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产品描述
西门子中国授权代理商-触摸屏总代理商公司
1 引言
随着煤矿近年来现代化的管理水平提高，信息化建设的步伐也不断加快。为煤炭的生产、提高全矿的生产效益，保证排水系统、稳定、合理的运行。某采区泵房是主要采区泵房，担负着几个采区每小时300m3的排水任务，及时发现水泵运行系统中存在的隐患，对水泵实行数字化监控水泵的运行，同时监控泵房水仓的水位，为矿各级和职能管理部门及时准确地掌握水泵实时运行状态，对采区泵房水泵建立一套水泵监控系统十分必要。
2 系统的主要组成部分和实现的功能
泵房共有4台型号为200D43X8的多级泵，每台轴功率为334kW，扬程为344m，流量为280立方米/小时，转速为1480rpm，配套电机功率为500kW，供电电压为6000V;4台真空泵，用于水泵启动是抽真空用(自动灌引水)，限真空为8000Pa，流量:3m3/min，转速为1450rpm，功率5.5kW，配套电机功率为5.5kW，转速1440rpm。
系统主要设备组成如图1所示。
图1 系统主要设备
2.1 PLC隔爆控制箱
本系统选用西门子公司的S7-300型可编程控制器。
S7-300是模块化的中小型PLC，采用模块式结构,它具有系统容量大、扩充方便、各种功能模块齐全、指令功能强、高速、坚固、通信能力强、操作方便等特点,特别适合于工业环境及电气干扰环境。本系统PLC由电源模块、处理单元CPU313C-2DP、以太网通信模块CP343-1、模拟量输入模块SM331、数字量输入模块SM321和数字量输出模块SM322等组成。PLC自动检测水位信号，根据水位的不同位置，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行，并根据排水压力和流量、电流、电压、振动、温度等信息判断水泵、电机等运行是否正常。
2.2 高压开关微机保护单元
高压开关采用GSB-2型综合保护装置，该装置以DSP芯片TMS320F240为CPU，采用交流采样直接测量电网二次测交流信号,具有遥测、遥信、遥控功能，配置的人机接口，可远程设置综合保护整定参数，LED数码管实时显示监测的电压、电流、有功功率、功率因数和电度参数，指示灯实时显示运行状态、分闸状态、故障状态等信息。
2.3 地面监控站
选用研华IPC610计算机，并配以上位机组态软件，动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，限报警，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能，并可实现遥测、遥控功能。并配置一台UPS电源，以保证系统的连续运行。
2.4 变送器
将现场实时参数转化为可以采集的电信号。在本系统中设置有液位、温度、振动、电量、流量和压力等变送器。
2.5 通讯网络
个通讯网络:PLC与人机界面间的通讯。通讯采用MPI方式，速率为:187.5kbps两者可以周期性的交换少量的数据，在本系统中该通讯完成将PLC中处理后的现场的各种运行数据送就地人机界面显示，同时可以将人机界面输入的控制命令送到PLC，控制设备的运行。
二个通讯网络:由于现场接线比较多，将控制箱分为主控制箱与分控制箱(ET200远程终端)，两者采用Prifobus总线通讯。PROFIBUS是为全集成自动化定制的开放的现场总线系统，他将现场设备连接到控制装置，并保证在各个部件之间的高速通信，从I/O传送信号到PLC的CPU模块只需毫秒级的时间。
三个通讯网络:PLC与矿调度室间通讯。在PLC上扩展一个工业以太网模块CP343-1，并在监控计算机上安装通讯卡，如CP5613等。两者连接可组成一个比较简单的工业以太网。在本系统中该通讯完成将现场的设备状态、运行数据、故障信息等所有设备信息参数通过矿信息化的千兆以太网送到总调度室上位机，同时将上位机的控制指令送PLC。
2.6 其它执行元件
电动阀门、电磁阀、急停开关、按钮等。
3 软件设计
本系统的软件主要由2大部分组成:上位机软件和现场PLC软件。
3.1 上位机软件设计
上位机软件选用西门子公司的组态软件—Wincc6.0版，该组态软件运行于bbbbbbs环境，结合了西门子在自动化领域的技术和微软公司的软件技术，为我们提供了一种、开放的组态开发环境。在本系统中它完成实时数据处理、显示并定时记录泵房控制PLC和高压开关微机保护装置的数据，并能够自动生成运行参数的日报表、月报表和年报表;当现场设备有动作或出现故障时能够自动弹出报警画面并语音提示，给值班人员警示。允许远程控制操作时，在紧急情况下值班人员可以用自己的操作密码远程控制各水泵的运行。
3.2 下位机软件设计
下位机软件设计主要为PLC软件的设计,在本系统中为重要软件设计部分。该系统软件的开发环境为SIEMENS SIMATIC STEP7 V5.2编程软件，用模块式结构程序方式编程，这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作，又能使数据库结构统一，方便WINCC组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一。程序主要分为:通讯子程序、水泵控制子程序、数据处理子程序、保护功能处理子程序等。
1 引言
某大修厂千吨封头拉深水压机主要用于中厚板、薄板封头热拉深生产。原控制系统以继电器为主控元件，故障率高，维护维修困难,不能实现工艺所必需的压力和流量控制，不能进行点动、手动及半自动操作。鉴于原水压动力系统元部件无厂家生产，将系统传动介质改为液压油，改水压机为液压机，并综合应用PLC控制与比例阀、变量泵技术于千吨水压机控制系统改造中，实现无级调定压力和流量。通过互锁控制及三地操作，保证了设备和操作的方便性。
2 工艺原理分析
在受到液压机原有本体设备格局的束缚、无法对整体框架进行改造的情况下，将压机本体改造为三梁四柱式结构。执行机构包括主缸、提升缸、出缸和大小压边缸。其中，小压边缸置于活动横梁内，用于压制小于Φ1000mm封头;大压边缸固定于活动横梁前后两侧，用于压制大于Φ1000mm封头。改造后的压机拉深封头的一次工作循环为:动梁上行→上料→压边圈快速下行→主缸充液(快速行程)→主缸加压(工作行程)→动深回程→悬空停止。电磁铁动作表如表1所示。
表1 电磁铁动作表
表2 各输入输出模板的编址
压机改造后属压机类。除压制封头时，主缸总有一个“保压后卸载”的工艺过程。若卸载过程处理不好，则主缸换向必定产生强烈振动和噪声。传统的方法是采用溢流阀卸荷，难以实现卸荷压力从0-32MPa间的任意变化，所以卸荷的效果欠佳。而采用比例溢流阀则能满足卸荷压力在0-32MPa间的任意控制和调节，再加上PLC控制后,其卸荷功能会好
3.2 三地操作
(1) 本地操作台即主操作台，对所有电动机进行远程启停操作;加热器加热、停止控制;所有工艺过程进行远程自动操作控制(如主缸、提升缸升降,出缸出、缩回，大小压边缸升降,压制大小封头的工进等);对设备的运行状态进行集中指示(电动机的运行、停止,各缸的进、退,泵的工作、卸荷等)，使设备整体运行状况一目了然;对系统的故障(横梁上下限，液压系统压、高低液位、高低温等)进行集中声光报警;对主压力、大小压边力、系统压力进行数字显示;对主压力、大小压边力进行远程手动调定;对数字面板表进行定度等。
(2) 机旁操作箱，对主缸、提升缸、大小压边缸、出缸的升降，对大小封头工进进行集中点动操作控制，方便生产过程的上料和卸料。
(3) 远地操作台即液压站旁操作箱，对主泵、循环泵、加热器进行本地启停操作控制，本地、远程控制切换，泵的卸荷控制等，方便调试及维修。
4 PLC性保护措施
系统采用多种措施,以保护PLC及其输出点。如每一模板都设一单自动开关(2A/3A/)进行短路保护;当输出点需驱动交流接触器线圈时，经直流中间继电器转换，且接触器线圈两端并联阻容吸收块。454模板单点大输出电流为2A(24VDC),可直接驱动阀用电磁铁(DC24V/1A)，考虑到输出点的保护，电磁铁线圈并接吸收二管，且串联2A熔断管。
4.1 电动机组保护
三台160SCY14-1B型高压变量柱塞泵，加之阀台控制，可以实现对流量的无级调节。三泵两用一备进行冗余，由三台75kW电动机驱动，并采用卸荷启动、卸荷停止方式，启动负载较轻。同时三台电动机采用自动Y-△降压启动方式，一方面提高了泵和电动机的使用寿命，另一方面可减少对电网的冲击。电动机组、
1 引言
某机场采用一个集中的油库给飞机加油车供应油料，由于加油点与油泵站有1000m左右，该油料股希望设计一个自动启动和停止油泵的控制系统，以取代原来人工控制的单片机的恒压供油系统。用户现有两台55kW的油泵，一个油压传感器，四个加油点。要求只要有加油点的油阀打开，油泵启动且恒压供油，当加油点的油阀都关闭了，油泵能自动停止。
2 需求分析
加油控制系统的控制对象是两台油泵，由于加油压力要恒定，而加油点的开启和关闭是随机的，因此要采用变频器来控制和调节油泵，才能达到恒压的目的。现场只一个油压传感器，充分利用这个信号。经过实地考察和实验，发现油管路的密闭性良好。因此采用压力差来控制油泵的启动和停止是可行的。加油点的油阀的流量是一致的，这给设计带来了一些便利。尽管加油点比较分散，仍然可以把四个加油阀看成一个大的加油阀，将大的加油阀分为四级开度，可以对应加油阀的开启个数, 而不必考虑其组合。同样可以两个油泵合为一个考虑。这样我们就可以把一个较复杂的系统简化为一个简单的系统。我们现在可以很容易的给出控制的策略，根据加油阀的四级开度，也将泵的转速分为四级，在油压恒定条件下，使开度与转速一一对应。因此我们根据开度来控制变频器的速度，即可达到恒压的目的。但现场只一个油压传感器，如何能知道泵的开度呢？其实泵在静态运行时，泵速、油压、流量是恒定的，当开度增加或减少时，必然随着增加或减少，在泵速不变的情况下，流量与油压成反比。油压的变化可以由压力传感器反映出来，尽管的信号比实际的动作滞后5s左右，但不影响系统的控制，因此我们可以根据这个变化量来控制泵速的增加或减少以及启动和停止。
3 硬件设计及系统简介
考虑到加油站是机场的重要部门，保证系统，我们采用一台变频器带一台泵的设计方案，控制系统采用西门子S7-200系列PLC，型号为CPU224，数量一台;模拟输入输出模块一块，型号为EM235;显示元件为TD200;变频器采用三垦SHF系列变频器。系统控制方式分为自动和手动两种，自动方式用于正常运行情况，而手动方式用于调试和检测器失效情况下使用。油泵的起停按钮只有在手动方式时才有效。同时手动的调速旋钮R1，R2也是在手动方式时才有效，由K1在选择开关置于手动时接通。Q0.0和Q0.2分别为1#和2#变频器的启动信号, Q0.1和Q0.3为1#和2#变频器全速(50Hz)运行命令。Q0.7和Q1.0为1#和2#变频器的转速调节模拟信号切换。通过开关SW2可以选择那台台变频器启动。控制系统运行前，先在TD200文本显示器中设定目标压力值、启动压力值和停机压力值，然后将SW1置于自动。如果压力传感器检测到管道的压力启动压力值时，系统将处于等待状态。直到加油点的阀门打开，管道的压力启动压力值时，系统将自动启动一台油泵，变频器按级开度的对应频率运行。如果在预设的时间内，压力未达到设定值，变频器按二级开度的对应频率运行。依此类推，当所有加油点的阀门全开时，则一台变频器处于全速运行，另一台调速运行。当加油点的阀门关闭时，压力传感器检测到管道压力有上升的趋势，则将变频器的频率按开度级依次降下来。直到变频器的运行频率级开度的对应频率或管道的压力停机压力值达到预定的时间，则系统停止变频器的运行，处于待机状态。另外，变频器运行在任一开度级频率时，程序会根据压力的误差，模拟人工作一些细微的调整，使管道压力维持恒定。程序流程图如图1所示。
1 引言
PLC和变频调速技术以其特优良的控制性被广泛应用在机械、冶金、制造、化工、纺织等领域，但在乙炔压缩机上应用国内还是。乙炔压缩机是以电石为原料生产溶解乙炔的主要生产设备，主要用于乙炔气灌瓶，气灌瓶对金属切割工艺提供便利的动力。乙炔气灌装时，所处压力会逐渐升高，当灌装达到后期，由于压力升高，乙炔气会因高温而分解并放出大量的热，易导致爆炸。为使乙炔气在溶剂内充分溶解，保持乙炔气的稳定，不能过一定的速度，因此当乙炔瓶的数量变化时，就涉及一个气量调节的问题，以往曾采用改变电机的数来调节，近年来PLC和变频控制迅猛发展，可编程控制器和变频器质量稳定，调节直观方便，为乙炔压缩机的提供了加的工业控制设备。江西气体压缩机有限公司为满足用户不同工况下的应用需求，开发了在乙炔压缩机上应用PLC(西门子公司的LOGO！可编程控制器)和变频调速(艾墨森生产的变频器)技术，对温度、速度、流量、压力等工艺变量进行控制，了良好的性能效果和经济效益，该项目为2005年度江西省科技成果和科技部科技型中小企业技术基金立项。
2 控制系统构成
江西气体压缩机有限公司生产的变频乙炔压缩机［如2Z-1.5/25型变频乙炔压缩机，拖动电机采用了YB225M-8隔爆型(dIICT4)三相异步电动机，变频器为EV2000-4T0300G[1]］，控制系统有可编程控制及变频控制电路，由频率给定电路、空气开关、交流接触器组、频率选择开关、压力信号输入电路、隔离式栅、故障报警电路、电源电路、油泵电机驱动电路和压缩机主电机驱动电路等组成，频率给定电路又由可编程控制器和变频器构成。有关电仪原理如图1所示:
图1 电仪原理框图
3 控制原理及功能实现
3.1 变频控制电路
变频控制电路由频率给定电路和变频器启动停止电路组成。
(1) 频率给定电路由可编程控制器LOGO、频率选择开关SA2、中间继电器KA7～12、及指示灯HL8～13组成(见图2)。用户可根据实际用气量来选择不同的排气量，比如将频率选择开关SA2旋至“50%排气量”时，中间继电器KA7得电动作，相应的指示灯HL8被点亮，同时中间继电器KA7的常开辅助触点闭合，输出至可编程控制器LOGO的输入端I1(见图3)，可编程控制器LOGO内部已编好程序，通过可编程控制器LOGO的输出端Q1、Q2、Q3输出开关量至变频器的多段速输入端，再对变频器进行频率设定为25Hz，使之对应于“50%排气量”时的转速。同样，不同档位的频率选择，输出至可编程控制器LOGO的I1～I6输入端，就会输出不同的Q1～Q3状态，对变频器多段频率进行设定(50%、60%、70%、80%、、**)，使之对应于不同排气量时的频率，乙炔压缩机达到不同转速运行的需求。
2.2 原系统存在问题
(1) 整个电站的通信采用一个MB+网，当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行，对电厂的运行形成隐患;
(2) 对外通信扩展不方便，许多外部设备的信息无法到PLC中去;
(3) 随着外部控制设备的新改造，所需测控点数增加，原有配置已无法满足要求;
(4) 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
(5) 备品备件订货越来越困难。
为此需对现地控制单元进行新改造。
3 技改方案分析
结合水电厂现场改造的经验，提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
(1) 全部新
把原有设备全部新，改用Quantum PLC。全部新，原有设备要全部报废，这样改造的成本较高，同时现场配线、安装等工作量都较大，改造周期较长。
(2) 扩展DI/DO新屏
扩展一面屏，增加开关量输入和输出点数，PLC仍采用Modicon984，和上位机通信仍需采用MB+方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充，增加了相关的点数，整个系统的功能特点以及性等并没有过提高，这种方案改造的意义不大。
(3) 扩展PLC新屏
原有屏柜保持，新扩展一面屏柜，采用Quantum PLC，Quantum PLC与原有PLC采用MB+网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信，即PLC直接上以太网，在新增屏柜上安装一台通信管理机。
在充分利用原有设备的基础上，增加了一套Quantum PLC，数据处理能力得到很大的提高，Quantum PLC具有的网络连接能力，特别是应用于MODBUS PLUS网络的站间通讯(Peer Cop)技术，其快速、准确、的性能充分满足功能要求，在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB+网进行通迅，高速MB+网络的通讯功能也得到了充分的利用，上位机的通迅改用了以太网方式，提高了速度和性，同时改造过程中工作量也增加的不是很多，具有可行性。
4 系统设计
系统配置方案如图2所示。在该方案中，原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何改;增加了一套盘柜，盘柜内安装了一套Quantum PLC，PLC配置有140CPU 11303S，增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就配置点数不足的问题，同时解决了与上位机通信的问题。
图2 原配盘柜与扩展盘柜
4.1 数据采集和处理功能
原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能，都配有相应的数据采集模件，两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB+网络，采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去，Quantum PLC对所有的数据进行处理，即数据处理功能全部由Quantum PLC完成，这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
4.2 控制和调节功能
Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件，即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点，既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制，两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB+网络，采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去，同时Modicon984 PLC也编有程序，可以实现对开出点的控制，这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
4.3 人机界面
在新增盘柜，装有触摸屏，触摸屏与Quantum PLC通迅，这样可以实现所有数据的实时动态显示，同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC，Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
4.4 对外通信
在新增盘柜，安装有以太网通信模件和通信管理机，以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行，同时把到的数据信息送到Quantum CPU里，其自身具有八个RS-232串口，这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
4.5 系统结构主要特点
(1) 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O，自身可以运行PLC程序，这样一些流程就保持不变，而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说，可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理，它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
(2) Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式，通过高速MB+网络进行通信，实践证明，通信、准确、。
5 软件的功能和实现
5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
(1) 编写简单的程序，以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点，程序示例如图3所示:
图3 梯形图
(2) 把开关量、模拟量进行处理，送到的寄存器，以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
(3) 简单的辅机流程和自启动流程
由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程，所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
5.2 Quantum PLC程序功能设计
(1) 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
(2) 对所有采集到数据进行处理分析;
(3) 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
编程软件采用了组态软件Concept2.6，该软件支持梯形图(LD)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)等多PLC编程语言，能保系统的各类控制功能的需求。
6 结束语
本现地控制单元改造方案，在结构、技术路线、实现方法上都有所，该系统的结构设计合理，技术路线和实现方法可行;改造实施简单，大大减少了安装、配线的工作量，改造工程实施完成几个月来，运行非常稳定，达到了预期的目标，该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技术改造提供了典型范例，对提高发电厂的自动化的水平有重要的现实意义。
1 引言
传统的生活及生产供水的方法是通过建造水塔维持水压。但是，建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢？当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题，通常的办法是:用水量大时，增加水泵数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。交流变频器的诞生和PLC的运用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便。
2 恒压供水控制系统的基本控制策略
采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供水就是利用变频器的PID或PI功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号(4－20ｍＡ)直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置PID运算将转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水泵转速。
供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际大供水量。
3 恒压供水系统的基本构成
恒压供水泵站一般需要设多台水泵及电机，这比设单台水泵电机节能而。配单台电机及水泵时，它们的功率足够大，在用水量少时来开一台大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大时供水量则相应的会不足。而且水泵与电机维修的时候，备用泵是必要的。而恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化的，那么这就是要用变频器为水泵电机供电。在此这里有两种配置方案，一种是为每一台水泵电机配一台相应的变频器，从解决问题方案这个比较简单和方便，电机与变频器间不须切换，但是从经费的角度来看的话这样比较昂贵。另一种方案则是数台电机配一台变频器，变频器与电机间可以切换的，供水运行时，一台水泵变频运行，其余的水泵工频运行，以满足不同的水量需求。
如图为恒压供水泵的水的构成示意图1。图1中压力传感器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口。当用水量大时，水压降低;用水量小时，水压升高。水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。
图1 恒压供水泵的构成
调节器是一种电子装置，它具有设定水管水压的给定值、接受传感器送来得管网水压的实测值、根据给定值与实测值的综合依一定的调接规律发出的系统调接信号等功能。调节器的输出信号一般是模拟信号，4-20mA变化的电流信号或0-10V间变化的电压信号。信号的量值与前边的提到的差值成正比例，用于驱动执行器设备工作。在变频器恒压供水系统中，执行设备就是变频器。
用PLC代替调节器，其控制性能和精度大大提高了，因此，PLC作为恒压供水系统的主要控制器，其主要就是代替调节器实现水压给定值与反馈值的综合与调节工作，实现数字PID调节;它还控制水泵的运行与切换，在多泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀的磨损，水泵及电机是轮换的工作。如规定和变频器相连接的泵为主泵(主泵也是轮流担任的)，主泵在运行时达到频时，须增加一台工频泵投入运行。PLC则是泵组管理的执行设备。PLC同时还是变频器的驱动控制。恒压供水泵站中变频器常常采用模拟量控制方式，这需采用PLC的模拟量控制模块，该模块的模拟量输入端子接受到传感器送来的模拟信号，输出端送出经给定值与反馈值比较并经PID处理后得出的模拟量信号，并依此信号的变化改变变频器的输出频率。另外，泵站的其他控制逻辑也由PLC承担，如:手动、自动操作转换，泵站的工作状态指示，泵站的工作异常的报警，系统的自检等等。
4 PLC的模拟量扩展单元的配置和选型
4.1 PLC模拟量扩展单元的配置及应用
PLC的普通输入输出端口均为开关量处理端口，为了使PLC能完成模拟量的处理，常见的方法是为整体式PLC加配模拟量扩展单元。模拟量扩展单元可以将外部模拟量转换为PLC可处理的数字量及将PLC内部运算数字量转换为机外所需的模拟量。模拟量扩展单元有单用于模/数转换的，单用于数/模转换的，也有兼具模/数及数/模两种功能的。如用S7-200系列PLC的模拟量扩展模块EM235，它具有四路模拟量输入及一路模拟量输出，可以用于恒压供水控制中。
4.2 PLC系统的选型
系统共有开关量输入点6个、开关量输出点12个;模拟量输入点1个，模拟量输出点1个。如果选用CPU224的PLC，也需要扩展单元;如果选用CPU226的PLC，价格比较高，这样形成的浪费较大。因此参照西门子S7-200产品目录及市场价格可知选用的主机为CPU222一台，加上一台数字量扩展模块EM222，再扩展一个模拟量模块EM235。这样配置是为经济的。整个PLC系统的配置如图2所示:
图2 PLC系统的配置
5 电控系统的原理设计
电控系统的原理图包括主电路图、控制电路图及PLC的外围接线图。
5.1 主电路设计
如图3为电控系统的主电路图。三台电机分别为M1，M2，M3。接触器KM1，KM3，KM5分别控制电机M1，M2，M3的供频运行;接触器KM2，KM4，KM6分别控制电机M1，M2，M3的变频运行;FR1，FR2，FR3分别为三台水泵电机的过载保护的热继电器;QS1，QS2，QS3，QS4分别为变频器和三台水泵电机主电路的隔离开关;FU1为主电路的熔断器;VVVF为通用变频器。
图3 恒压供水系统主控电路
5.2 控制电路设计
图4为电控系统控制的电路图。SA为手动/自动转换开关，SA打在1的位置时候为手动控制状态;SA打在2的位置时候为自动控制状态;在手动运行时，可用按钮SB1~SB8控制三台电机的起/停和电磁阀YV2的通/断;自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。
图4 控制电路图
图中的HL10为自动运行状态时的电源指示灯。对变频器的频率进行复位控制时只提供一个干触点信号，由于PLC为4个输出点为一组共用的一个COM端，而系统本身又没有剩下单的COM端输出组，所以通过一个中间继电器KA的触点对变频器进行复位控制。
图4中的Q0.0－Q0.5及.Q1.0－Q1.5为PLC的输出继电器触点。在此可以看到在检修是的控制原理和水泵在正常运行是的控制原理一样的，终是通过控制接触器的通与断来控制水泵的启动与停泵。
在PLC控制时候与检修时的控制大的区别是，PLC可以通过变频器来控制水泵的转速从而达到对水压的压力控制，而检修的目的是对机器的维护而不是控制水压，因此不必通过对其转速控制。
6 电控程序设计
6.1 泵站软件的设计分析
(1) 由“恒压”要求出发的工作组数量的管理
为了恒定水压，那么在水压降低时，需要升高变频器的输出频率，并且在一台水泵工作是不能满足恒压要求时，这时需要启动二台或三台水泵。这样有一个判断标准来决定是否需要启动新泵即为变频器的输出频率是否达到所设定的频率上限值。这一功能可以通过比较指令来实现。为了判断变频器的工作频率达到上限的确定性，应滤去偶然因素所引起的频率波动所达到的频率上限值的情况，在程序中应考虑采取时间滤波情况。
(2) 台组泵站泵组的管理规范
由于变频器泵站希望每一次启动电动机均为软启动，有规定各台水泵交替使用，那么多台组泵站泵组的投入运行需要有一个管理规范。在本次设计中控制要求中规定任意的一台水泵连续运行不得过3h，因此每次需要启动新泵或切换变频泵的时候，以新运行泵为变频是合理的。具体的操作时，将现运行的变频器从变频器上切除，并且接上工频电源加以运行，同时将变频器复位并且用于新运行泵的启动。除此之外，泵组管理还有一个问题就是泵的工作循环控制，在本设计中所使用的是用泵号加1的方法来实现变频器的循环控制即3加上1等于0的逻辑，用工频泵的总数结合泵号来实现工频泵的轮换工作。
6.2 程序的结构及程序功能的实现
根据可知，PLC在恒压供水系统中的功能比较多，由于模拟量单元及PID调节都需要编制初始化及中断程序，本程序可以分为三个部分:主程序、子程序和中断程序。
(1) 系统的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可以节省扫描时间。利用定时器中断功能来实现PID控制的定时采样及输出控制。初始化子程序流程框图如图5。在初始化的子程序中仅仅在上电和故障结束时用，其主要的用途为节省大量的扫描时间加快整个程序的运行效率，提高了PID中断的度。上电处理的作用是CPU进行内部继电器，复位所有的定时器，检查I/O单元的连接。
图5 初始化程序
(2) 主程序流程图如图6。其功能多，如泵的切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等等都在主程序中。生活及消防双恒压的两个恒压值是采用数字式方式直接在程序中设定的。生活供水时系统设定为满量程的70%，消防供水时系统设定为满量程的。本系统中的增益和时间常数为:增益 Kc=0.25，采样时间Ts=0.2s，积分时间Ti=30min。
图6 主控制程序
(3) 中断程序如图7，其作用主要用于PID的相应计算，在PLC的常闭继电器SM0.0的作用下工作，它包括:设定回路输入及输出选项、设定回路参数、设定循环报警选项、为计算内存区域、初始化子程序及中断程序。
图7 中断程序
7 结束语
恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。
水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。
由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。正因为此，系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常。
在实际应用中，采用PLC控制恒压供水，还能容易地随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有大的灵活性和通用性。
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