能同上。 擴(kuò)展模塊增加 20點(diǎn)開關(guān)量模塊， 8點(diǎn)輸入， 8點(diǎn)輸出， 2入 2出的模擬量模塊， 4出的模擬量（電壓）模塊，熱電阻模塊。后續(xù)即將開發(fā) 4入 4出開關(guān)量模塊， 4出（電流）緊湊型和 4入（電流）緊湊型模塊 。 (2)MASTERK120S系列短小緊湊、應(yīng)用廣泛，集成了強(qiáng)大的特色功能 ○1 高速處理 高速處理速度為 ~，擁有全面的處理功能。 ○2 多種內(nèi)置功能 無需擴(kuò)展，主機(jī)能夠執(zhí)行多種多樣的功能。因此，在僅僅使用主機(jī)的情況下就可以構(gòu)成多種不同的控制系統(tǒng)。 高速輸入處理應(yīng)用 脈沖捕捉：允許主單元能夠捕獲脈寬為 10ms的脈沖輸入。 高速計(jì)數(shù)：能夠接收單相 100kHz ，兩相 50kHz的脈沖信號。 外部中斷：適用于需要快速響應(yīng)的各種應(yīng)用場合。 利用輸入濾波功能 (0～ 1000ms)，可以防止由于輸入信號波動或外部干擾引起的誤動作。 利用內(nèi)置的 RS232C和 RS485端口， MASTERK120S可以與電腦或者觸摸屏等設(shè)備連接，而且可以在 MK120S 系 統(tǒng)之間進(jìn)行 1:N連接。 利用內(nèi)置的 PID控制功能，可以在不需要外掛 PID模塊的情況下構(gòu)成 PID控制系統(tǒng)。 利用內(nèi)置位置功能，不使用單獨(dú)的位置控制模塊就能構(gòu)成位置控制系統(tǒng)。 (僅僅 DRT 類型具備內(nèi)置位置控制功能 ) ○3 無需電池 用戶的程序被永久的保存于 EEPROM中。 ○4 當(dāng)在掃描時(shí)用戶修改的程序，將被自動保存到 EEPROM中。 ○5 采用國際標(biāo)準(zhǔn)的、開放的通信協(xié)議規(guī)范。 ○6 各種特殊模塊擴(kuò) 展了 PLC的應(yīng)用范圍。 ○7 利用 RUN/STOP開關(guān)，可以輕易的使系統(tǒng)運(yùn)行和停止。 ○8 強(qiáng)大的自診斷功能： 可以通過詳細(xì)的錯(cuò)誤代碼檢測引起錯(cuò)誤的原因。 ○9 可以通過密碼防止對 PLC的讀寫操作。 ⑩調(diào)試功能 (標(biāo)準(zhǔn)型 ) 如果把 PLC的運(yùn)行模式設(shè)為調(diào)試模式，即可運(yùn)行調(diào)試功能。 單步運(yùn)行 斷點(diǎn)運(yùn)行 設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行 指定掃描次數(shù)運(yùn)行 20 除了掃描方式外，還有定時(shí)中斷、外部接點(diǎn)中斷等多種運(yùn)行方式，方便用戶選擇使用。 表 31 可編程控 制器輸入輸出端口 (DI/0)地址分配表 模塊 I/O 地址 備注 主單元 輸入 P000～ P03F 固定 64 點(diǎn) 輸出 P040～ P07F 固定 64 點(diǎn) 擴(kuò)展單元 1 輸入 P080～ P08F 固定 16 點(diǎn) 輸出 P090～ P09F 固定 16 點(diǎn) 擴(kuò)展單元 2 輸入 P100～ P10F 固定 16 點(diǎn) 輸出 P110～ P11F 固定 16 點(diǎn) 擴(kuò)展單元 3 輸入 P120～ P12F 固定 16 點(diǎn) 輸出 P130～ P13F 固定 16 點(diǎn) 特殊模塊 無 A/D。 A/T 通訊 (3)加強(qiáng)的 PID功能 PID功能內(nèi)置在主單元中，通過指令（ PID PID8AT）實(shí)現(xiàn)所有的 PID功能 P運(yùn)行、 PI 運(yùn)行以及 ON/OFF運(yùn)行可以很容易的進(jìn)行選擇實(shí)現(xiàn)。允許手動輸出（用戶自定義輸出），通過參數(shù)設(shè)置，可以合理的避免運(yùn)行中的外部干擾。允許 PWM（脈寬調(diào)制）輸出，直接通過熱電阻模塊進(jìn)行溫度檢測。 PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。要求控制的現(xiàn)場設(shè)備有三臺電機(jī)接觸器的動作，變頻器的控制端子，熱繼電器輸入及報(bào)警俘。 (4)PLC的選型 根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮 PLC端 子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，為以后新設(shè)備的介入或設(shè)備調(diào)整留有余地，因此選用的 LG 型 PLC的主模塊為 K7MDR60U，其開關(guān)量輸出為 24點(diǎn)，但實(shí)際上只有 20點(diǎn)繼電器輸出另外的 4點(diǎn)為 TR，輸出形式為 AC220V繼電器輸出 :開關(guān)量輸入為 36點(diǎn)，輸入形式為 +24直流輸入。由于實(shí)際的開關(guān)量輸出有 22點(diǎn)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是一個(gè) G7ERY08A型模塊，該模塊有 8個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出。再加一個(gè) A/D和 D/A 混合的連接模塊其型號為 G7FADHA，這中型號有2個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)模擬 量輸出通道。 (5)PLC的輸入 輸出 ○1 輸入端口 自動控制系統(tǒng) PLC的輸入端口包括機(jī)組啟動按鈕，時(shí)控開關(guān)按鈕，控制面板按鈕 ,電機(jī)停止按鈕，另外 PLC輸入端口還包括電動機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點(diǎn)。 ○2 輸出端口 PLC 的輸出端口包括機(jī)組內(nèi)控制 1電機(jī)兩個(gè)交流接觸器的動作，分別對應(yīng)變頻 /工頻兩個(gè)工作狀態(tài)， 1水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)， 2電機(jī)變頻運(yùn)行的交流接觸器動作， 2水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)。 PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼 電器來實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù) PLC設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 21 表 32 可編程控制器輸入輸出端口 (DI/0)地址分配表 名稱 端口地址 輸入 /中間繼電器 注釋 XRUN1 P03 SBI 輸入 選擇 I電機(jī)啟動 XRUN2 P04 SB2 輸入 選擇 2電機(jī)啟動 XRUN3 P05 SB3 輸入 選擇 3電機(jī)啟動 XSTOP1 P06 SB4 輸入 停止 1電機(jī) XSTOP2 P07 SB5 輸入 停止 2電機(jī) XSTOP3 P08 SB6 輸入 停止 3電 機(jī) XRJI P09 KBI 輸入 (常開 ) 1電機(jī)熱繼電器 (常開 ) XRJ2 P0A KB2 輸入 (常開 ) 2電機(jī)熱繼電器 (常開 ) XRJ3 P0B KB3 輸入 (常開 ) 3電機(jī)熱繼電器 (常開 ) YV1 P40 JNVI 變頻器 FWDCM 通斷 YV2 P41 JNV2 變頻器 BXCM 通斷 YMV1 P42 JN1 1機(jī)變頻 YMW1 P43 JN2 1機(jī)工頻 YMV2 P44 JN3 2機(jī)變頻 YMW2 P45 JN4 2機(jī)工頻 YMV3 P46 JN5 3機(jī)變頻 YMW3 P47 JN6 3機(jī)工頻 YBTI P48 JBT1 1電機(jī)報(bào)警指示燈 YBT2 P49 JBT1 2電機(jī)報(bào)警指示燈 YBT3 P4A JBT1 3電機(jī)報(bào)警指示燈 YFMB5 P4B JBT1 蜂鳴器報(bào)警 P00 SB7 時(shí)控開關(guān) 1 時(shí)間輸出 P01 SB8 時(shí)控開關(guān) 2 時(shí)間輸出 P02 SB9 時(shí)控開關(guān) 3 時(shí)間輸出 P0C SB10 緊急開關(guān)按鈕 對于變頻器，不僅需要一個(gè)中間繼電器來控制變頻器的 FWD和 CM 的通斷，來實(shí)現(xiàn)變頻器的運(yùn)行和停止；而且需要 一個(gè)中間繼電器來控制變頻器的 BX和 CM的通斷，斷開變頻器輸出，實(shí)現(xiàn)變頻 /工頻的切換。 此外，對于電動機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，報(bào)警指示輸出既需要四個(gè)端口顯示哪一臺電機(jī)故障，也需要一個(gè)輸出端子進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警輸出。 (6) PLC的模擬量輸入、輸出點(diǎn) 自動控制系統(tǒng) PLC的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測的管網(wǎng)壓力信號，壓力信號是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號 420mA 進(jìn)行傳輸?shù)?；變頻器反饋的電機(jī)頻率信號，電 機(jī)頻率信號是 010V。 (7)時(shí)間壓力匹配控制 ○1 時(shí)控開關(guān)時(shí)間設(shè)定： 0:00~5:00,11:00~14:00,21:00~24:00為 1~6組時(shí) 間程序，由第一 路 輸 出 ； 5:00~8:00,14:00~17:00 為 8~11 組 時(shí) 間 程 序 ， 由 第 二 路 輸 出 ；8:00~11:00,17:00~21:00為 17~20組時(shí)間程序由第三路輸出。然后接于 PLC輸入端的端子。 ○2 壓力設(shè)置分別為 、 、 、 、 、 、 ，其實(shí)現(xiàn)可通過 PLC輸出的開關(guān)量信號來控制變頻器 2端子輸入電壓大小以達(dá)到實(shí)現(xiàn)的目的。 22 其電氣接線圖 ,如圖 36所示 ： 圖 36 電氣接線圖 ○3 變頻器在某一時(shí)段給定壓力后，與壓力傳感器檢測到的壓力信號反饋到 PLC 進(jìn)行比較，可隨時(shí)調(diào)整變頻器輸出頻率，以達(dá)到實(shí)際壓力與給定壓力相等，從而實(shí)現(xiàn)了變頻器的PID控制。 控制電路設(shè)計(jì) 在控制電路的設(shè)計(jì)中，首先要考慮弱電和強(qiáng)電之間的隔離的問題。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，所有控制電機(jī)都是按照 PLC的程序邏輯來完成的。為了保護(hù) PLC設(shè)備， PLC輸出端口并不是直接和交流接觸 器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)的動作。在 PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 控制電路之中存在電路之間互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)組內(nèi)自動循環(huán)，所以電路的自鎖包括組內(nèi)互鎖。組內(nèi)互鎖是指同一組中電動機(jī)的互鎖，在實(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時(shí)候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺電動機(jī)同時(shí)接在工頻電源和變頻電源的情況，同時(shí)要求變頻器始終只與一臺電動機(jī)相連，而且當(dāng)一臺電動機(jī)變頻工作的時(shí)候，其他的電動機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作 或變頻工作。所以在一臺電動機(jī)變頻工作的時(shí)候，要自動切斷其他電動機(jī)的變頻控制電路。控制電路的組間互鎖是通過輸入按鈕，控制 PLC的輸入端口來實(shí)現(xiàn)的。 控制電路中還必須考慮系統(tǒng)電機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，為了節(jié)省 PLC的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)的工作狀態(tài)。綜合以上可以畫出 PLC控制梯形圖 ,如圖 37所示： P L C P00 P01 P02 COM R S T STF STR UVW 254 10 變 頻 器 COM0 COM1 壓力傳感器 M1 P0D P40 P41 P42 P43 P44 P45 P46 R 23 圖 37 PLC 控制梯形圖 24 4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 控制系 統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動程序、水泵電機(jī)變頻 /工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量 (壓力、頻率 )比較計(jì)算程序、停機(jī)程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。其控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖 41所示 ：