【正文】 系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，我真的是很努力地在做，但還是感到力不從心，因而這次設(shè)計(jì)在深度和廣度上都有一定的局限性，不過(guò)，我認(rèn)為還是提高了認(rèn)識(shí)，學(xué)到了東西。安全鏈多個(gè)觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn)，其中任一觸點(diǎn)斷開(kāi)，安全鏈即失效，系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。 表 52 程序中使用 PLC 機(jī)內(nèi)器件及 功能 器件地址 功能 器件地址 功能 D100 過(guò)程變量標(biāo)準(zhǔn)值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 D102 壓力給定值 T39 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D104 PI 計(jì)算值 M10 故障結(jié)束脈沖信號(hào) D11 比例系數(shù) M11 泵變頻啟動(dòng)脈沖 D111 采樣時(shí)間 M12 減泵中間繼電器 D112 積分時(shí)間 M13 倒泵變頻啟動(dòng)脈沖 D113 微分時(shí)間 M14 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖 D114 變頻運(yùn)行頻率下限值 M15 當(dāng)前泵運(yùn)行啟動(dòng)脈沖 D115 生活供水變頻運(yùn)行上限值 M16 新泵變頻啟 動(dòng)脈沖 D116 消防供水變頻運(yùn)行上限值 M20 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D150 PI調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元 M21 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D180 變頻工作泵泵號(hào) M22 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 D182 變頻工作泵的總臺(tái)數(shù) M30 故障信號(hào)匯總 D184 倒泵時(shí)間存儲(chǔ)器 M31 水池水位下限故障邏輯 D190 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M32 水池水位下限故障消鈴邏輯 T33 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 M33 變頻器故障消鈴邏輯 T34 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 M34 火災(zāi)消鈴邏輯 （ 2）安全問(wèn)題 在軟件方面設(shè)置多個(gè)保護(hù)環(huán)節(jié)，時(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，安全報(bào)警等。當(dāng)系統(tǒng)接到消防信號(hào)，提供消防供水時(shí)， PLC 先初始化高低水位的設(shè)定值。如用水量進(jìn)一步增加，第二臺(tái)水泵切換至工頻運(yùn)轉(zhuǎn) ,變頻調(diào)速器控制第三臺(tái)水泵調(diào)頻運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)工作 3 臺(tái)水泵。 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序及程序在附錄中所示。在本系統(tǒng) PID 中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過(guò)工程計(jì)算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。生活及消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程 序中設(shè)定的。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。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成。具體的操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 多泵組泵站泵組管理規(guī) 范圖 由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使 23 用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過(guò)程。 （ 1）自動(dòng)運(yùn)行 合上自動(dòng)開(kāi)關(guān)后， 1泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從 0 Hz 上升，同時(shí) PID 調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到 50 Hz， 1泵由變頻切換為工頻，對(duì) 2泵進(jìn)行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開(kāi)始減，同時(shí)根據(jù) PID 調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。 （ 1）手動(dòng)運(yùn)行 按下按鈕啟動(dòng) 或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制 1～ 3泵的啟停 (見(jiàn)圖 1)。圖中的 HL10 為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。圖中 SA 為手動(dòng) /轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)， SA 打在 1 的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。接觸器KM KM KM6 分別控制 M M M3 的變頻運(yùn)行； FRl、 FR FR3 分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器： QS QS QS QS4 別為變頻器和三合泵電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)； FU1 為主電路的熔斷器； CIMRP5A45P5 是 日本安川變頻器 。三臺(tái)電機(jī)分別為 M M M3。整個(gè) PLC 系統(tǒng)的配置如圖 51 所示： 圖 51 PLC 系統(tǒng)的組成 主機(jī)單元 FX N2 32MR 模擬量 輸入模塊FX N2 4N 模擬量輸入 FX N2 2N 19 表 51 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱 代碼 地址編號(hào) 輸入信號(hào) 手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 X0 水池水位下限信號(hào) SLL X1 水池水位上限信號(hào) SLH X2 變頻器報(bào)警信號(hào) SU X3 消鈴按鈕 SB9 X4 試燈按鈕 SB10 X5 遠(yuǎn)程壓力表模擬量電壓值 Up 模擬量輸入模塊電流通道 輸出信號(hào) 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM1， HL1 Y0 1泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2， HL2 Y1 2泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3， HL3 Y2 2泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM4， HL4 Y3 3泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM5， HL5 Y4 3泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM6， HL6 Y5 生活消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Y10 水池水位下限報(bào)警指示燈 HL7 Y11 變頻器故障報(bào)警指示燈 HL8 Y12 火警報(bào)警指示燈 HL9 Y13 報(bào)警電鈴 HA Y14 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Y15 控制變頻器頻率用電壓信號(hào) Uf 模擬量輸入模塊電流通道 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖。選用 FX N2 32MR 主機(jī)一臺(tái)，加上一個(gè)模擬量輸入擴(kuò)展模塊 FX N2 4N，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸出擴(kuò)展模塊 FX N2 2N。水位上下限信號(hào)分別為 X X2 它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為 0 沒(méi)有淹沒(méi)的時(shí)候 1 。 (5) 要有完善的報(bào)警功能。 (3) 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn) 行時(shí)間超過(guò) 3h，則要切換下即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。 (2) 三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要。 BFM17 的 B0 位從“ 1” 變?yōu)椤?0”時(shí)，通道 2 的 D/A 轉(zhuǎn)換開(kāi)始；當(dāng) B2 位從“ 1”變成“ 0” D/A 轉(zhuǎn)換低 8 位保持，其余各位沒(méi)有意義。 BFM16 的 B7~B0 用于輸出數(shù)據(jù)的當(dāng) 前值（低 8 位數(shù)據(jù)）。若用于電流輸出機(jī)時(shí)可利用模塊上自帶的調(diào)節(jié)裝置重調(diào)偏置與增益值。這兩個(gè)通道都可以輸出 0~10VDC(分辨率 )、 0~5DVC（分辨率）的電壓信號(hào)，或 4~20Ma(分辨率為 4μA)的電流信號(hào)。 模擬量輸出模塊的功能及 PLC 系統(tǒng)連接 FX N2 2DA 模塊用來(lái)將 12 位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流輸出。其中， b0 為，表示有錯(cuò)誤；當(dāng) b1 為 ON 時(shí)，表示存在偏置及增益錯(cuò)誤； b2 為 ON 時(shí)表示存在電源故障； b3為 ON 時(shí)，表示存在硬件錯(cuò)誤等。當(dāng) BFM22指定單元中的某些位置 1時(shí)，偏置值及增益值會(huì)送入相應(yīng)通道的增益和偏置寄存器中。 BFM23為偏置值與增益值存儲(chǔ)單元，單位為 mV，或 μA。通道的偏置及增益可分別調(diào)整。 BFM22為增益與偏置調(diào)整的指定單元。增益為輸出曲線的斜率，為數(shù)字輸出 +1000時(shí)的模擬量輸入值。 （ 7） BFM21。用它可以快速消除不希望的增益和偏置值。 （ 6） BFM20。選擇 A/D轉(zhuǎn)換的速度。 1～ 4通道的采樣當(dāng)前值。 1～ 4通道的采樣平均值。 1～ 4通道 的采樣次數(shù) (設(shè)定范圍為 1～ 4096)，默認(rèn)值為 8。具體地講， 16進(jìn)制數(shù)字“ 0～ 3”分別表示“ 10～ +10V、 4～ 20mA、 20～ +20 mA 、通道關(guān)閉”。 0號(hào) BFM用于通道的選擇。FX N2 4AD模塊利用緩沖存儲(chǔ)器 (簡(jiǎn)稱 模 BFM)的設(shè)置完成編輯工作。其通常轉(zhuǎn)換速度為 15ms/ 通道，高速轉(zhuǎn)換速度為 6/ms通道。 圖 41 FX N2 4AD模塊的連接方法 FX N2 4AD的寬及高與 FX N2 相同，在安裝時(shí)裝在 FX N2 基本單元的右邊，將總線連接器接入左側(cè)單元的總線插孔中。 模擬量輸入模塊的功能及與 PLC 系統(tǒng)的連接 輸入信號(hào)可以是 10～ +10V的電壓信號(hào)（分辨率為 5Mv） ，也可以 4～ 20mV（分辨14 率為 16μ A）或 20～ +20mA（分辨 20μ A）的電流信號(hào)。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù) /模轉(zhuǎn)換的，也有兼具模 /數(shù)及數(shù) /模兩種功能的。 PLC 模擬量擴(kuò)展單元的配置及應(yīng)用 PLC的普通輸入輸出端口均為開(kāi)關(guān)量處理端 口，為了使 PLC能完成模擬量的處理，常見(jiàn)的方法是為整體式 PLC加配模擬量擴(kuò)展單元。 (4) 泵站的其他邏輯控制。恒壓 供水泵站中變頻器常常采用模擬量控制方式，這需采PLC的模擬量控制模塊，該模塊的模擬量輸入端接收傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)。增加一臺(tái)工頻泵投入運(yùn)行 PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備。在設(shè)單一變頻器的多泵組泵站中，如規(guī)定和變頻器相連接的泵為主泵，主泵也是輪流擔(dān)任的。 (2) 控制水泵的運(yùn)行與切換。該傳感器還具有體積小，重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠等特點(diǎn)。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件 /軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。根據(jù)用水量的大小由 PLC 控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)12 水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 變頻器有 2個(gè)作用，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。 通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值 (14端 )，壓力傳感器反饋來(lái)的壓力信號(hào) (0～ 10V)接至變頻器端子的 7端、 8端，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速。 MA、 MC 為變頻器發(fā)生故障的輸出信號(hào)，該兩端連接信號(hào)燈，以顯示變頻器故障，變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，輕故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可重新啟動(dòng)變頻器。通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來(lái)的 壓力信號(hào) (0～ 10 V)接至變頻器的輔助輸入端 FI、 FC，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上。 R S T S1 U S2 V S3 W VVVF FI FC M1 M2 M3 M4 接 PLC 接 PLC 接指示燈 接 電 機(jī) ~380V 7 8 11 圖 33 日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 在電路中的接線圖 該產(chǎn)品可以和三菱 PLC 工作協(xié)調(diào)。 變頻器硬件選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，變頻器選用日本安川變頻器 CIMRP5A45P5 產(chǎn)品。 （ 3） 輸入端子模擬量頻率選擇操作方式。變頻器通常在控制端子中設(shè)置一些控制端，通常變頻器都有三個(gè)端子 X X X3，他們的 7種組合課選定 7種工作頻率值。變頻器常設(shè)有多段頻率選擇功能。 這是通過(guò)操作面板上的按鈕手動(dòng)設(shè)置輸出頻率的一種操作方式。 變頻器與外界交換信息的接口很多，除了主電路的輸入與輸出接線端外，控制電路還設(shè)有許多輸入輸出端子，另有通信接口及一個(gè)操作面板，功能碼的修訂一般就通過(guò)操作面板完成。功能碼在出廠時(shí)已按默認(rèn)值存儲(chǔ)。在變頻器接入電路工作前，要根據(jù)通用變頻器的實(shí)際應(yīng)用修定變頻器的功能碼。普通功能型變頻器適用于泵類負(fù)載及要求不高的反抗性負(fù)載，而高功能變頻器可適用于位能性負(fù)載。采用矢量控制的變頻器通常稱為高功能變頻器。 （ 3）矢量控制 矢量控制是受調(diào)速性能優(yōu)良的直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流可分別控制所啟發(fā)而設(shè)計(jì)的一種控制方式。更重要的是，在 fE =常數(shù)的條件下，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)差率的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。 （ 2）轉(zhuǎn)差頻率控制 轉(zhuǎn)差頻率控制是在 fE 控制基礎(chǔ)上增加轉(zhuǎn)差控制的一種控制方式。因而實(shí)際變頻器中采用 fE 控制。 由于通用變頻器的負(fù)載主要是電動(dòng)機(jī)，出于電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)恒定的考慮，在變頻的同時(shí)都要伴隨著電壓的調(diào)節(jié)。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)控制，對(duì)整流器的電壓控制及完成各種保護(hù)功能。 (4) 控制電路。負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。由于逆變器的負(fù)載多為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載。 圖 31 交 直 交變頻器的基本結(jié)構(gòu) (2) 直流中間電路。市售通用變頻器多是交 直 交變頻器，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖 31所示， 由主回路，包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器和控制回路組成，現(xiàn)將各部分的功能分述如下： (1) 整流器。而交 直 交變頻器則是先把工頻交流電通過(guò)整流變成直流電。 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 變頻器分為交 交和交 直 交兩種形式。 均與送入電機(jī)的電流頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比例或接近于正比例。 PfN 11 60?