【正文】 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 45 頁 參 考 文 獻(xiàn) [1] 金傳偉，毛宗源 ． 變頻調(diào)速技術(shù)在水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ． 電子技術(shù)應(yīng)用，2021， : 3839 [2] 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 .四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) .2021， : 57 [3] 崔金貴 .變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討 .蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào) .2021， : 8488 [4] 吳民強(qiáng) .泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)水利電力出版社， 1994:26 [5] 張燕賓 .變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐機(jī)械工業(yè)出版社， 2021:244251 [6] 付娟 .交流調(diào)速技米電子工業(yè)出版 社， 2021:17 [7] 葉汝裕 .水泵風(fēng)機(jī)的節(jié)電及技術(shù)改造重慶大學(xué)出版社， 1998:14 [8] 徐士鳴 .泵與風(fēng)機(jī)原理與應(yīng)用 .大連理工大學(xué)出版社， 1992:1224 [9] 陳伯時(shí) .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社， 1992:1019 [10] 周玉國 .變頻調(diào)速節(jié)能分梳東北電力技術(shù)， 2021， :44 [11] 吳浩烈 .電機(jī)及電力拖動(dòng)基鹼重慶大學(xué)出版社， 1996:173174 [12] 黃俊，王兆安 .電力電子變流技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版， 1933:197206 [13] 胡躍冰 .水泵 電機(jī)變頻調(diào)速的節(jié)能與計(jì)算節(jié)能技術(shù)， 2021， :48 [14] 中國工空信息網(wǎng) [15] 西門子（中國）自動(dòng)化網(wǎng) [16] 張春光 .全自動(dòng)變頻調(diào)速供水泵運(yùn)行工況與節(jié)能分析 .節(jié)能技術(shù)， 2021，:4l44 [17] 任國 .泵變頻調(diào)速節(jié)能的理論分析與應(yīng)甩計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)么， 1994，:3739 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 46 頁 [18] 陸秀令 . 幾種常用的可編程控制器梯形圖的設(shè)計(jì)方法 .機(jī)床電器 ,2021,:4348 [19] 陳懷忠 . 西門子 PLC和 WinCC SCADA 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用 . 自動(dòng)化儀表， 2021， :3439 。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 44 頁 致 謝 對(duì)于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，我首先要感謝薛增濤導(dǎo)師，是他細(xì)心的給我講解了許多關(guān)于 PLC、變頻器、供水原理相關(guān)的知識(shí)，并在設(shè)計(jì)過程中所遇到的難題都給了非常重要的意見，本次設(shè)計(jì)能夠有較好的主體框架也得益于薛增濤導(dǎo)師的指導(dǎo)，導(dǎo)師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神與為人師表的風(fēng)范，使我受益匪淺，在此，謹(jǐn)向薛導(dǎo)師表示我最衷心的感謝。另外本文的設(shè)計(jì)、控制方法完全可以用于恒風(fēng)壓控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)和水泵的PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 43 頁 能耗大約占整個(gè)電能能耗的三分之一左右。 隨著各方面技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會(huì)越來越普及，當(dāng)然對(duì)恒壓供水控制技術(shù)將提出更高的要求。裝置啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)與電動(dòng)閥門同時(shí)開啟，停止時(shí)先關(guān)閉電動(dòng)閥門，電動(dòng)機(jī)延時(shí)停止，防止水錘現(xiàn)象，延長(zhǎng)水泵使用壽命。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉電動(dòng)閥門，系統(tǒng)退出變頻式運(yùn)行，以避免中斷供水。 根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動(dòng)的電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。為此設(shè)計(jì)了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來代替原有的手動(dòng)啟動(dòng)、閥門控制系統(tǒng)。h 電價(jià)為 元， 一年可節(jié)約電費(fèi)為 64124 元 = 元 通過市場(chǎng)調(diào)查，本套恒壓供水系統(tǒng)的成本約為 5 萬元左右，兩年即可收回投資，運(yùn)行多年經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。h=64124 kW PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 41 頁 圖 1泵故障， 2泵變頻畫面 經(jīng)濟(jì)效益分析 從流體力學(xué)原理知道，水泵供水流量與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及功率的關(guān)系為 1122Qn? 21122()Hn? 31122()Pn? 式中 Q 為供水流量， H 為揚(yáng)程， P 為電動(dòng)機(jī)軸功率， n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 圖 1泵變頻畫面 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 40 頁 1工頻、 2變頻的界面如圖 所示。完整的主畫面如圖 所示。在圖 413 所示的窗口中雙擊圖形編輯器，出現(xiàn) 所示的窗口，在該窗口中，可以對(duì)主畫面的名稱進(jìn)行更改，在本設(shè)計(jì)中，把它重命名為 “zhuhuamian”名稱。在窗口的右半部分右擊，再新建變量，并選擇好變量的類型，最后保存即可。 圖 創(chuàng)建新項(xiàng)目窗口 新項(xiàng)目建立好后，就要進(jìn)行變量的添加，以便在以后的過程中隨時(shí)調(diào)用這些變量。 恒壓供水系統(tǒng)的 WinCC界面設(shè)計(jì) 監(jiān)控主畫面的簡(jiǎn)單繪制過程如下： 從 “開始 ”菜單里啟動(dòng) WinCC 的資源管理器窗口，如圖 所示。組態(tài)軟件畫面主要由以上七塊組成。該控制系統(tǒng)畫面主要有主畫面、參數(shù)設(shè)置、供電回路、實(shí)時(shí)曲線、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、歷史記錄查詢、故障報(bào)警等畫面組成，在上位機(jī)上可以顯示各個(gè)電機(jī)的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運(yùn)行的時(shí)間以及各泵的運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)。最后 建立過程畫面。 首先創(chuàng)建通訊驅(qū)動(dòng)程序：建立 S7200 與 WinCC 之間的通訊。 WinCC 是 Windows Control Center (視窗控制中心 )的簡(jiǎn)稱。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 35 頁 圖 1泵工頻運(yùn)行， 2泵變頻運(yùn)行 當(dāng)水泵出現(xiàn)故障，啟動(dòng)備用泵，圖 412 為 1泵出現(xiàn)故障的界面。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 34 頁 圖 程序裝載界面 點(diǎn)擊開始按鈕， 1泵開始變頻運(yùn)行，如圖 所示。下面我進(jìn)行仿真的地一步，打開軟件，如圖 所示 。因?yàn)檫@中仿真完全是用 STEP7 軟件進(jìn)行，因此無需連接任何 S7 硬件，就可以在 PG/PC 上仿真一個(gè)完整的 S7CPU，包括地址和 I/O。 S7PLCSIM是 STEP7 中的一個(gè)非常實(shí)用的軟件。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過化簡(jiǎn)后的各變量的邏輯表達(dá)式如下： I I I I? () I I I I? () 33 T I I I? () I I? () 0 C I I I? PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 29 頁 () 34 T I I I? () 1 CI? () ? ?0 .20 .0 0 .0 0 .5 0 .7Q M M M I?? () M M I? () M M I? () M M I? () I I?? () I I?? () 根據(jù)邏輯表達(dá)式 （ ） ~（ ） ，設(shè)計(jì)的梯形圖如圖 。 圖 STEP7Micro/WIN32操作界面 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì) 在控制系統(tǒng)中，變頻器通過對(duì)電機(jī)出廠壓力點(diǎn)處設(shè)置的壓力變送器反饋信號(hào)，進(jìn)行單閉環(huán)控制。 S7200PLC 使用 STEP7Micro/WIN32 編程軟 件進(jìn)行編程。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。同時(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來更加方便。 本設(shè)計(jì)采用的是邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法。其 I/ O 分配如表 所示。綠燈閃爍的程序設(shè)計(jì) :設(shè)燈常亮為 “1”,滅為 “0”,風(fēng)機(jī)開為 “1”,停為 “0”,綠燈常亮有 5 種情況，則其狀態(tài)表如表 所示。 兩臺(tái) 開機(jī)時(shí)，綠燈以 5Hz 的頻率閃爍；一臺(tái)開機(jī)時(shí) ,紅燈以 5Hz 的頻率閃爍；全部停機(jī)時(shí)，紅燈常亮。 1. 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)步驟如下 （ 1） 根據(jù)控制要求，列出輸入輸出及輔助繼電器等之間關(guān)系的狀態(tài)表； PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 26 頁 （ 2） 根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并化簡(jiǎn)； （ 3） 根據(jù)化簡(jiǎn)后的邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。 PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 25 頁 S B 1S B 2S B 3F RK M 1K M 2K M 1K M 1K M 2K M 2 圖 電氣原理圖 S B 1S B 2S B 3C O M C O MK M 1K M 2I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2F RQ 0 . 0Q 0 . 1 圖 I/O接線圖 圖 電機(jī)正反 轉(zhuǎn)梯形圖 邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法 在繼電器 —接觸器控制線路中用邏輯代數(shù)設(shè)計(jì)法比較容易獲得設(shè)計(jì)方案。 2. 應(yīng)用舉例 例如 :電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 ,原理線路如圖 所示。 翻譯設(shè)計(jì)法 它是把繼電器 —接觸器控制系統(tǒng)的電器原理圖直接翻譯成 PLC 梯形圖。設(shè)計(jì)步驟如下 ： （ 1） 確定輸入、輸出電器； （ 2） 確定輸入、輸出點(diǎn)數(shù)； （ 3） 選擇 PLC 并編程； （ 4）將各個(gè)環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來。其它參數(shù)的設(shè)置如表 所示 [17]。 K M 1L 1K M 2K M 3 K M 4L 2L 3L 4L 5K M 5I 0 . 0 I 0 . 7I 0 . 6I 0 . 5I 0 . 4I 0 . 3I 0 . 2I 0 . 12 4 V D CMM 1 L +1 L 2 LQ 0 . 0 Q 0 . 4Q 0 . 3Q 0 . 2Q 0 . 1 Q 0 . 5接 液位 傳感 器接 變頻 器2 0 號(hào)端 口C P U 2 2 2 A C / D CK M 2K M 3K M 1K M 4K M 1K M 22 4 VS B 1S B 2接 變頻 器2 1 號(hào)端 子接 變頻 器2 2 號(hào)端 子F R 1F R 22 2 0 V 圖 控制線路圖 PID參數(shù)的預(yù)置 由于 SIEMENS MM430 變頻器自帶了 PID 模塊，我們不需要進(jìn)行 PID 調(diào)節(jié)PLC 在恒壓供水中的應(yīng)用 第 23 頁 器的設(shè)計(jì)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置就可以了。在變頻水泵出現(xiàn)問題或緊急情況下，可以起用備用水泵。根據(jù) PLC 口的分配，系統(tǒng)的控制要求以及合理利用 I/O 口的原則 [16]。 根據(jù)以上原則，這次設(shè)計(jì)選擇西門子 S7200 系列的 CPU222AC/DC。 表 I/O 統(tǒng)計(jì)表 輸入器件 輸出器件 編號(hào) 符號(hào) 名稱 編號(hào) 符號(hào) 名稱 1 SB1 啟動(dòng) 1 KM1 1泵變頻 2 SB2 停止 2 KM2 2泵變頻 3 S1 液位傳感器 3 KM3 1泵工頻 4