【導(dǎo)讀】廣東南方職業(yè)學(xué)院。題目名稱基于PLC與變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。專業(yè)班級(jí)12級(jí)機(jī)電1班。時(shí)間2021年11月至2021年6月

　　

【正文】 階躍響應(yīng) ms 到 95% 共模抑制 4dB,DC 到 60Hz 共模電壓 信號(hào)電壓加共加模電壓≤177。 12V 24VDC 電壓范圍 ～ 設(shè)置時(shí)間，電壓輸出，電流輸出 100μ s 2ms 數(shù)據(jù)字格式雙極性， 32021～ +32021 第 21頁 (共 39頁 ) 滿量程單極性，滿量程 0～ 32021 第 22頁 (共 39頁 ) 第 3 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PLC 梯形圖設(shè)計(jì) 梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易 懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。 PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元 (軟繼電器 )，每一軟繼電器與 PLC 存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)，該存儲(chǔ)單元如果為“ 1”狀態(tài)，則表示梯形圖中對(duì)應(yīng)軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，稱這種狀態(tài)是該軟繼電器的“ 1”或“ ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“ 0”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)軟繼電器 的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述的相反，稱該軟繼電器為“ 0”或“ OFF”狀態(tài)，使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。 梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線，在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線 (左母線和右母線 )之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動(dòng)，右母線可以不畫出。 梯形圖繪制 根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算，梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。雙恒壓供水系 統(tǒng)的梯形圖程序見大圖，子程序見下圖，對(duì)該程序有幾點(diǎn)說明： 1. 因?yàn)槌绦蜉^長，所以讀圖時(shí)請(qǐng)按照網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的順序進(jìn)行； 2. 本程序的控制邏輯設(shè)計(jì)針對(duì)的是較少泵數(shù)的供水系統(tǒng)。 第 23頁 (共 39頁 ) 第 24頁 (共 39頁 ) 第 25頁 (共 39頁 ) 圖 31 梯形圖的子程序 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn) 由于 PLC 在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，本程序可分為 3 部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)的一些初始化的工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。主程序的功能最多，如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合以及報(bào)警處理都在主程 序。 邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在主程序。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（ P）和積分（ I）控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可以通過工程計(jì)算初步確定，但還要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。 程序中使用的 PLC 元器件及其功能如表 32 所示。 表 32 PLC 元器件及其功能 器件地址 功能 器件地址 功能 VD100 過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T38 工頻 /泵減泵濾波時(shí)間控制 VD104 壓力給定值 T39 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 第 26頁 (共 39頁 ) VD108 PI 計(jì)算值 故障結(jié)束脈沖信號(hào) VD112 比例系數(shù) 泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD116 積分時(shí)間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖 VD120 積分時(shí)間 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動(dòng)泵脈沖 VD124 微分時(shí)間 當(dāng)前泵工頻運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)脈沖 VD204 變頻起運(yùn)動(dòng)頻率下限值 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD208 生活供水變頻器運(yùn)動(dòng)頻率上限值 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD212 消防供水變頻器運(yùn)動(dòng)頻率上限值 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD250 PI 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD300 變頻工作泵的泵號(hào) 故障信號(hào)總匯 VD301 工頻運(yùn)行的泵的總臺(tái)數(shù) 水池水位下限故障邏輯 VD310 倒泵時(shí)間存儲(chǔ)器 水池水位下限故障消鈴邏輯 T33 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 變頻器故障消鈴邏輯 T34 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 火災(zāi)消鈴邏輯 T37 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 系統(tǒng)工作流程圖 1．開始 2．初始化程序 3． PLC 檢測(cè)給水 池液位保護(hù)開關(guān)是否動(dòng)作 4．啟動(dòng)第一臺(tái)水泵進(jìn)行變頻工作 5．變頻輸出率是否達(dá)到最大值 6．變頻切換開機(jī)程序 7．變頻輸出率是否達(dá)到最小值 第 27頁 (共 39頁 ) 8．逐臺(tái)停泵程序 9．運(yùn)行結(jié)果送到 PLC 輸出控制水泵運(yùn)行或停機(jī) 10．工作結(jié)束 其工作流程圖如下： 圖 33 系統(tǒng)工作流程圖 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 啟動(dòng)程序 在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求， 1泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0Hz 開始上升，此時(shí)壓力傳感器檢 測(cè)壓力信號(hào)反饋 PLC，由 PLC 經(jīng) PID 運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至 50Hz，延時(shí)一定時(shí)間后，將 第 28頁 (共 39頁 ) 1泵切換工頻， 2泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng) 2水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類推增加水泵。 水泵切換程序 如用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，則 PLC 控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力，若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值 (水泵出水頻率，一般為 25Hz),而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)， PLC 開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力， PLC 放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若在一定時(shí)間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力，根據(jù)先投先停的原則， PLC 將停止正在運(yùn)行的水泵中運(yùn)行時(shí)間最長的工頻泵，直至出水壓力到達(dá)設(shè)定值。 逐臺(tái)停泵程序 當(dāng)用戶用水量較少，若變頻器輸出頻率低于設(shè)定水泵出水頻率而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后根據(jù)先投先停的原則，停止正在運(yùn)行水泵中運(yùn)行時(shí)間最長的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)只有一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行且連續(xù)一段時(shí)間頻率低于設(shè)定出水頻率。則切除變頻運(yùn)行主泵，投入小流量泵，既保護(hù)主泵電動(dòng)機(jī)，又節(jié)約能源。當(dāng)外來管網(wǎng)壓 力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)。則控制器完全停止各泵工作，外界管網(wǎng)直接向用戶供水。 故障處理 變頻故障從冗余設(shè)計(jì)原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時(shí)也要不間斷供水。當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報(bào)警， PLC 發(fā)指令使全部水泵停機(jī)，然后 1泵工頻運(yùn)行 (若水泵功率大于 37KW，則需要采用降壓?jiǎn)?dòng)或其他啟動(dòng)方式 )，經(jīng)一定延時(shí)后根據(jù)壓力變化情況再使 2泵工頻運(yùn)行。此時(shí)， PLC 切換泵則根據(jù)實(shí)際水壓的變化在工頻泵間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動(dòng)機(jī)欠壓、過壓、錯(cuò)相、電機(jī)故障等情況時(shí)，均能由蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。所有故障解決，恢復(fù)正常后， 自啟動(dòng)前也要發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 第 29頁 (共 39頁 ) 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 PLC 程序的運(yùn)行和模擬調(diào)試 PLC 程序編制完成后，將 PLC 和計(jì)算機(jī)用電纜連接，將程序傳給 PLC， PLC可以單獨(dú)運(yùn)行程序，也可以在計(jì)算機(jī)上在線運(yùn)行程序。在線工作方式時(shí)，可以在線編輯軟件，方便了調(diào)試程序和監(jiān)控 PLC 的運(yùn)行狀況。 在模擬調(diào)試中，我們主要目的是檢查程序的流程是否正確，硬件需要 PLC、電纜、微機(jī)、 24V 直流電源。調(diào)試時(shí)，輸入各種按鈕輸入信號(hào)，檢查 PLC 的輸出是否和預(yù)期的輸出相符， PLC 的輸出端子并不需要真 正的連接執(zhí)行單元，我們只需要根據(jù) PLC 上面的 I/O 指示燈來判斷正確與否。通過計(jì)算機(jī)模擬調(diào)試后，說明 PLC 的軟件基本上問題不會(huì)太大。 系統(tǒng)總體調(diào)試 功能測(cè)試完成后并檢查完線路后就可以開始系統(tǒng)總體調(diào)試了，內(nèi)容包括： ，能否正常啟動(dòng)和停止各臺(tái)泵； ，給變頻器持續(xù)欠壓信號(hào)，系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn) 1 、 2 、 3 的變頻和工頻投入，最后全部工作在工頻方式；給變頻器持續(xù)超壓信號(hào)，能否實(shí)現(xiàn)泵的工頻 /變頻順序切除； ，是否滿足先投先停，先停先投的既定原則； 信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)能否停止運(yùn)行； ，系統(tǒng)能否繼續(xù)運(yùn)行，故障處理是否正確； PLC 輸入變頻器故障信號(hào)，檢查 PLC 能否自動(dòng)轉(zhuǎn)入全自動(dòng)工頻運(yùn)行方式； ，模擬電壓發(fā)生微調(diào)，系統(tǒng)能否工作在一臺(tái)變頻、一臺(tái)工頻的基本穩(wěn)定狀態(tài)； 第 30頁 (共 39頁 ) 結(jié) 論 恒壓供水技術(shù)因采用變頻器改變電動(dòng)機(jī)電源頻率，而達(dá)到調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速改變水泵出口壓力，比靠調(diào)節(jié)閥門的控制水泵出口壓力的方式，具有降低管道阻力、減少截流損失的效能。由于變量泵工作在變頻工況，在其出口流量小于額定流量時(shí)，泵轉(zhuǎn)速降低，減 少了軸承的磨損和發(fā)熱，延長泵和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械使用壽命。實(shí)現(xiàn)恒壓自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力。 水泵電動(dòng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，按設(shè)定的加速時(shí)間加速，避免電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，對(duì)電網(wǎng)電壓造成波動(dòng)的影響，同時(shí)也避免了電動(dòng)機(jī)突然加速造成泵系統(tǒng)的振動(dòng)。 由于變量泵工作在變頻工作狀態(tài)，在其運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)速是由外供水量決定的，故系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可節(jié)約可觀的電能，其經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。正因?yàn)槿绱耍到y(tǒng)具有收回投資快，而長期受益，其產(chǎn)生的社會(huì)效益也是非常巨大。 在實(shí)際應(yīng)用中，采用 PLC 控制 恒壓供水，還能容易地隨時(shí)修改控制程序，以改變各元件的工作時(shí)間和工作狀況，滿足不同情況要求。與繼電器或硬件邏輯電路控制系統(tǒng)相比， PLC 控制系統(tǒng)具有更大的靈活性和通用性。 第 31頁 (共 39頁 ) 參考文獻(xiàn) [1] 艷萍 .電氣控制與 PLC 技術(shù) .北京：北京師范大學(xué)出版社， [2]田淑珍 .可編程控制器原理及應(yīng)用 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. 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