（一）多泵切换恒压供水系统控制方案

一、预备知识

1、变频器恒压供水系统

在生产生活的现实中，用户的用水量是不断变化的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水的不平衡体现在供水的压力上，就是水多了，水少了，压力就低；水少了，水多了，压力就大了。保持供水压力不变，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，提高供水质量。

住宅区恒压供水示意图

恒压供水是指供水管网用水量变化时，出口压力保持不变的供水方式。供水系统的出口压力值根据用户需求确定。随着变频调速技术的日益成熟和广泛应用，采用供水专用变频器配以PID调节器、单片机、PLC等器件组成控制系统，调节水泵的输出流量，实现恒压供水。变频器以恒定的压力供水，如上图1所示。

2、“一拖多”恒压供水

实践中，单泵供水一般不能满足用水需求，常用多泵、单变频、恒压供水。即“一对多”控制方案，多台泵调速，系统通过计算判断是否达到设定压力，决定是增(放)还是减(撤)泵。

由于“一对多”变频恒压供水系统需要涉及压力PID控制、工频和变频等功能，需要通过专门的程序控制来实现。目前，“一对多”变频供水系统主要有三种方式：

1）微机控制变频恒压供水系统

在该系统中，多台泵并联供水，系统设定恒定的压力值。当用水量发生变化，管网压力发生变化时，管网压力会通过远程压力表反馈给PI控制器，由PI控制器调节变频器的输出频率，调节水泵的转速，维持恒压供水。微机控制变频恒压供水系统如图所示。

微机控制变频恒压供水系统

2）PLC控制变频恒压供水系统

PLC控制的恒压变频供水系统类似于微电脑控制器，但不同的是PLC可以完成供水控制之外的其他特殊功能，具有更大的灵活性。

3）供水专用变频器供水系统

由2 ~ 6台水泵组成的供水系统可以用供水专用变频器控制，使用起来相当方便。供水专用变频器=普通变频器PLC是集供水控制和供水管理于一体的系统，不仅降低了生产成本，还大大提高了生产效率。供水专用西门子mm430变频器框图如图所示。

Mm430变频器供水框图

二、确定控制方案

根据实际情况，我们采用PLC来控制变频恒压供水系统。采用变频器MM440和PLC S7-200实现“一拖二”模式。

在抽水过程中，当变频器驱动电机达到额定转速时，变频器内部输出继电器作为控制信号将电机切换到工频电网直接供电，然后变频器启动其他电机。为了达到电机软启动和节能的目的，切换过程由PLC控制。当泵减少时，PLC控制直接停止工频运行的电机。采取“先启后停”的模式。

（二）系统电气原理图绘制

一、预备知识

电气控制电路图通常由主电路和辅助电路两部分组成。主电路(也叫电源电路)是通过强电流的电路。它包括电源电路、用电设备及其控制和保护电气支路等。辅助电路是通过微弱电流的电路。一般来说，它是一个au

电路图中电气元件的三种表示法：集中表示法、半集中表示法和分离表示法。

电气控制电路图绘制的一般规则如下1

以便确定内容(如图形等)的位置和用途。)在图上，为了便于维护和阅读原理图，对一些幅面大、内容复杂的电气图进行了分区。

）元件和连接线在电路图中的表示2

当意思不能用图形形式表达清楚时，可以在图上用注释。批注的方式有两种：一种是直接放在要解释的对象附近；二是在图纸上的其他适当位置标注并放置注释。

）图幅分区和元件在图上位置的表示方法3当需要在电气工程图上表示元件的技术数据时，常用的方法有：在图形符号旁标注，在图形符号内标注，以表格的形式给出。

）注释4

继电器和接触器处于非励磁状态，即它们的线圈没有通电的状态。

断路器、隔离开关等。处于关闭位置。

零位手动控制开关处于零位，与电路实际工作状态无关。

机械开关处于非工作位置，如终端开关到达极限行程前的位置。

）技术数据的表示方法、5

）电原理图中元、器件状态的规定

6

1, 2 .13图的顶部是绘图区编号，这些编号是为了方便查找电气回路和阅读电气原理图而设置的。

图号下方的“电源开关…照明和信号”一栏表示其对应的下部元件或电路的功能。

原理图中接触器和继电器的线圈与其控制的主触点或辅助触点的隶属关系应标注如下：

在每个接触器线圈的字符符号KM下画两条竖线，分左、中、右三列，根据下表2左半部分规定的内容，填写其控制的主触头和辅助触头所在的绘图区编号。未使用的触点和触点在相应栏标有标记“X”。

在每个继电器线圈的字符符号(如KT)下画一条竖线，分成左右两栏，根据下表右半部分规定的内容，填写其控制的触点的图号。类似地，未使用的触点在相应的列中标记有标记“X”。

原理图中每个触点文字符号下面的数字表示使其动作的线圈的绘图区号。

）电原理图中的电源表示方法

表1　电气线路和三相电气设备端的表记代号

在绘制电气原理图之前，需要根据任务要求确定I/O点数，然后选择合适的PLC模块，再分配I/O口。

本例中手动功能不使用PLC和变频器，按钮直接控制水泵的启停，不占用PLC的I/O口；在自动状态下，启停控制系统需要占用2个PLC输入点，3个PLC输入点用于变频器的增、减、故障信号输入，1个模拟量输入点用于远程压力表的反馈信号输入。在输出端，KM1~KM4占用4个PLC输出点，同时变频器的启动命令占用1个PLC输出点，变频器PID的给定目标值输入占用1个模拟输出点。PLC的I/O端口分布如下：

7

根据

分配的I/O口和电路图的绘制原则，可以直接设计出电气原理图。注意KM1和KM2、KM3和KM4之间的机械联锁。

）电原理图中各栏目的含义

低压电器通常是指工作在交流1000伏和DC 1200伏以下电路中的电器，可按其在电路中的位置、作用和动作方式分类。

根据在电路中的位置和功能：

低压配电设备。如闸刀开关、保险丝等。主要用于低压配电系统和电力设备。

低压控制电器。例如接触器、控制继电器等。主要用于电气传动和自动控制系统。

按动作模式分类：

非自动开关电器。如闸刀开关、转换开关等。由外力切换。

电器自动开关。例如自动的

闸刀开关。照明电路的额定电压可选择220V，电机直接起动可选择380V。

组合开关。根据电源类型、电压等级、所需触点数量和连接模式。

表2　接触器线圈、继电器线圈符号下的数字标志二、绘制电气原理图

断路器的额定工作电压线路额定电压。

断路器的额定电流线路的计算负荷电流。

表3　PLC的I/O分配表三、选择低压电器

应根据使用环境和负载性质选择合适的保险丝类型。

对于阻性负载的短路电流保护，熔体的额定电流应等于或略大于电路的工作电流。01）刀开关的选择

控制按钮主要根据应用场合、触点数量和所需颜色来选择。

行程开关根据动作要求和触点数量选择。

02）断路器的选择

接触器的类型。可以根据要控制的电机类型或负载电流进行选择。

接触器触点的额定电压。大于或等于负载电路的额定电压。

接触器主触头的额定电流。或者大于或等于电机或负载的额定电流。

03）熔断器的选择

热继电器的类型。对于三角形连接的重要电机，可选用带断相保护装置的热继电器。

热继电器的额定电流。或者略大于电机的额定电流。

04）主令电器的选择

时间继电器的类型。延时要求不高时，选择价格较低的JS7-A系列，延时要求高时，选择JS11系列。

延迟模式。应该根据控制电路的要求来选择延迟模式。

05）接触器的选择

速度继电器的类型主要根据电机的额定速度来选择。

06）热继电器的选择

中间继电器主要根据控制回路的电压等级、所需触点的数量、类型和容量来选择。

07）时间继电器的选择

对于频繁启动的电机，考虑继电器中启动电流的热效应。

（三）系统控制程序编写

08）

速度继电器的选择09）

西门子S7-200系列PLC可以通过PC/PPI电缆连接到计算机，计算机可以直接将LAD(梯形图)或STL(语句表)传输到PLC的CPU。

S7-200 PLC的控制程序可以直接在Step 7—MICR/Win32编程软件中编写。Step-Micro/Win32提供了梯形图(LAD)、语句表(STL)和功能框图(FBD)编辑器来创建程序。用任何一个程序编辑器编写的程序都可以用另一个程序编辑器浏览和编辑。

中间继电器的选择10）

MM440变频器具有默认的出厂设置参数，具有全面完善的控制功能。

表3显示了使用基本操作面板(BOP)时变频器的出厂默认设置。

电流和电压继电器的选择

使用

基本操作面板(BOP)可以修改任何参数。当修改参数值时，BOP有时显示“忙碌”，这表明变频器正忙于更高优先级的任务。

一、预备知识

1

TP170B和S7-200 PLC通过MPI电缆或DP电缆连接。一端接OP的中频1B接口，另一端可接S7-200 PLC的0口和1口或接EM277。Step7-Micro/WIN32中的通讯设置：首先使用系统块设置S7-200 PLC。0，PLC站地址选择为2，波特率设置为187.5kbps。

）S7-200PLC使用

2）MM440变频器使用

编制梯形图时应注意基本原则和技巧：

继电器、定时器、计数器等装置的触点(通断)，可多次重复使用，次数不限。

梯形图每条线从左边的母线开始，线圈接在最右边。触点不能放在线圈的右侧。

梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下。

编写主程序和子程序时注意参数的传递，尽量不要使用公共变量。

表3 用BOP操作时的缺省设置值表4　 基本操作面板BOP上的按键

需要注意的是，MM440变频器的模拟输入端ADC2接反馈信号0 ~ 10V，ADC1通过S7-200的模拟输出作为给定的PID目标值给出。注意参数设置的操作步骤。

3）触摸屏TP170B使用

配置TP170B触摸屏时注意PLC通讯协议的正确选择，并与PLC的系统模块中设置的波特率一致。

二、编写控制程序

控制程序调试时，应根据控制过程要求编写调试要求，然后根据调试要求对控制系统逐一进行验证。先单独调试控制装置，再全面调试。

PLC调试时，可通过PC在线监控和PLC上的I/O状态灯直接观察。必要时，可降低定时器的设定值，以节省调试时间。PLC的模拟输出可以直接送到电压表，直接观察输出结果。

变频器调试时，可以用小电机调试，也可以不用电机调试，但要注意变频器的断相保护功能。给定的目标值和反馈信号可以由信号源直接提供，也可以用电位器模拟。

触摸屏的调试必须接入PLC，触摸屏24VDC的电源可由PLC的信号电源直接提供。

（四）系统控制柜安装

1

）编写PLC控制程序2

要全面检查电器有无损坏，检查电器的铭牌和额定电压、电流、工作频率、通电持续时间等技术数据是否符合实际使用要求。

检查接触器时。接触器的活动部分可用手打开和关闭，要求动作灵活，无卡涩。

检查继电器时，需要检查继电器的活动部分，要求活动灵活可靠。

）变频器参数设置3

首先根据电路图考虑低压电器元件的布局，使布线最方便，连接线最短。

安装闸刀开关和自动空气开关时，其位置一般在控制柜上方。

安装螺旋保险丝时，保险丝管带有指示色卡的一端应朝上。

接触器安装接线时，注意不要丢失螺丝、垫圈、端子等零件，以免掉入接触器内造成卡涩或短路。

安装控制继电器时，安装螺钉不得松动。热继电器下方没有放置加热设备。

）触摸屏画面的组态

整个控制柜的接线应遵循自上而下的原则；每台设备的每组触点和线圈是顶部的进线和底部的出线。

(2)接线时，先连接控制回路导线，每根控制回路导线两端都要贴上编码管，并及时写好标签，压好接线片；要求接成树枝，不接成网，不架空，不飞线。每一根连接的电线都要整理好，用扎线带扎好，横平竖直，整齐美观。

连接控制电路线后，连接主电路。主电路线不需要标码管和标签，不需要压接线片。允许架空连接和飞线，要一目了然，整洁美观。

严格按照电气原理图进行连接。如果需要更改接线点，必须更改并在电气原理图上明确标出。确保物理接线和电气原理图完全一致。

（五）系统调试

三、调试控制程序

控制柜安装后，必须检查电气部件有无损坏，还要检查接线端子有无短接或漏接。

检查接线是否正确，尽可能测试电路的功能是否正确。要充分利用万用表欧姆档的功能，结合原理图的特点来测试电路的某些功能。

确保贵重电器的正确接线很重要，尤其是PLC和变频器之间连接的单相电。

一、安装低压电器

发现故障时，需要分析原理图的特征，确定故障的位置，然后用万用表的欧姆档查找。

1

调试过程中注意安全。操作开关和按钮时，不要触摸电器可能带电的外露金属部件。并且必须在导师的监督下进行。

（六）结束语

通过本文，初步了解了自动控制的应用领域和实际应用价值。了解selec