1、 EIP-CDIO電子電氣設(shè)計(jì)-二級(jí)項(xiàng)目報(bào)告電子電氣二級(jí)項(xiàng)目報(bào)告項(xiàng)目名稱： 小區(qū)變頻恒壓供水PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 級(jí) 別： 2009 專 業(yè)： 機(jī)電 組 長(zhǎng)： city 學(xué) 號(hào)： 09128888 指導(dǎo)教師： 陳少波、鄭志丹 完成時(shí)間： 2012 年 2 月 27 日至 2012 年 6 月 10 日小區(qū)變頻恒壓供水PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 汕頭大學(xué)工學(xué)院 2012.06摘要：在工學(xué)院工程教育改革，實(shí)施EIP-CDIO工程教育模式的背景下，實(shí)施此二級(jí)項(xiàng)目。本課題為二級(jí)項(xiàng)目題目中的一個(gè)，要求利用PLC及變頻器設(shè)計(jì)一自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)小區(qū)供水管網(wǎng)的恒壓控制，使項(xiàng)目人員了解電氣電路的設(shè)計(jì)過程、重點(diǎn)了解PLC及變

2、頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用及控制過程、掌握PLC人機(jī)界面模塊的設(shè)計(jì)過程。目錄1 前言41.1 工業(yè)背景41.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的價(jià)值42 系統(tǒng)器件的選擇53 技術(shù)分析53.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和功能53.2 PLC可編程控制器概況63.2.1 PLC可編程控制器的應(yīng)用范圍63.2.2 PLC可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)73.3 變頻調(diào)整節(jié)能原理84 電路原理104.1 主電路原理圖104.2 PLC系統(tǒng)原理圖114.3 手動(dòng)控制原理圖125 PLC程序與人機(jī)界面145.1 PLC程序設(shè)計(jì)145.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)186 布局圖227. 元器件選型238 附件23結(jié)語(yǔ)24參考文獻(xiàn)與資料：241 前言1.1 工業(yè)背景 隨著我國(guó)

3、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)建設(shè)日益提升，迅猛發(fā)展，與之相對(duì)的是人們的生活質(zhì)量要求越來越高，這就要求城市的供水能夠滿足日益增長(zhǎng)的社會(huì)發(fā)展和人們生活越來越高的要求。然而，長(zhǎng)期以來區(qū)域的供水系統(tǒng)都是由市政管網(wǎng)經(jīng)過二次加壓和水塔或開天面水池來滿足用戶對(duì)供水壓力的要求。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水池等設(shè)施來實(shí)現(xiàn)。目前城市供水存在著小區(qū)居民區(qū)和小區(qū)周圍的工廠之間在用水的高峰時(shí)間用水發(fā)生沖突的矛盾，一方面不能保證小區(qū)用水的質(zhì)量，另一方面又使得工廠的生產(chǎn)受到影響。實(shí)際上，小區(qū)內(nèi)由于區(qū)域內(nèi)水量波動(dòng)性較大，那么如果水壓過高而使得管網(wǎng)中的供水管爆裂，損害了供水的設(shè)備，不但浪費(fèi)了資源，同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重影響居民的生

4、活;如果水壓過低，那么就不能保證止常的供水，尤其是對(duì)于一些高住宅的用戶。隨著變壓器調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，于是選擇一種符合各方面規(guī)范、衛(wèi)生安全又經(jīng)濟(jì)的合理供水方式，對(duì)我們給供水設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)。變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)。變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、傳感器、PLC可編程控制器等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量，從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水。恒壓供水是指在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。該技術(shù)已在供水行業(yè)普及。我們小組設(shè)計(jì)的恒壓供水系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)三臺(tái)水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)恒壓供水的穩(wěn)定。

5、當(dāng)前住宅建筑的小區(qū)規(guī)劃趨向于更人性化的多層次住宅組合，不再僅僅追求立面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設(shè)計(jì)中貫徹以人為本的理念，特別是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。變頻調(diào)速技術(shù)在給水泵站上應(yīng)用，成功地解決了能耗和恒壓供水的兩個(gè)難題。1.2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的價(jià)值 通過這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，可以了解電氣電路的設(shè)計(jì)過程，重點(diǎn)了解PLC及變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用及控制過程，掌握PLC人機(jī)界面模塊的設(shè)計(jì)過程。2 系統(tǒng)器件的選擇系統(tǒng)選用PLC+變頻器的控制方式。PLC控制技術(shù)目前已相當(dāng)成熟，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、性能優(yōu)越、靈活通用、使用方便、可靠性高、搞干擾能力強(qiáng)等到一系列優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過

6、程自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外都有PLC品牌，國(guó)外有：羅克韋爾（AB）、 三菱（mitsubishi）、 西門子（SIMATIC）、 光洋（Koyo）、 歐姆龍（OMRON）、 莫迪康（modicon）、LS產(chǎn)電 、GE Fanuc 、松下電工（nais）等。臺(tái)灣有：永宏、臺(tái)達(dá)、盟立、FAMA（現(xiàn)屬于盟立）、安控、士林、豐煒、智國(guó)、臺(tái)安等 。大陸有：德維深、和利時(shí)、KDN、淅大中控、淅大中自、信捷、愛默生、蘭州全志、科威、科賽恩、南京冠德、智達(dá)、海杰、易達(dá)等。德國(guó)西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。本系統(tǒng)考慮到所

7、使用的元?dú)饧枰呖煽啃裕蔬x用西門子品牌的PLC、觸摸屏，臺(tái)達(dá)品牌的變頻器。設(shè)計(jì)過程需要用到的軟件有PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6、觸摸屏編程軟件WinCC flexible 2008、電路圖繪制軟件EngineeringBase。3 技術(shù)分析3.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和功能恒壓供水系統(tǒng)主要有控制柜、變頻器、水泵和壓力傳感器組成。選用西門子品牌的S7-200系列PLC、TP-177觸摸屏、臺(tái)達(dá)通用型變頻器來控制三臺(tái)55KW的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵供水。PLC和變頻器聯(lián)合控制各臺(tái)泵組電機(jī)的投入或切除、工頻或變頻運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵電機(jī)的軟起動(dòng)和變頻調(diào)速，克服供水過程中的水錘效應(yīng)

8、。系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)瞬間壓力變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速以及工頻或變頻狀態(tài)，使管網(wǎng)主干管出口端保持在恒定的壓力設(shè)定值，從而滿足用戶的流量需求，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、自動(dòng)、可靠、穩(wěn)定供水的全自動(dòng)變頻恒壓供水控制。另外，系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)控制功能。當(dāng)變頻器或PLC出現(xiàn)故障，或者電動(dòng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)時(shí)使用手動(dòng)功能進(jìn)行控制電動(dòng)機(jī)啟停來滿足供水需要。圖1 系統(tǒng)功能概述圖 3.2 PLC可編程控制器概況3.2.1 PLC可編程控制器的應(yīng)用范圍目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。（1）開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本

9、、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑（2）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或

10、伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。(4) 過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。(5) 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，

11、可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。(6) 通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 3.2.2 PLC可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵

12、性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（

13、2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏

14、輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 3.3 變頻調(diào)整節(jié)能原理 傳統(tǒng)的高

15、位水箱、水塔和各種氣壓罐供水方式主要是采用閥門或擋板控制法來實(shí)現(xiàn)流量控制的，而閥門或擋板控制法的實(shí)質(zhì)是:水泵本身的供水能力不變，通過改變水路中的阻力大小來改變供水的能力(反映為供水流量)，以適應(yīng)用戶對(duì)流量的要求。此時(shí)，管阻特性隨閥門或擋板的開度而改變，但揚(yáng)程特性不變。如圖1，設(shè)用戶所需流量從QA減為QB，當(dāng)通過關(guān)小閥門來實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性曲線將變?yōu)椋瑩P(yáng)程特性曲線仍為曲線，系統(tǒng)的工作點(diǎn)從A點(diǎn)移至B點(diǎn)，這時(shí)，流量減小了，但揚(yáng)程卻從HTA增大為HTB，供水功率Pa與面積OEBF成正比。圖2 流量控制方法與節(jié)能比較 變頻恒壓供水方式主要是通過轉(zhuǎn)速控制法來實(shí)現(xiàn)流量控制的，轉(zhuǎn)速控制法的實(shí)質(zhì)是通過改變水泵的全

16、揚(yáng)程來適應(yīng)用戶對(duì)流量的需求，是基頻以下調(diào)節(jié)，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，揚(yáng)程特性隨之改變，而管阻特性不變。仍以用戶流量從QA減為QB為例，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，揚(yáng)程特性下降為曲線，管阻特性則仍為曲線，故工作點(diǎn)移至C點(diǎn)，可見在流量減為QB的同時(shí)，揚(yáng)程減小為HTc，供水功率PG與面積OECH成正比。顯然此面積比OEBF要小，變頻調(diào)速供水方式節(jié)能效果好。實(shí)際上采用變頻調(diào)速供水后，不僅供水功率減小，水泵的工作效率也提升很多，所以，與調(diào)節(jié)閥門開度相比，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的節(jié)能是相當(dāng)可觀的。本系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是PID調(diào)節(jié)器，其工作原理如圖3所示。圖3 PID調(diào)節(jié)原理圖通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)

17、變成420mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PLC可編程控制器中的PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持要給定壓力上；當(dāng)用水量超過不臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵電機(jī)的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓及頻率隨之發(fā)生變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 4 電路原理供水系統(tǒng)要求當(dāng)PLC或者變頻器或者某臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，啟用手動(dòng)控制模式控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證小區(qū)供水管道水壓的正常。根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)主電路原

18、理圖、手動(dòng)控制電路原理圖、PLC自動(dòng)控制電路原理圖。 4.1 主電路原理圖由空氣開關(guān)、選擇開關(guān)、變頻器、熔斷器、熱繼電器、交流接觸器及電機(jī)組成。從外部引入三相220V火線及零線，接到總開關(guān)QT，由總開關(guān)控制整個(gè)系統(tǒng)電源的通斷。整個(gè)主電路中，沒有采用熔斷器。這里考慮到熔斷器（保險(xiǎn)絲）是單相工作的，每相電路都接上一只熔斷器，然后，電機(jī)發(fā)生故障短路時(shí)，往往并不是三相電路同時(shí)短路，即三相電路中的熔斷器不是同時(shí)熔斷，這就造成了電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)損毀。因此，采用斷路器代替熔斷器，當(dāng)有一相電路出現(xiàn)電流大于系統(tǒng)允許值時(shí)，斷路器自動(dòng)斷路，切斷電源，直到保護(hù)電機(jī)及系統(tǒng)的作用，且斷路器可以重復(fù)使用，雖然一次投

19、入較大，但后期維護(hù)節(jié)省了不少成本。變頻器方面，理想的情況是一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)電機(jī)，三臺(tái)電機(jī)就需要三臺(tái)變頻器。這樣使三臺(tái)變頻器各自工作，不使用時(shí)關(guān)閉，有效地延長(zhǎng)了使用壽命。考慮到成本因素，變頻器非常昂貴，加上大品牌的變頻器質(zhì)量一般都比較可靠，使用壽命較長(zhǎng)，這里只采用一臺(tái)臺(tái)達(dá)品牌的變頻器來控制三臺(tái)水泵電機(jī)。每臺(tái)電機(jī)共使用四個(gè)接觸器來控制。其中，一個(gè)接觸器控制接通工頻電路，一個(gè)接觸器控制連接變頻器，一個(gè)是常閉接觸器，使電機(jī)繞組連接成模式，一個(gè)接觸器使電機(jī)繞組接成Y模式，用于手動(dòng)控制時(shí)的啟動(dòng)。工作時(shí)，通過一個(gè)選擇開關(guān)選擇自動(dòng)模式與手動(dòng)模式。合上總開關(guān)QT，電路接通，把手動(dòng)/自動(dòng)模式選擇開關(guān)QB打到自動(dòng)

20、模式，系統(tǒng)自動(dòng)模式下運(yùn)行。主電路原理圖如圖4所示。圖4 主電路原理圖 4.2 PLC系統(tǒng)原理圖由選擇開關(guān)選擇自動(dòng)運(yùn)行模式后，PLC控制器處于待機(jī)狀態(tài)。按下啟動(dòng)按鈕，PLC開始運(yùn)行。PLC通過檢測(cè)水壓壓力變送器輸入的模擬信號(hào)，經(jīng)過PLC內(nèi)部的PID程序模塊運(yùn)算，得出控制參數(shù)，輸出到模擬量輸出端口到變頻器，用模擬量來控制變頻器的頻率。通過PLC的程序控制三臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)數(shù)基本相同，以確保在三臺(tái)電機(jī)壽命時(shí)間內(nèi)免維護(hù)。A+、A-端口接壓力變送輸出的模擬電流信號(hào)，V0、M0端口接變頻器的模擬量輸入端口ATI和GND。變頻器采用外部啟動(dòng)方式，如圖3所示，端口FWD與DCM短接，用接觸器KM13控制變頻器是

21、否啟動(dòng)。圖5 PLC電路原理圖PLC電路中，電機(jī)的工頻與變頻接觸器的觸點(diǎn)互鎖，考慮到程序可能出錯(cuò)，沒有在程序中加入互鎖模塊。因此在電路上給予物理上的互鎖，使每臺(tái)電機(jī)的工頻觸點(diǎn)與變頻觸點(diǎn)互鎖，最大程度上避免工頻觸點(diǎn)與變頻觸點(diǎn)同時(shí)閉合造成短路燒毀變頻器，保證系統(tǒng)與電壓的安全。 4.3 手動(dòng)控制原理圖事實(shí)證明，設(shè)計(jì)得再安全可靠的系統(tǒng)都有出故障的時(shí)候。當(dāng)可能因電機(jī)、變頻器或PLC控制程序出錯(cuò)時(shí)，自動(dòng)控制模式便無法運(yùn)行，而修復(fù)系統(tǒng)的時(shí)間不可預(yù)知，為此，設(shè)計(jì)了此手動(dòng)控制電路。系統(tǒng)在一般情況下運(yùn)行時(shí)使用自動(dòng)控制模式，自動(dòng)控制系統(tǒng)故障時(shí)使用手動(dòng)控制模式。手動(dòng)控制模式下，三臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別使用三個(gè)按鈕開關(guān)控制。當(dāng)自

22、動(dòng)控制系統(tǒng)故障時(shí)，將選擇開關(guān)打到手動(dòng)模式，根據(jù)供水需求，按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)運(yùn)行指示燈亮，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)以Y降壓?jiǎn)?dòng)，電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)低的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，根據(jù)需要，按下運(yùn)行啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)由Y切換到工況運(yùn)行狀態(tài)。需要停止電動(dòng)機(jī)時(shí)，按下停止按鈕即停機(jī)。這里電機(jī)采用Y型降壓?jiǎn)?dòng)可以有效的降低電機(jī)的啟動(dòng)電壓，從而降低啟動(dòng)電流。如果以型啟動(dòng)，電機(jī)以從全壓起啟動(dòng)，電機(jī)線圈繞組相相當(dāng)于瞬時(shí)短路，啟動(dòng)瞬時(shí)電流非常大，當(dāng)電機(jī)負(fù)載較大時(shí)，啟動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的46倍，極易對(duì)系統(tǒng)電路燒毀。采用Y型連接后，啟動(dòng)電流為型連接時(shí)啟動(dòng)電流的1.732分之1，有效地降低了啟動(dòng)電流，保護(hù)系統(tǒng)安全與電網(wǎng)的穩(wěn)定。手動(dòng)控制電路圖如圖6所示。圖6

23、手動(dòng)控制原理圖手動(dòng)控制的工作原理為：視控制者喜好和實(shí)際用水需求，選擇控制哪一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行。以控制1號(hào)電機(jī)為例，SB1為停止按鈕，SB2為Y型啟動(dòng)按鈕，SB3為型啟動(dòng)按鈕。先按下SB2按鈕，電機(jī)線圈繞組以Y型連接啟動(dòng)，啟動(dòng)約10秒后，按下SB3按鈕，電機(jī)以額定電壓工頻運(yùn)行。不需要電機(jī)運(yùn)行時(shí)，按下SB1停止按鈕，電機(jī)電路切斷，電機(jī)停止運(yùn)行。 5 PLC程序與人機(jī)界面5.1 PLC程序設(shè)計(jì) PLC程序由主程序及相應(yīng)的子程序組成。按下啟動(dòng)按鈕后，PLC開始運(yùn)行。PLC的AIW0端口采集到來自壓力變送器的電流模擬量輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后輸入到PID模塊進(jìn)行運(yùn)算，得出頻率控制值，再經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，由AQW0

24、端口輸出到變頻器模擬量輸入端口進(jìn)行輸出頻率設(shè)定。圖7為PLC程序的構(gòu)架。圖7 PLC程序構(gòu)架PLC的程序地址分配表符號(hào)地址注解PID_CHSBR0開機(jī)初始化PID參數(shù)VB12_1SBR1一號(hào)運(yùn)行程序VB12_2SBR2號(hào)運(yùn)行程序VB12_3SBR3號(hào)運(yùn)行程序VB12_WHSBR4自動(dòng)變換電動(dòng)機(jī)編號(hào)，使每臺(tái)電動(dòng)機(jī)使用時(shí)間基本相同VB11_KSBR5自動(dòng)增減電動(dòng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)INT_0INT0采樣運(yùn)算主程序OB1主程序軟元件分配表符號(hào)地址符號(hào)地址一變頻Q0.0PID開始VB500二變頻Q0.1PID輸出VD508三變頻Q0.2積分時(shí)間VD520一工頻Q0.3微分時(shí)間VD524二工頻Q0.4增益VD51

25、2三工頻Q0.5采樣時(shí)間VD516變頻器運(yùn)行Q0.6電機(jī)編號(hào)切換延時(shí)T39啟動(dòng)I0.0定時(shí)中斷SMB34停止I0.1變頻頻率VW498采樣數(shù)據(jù)AIW0輸出控制值A(chǔ)QW0電機(jī)編號(hào)管理VB12自動(dòng)增電機(jī)計(jì)時(shí)T37電機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)程序VB11自動(dòng)減電機(jī)計(jì)時(shí)T38一天計(jì)時(shí)VD300采樣輸入值VD500水壓值VD5變頻器頻率VD4 變頻器需要設(shè)置的參數(shù)序號(hào)變頻器參數(shù)出廠值設(shè)定值說明1Pr00d0000d0001主頻率輸入由模擬信號(hào)輸入2Pr01d0000d0001運(yùn)轉(zhuǎn)指令由外部端子控制，鍵盤STOP鍵有效3Pr03d060.0d050.0最高操作頻率50Hz4Pr04d060.0d050.0最大電壓頻率50

26、Hz5Pr08d001.5d005.0最低輸出頻率5Hz6Pr09d010.0d015.0最低輸出電壓15V7Pr36d400.0d50.0輸出頻率上限50Hz8Pr37d000.0d5.0輸出頻率下限5Hz變頻器的其余參數(shù)按出廠值設(shè)定。PLC的主程序中，較重要的為電機(jī)增減控制的電機(jī)編號(hào)控制。電機(jī)增減控制程序之一：如下程序所示為子程序VB12_1。程序通過主程序調(diào)用此程序，程序開始時(shí)，判斷VB11的值，然后使程序跳至相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行對(duì)PLC輸出端口的控制。 電機(jī)編號(hào)運(yùn)行子程序：應(yīng)用此子程序，實(shí)現(xiàn)三臺(tái)電機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)大致相等，在電機(jī)無自身質(zhì)量問題下，做到三臺(tái)電機(jī)壽命大致相等，當(dāng)有一臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，

27、說明電機(jī)的壽命已到，更換時(shí)三臺(tái)電機(jī)同時(shí)更換，做到電機(jī)免維護(hù)管理，節(jié)約人力物力。子程序VB12_WH： 此程序中，SM0.5為系統(tǒng)自動(dòng)置位，VD300儲(chǔ)存計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)T39定時(shí)器定時(shí)1S時(shí)間到時(shí)，VD300中的數(shù)據(jù)由0開始自加1，當(dāng)VD300中的數(shù)據(jù)等于86400時(shí)，即一天24小時(shí)時(shí)， 電機(jī)編號(hào)管理VB12的值由0自加1，VB12的值對(duì)應(yīng)于三個(gè)電機(jī)增減子程序。當(dāng)VB12的值大于或等于3時(shí)，表示三天時(shí)間到，VB12置0，電機(jī)編號(hào)恢復(fù)到初始狀態(tài)，進(jìn)行下一輪循環(huán)。通過此程序，保證了三臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)數(shù)大致相等，以做到電機(jī)免維護(hù)運(yùn)行。詳細(xì)程序內(nèi)容見附件一。5.2 人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面選用西門子公司生產(chǎn)的T

28、P-177觸摸屏，TP-177通過RS485端口連接PLC的RS485端口實(shí)現(xiàn)通信。TP-177產(chǎn)品如下圖所示：圖8 TP-177產(chǎn)品三視圖設(shè)計(jì)的人機(jī)界面中，共有5個(gè)頁(yè)面，分別為主頁(yè)、水壓電機(jī)顯示、水壓記錄、PID參數(shù)設(shè)置及壓力值標(biāo)定。頁(yè)面如下所示：圖9主頁(yè)圖10水壓電機(jī)顯示圖11水壓記錄圖12 PID參數(shù)設(shè)置圖12 壓力值標(biāo)定所用到的PLC地址圖10 TP-177取地址通過此人機(jī)界面與PLC控制器連接通訊，可以從顯示屏幕上看到實(shí)時(shí)的水壓值、電機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)及工況，可以通過PID參數(shù)設(shè)置來調(diào)試在線系統(tǒng)，方便快捷。初次運(yùn)行系統(tǒng)時(shí)，需使用壓力標(biāo)定選項(xiàng)對(duì)壓力變送器進(jìn)行標(biāo)定，以確保顯示的壓力值為實(shí)際壓力值。6 布局圖本系統(tǒng)除壓力變送器安裝在管道上外，其他元器件均安裝在控制柜內(nèi)，便于安全管理及維護(hù)。控制柜布局圖如下：小控制柜尺寸：700*800，大控制柜尺寸：850*1200。圖11 布局圖控制柜使用條件：供電電源：DC直流24V，三相交流220v，（-10%，+15%），50HZ 防護(hù)等級(jí)：IP41或IP20 環(huán)境條件：環(huán)境溫度在0-55，