一种基于PLC的自动轮换恒压给水方案.pdf

产品与解决方案 一 种基于 P L C的自动轮换恒压给水方案 王 帅 ( 天津中电华利 电器科技集团有限公司，天津 3 0 0 3 0 0 ) 摘要 本文阐述 了某商厦一种可行的恒压给水控制方案，该方案基于 P L C控制，并结合商厦 用水特点，实现 了3台给水泵 以用水量周期为条件的轮换运行、故障 自投、失压报警等功能。 关键词 ：P L C ；压力上限；压力下限；频率上限；频率下限；轮换运行 某 商 厦给 水泵 位 于 地下 二 层 ，有 3 台，均 为 1 5 k W ，设计供 水 压力 为 0 7 MP a 。商厦在 白天 用水 量较大， 需同时运行 2台水泵方可满足用水量要求； 而夜 间用水 量极 少 ，只 需一 台水泵 变频运 行 维持水 压即可 ，且昼 夜用水 量较 为规律 。 l 3台水泵运行方式 据此用水量特点，3台给水泵按如下方式运行： 1 )变频起动 l 撑 水泵，用水量不火时，l 撑 水泵在变 频器控制下稳定运行；当用水量加大时， 若 1 水泵已接 近工频运行而水压仍不足， 则将 1 泵切换到工频运行状 态 ，同时变频起动 2 水泵 ，此时当满足用水量要求 。 2 )当夜 晚用 水量减 少 时 ，若 2 水泵 已低速 运 转 而水压 仍超 限 ，2个 信号 同时被 P L C检测 到 ，则 停止工频 运行 的 1 泵 ， 由 2 撑 泵变 频运行 维持水压 。 3 )第 二天 白天用 水量加大 时，2 水泵切换 到工 频运行状 态 ，同时变频 起动 3 群 水泵 ；夜晚用水 量减 少 ，则停 止 2 牟 水泵 ， 由 3 水泵变频运行 维持水压 。 4 ) 第三天白天用水量加大，3 撑 水泵切换到工频 运行 状态 ， 同时变频 起动 l 水 泵 ； 夜 晚停止 3 f 水 泵 ， 由 1 j 水泵变 频运行 维持水 压 。 5 )第 四天 白天1 舟 水 泵工 频运行 ，2 水泵 变频 运 行 ；夜 晚 1 水泵停 止 ，2 水 泵变频 运行 。水 泵轮 换 运行状 态见 表 1 。 表 1 水 泵轮换 运行 状态 1 水泵 2 撑 水泵 3 # 水泵 白天 工 频运行 变 频运行 停 止 第 个昼 夜 夜晚 停 止 变 频运行 停 止 白天 停止 工 频运行 变 频运行 第 二个昼 夜 夜晚 停止 停止 变 频运行 白天 变频运 行 停止 工 频运行 第三个 昼夜 夜晚 变频运 行 停止 停止 白天 工频运 行 变频运 行 停 止 第四 个昼夜 夜 晚 停 止 变频运 行 停 止 6 8 l 电 璺 | 技 7 lt 2 0 1 2 年 第 7 1# 1 根据 表 1可知 ，第 四个 昼夜水 泵 的运 行状态 开 始重复第一个昼夜 ，即每经过三个昼夜，3台水泵 将完成一个 “ 变频运行一 工频运行一 停止”的完整轮 换过程 。 2 主 回路 方案设 计 由于每 一 台水 泵均 有 “ 变频 一 工 频 ”的切 换 过 程 ，故每 台水 泵需要 两 台接 触器 来实现 切换 ，两 台 接触器需要有机械及 电气联锁。3台水泵共需要 6 台接触器 实现 切换功能 。 主 回路原理 如 图 1 所示 。 I # 泵 2 # 泵3 l 录 图 1 三台给水 泵主 回路原理 图 每台水泵均设置手动 自动转换开关，并设置变 频 、 工频 启停按钮 ， 在 P L C或 压力传感 器等 故障 时， 能够 手动运 行保持 供水不 致问断 。 3 P L C输 入及输 出信号 该系统的最终执行元件为接触器 ，通过控制不 同 的接触 器 闭合 而控 制 水 泵 的变 频 、工频 运 行 ，3 台水泵 需 3组共 6个控制信 号 ，加 上变频 器起 停信 号 、水压 失压报 警信 号 ，整个 系统共 有 8个输 出信 号 ，见表 2 。 表 2 P LC输 出信号 序号 信号 名称 信 号形式 备注 1 1 泵变 频启停 O 1 信号 互锁 2 1 泵工 频启停 0 l 3 2 泵变 频启停 0 l 信 号互 锁 4 2 泵工频 启停 0 1 5 3 拌 泵变 频启停 0 ， 1 信 号互 锁 6 3 泵工 频启停 O l 7 变频 器启 停启停 0 l 8 失压报 警 O l 注 ： 0表 不开 关点 断开 ， “ 1 ”表 开关 点 闭合 。输入 信 号 意义 同 。 该系统 输入信 号较 输 出信 号多 ，主要 有 3台水 泵 的手 自动 状态信 号 ，故 障信号 ，水压上 、下 限信 号 ，变 频 器运行 频 率上 、下 限信 号 ，变频 器 故障信 号等 。输入信 号 见表 3 。 表 3 P L C输入 信号 序号 信 号名称 信 号形 式 备 注 1 1 泵手 自动 0 1 2 l 撑 泵 故障 0 】 3 2 泵手 自动 0 1 4 2 群 泵 故障 0 1 5 3 # 泵手 自动 0 1 6 3 泵 故障 0 1 7 压 力上 限 0 1 仪表输 出 8 压 力 下限 0 1 仪 表输 出 9 频 率上 限 0 1 变 频器 输出 1 0 频 率 下限 0 1 变 频器 输 出 l 】 变 频器 故障 0 ! 变 频器输 出 1 2 水源 水池低 液位 0 1 来 自液位 计 1 3 系统 起动信 号 0 1 上 升沿有 效 该系统输入信号如上表所示 ， 共 1 3 个信 号。由于 系统选用了三菱电机 F R F 7 4 0 变频器，运行频率上限 取其模拟量输出， 故共有 1 2 个 开关量信 号和 1 个 4 2 0 mA 信号。考虑到某一台水泵故障情况下与该水泵 在 手动状 态下 P L C处理结果相 同， 均为另外两 台水泵 变 频一 工频 轮换运行 ，故可将手 自动状 态信号 与故障 信 号合 为 ，如此 ，输入信号将可减少 为 1 0 个 。 根 据 上述 输入输 出信 号要 求 ， 选 定 P L C为三菱 电机 F X1 N。 2 4 MR产 品 ， 具有 l 4个 继 电器 输入 点与 1 0个 继 电器 输 出点 ，且 程序命 令完 全满足 该系 统要 求。P L C配置 F X1 N一 2 AB B D双通道模拟量输入控 制模块，用 以检测变频器 S C A端子输出的信号。 4 水压模拟量处理 考虑 到变 频器参 数 多而繁 复且 较 为专业 ，一 旦 设定完毕不希望随便改变 ，故该系统的模拟量信号 管 网水 压信 号 ( 4 2 0 mA)处 理并 不调 用变 频 器 P I D调 节模块 ，而 是配 备外 部 P I D调 节仪表 。 产品与解决方案 PL C F X 1 N 2 4 MR 鞋 A点 输 出 点 C 0 M 公共点 C 0 M 一 X 0 压 力 上限 设 定 C M 0 一 X 1 压力下限设 定 Y 0 X 2 频 率 下限 C 0 M 1 3 1 泵 手 豺 故 障 丫 1 X 4 2 泵 手 动 故 障 C 0 M 2 5 3 泵 手 故 障 Y 2 _ I一 6 变 频 器 故障 C M 3 。 。 一 X 7 永 j 糸 水池 液 位 过 低 Y 3 1 0 系 统 自 动 运 行启 动 丫 4 1 1 Y 5 1 2 E 0 M4 X 1 3 Y 6 1 4 Y 7 X 1 5 Y 1 O 丫 1 1 L N 自变 输出 图 2 P LC输入输 出信号 分配 1 0 V 图3 变频器频率上限信号输入 图 4 PI D 调 节 器 根据 系统要 求 ，配置一 块 WT - A 6 0 0型 ( 天津索 思仪 表 )单 回路通 用 白整定 P 1 D 调节器 ，该仪表 具 有两 行数码 显 示 ，分 别显 示设 定值 与测量 值 ；另有 两行 光柱 ，分别 显示输 入及输 出百分 比。 两线制 压力变送 器信 号经 调节器 P I D 反作用 调 节后 输 出至 变频 器外 部模拟 量控 制端 子 ，整 个系 统 以压力信号为设定值，实现负反馈闭环控制运行模 式 ，从 而实现 恒压供 水 。 该 P I D调 节器 可设置 上下 限报警功 能 ，P L C输 入 信 号之压 力上 下 限即 由此 输 出。该调 节器 将系 统 设定值 、上 限值 、下限值 、比例 参数 P 、 积 分参数 I 、 微 分参数 D等 几个 参数设 置为常 用参数 ，普通 用户 可 以修 改 ，高级参 数 则需要输 入密 码 ，如此 ，用 户 可根 据 系统 实 际运 行 情 况 设 定 一 些 参 数 ， 并 得 到 2 0 1 2 年 第 7 期电 气 技 求 l 6 9 产品与解决方案 P I D 的最佳 配值 。 5 P L C程序实现 P L C程 序可分 为两个 部分 ，一部分 根据 判定条 件确定水泵运行情况，如加泵或减泵；另一部分确 定水泵运行或停止哪一台。 图 5 标志位 设定 梯形 图示意 利用 P L C 内部 软继 电器设 定两个标 志位 ，分别 为加 泵命 令 ( MO )和减 泵 命令 ( M1 ) 。由 M8 0 0 0 将 F X1 N 一 2 AB B D模拟量输入模块的 C H1 设置为电 流输入模式 ( 4 2 0 mA) ，并将 C H1的值直接存进 DO 中 ，当 D O 中的数 值达 到 2 0 m A ( 变频 器输 出 5 0 H z )同时压 力下 限信号 X1同时存 在 ，经 过 2 0 s 延 时，加 泵标 志位 置位 ，执行 当前 变频运 行水 泵切 换工 频运 行 ，变频 起动 下一 台水泵 的命 令 ；同理 ， 当压力上 限信 号 X0与频率 下 限信 号 X2同时存 在 ， 经 2 0 s延 时 M1置位 时，执行停 止 当前工频 运行 水 泵 的命令 。 6 结论 以轮换运行的方式实现恒压供水是一种常用的 方案，相比有备用运行的方式，实现 了各台水泵平 均 寿命 ，避 免 了常用水 泵磨损 严重而 备用 水泵 长期 不用甚至锈蚀的情况；并实现 了在有水泵故障时， 其 余水泵组 成新 的轮换系统 继续运 行 。 在工程案例 中，可以根据现场实际运行的水泵 台数和 工艺 要求选择 合适 的轮换 条件 ，如本 文 中的 用水量 的周 期规律性 。若现 场要 求长 期运行 ，则可 以时间为条件轮换运行以达到平均寿命的目的。如 笔者 曾以相 似 的方案 为天津某 汽车 生产 线机器 人冷 却水配套控制设备，以累计运行时间为条件实现 4 水泵轮换 运行 ，该控 制系统 至今 已成功 运行两 年有 余 。不 同之 处在于 水泵 功率较 大 ( 3 0 k W ) ， 由变 频 运 行切 换至工频 运行 时增 加 了软起动 器 。 参 考文献 【 1 】 李 良仁 变 频调 速 技术 与 应用 M】 北京 ： 电子 工业 出 版社， 2 0 0 4 2 】 魏连荣 变频器应用技术及实例解析 M】 。 北京： 化学 工业 出版社， 2 0 0 8 3 程子华 P L C原理与编程实例分析 M】 北京： 国防工业 出版 社， 2 0 0 7 4 】 廖常初 P L C编程及应用 M 北京： 机械工业出版社， 200 3 ( 上接第 6 7页 ) - I _ l l i 凰 l l _ l l 机舱报警板接线 舵桨舱接线 图 4 现场接 线 试 ，发现 系统运 行 良好 。改进 后 的驾驶室 舵桨应 急 操纵系统消除了日本新泻 Z P 4 1舵桨系统在驾驶室 不 能遥控 自动 起动 应 急操纵 的动力源 电动泵 导致舵 7 0 1 电 鼍技 7 It 2 0 1 2 - 7 期 桨 应急 系统不能 立即投入 使用 的设计缺 陷 。 改进后 ， 船舶在发生主操舵系统故障时，驾驶室应急操舵系 统可以立即投入使用 ，避免船舶事故发生，保障船 舶航 行 安全 。按照 此 方案 改装 的 “日港 拖1 9 ”和 “日港 拖 2 0 ”轮分 别 已经 于 2 0 1 0年 9月和 2 0 1 1 年 1月出厂投入生产，至今此驾驶室舵桨应急操纵系 统运 行 良好 。 参考 文献 1 1 NI I G A T A I NS T R U C T I ON MANU AL z N i i g a t a P o we r S y s t e m s Co ， Lt d 0 6 一 J a n 一 2 0 l 0 2 】 孙旭清 何吉庆 船舶电机与电气控制系统 M】 大连 大连海事大学出版社， 2 0 0 9