恒压供水控制新版系统标准设计.doc

变频器综合设计变频器控制恒压供水系统 专业班级： 15电气普招 设计人： 王于风 学号： 50030107 指导老师： 雷钢 设计时间： 10月20日 摘要恒压供水在城市自来水管网系统、住宅小区生活消防用水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统等众多领域中全部有应用。恒压供水是指用户端在任何时候，不管用水量大小总能保持管网中水压基础恒定。在恒压供水系统中可依据压力给定理想值信号及管网水压反馈信号进行比较，变频器依据比较结果调整水泵转速，达成控制管网水压目标。本文关键针对目前供水系统中存在自动化程度不高、能耗严重、可靠性低缺点加以研究，开发出一个新型并在这三个方面全部有所提升变频式恒压供水自动控制系统。全文共分为四章。第一章说明了供水系统应用背景、选题意义及关键研究内容。第二章说明了供水系统变频调速节能原理。第三章具体介绍了系统硬件工作原理和硬件选择。第四章具体叙述了系统软件开发并对程序进行解释。关键词： 恒压供水，PLC，变频技术目 录摘要II1 变频控制系统介绍11.1变频调速供水控制系统介绍11.2变频调速在供水行业中应用12 供水系统变频调速节能原理42.1 水泵调速运行节能原理42.2 本系统总体介绍53 系统硬件工作原理及硬件选择73.1 PLC工作原理及选择73.2 变频调速系统原理及选择93.3 压力传感器选择123.4 水泵选择133.5 鉴频鉴相问题143.6 控制电路164 系统软件开发184.1 PLC编程介绍184.2 PLC程序解释26致 谢29参考文件301 变频控制系统介绍1.1变频调速供水控制系统介绍变频调速供水控制系统是集现代变频调速技术、PLC技术、监控技术和计算机技术为一体新一代给水控制系统。该系统完全能够替换传统水塔、高位水箱和气压罐等给水方法。和传统给水方法相比，该系统不仅满足了现代工矿企业、城镇居民和高层建筑对新型给水系统要求。系统采取内置变频调速器、优异可编程控制器等现代控制技术，对水泵机组进行闭环控制，确保压力波动小、达成设定压力时间短、且可随用水量改变自动调整水泵转速及工作水泵台数，确保恒压变量供水。系统采取现代计算机数字控制技术和模块化、标准化设计，满足多个当地和远程联网协议，系统可扩展性强。 系统含有手动、自动操作方法，系统压力、电机电流、电机频率和电机累计运行千瓦时LED显示，变频器、电机工况和故障指示及防误操作等功效。系统含有输入电源缺相、不平恒、过压、过流、过载、短路、电机过热、飞速开启、断水及低水位停机等完善安全保护功效，有效提升了给水成套设备安全可靠性。该系统还配有完善故障自诊疗、故障检修手动工作方法等功效，使维修工作十分轻松快捷。因为控制回路和负载回路之间是经过中间继电器实现电隔离和信号耦合，所以系统抗干扰能力强。系统自动检测瞬时水压，并据此调整水泵供水量，机组特征曲线靠近管网损失特征曲线，节能效果显著。因为变频器对电机实施是循环软开启控制，开启平稳无冲击，提升了电机、水泵和管道等寿命，降低了管网泄露。另外因为系统无需高位水箱等设备，不仅节省了投资，而且无水质二次污染问题。 本系统还能够将生产、生活、消防等系统合为一体，投资省、占地少、经济效益显著。1.2变频调速在供水行业中应用作为高性能调速传动，直流电动机调速控制方法长久以来一直应用广泛。不过直流电动机因为换向器和电刷维护保养很麻烦，价格也相当昂贵。使异步电机实现性能好调速一直是大家理想。异步电机调速方法很多，比如变极调速、有极调速、定子调压调速、串级调速、变频调速等。不过因为多种多样缺点没有得到厂泛应用。70年代以后，因为微电子技术、电力电子技术和微处理机技术发展，促进晶体管变频器诞生。晶体管变频器不仅克服了以往交流调速很多缺点，而且调速性能能够和直流电动机调速性能相媲美。三相异步电动机含有维修方便、价格廉价、功率和转速适应面宽等优点，其变频调速技术在小型化、低成本和高可靠性方面占有显著优势。到80年代末，交流电机变频调速技术快速发展成为一项成熟技术，它将供给交流电机工频交流电源经过二极管交流变成直流，再逆变成频率可调交流电源，以此电源拖动电机在变速状态下运行，并自动适应变负荷条件。它改变了传统工业中电机开启后只能以额定功率、定转速单一运行方法，从而达成节能目标。现代变频调速技术应用于电力水泵供水系统中，较为传统运行方法是可节电40%-60%,节水15%-30%。因为变频调速含有调速机械特征好，效率高，调速范围宽，精度高，调整特征曲线平分，能够实现连续、平稳调速，体积小、维护简单方便、自动化水平高等一系列突出优点而倍受大家青睐。尤其当它应用于风机、水泵等大容量负载时，能够取得其它调速方法无法比拟节能效果。变频调速系统关键设备是提供变频电源变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，现在中国大全部使用交-直-交变频器。 自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质供水质量等优点，使中国供水行业技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据用水量改变自动调整系统运行参数，在用水量改变自动调整系统运行参数，在用水量发生改变时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最优异、合理节能型供水系统。在实际应用中得到了很大发展。伴随电力电子技术飞速发展，变频器功效也越来越强。充足利用变频器内置多种功效，对合理设计变频调速恒压供水设备，降低成本，确保产品质量等方面有着很关键意义。 新型供水方法和过去水塔或高位水箱和气压供水方法相比，不管是设备投资，运行经济性，还是系统稳定性、可靠性、自动化程度等方面全部含有没有法比拟优势，而且含有显著节能效果。恒压供水调速系统这些优越性，引发中国几乎全部供水设备厂家高度重视，并不停投入开发、生产这一高新技术产品。现在该产品正向着高可靠性、全数字化微机控制，多品种系列化方向发展。追求高度智能化系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体计划要求肯定趋势。 在短短几年内，变频调速恒压供水系统经历了一个逐步完善发展过程，早期单泵调速恒压系统逐步被多泵调速系统所替换。即使单泵调速系统设计简易可靠，但因为单泵电机深度调速造成水泵、电机运行效率低，而多泵调速系统投资更为节省，运行效率高，被实际证实是最优系统设计，很快发展成为主导产品。2 供水系统变频调速节能原理2.1 水泵调速运行节能原理全自动变频调速供水控制系统采取专用供水控制器控制变频调速器，经过安装在管网上远传压力表，把水压转换成电信号，经过接口输入控制器内置PID控制器上，用以改变水泵转速。当用户用水量增大，管网压力低于设定压力时，变频调速器输出频率将增大，水泵转速提升，供水量加大。当达成设定压力时，水泵恒速运转，使管网压力稳定在设定值上。反之当用户用水量少，管网压力高于设定压力时，变频调速器输出频率将降低，水泵转速下降，供水量降低，使管网压力稳定在设定压力，这么反复循环就达成了恒压变量供水目标。 图2.1 供水系统原理图供水系统工作原理图2.1所表示。由自来水管网或其它水源提供水进入蓄水池经加压水泵进入用户管网管路。经过压力传感器按提供网压力信号，传送给控制系统PID，经PID运算后输出信号控制变频器输出频率，从而控制水泵转速进而保持供水管道压力基础恒定。用户用水量大时，管网管路压力下降变频器频率就升高，水泵转速加紧，反之频率下降，水泵减速运行，从而维持恒压供水。当用水量大于一台水泵最 大供水量时，经过PLC自动切换电路工作再投入一台水泵，依据最多用水量大小可投入数台水泵。在供水系统中，控制对象是水泵，控制目标是保持管网水压恒定，控制方法是压力信号反馈闭环控制。它自动控制原理图见图2.2 。1号泵2号泵3号泵4号泵水泵切换电路变频器PID压力传感器 PLC图2.2 变频式恒压供水自动控制原理图2.2 本系统总体介绍 本系统针正确用户是自来水企业供水系统和水厂、泵站等多种泵类电机调速和控制，控制对象应尽可能做到通用型，系统功效设计和设备选择关键立足于通用性、可靠性和经济性和节能效果，而对于特殊情况下供水系统不在本系统控制范围之列(实际上特殊供水系统也只是在通用系统功效实现基础上充足考虑到特殊性，最根本还是在于通常系统研制)。在本论文中，我们以四台水泵为控制对象，建立一个模型，研制一个新型控制系统使得水泵转速跟随用水量改变而改变，实现变频、恒压、无级调速供水系统，从而达成节能、节水、充足利用设备、高可靠性、高自动化程度目标。图2.3所表示，供水系统由四台泵(二用二备)组成，由一台可编程控制器和一台变频器切换控制任一台电机调速。水泵可变供电回路由工频回路和变频器提供变频回路组成，经过PLC和变频器将各台水泵根据一定规律次序投入运行和次序停止运行，使整个供水回路处于最好配置状态。变频器则具体微调目前水泵转速，使转速改变跟随管网压力改变(实际上是跟随用户用水量改变)。3 系统硬件工作原理及硬件选择3.1 PLC工作原理及选择3.1.1 PLC介绍PLC是以微机控制技术为基础，经过编程，能够实施诸如逻辑判定，次序控以时，计数，运算等功效，并经过数字或模拟I/O组件控制机械设备。和传统继电器控制盘相比，PLC控制系统体积小，可靠性高;更易使用和维护，且能在工厂环境下进行编程;便于扩充和修改功效，又含有向中央数据采集系统传输信息能力;经过接插件，全部输入端点能直接和工业现场开关，接点直接相连，全部输出端点能直接驱动继电器、电磁阀、电机开启器线圈等。它发展大致经历了三个发展时期。1.形成期(1970-1974年)早期PLC采取小规模IC组成专用逻辑处理芯片(CPU)，采取机器语言或汇编语言编程，仅有逻辑控制指令，控制点少，功效简单，并没有取得广泛重视。2.成熟期(1974-1978年)伴随单电源8位处理器出现，在小型化、高可靠性多功效及价格等方面，PLC研制和应用水平有了飞速发展和提升。PLC开始含有了多个CPU，设置了定时器、计算器并含有了算术运算功效。图3.1 PLC结构示意图3.加速发展期(1978年以来)从70年代末到80年代，PLC应用和制造展现了蓬勃发展趋势。首先研制出了高性能不一样规模PLC控制系统，开发了多个智能I/O模块，充足吸收了计算机和通讯技术，实现了分布式分级控制PLC网络系统。其次也逐一生产通常机械加工逻辑控制而价格较为廉价微小型PLC，对PLC普及应用起了关键推进作用。PLC经典硬件系统组成见图3.1。3.1.2 PLC选择可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，而且在自动控制系统中起着很关键作用。所以，对PLC正确选择是很关键。1.工作量这一点尤为关键。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个正确统计，这往往是选择PLC首要条件，通常选择比控制点数多10%-30%PLC。（本设计中开关量16个，控制量6个，1个模拟量输出，3个模拟量输入）2.工作环境工作环境是PLC工作硬性指标。自控系统将大家从繁忙工作和恶劣环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境产品。（该设计环境正常，故不用特殊型号）3.通信网络现在PLC已不是简单现场控制，PLC远端通信已成为控制系统必需处理问题。（故尽可能选择比较常见品牌）4.编程程序是整个自动控制系统“心脏”，程序编制好坏直接影响到整个自动控制系统运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购置，而且价格不菲，这一点也需考虑在内（要求有良好编程软件）。5.可延性这里包含三个方面含义：（1）产品寿命。大致能够确保所选择PLC使用年限，尽可能购置生产日期较近产品。（2）产品连续性。生产厂家对PLC产品不停开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对未来新增加功效应用。（3）产品更新周期。当某一个型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够确保有足够备品（或备件）。这时应考虑选择当初比较新型PLC。 6.性价比由上面挑选规范，我挑选西门子企业S7-200 CPU226作为本系统采取PLC，它具体性能以下。本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存放空间。6个独立30kHz高速计数器，2路独立20kHz高速脉冲输出，含有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，含有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。I/O端子排可很轻易地整体拆卸。用于较高要求控制系统，含有更多输入/输出点，更强模块扩展能力，愈加快运行速度和功效更强内部集成特殊功效。可完全适应于部分复杂中小型控制系统。3.2 变频调速系统原理及选择3.2.1 变频调速系统介绍在变频器没有出现以前，调速系统通常采取直流调速图，不过因为结构上原因，直流电动机存在着很多缺点(诸如需要定时更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命短，机构复杂，难以制造大容量、高转速、高电压直流电动机等)，所以大家一直在寻求交流调速系统。而变频器出现刚好处理了这个问题。和传统交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制交流拖动系统有很多优点，如节能，轻易实现对现有电动机调速控制，能够实现大范围内高效连续调速控制，轻易实现电动机正反转切换，能够进行高频度起停运转，能够进行电气制动，能够对电动机进行高速驱动，能够适应多种工作环境，能够用一台变频器对多台电动机进行调速控制，电源功率因数大，所需电源容量小，能够组成高性能控制系统等等。尤其是对于工业中大量使用风扇、鼓风机和泵类负载来说，经过变频器进行调速控制可替换传统上利用挡板和阀门进行风量、流量和扬程控制，所以节能效果很显著。变频调速原理很简单，因为异步电动机转速为式中n为电动机转速，r/min；f为电源频率，Hz；p为异步电动机磁极个数；s为转差。所以，理论上说，只要改变f就能改变电机转速n。3.2.2 变频调速控制方法 常见变频调速模式有两种，一个是开环控制，另一个是速度反馈闭环控制，图3.2所表示。本系统依据恒压控制要求，采取是PID调整方法(内含在变频器中) 闭环控制。 图3.2 变频调速系统控制方法3.2.3 变频器输入输出电路本系统中变频器输入信号有两种，一个是控制信号，它包含PLC输给变频器FWD信号BX信号和VI（12）电压信号（0-5V），FWD信号BX信号由PLC输出，控制变频器工作开关;VI（12）控制变频器频率。另一个是输入电源信号，本系统采取三相380V交流电源，三相电流输入连接在端子L1/R, L2/S, L3/T上。采取三相输入话，则用主电路电源端子L1/R, L2/S, L3/T经过线路保护用断电器或带漏电保护断路器连接至三相交流电源，不需考虑连接相序。假如有条件话，还能够在电源电路中串入一个电磁接触器，这么就能够确保变频器保护功效动作时能切除电源和预防故障扩大，以确保安全。尽可能不要用主电路电源ON/OFF方法控制变频器停止和运行，应该用控制电路端子FWD、BX。变频器输出信号也有两种，一是送PLC超压信号、欠压信号和变频器故障信号这三个输出控制信号，另一是送水泵变频器输出电源信号。送PLC超压、欠压信号由变频器Y1, Y2端子送出，Y1内部功效设定选为频率检测(FDT)功效，幅值为50Hz，滞后值为0.5Hz 。Y2内部功效设定选为0速度输出功效，变频器输出频率为0Hz时输出ON信号。 图3.3 变频器I/O端点连接送PLC变频器故障信号我们选择从Y3输出，Y3内部功效设定选择为报警功效，变频器发生指定故障时输出信号。变频器输出电源接接触器，它给全部工频回路接触器全部提供电源信号，不过具体哪一台接触器接通由PLC控制。变频器输出端子(U, V, W)按正确相序连接至交流接触器输入电源端子上。假如电机旋转方向不对，则说明连接相序有错，则改变U、V, W中任意两相接线。变频器和电动机(水泵)间配线很长时，因为线间分布电容产生较大高频电流，可能造成变频器过电流跳闸.另外，漏电流增加，电流值指示精度变差。对于本系统中变频器，变频器和电动机(水泵)之间距离最好小于50米，假如配线很长时，则必需连接输出侧滤波器选件(OFL滤波器)。接线时还有一点需要注意是，为了安全和降低噪声，变频器接地端子G必需良好接地。为了预防电击和火警事故，电气设备金属外壳和框架均应根据国家电气规程要求接地。接地线要粗而短，变频器系统应连接专用接地极，及不要和别系统串联接地或共同接地（具体接法见图3.3，在最终程序中，因本人能力有限，故将报警装置去除，在实际应用中应该加入）。采取变频器驱动异步电动机调速。在异步电动机确定后，通常应依据异步电动机额定电流来选择变频器，或依据异步电动机实际运行中电流值(最大值)来选择变频器。当运行方法不一样时，变频器容量计算方法和选择方法不一样，变频器应满足条件也不一样。选择变频器容量时，变频器额定电流是一个关键量，变频器容量应按运行过程中可能出现最大工作电流来选择。该系统用一台变频器使多台电机并联运转，对于一台电机开始起动后，再追加投入其它电机起动场所，此时变频器电压、频率已经上升，追加投入电机将产生大起动电流，所以，变频器容量和同时起动时相比需要大些。综合上面原因，我们选择佳灵JP6C-T9280系列变频器。性能见表3.1。表3.1 佳灵JP6C-T9280性能型号JP6C-T9280JP6C-T9280适用电机容量(kW)280额定容量(KVA)400额定电流(A)520额定过载电流额定电流150%1分钟相数 电压 频率三相，380V至440V 50Hz/60Hz许可波动电压+10V -15%，频率5%抗瞬时电压降低310V以上可连续运行，电压从额定值降到310V以下时，继续运行15ms最高频率50-400Hz可变设定基础频率50-400Hz可变设定开启频率0.5-60Hz可变设定载波频率2-6KHz可变设定冷却方法强制风冷3.3 压力传感器选择检测元件精度直接影响系统控制质量。通常能够选择多种压力传感器检测管网压力。传统压力传感器有利用弹性元件，如电感压力传感器、电容压力传感器等。PMC 系列压力传感器结构和之不一样，属于一体化高精度仪器。它采取电子陶瓷技术，测量元件完全是固体形式。其工作原理是：使压力直接作用于电子陶瓷膜片，膜片出现位移后所产生电容量被和其同体电子元件检测、放大，最终转换成420mA标准信号输出。PMC型传感器含有以下特点：含有相当强抗冲击和抗过载能力，过压量达额定量程百倍以上；因为压力测量元件中不采取传统介质物质，所以，测量精度极高，且几乎不受温度梯度影响；采取脉冲频率调制方法传输信号，大大降低了现场干扰影响，信号传输用一般导线完成，简单方便；重量轻，体积小，安装维护很方便。我们选PMC133型压力传感器作为出水口端压力检测元件，检测泵出口周围管网内压力作反馈信号， 该元件可承受相对压力最大测量范围达O-40MPa，最小测量范围为O-lkPa，所需电源要求电压为12530V，精度01，压力传感器将出水口压力信号线性转换为4-20mA DC 标准信号送到PLC（在该系统中，我选择0-500kPa）。3.4 水泵选择选择2种型号水泵，小泵为常开泵（能够调整到工频），大泵只能在变频状态下工作。其中，小泵为Y355M1-4，大泵为Y355-M2-4。参数见表3.2（按实际需要选择，我选了2种比较常见型号）。表3.2 水泵性能参数表转速流量扬程效率汽蚀裕量轴功率(清水)配带电机(Sm=1.2)Rpmm3/hl/sm%mkW型号kW1100435.5121.063.750.04.0151.1Y355M1-4/220kW850511.0141.962.554.03.0161.1Y355M2-4/250kW3.5 鉴频鉴相问题3.5.1 大功率电机变频转工频存在问题大功率电机变频转工频工作原理图3.4所表示，KN1、KN2为交流接触器，M为图3.4 电机变频转工频原理图水泵机。VVVF是变频器装置，BX、FWD、CM是变频器外控端子，当FWDCM接通时，电机正转运行，当FWDCM断开时，电机正转运行停止；当BXCM接通时，变频器断开全部输出，电机处于自由运转模式，变频器正常运转时，必需确保BXCM断开。当KN1断开，KN2吸合，水泵在变频器驱动下，从0Hz开始升频（这一过程称水泵电机软起动），当变频器频率上升到50Hz后，假如系统水压依旧达不到压力设定值时，自控系统将进行水泵电机切换操作，断开KN2，吸合KN1,使电机直接接入电网电压下运行，变频器再对另一台水泵电机实现软起动，并进行调速以确保系统水压稳定在设定值。从上述过程能够看出，大功率电机变频转工频问题和自耦降压起动有些许类似之处，自耦降压起动是利用自耦变压器，使电机在低电压状态时起动，来达成降低起动电流目标；变频器拖动电机软起动时，起动电流也很小，二者在起动过程中，就降低电动机起动电流功效来说是相同。但二者在接触器切换过程中却存在本质差异，当自耦降压起动转速靠近额定值时，经过接触器动作切除自耦变压器，切换过程前后电动机三相电源存在一致性，即切换前后加在电动机每一相电源电压尽管大小不等，但相位和频率仍是一致；而在变频转工频过程中，因为变频器电压输出起始相位含有随机性，它所输出三相电源和工频电源并不一致，即使变频器输出电压频率等于工频电压频率，它输出三相电源和工频电源初始相位也不一致。因为这种相位不一致造成了大功率电机变频转工频问题和自耦降压起动问题本质不一样，也直接造成大功率电机变频转工频复杂性。正是因为变频器电压输出起始相位含有随机性，变频器输出三相电源和工频电源初始相位不一致，直接造成了电机切换时产生瞬时电流含有随机性，有时会远大于电机额定电流，在现场生产中表现为电机电流或电压过载，而使空气开关跳闸，烧毁熔断器，严重时还会损坏电机设备。变频器输出切换问题，现在还未得到足够重视，在认识上还存在着部分误区：一个见解是将变频器看成通常交流电源，所以能够将电动机在变频器和供电电网之间任意切换；另一个见解则认为因为变频器本身设计原理，是不许可变频器在运行中进行切换。这两种见解全部不免有失偏颇，相关变频器在拖动系统应用文章中，碰到变频器切换问题时，不作具体描述；用简单一句“切换到电网运行”了之。即使有些文章在切换问题上进行了部分探索，但也没有将这个问题本质揭示出来。 3.5.2 鉴频鉴相器在大功率电机平稳切换中应用针对上述问题，在理论分析基础上，我们采取以下方法成功地处理了这一技术难题，而且进行了工业试验。在变频转工频过程中，引入鉴频鉴相控制器，对工频电源和变频输出电源进行相位检测。当二者相位频率完全一致时，对电机实现从变频到工频运行无冲击切换。1.鉴频鉴相控制器选择鉴频鉴相控制器是采取单片机控制智能相位频率跟踪控制器，能正确跟踪变频器输入输出相序、相位和频率，确保变频器输入输出相序、相位频率一致时，对电机实现从变频到工频运行无冲击切换。现场选择鉴频鉴相控制器含有相位跟踪正确，技术优异，工作可靠，能显著延长电控元件机电机水泵等设备使用寿命等特点。 2.鉴频鉴相控制器工作原理变频器三相输入和三相输出作为智能控制器输入信号，信号经过整形，放大电路，和频率、相位跟踪电路处理，进入单片机。经由软件计算判定后，单片机发出指令完成对应动作，在显示单元显示对应输入输出频率，指示灯也指示各个状态。当变频器输入输出相位、频率一致时，控制器可分别给出集电极开路输出信号（或继电器输出信号）；当变频器输入输出缺相、反序时，控制器有故障代码和指示灯同时报警，用户据此作相位判定。图3.5 鉴频鉴相比较器和PLC扩展模块接线图当变频器输出频率达成50Hz时，先由鉴频鉴相控制器检测工频电源和变频电源相位是否一致，若相位一致，EM235AIW6端口接收控制器3、4端子0V电压信号，经由PLC比较计算，PLC实施一系列动作,M3.0闭合， BX-CM（K1）接通，切断变频器输出，使变频器输出电流为零。经T33瞬间延时后，快速切断KN2和变频器端子FWD-CM（K2），在此状态下，切断N2既确保了在切换时工频电源和变频电源相位一致，也从根本上消除了接触器触头间电弧。然后再由PLC快速发出命令，快速吸合KN1，如此便实现了快速切换目标。若相位不一致, 控制器在3、4端子输出+5V电压信号，送入EM235AIW6口，经PLC比较计算，并不完成切换动作，从而确保变频器和水泵电机安全运行。3.6 控制电路因为控制电路图含有相同性，故只介绍下面3个就能解释整个电路图。图3.6 指示灯控制电路图3.6为1号泵变频指示灯。即当1号泵处于变频状态时，灯E1-2亮。图3.7 工频变频切换电路图3.7为1号水泵变频工频切换电路。当JNW-1接通时，RJ2-1导通，且JNV1不通，1号泵就会变频运行。其中，RJ2-1为热继电器，作为1号水泵过载保护。KN1、KN2作为自锁保护装置，当JNW1导通，则KN1得电，于是下面KN1常闭开关断路。反之KN2也一样。这么自锁能确保1号水泵只能工频变频选其一.不会发生既连接了变频又连接了工频错误。图3.8 蝶阀控制电路图3.8为1号蝶阀开阀控制图，即当该电路得电时，蝶阀开阀。JF1接通，且KV2-2 ZDK2-1不得电时，蝶阀开始关阀。其中KV2-1、KV2-2组成自锁装置，使得蝶阀只能处于开阀和关阀中一个状态。4 系统软件开发本系统程序开发关键是PLC程序开发，我们采取是依据系统控制步骤和控制目标，在计算机上先编辑好PLC软件，然后传给PLC方法，所用软件是厂家提供STEP 7-Micro/WIN 32版。这是整个供水系统软件开发关键，系统关键功效实现和次序控制全部依靠于它，它开发好坏直接影响对了整个控制系统质量好坏和功效实现，下面就具体叙述。4.1 PLC编程介绍4.1.1 PLC应用开发步骤PLC应用设计，通常应按下述多个步骤进行，具体步骤见图4.1。图4.1 PLC应用系统开发步骤图1.熟悉被控制对象首先要全方面具体了解被控对象机械结构和生产工艺过程，了解机械设备运动内容、运动方法和步骤，归纳出工作循环图或状态(功效)步骤图。2.明确控制任务和设计要求要了解工艺过程和机械运动和电气实施元件之间关系和对电控系统控制要求.比如机械部件传动和驱动，液压、气动控制，仪表、传感器连接和驱动等。归纳出电气实施元件动作节拍图。电控系统根本任务就是实现这个节拍图。以上两个步骤得到图、表，综合而完整反应了被控对象全部功效和对被控系统全部要求，是整个系统设计依据，也是系统设计目标和任务所在，必需仔细分析和掌握。3.制订电气控制方案 依据生产工艺和机械运动控制要求，确定电控系统工作方法，比如全自动、半自动、手动、单机运行和多机联线运行等。还要确定电控系统应有其它功效，比如故障诊疗和显示报替、紧急情况处理、管理功效、联网通信功效等.4.确定电控系统输入输出信号经过研究工艺过程和机械运动各个步骤、多种状态、多种功效发生、维持、结束、转换和其它相互关系，来确定多种控制信号和多种检测反馈信号、相互转换和联络信号。而且确定哪些信号需要输入PLC，哪些信号需要PLC输出或哪些负载要由PLC驱动，分类统计出多种输入输出量性质和参数。 5.PLC选型和硬件配置依据以上各个步骤所得到结果，选择适宜PLC型号井确定多种硬件配置。本系统选定了西门子企业S7-200 CPU226。6.PLC元件编号分配对多种输入输出信号占用PLC输入输出端点及其其它元件进行编号分配，并设计出PLC外部设计图口。7.程序开发用PLC厂家提供专用软件包根据特定规则，开发出梯形图程序或语句表程序。8.模拟运行和调试程序将开发好程序传入PLC中，在逐条检验和验证，并修改开发时语法、数据错误，然后能够在试验室里进行模拟运行和调试程序，观察在多种可能情况下各个输入量、输出量之间改变关系是否符合设计要求。发觉问题立即修改开发和己传送到PLC中内容，直到完全满足工作循环图或状态步骤图要求。在进行程序开发和模拟调试同时，能够平行进行电控系统其它部分工作，比如PLC外部电路和电气控制柜、控制台等设计、装配、安装和接线工作.9.现场运行调试 完成以上多种工作后，即可将己初步调试好程序传送到现场使用PLC存放器中，PLC接入实际输入信号和实际负载，进行现场运行调试，立即处理调试中发觉问题，直到完全满足设计要求，即可交付使用。4.1.2 PLC工作方法内部处理通信服务输入处理程序实施输出处理PLC采取循环扫描工作方法，其工作过程简图图4.2所表示。这个过程可分为内部处理、通信服务、输入处理、程序实施、输出处理多个阶段，整个过程扫描一次所图4.2 扫描过程需时间称为扫描周期。在内部处理阶段，PLC检验CPU模块内部硬件是否正常，复位监视定时器，和完成部分其它内部处理。在图4.2扫描过程通信服务阶段PLC和带微处理器智能装置通信，响应编程器键入命令，更新编程器显示内容.在PLC处于停止运行(STOP)状态时，只完成内部处理和通信服务工作。在RUN时，要完成全部工作。 1.输入处理阶段PLC在输入处理阶段，以扫描方法次序读入全部输入端通/断状态，并以此状态存入输入输出印象寄存器。接着转入程序实施阶段。在程序实施时间，即使输入输出状态发生改变，输入输出印象寄存器内容也不会发生改变，只有在下一个扫描周期输入处理阶段才能被读入。2.程序实施阶段PLC在程序实施阶段，按先左后右、先上后下步序，逐条实施程序指令，从输入印象寄存器和其它元件印象寄存器读出相关元件通/断状态。 依据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入相关元件印象寄存器中。即对每个元件来说，元件印象寄存器中内容会伴随程序进程而改变。3.处理阶段 在全部指令实施完成后，将输出印象寄存器(即Y寄存器)通/断状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，经过隔离电路、驱动功率放大电路、输出端子，向外输出控制信号，这才是PLC实际输出。PLC扫描既能够根据固定次序进行，也能够按用户程序指定可变次序进行。这不仅因为有程序不需要每扫描一次就实施一次，而且也因为在一个大控制系统中要处理I/O点数比较多，经过安排不一样组织模块，采取分时分批扫描措施，可缩短循环扫描周期和提升系统控制实时响应性。次序扫描工作方法简单直观，简化了程序设计，并为PLC可靠性运行提供了保障。首先，所扫描到功效经解算后，其结果立即就能够被后面要扫描到逻辑解算所利用;其次，还能够经过CPU内部设定监视定时器来监视每次扫描是否超出要求时间，诊疗CPU内部故障。以避免程序异常运行而造成不良影响。由PLC工作过程可见，在PLC程序实施阶段，即使输入发生了改变，输入状态寄存器内容也不会发生改变，要等到下一周期输入处理阶段才能变改变.暂存在输出状态寄存器中输出信号，也需要等到一个循环周期结束后，CPU集中将这些输出信号全部输送输出锁存器，这才成为实际CPU输出。所以，全部输入、输出状态改变，就需要一个扫描周期。扫描周期是其一个比较关键指标，通常为几毫秒至几十毫秒.PLC扫描时间取决于程序长短和扫描速度。因为PLC输入处理阶段和输出处理阶段所需时间通常很短，通常只要几毫秒。由此可见，PLC扫描时间对于通常工业设备(改变状态时间约为几秒以上)通常是没什么影响。4.1.3 S7-200编程语言和程序结构PLC为用户提供了完整编程语言，以适应编制用户程序需要。PLC提供编程语言通常有以下多个：梯形图、指令表、功效图和功效块图。1.梯形图(LAD)梯形图(LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图基础上演变而来。PLC梯形图和继电器控制系统梯形图基础思想是一致，只是在使用符号和表示方法上有一定区分。梯形图一个关键概念是“能流”(Power Flow)。假如有“能流”从左至右流向线圈，则线圈被激励。如没有，则线圈末被激励。“能流”以经过被激励(ON)常开接点和未被激励(OFF)常闭接点自左向右流。“能流”在任何时候全部不会经过接点自右向左流。在梯形图中，触点代表逻辑“输入”条件，如开关、按钮、内部条件等；线圈通常代表逻辑“输出”结果，如灯、电机接触器、中间继电器等。对S7200 PLC来说，还有一个输出“盒”，它代表附加指令，如定时器、计数器和功效指令等。梯形图语言简单明了，易于了解，是全部编程语言首选。2.指令表(STL)指令表(STL)编程语言类似于计算机中助记符语言，它是可编程控制器最基础编程语言。所谓指令表编程，是用一个或多个轻易记忆字符来代表可编程控制器某种操作功效。3.次序功效步骤图(SFC)次序功效步骤图(SFC)编程是一个图形化编程方法，亦称功效图。使用它能够对含有并发、选择等复杂结构系统进行编程，很多PLC全部提供了用于SFC编程指令。4.功效块图(FBD)S7200PLC专门提供了FBD编程语言，利用FBD能够查看到像一般逻辑门图形逻辑盒指令。它没有梯形图编程器中触点和线圈，但有和之等价指令，这些指令是作为盒指令出现，程序逻辑由这些盒指令之间连接决定。也就是说，一个指令(比如AND盒)输出能够许可另一条指令(比如定时器)，这么能够建立所需要控制逻辑。这么连接思想能够处理范围广泛逻辑问题。FBD编程语言有利于程序流跟踪，但在现在使用较少。在编程语言选择上，具体是用梯形图编程还是语句表编程或使用功效图编程，这关键取决于以下几点： 有些PLC使用梯形图编程不是很方便，则可用语句表编程，但梯形图比语句表直观。经验丰富人员可用语句表直接编程，就像使用汇编语言一样。本课题中，选择用梯形图作为编程语言。4.1.4 编程软件基础功效STEP7Micro/WIN 32基础功效是帮助用户完成开发应用软件任务，比如创建用户程序、修改和编辑原有用户程序，编辑过程中编辑器含有简单语法检验功效。同时它还有部分工具性功效，比如用户程序文档管理和加密等。另外，还可直接用软件设置PLC工作方法、参数和运行监控等。程序编辑过程中语法检验功效能够提前避免部分语法和数据类型方面错误。梯形土中错误处下方自动加红色曲线，语句表中错误前有红色叉，且错误处下方加红色曲线。软件功效实现能够在联机工作方法（在线方法）下进行，部分功效实现也能够在离线工作方法下进行。联机方法：有