（一）多泵切換恒壓供水系統控制方案

一、預備知識

1、變頻器恒壓供水系統

在生產生活的現實中，用戶的用水量是不斷變化的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發生。而用水和供水的不平衡體現在供水的壓力上，就是水多了，水少了，壓力就低；水少了，水多了，壓力就大了。保持供水壓力不變，可以保持供水和用水的平衡，即用水多就供水多，用水少就供水少，提高供水質量。

住宅區恒壓供水示意圖

恒壓供水是指供水管網用水量變化時，出口壓力保持不變的供水方式。供水系統的出口壓力值根據用戶需求確定。隨著變頻調速技術的日益成熟和廣泛應用，采用供水專用變頻器配以PID調節器、單片機、PLC等器件組成控制系統，調節水泵的輸出流量，實現恒壓供水。變頻器以恒定的壓力供水，如上圖1所示。

2、“一拖多”恒壓供水

實踐中，單泵供水一般不能滿足用水需求，常用多泵、單變頻、恒壓供水。即“一對多”控制方案，多臺泵調速，系統通過計算判斷是否達到設定壓力，決定是增(放)還是減(撤)泵。

由于“一對多”變頻恒壓供水系統需要涉及壓力PID控制、工頻和變頻等功能，需要通過專門的程序控制來實現。目前，“一對多”變頻供水系統主要有三種方式：

1）微機控制變頻恒壓供水系統

在該系統中，多臺泵并聯供水，系統設定恒定的壓力值。當用水量發生變化，管網壓力發生變化時，管網壓力會通過遠程壓力表反饋給PI控制器，由PI控制器調節變頻器的輸出頻率，調節水泵的轉速，維持恒壓供水。微機控制變頻恒壓供水系統如圖所示。

微機控制變頻恒壓供水系統

2）PLC控制變頻恒壓供水系統

PLC控制的恒壓變頻供水系統類似于微電腦控制器，但不同的是PLC可以完成供水控制之外的其他特殊功能，具有更大的靈活性。

3）供水專用變頻器供水系統

由2 ~ 6臺水泵組成的供水系統可以用供水專用變頻器控制，使用起來相當方便。供水專用變頻器=普通變頻器PLC是集供水控制和供水管理于一體的系統，不僅降低了生產成本，還大大提高了生產效率。供水專用西門子mm430變頻器框圖如圖所示。

Mm430變頻器供水框圖

二、確定控制方案

根據實際情況，我們采用PLC來控制變頻恒壓供水系統。采用變頻器MM440和PLC S7-200實現“一拖二”模式。

在抽水過程中，當變頻器驅動電機達到額定轉速時，變頻器內部輸出繼電器作為控制信號將電機切換到工頻電網直接供電，然后變頻器啟動其他電機。為了達到電機軟啟動和節能的目的，切換過程由PLC控制。當泵減少時，PLC控制直接停止工頻運行的電機。采取“先啟后停”的模式。

（二）系統電氣原理圖繪制

一、預備知識

電氣控制電路圖通常由主電路和輔助電路兩部分組成。主電路(也叫電源電路)是通過強電流的電路。它包括電源電路、用電設備及其控制和保護電氣支路等。輔助電路是通過微弱電流的電路。一般來說，它是一個au

電路圖中電氣元件的三種表示法：集中表示法、半集中表示法和分離表示法。

電氣控制電路圖繪制的一般規則如下1

以便確定內容(如圖形等)的位置和用途。)在圖上，為了便于維護和閱讀原理圖，對一些幅面大、內容復雜的電氣圖進行了分區。

）元件和連接線在電路圖中的表示2

當意思不能用圖形形式表達清楚時，可以在圖上用注釋。批注的方式有兩種：一種是直接放在要解釋的對象附近；二是在圖紙上的其他適當位置標注并放置注釋。

）圖幅分區和元件在圖上位置的表示方法3當需要在電氣工程圖上表示元件的技術數據時，常用的方法有：在圖形符號旁標注，在圖形符號內標注，以表格的形式給出。

）注釋4

繼電器和接觸器處于非勵磁狀態，即它們的線圈沒有通電的狀態。

斷路器、隔離開關等。處于關閉位置。

零位手動控制開關處于零位，與電路實際工作狀態無關。

機械開關處于非工作位置，如終端開關到達極限行程前的位置。

）技術數據的表示方法、5

）電原理圖中元、器件狀態的規定

6

1, 2 .13圖的頂部是繪圖區編號，這些編號是為了方便查找電氣回路和閱讀電氣原理圖而設置的。

圖號下方的“電源開關…照明和信號”一欄表示其對應的下部元件或電路的功能。

原理圖中接觸器和繼電器的線圈與其控制的主觸點或輔助觸點的隸屬關系應標注如下：

在每個接觸器線圈的字符符號KM下畫兩條豎線，分左、中、右三列，根據下表2左半部分規定的內容，填寫其控制的主觸頭和輔助觸頭所在的繪圖區編號。未使用的觸點和觸點在相應欄標有標記“X”。

在每個繼電器線圈的字符符號(如KT)下畫一條豎線，分成左右兩欄，根據下表右半部分規定的內容，填寫其控制的觸點的圖號。類似地，未使用的觸點在相應的列中標記有標記“X”。

原理圖中每個觸點文字符號下面的數字表示使其動作的線圈的繪圖區號。

）電原理圖中的電源表示方法

表1　電氣線路和三相電氣設備端的表記代號

在繪制電氣原理圖之前，需要根據任務要求確定I/O點數，然后選擇合適的PLC模塊，再分配I/O口。

本例中手動功能不使用PLC和變頻器，按鈕直接控制水泵的啟停，不占用PLC的I/O口；在自動狀態下，啟停控制系統需要占用2個PLC輸入點，3個PLC輸入點用于變頻器的增、減、故障信號輸入，1個模擬量輸入點用于遠程壓力表的反饋信號輸入。在輸出端，KM1~KM4占用4個PLC輸出點，同時變頻器的啟動命令占用1個PLC輸出點，變頻器PID的給定目標值輸入占用1個模擬輸出點。PLC的I/O端口分布如下：

7

根據

分配的I/O口和電路圖的繪制原則，可以直接設計出電氣原理圖。注意KM1和KM2、KM3和KM4之間的機械聯鎖。

）電原理圖中各欄目的含義

低壓電器通常是指工作在交流1000伏和DC 1200伏以下電路中的電器，可按其在電路中的位置、作用和動作方式分類。

根據在電路中的位置和功能：

低壓配電設備。如閘刀開關、保險絲等。主要用于低壓配電系統和電力設備。

低壓控制電器。例如接觸器、控制繼電器等。主要用于電氣傳動和自動控制系統。

按動作模式分類：

非自動開關電器。如閘刀開關、轉換開關等。由外力切換。

電器自動開關。例如自動的

閘刀開關。照明電路的額定電壓可選擇220V，電機直接起動可選擇380V。

組合開關。根據電源類型、電壓等級、所需觸點數量和連接模式。

表2　接觸器線圈、繼電器線圈符號下的數字標志二、繪制電氣原理圖

斷路器的額定工作電壓線路額定電壓。

斷路器的額定電流線路的計算負荷電流。

表3　PLC的I/O分配表三、選擇低壓電器

應根據使用環境和負載性質選擇合適的保險絲類型。

對于阻性負載的短路電流保護，熔體的額定電流應等于或略大于電路的工作電流。01）刀開關的選擇

控制按鈕主要根據應用場合、觸點數量和所需顏色來選擇。

行程開關根據動作要求和觸點數量選擇。

02）斷路器的選擇

接觸器的類型。可以根據要控制的電機類型或負載電流進行選擇。

接觸器觸點的額定電壓。大于或等于負載電路的額定電壓。

接觸器主觸頭的額定電流。或者大于或等于電機或負載的額定電流。

03）熔斷器的選擇

熱繼電器的類型。對于三角形連接的重要電機，可選用帶斷相保護裝置的熱繼電器。

熱繼電器的額定電流。或者略大于電機的額定電流。

04）主令電器的選擇

時間繼電器的類型。延時要求不高時，選擇價格較低的JS7-A系列，延時要求高時，選擇JS11系列。

延遲模式。應該根據控制電路的要求來選擇延遲模式。

05）接觸器的選擇

速度繼電器的類型主要根據電機的額定速度來選擇。

06）熱繼電器的選擇

中間繼電器主要根據控制回路的電壓等級、所需觸點的數量、類型和容量來選擇。

07）時間繼電器的選擇

對于頻繁啟動的電機，考慮繼電器中啟動電流的熱效應。

（三）系統控制程序編寫

08）

速度繼電器的選擇09）

西門子S7-200系列PLC可以通過PC/PPI電纜連接到計算機，計算機可以直接將LAD(梯形圖)或STL(語句表)傳輸到PLC的CPU。

S7-200 PLC的控制程序可以直接在Step 7—MICR/Win32編程軟件中編寫。Step-Micro/Win32提供了梯形圖(LAD)、語句表(STL)和功能框圖(FBD)編輯器來創建程序。用任何一個程序編輯器編寫的程序都可以用另一個程序編輯器瀏覽和編輯。

中間繼電器的選擇10）

MM440變頻器具有默認的出廠設置參數，具有全面完善的控制功能。

表3顯示了使用基本操作面板(BOP)時變頻器的出廠默認設置。

電流和電壓繼電器的選擇

使用

基本操作面板(BOP)可以修改任何參數。當修改參數值時，BOP有時顯示“忙碌”，這表明變頻器正忙于更高優先級的任務。

一、預備知識

1

TP170B和S7-200 PLC通過MPI電纜或DP電纜連接。一端接OP的中頻1B接口，另一端可接S7-200 PLC的0口和1口或接EM277。Step7-Micro/WIN32中的通訊設置：首先使用系統塊設置S7-200 PLC。0，PLC站地址選擇為2，波特率設置為187.5kbps。

）S7-200PLC使用

2）MM440變頻器使用

編制梯形圖時應注意基本原則和技巧：

繼電器、定時器、計數器等裝置的觸點(通斷)，可多次重復使用，次數不限。

梯形圖每條線從左邊的母線開始，線圈接在最右邊。觸點不能放在線圈的右側。

梯形圖程序必須符合順序執行的原則，即從左到右，從上到下。

編寫主程序和子程序時注意參數的傳遞，盡量不要使用公共變量。

表3 用BOP操作時的缺省設置值表4　 基本操作面板BOP上的按鍵

需要注意的是，MM440變頻器的模擬輸入端ADC2接反饋信號0 ~ 10V，ADC1通過S7-200的模擬輸出作為給定的PID目標值給出。注意參數設置的操作步驟。

3）觸摸屏TP170B使用

配置TP170B觸摸屏時注意PLC通訊協議的正確選擇，并與PLC的系統模塊中設置的波特率一致。

二、編寫控制程序

控制程序調試時，應根據控制過程要求編寫調試要求，然后根據調試要求對控制系統逐一進行驗證。先單獨調試控制裝置，再全面調試。

PLC調試時，可通過PC在線監控和PLC上的I/O狀態燈直接觀察。必要時，可降低定時器的設定值，以節省調試時間。PLC的模擬輸出可以直接送到電壓表，直接觀察輸出結果。

變頻器調試時，可以用小電機調試，也可以不用電機調試，但要注意變頻器的斷相保護功能。給定的目標值和反饋信號可以由信號源直接提供，也可以用電位器模擬。

觸摸屏的調試必須接入PLC，觸摸屏24VDC的電源可由PLC的信號電源直接提供。

（四）系統控制柜安裝

1

）編寫PLC控制程序2

要全面檢查電器有無損壞，檢查電器的銘牌和額定電壓、電流、工作頻率、通電持續時間等技術數據是否符合實際使用要求。

檢查接觸器時。接觸器的活動部分可用手打開和關閉，要求動作靈活，無卡澀。

檢查繼電器時，需要檢查繼電器的活動部分，要求活動靈活可靠。

）變頻器參數設置3

首先根據電路圖考慮低壓電器元件的布局，使布線最方便，連接線最短。

安裝閘刀開關和自動空氣開關時，其位置一般在控制柜上方。

安裝螺旋保險絲時，保險絲管帶有指示色卡的一端應朝上。

接觸器安裝接線時，注意不要丟失螺絲、墊圈、端子等零件，以免掉入接觸器內造成卡澀或短路。

安裝控制繼電器時，安裝螺釘不得松動。熱繼電器下方沒有放置加熱設備。

）觸摸屏畫面的組態

整個控制柜的接線應遵循自上而下的原則；每臺設備的每組觸點和線圈是頂部的進線和底部的出線。

(2)接線時，先連接控制回路導線，每根控制回路導線兩端都要貼上編碼管，并及時寫好標簽，壓好接線片；要求接成樹枝，不接成網，不架空，不飛線。每一根連接的電線都要整理好，用扎線帶扎好，橫平豎直，整齊美觀。

連接控制電路線后，連接主電路。主電路線不需要標碼管和標簽，不需要壓接線片。允許架空連接和飛線，要一目了然，整潔美觀。

嚴格按照電氣原理圖進行連接。如果需要更改接線點，必須更改并在電氣原理圖上明確標出。確保物理接線和電氣原理圖完全一致。

（五）系統調試

三、調試控制程序

控制柜安裝后，必須檢查電氣部件有無損壞，還要檢查接線端子有無短接或漏接。

檢查接線是否正確，盡可能測試電路的功能是否正確。要充分利用萬用表歐姆檔的功能，結合原理圖的特點來測試電路的某些功能。

確保貴重電器的正確接線很重要，尤其是PLC和變頻器之間連接的單相電。

一、安裝低壓電器

發現故障時，需要分析原理圖的特征，確定故障的位置，然后用萬用表的歐姆檔查找。

1

調試過程中注意安全。操作開關和按鈕時，不要觸摸電器可能帶電的外露金屬部件。并且必須在導師的監督下進行。

（六）結束語

通過本文，初步了解了自動控制的應用領域和實際應用價值。了解selec