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會員注冊本節(jié)介紹一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無塔供水的實(shí)例。如圖9-10所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，就自動往水池注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為高/低水位報(bào)警。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離較小。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵供消防用水使用，維持消防用水的高恒壓值。火災(zāi)結(jié)束后，三臺泵再改為生活供水使用。
圖9-10 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖
對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：
(1)生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)高恒壓值運(yùn)行。
(2)三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開先停”的原則接入和退出。
(3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h，則要切換下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時(shí)間過長。
(4)三臺泵在啟動時(shí)都要有軟啟動功能，要有完善的報(bào)警功能。
(5)對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。
一、控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配
根據(jù)圖9-10及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表9-7所示。水位上下限信號分別為I0.1、I0.2，它們在水淹沒時(shí)為0，露出時(shí)為1。
表9-7 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編碼
二、PLC系統(tǒng)選型
從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)、模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。如果選用CPU224PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用CPU226PLC，則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照西門子S7-200產(chǎn)品目錄及市場實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPU222(8入/6繼電器輸出)一臺，加上一臺擴(kuò)展模塊EM222(8繼電器輸出)，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM235(4AI/1AQ)。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖9-11所示。
圖9-11 恒壓供水PLC系統(tǒng)組成
三、電氣控制系統(tǒng)原理圖
電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線圖。
1．主電路圖
圖9-12所示為電控系統(tǒng)主電路。三臺電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行。
圖9-12 電控系統(tǒng)主電路
FR1、FR2、FR3分別為三臺電機(jī)過載用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為三臺泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器；VVVF為通用變頻器。
2．控制電路圖
圖9-13所示為電控系統(tǒng)控制電路圖，圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)，打在2的位置為自動控制狀態(tài)。手動運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1～SB8控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。
圖中HL10為自動運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對變頻器進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號，由于PLC的4個(gè)輸出點(diǎn)為一組且共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，因此通過一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對變頻器進(jìn)行復(fù)頻控制。圖9-13中的Q0.0～Q0.5及Q1.0～Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合圖9-12一起讀圖。
圖9-13 電控系統(tǒng)控制電路
3．PLC外圍接線圖
圖9-14所示為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號SAI被觸動，I0.0為1。
本例忽略了以下因素：
(1)直流電源的容量。
(2)電源方面的抗干擾措施。
(3)輸出方面的保護(hù)措施。
(4)系統(tǒng)保護(hù)措施。
圖9-14 恒壓供水控制系統(tǒng)PLC及擴(kuò)展模塊的外圍接線
四、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對泵站的軟件設(shè)計(jì)分析如下：
1．由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理
前邊已經(jīng)說過，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要提高變頻器的輸出頻率，且在一臺泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動第二臺泵或第三臺泵。判斷是否啟動新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性，應(yīng)濾去偶然的頻率波動引起的頻率達(dá)到上限的情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。
2．多泵組泵站泵組管理規(guī)范
由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機(jī)均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。在本例中，控制要求中規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過3小時(shí)，因此每次需啟動新泵或切換變頻泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個(gè)問題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號加1的方法實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制（3再加1等于零），用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。
3．程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)
由于PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能較多，模擬量單元及PID調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，因此本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。
系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序的功能最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控制信號的綜合及報(bào)警處理等都在主程序中。生活及消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。在本系統(tǒng)PID中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過工程計(jì)算初步確定，但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益和時(shí)間常數(shù)為：
增益Kc=0.25；
采樣時(shí)間Ts=0.2 s；
積分時(shí)間Ti=30 min。
程序中使用的PLC元件及其功能如表9-8所示。
表9-8 程序中使用的PLC機(jī)內(nèi)器件及功能
雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序及程序注釋如下。因?yàn)槌绦蜉^長，所以讀圖時(shí)請按網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的順序進(jìn)行。
程序注釋：雙恒壓供水
Network1
//上電初始化，調(diào)初始化子程序
LD SM0.0
CALL SBR0
Network2
//消防/生活壓力給定
LD I0.0
MOVR 0.9, VD104
NOT
MOVR 0.7， VD104
Network 3
//故障結(jié)束時(shí)重新激活
LD SM0.1
O M0.0
INCB VB300
Network4
//增泵、濾波
LD I0.0
AD>= VD250, VD212
LDN I0.0
AD>= VD250, VD208
OLD
AN M0.1
TON T37, 50
Network 5
//工頻泵加1
LD T37
AB<= VB301, 1
EU
= M0.1
INCB VB301
Network 6
//減泵、濾波
LDD<= VD250, 1800
AN M0.2
TON T38, 100
Network 7
//工頻泵減1
LD T38
AB> VB301, 0
EU
= M0.2
INCB VB301
Network 8
//增泵或倒泵時(shí)置位
LD M0.1
0 M0.3
S M2.0, l
Network 9
//復(fù)位變頻器頻率，準(zhǔn)備軟啟動
LD M2.0
TON T33, 1
= Q1.5
Network 10
//關(guān)斷當(dāng)前變頻泵
LD T33
EU
= M0.4
Network 11
//變頻泵號加1
LD M0,4
S M2.1, l
INCB VB300
Network 12
LD M2.1
TON T34, 2
Network 13
//產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動脈沖信號
LD T34
EU
= M0.5
R M2.1, 1
Network 14
LD M0.5
S M2.2, 1
Network 15
LD M2.2
TON T39, 30
Network 16
//下一臺泵變頻運(yùn)行啟動信號
LD T39
EU
= M0.6
R M2.2, 1
R M2.0, 1
Network 17
//變頻泵號轉(zhuǎn)移
LDB> VB300, 3
MOVB 1， VB300
Network 18
//計(jì)時(shí)
LDB= VB301, 0
A SM0.4
EU
INCD VD310
Network 19
//3 h到，倒泵
LDD>= VD310, 180
EU
= M0.3
MOVD 0， VD310
Network 20
//有工頻泵運(yùn)行時(shí)，復(fù)位VD310
LDB<> VB301, 0
MOVD +0, VD310
Network 21
//1號泵變頻運(yùn)行邏輯
LD SM0.1
0 M0.0
0 M0.6
AB= VB300, 1
O Q0.1
AN M3.0
AN M0.4
AN Q0.0
= Q0.1
Network 22
//2號泵變頻運(yùn)行邏輯
LD M0.6
AB= VB300,2
O Q0.3
AN M3.0
AN M0.4
AN Q0.2
= Q0.3
Network 23
//3號泵變頻運(yùn)行邏輯
LD M0.6
AB= VB300, 2
O Q0.5
AN M0,3
AN M0.4
AN Q0.4
= Q0.5
Network 24
//1號泵工頻運(yùn)行邏輯
LD M0.5
O Q0.0
LDB= VB300, 2
AB> VB301, 0
LDB= VB300, 3
AB> VB301, 1
OLD
ALD
AN Q0.1
= Q0.0
Network 25
//2號泵工頻運(yùn)行邏輯
LD M0.5
O Q0.2
LDB= VB300, 3
AB> VB301, 0
LDB= VB300, 1
AB> VB301, 1
OLD
ALD
AN Q0.3
= Q0.2
Network 26
//3號泵工頻運(yùn)行邏輯
LD M0.5
O Q0.4
LDB= VB300, 1
AB> VB301, 0
LDB= VB300, 2
AB> VB301, 1
OLD
ALD
AN Q0.5
= Q0.4
Network 27
//發(fā)生火災(zāi)時(shí)，打開YV2閥
LD I0.0
= Q1.0
Network 28
//水池低水位處理
LD I0.1
O M3.1
A I0.2
= M3.1
Network 29
//水池水位下限信號燈
LD SM0.5
O M3.2
A M3.1
O I0.5
= Q1.1
Network 30
LD SM0.5
O M3.3
A I0.3
O I0.5
= Q1.2
Network 31
LD SM0.5
O M3.3
A I0.0
O I0.5
= Q1.3
Network 32
LD I0.4
O M3.2
A M3.1
= M3.2
Network 33
LD I0.4
O M3.3
A I0.3
= M3.3
Network 34
LD I0.4
O M3.4
A I0.0
= M3.4
Network 35
LD M3.1
N M3.2
LD I0.3
AN M3.3
OLD
LD I0.0
AN M3.4
OLD
O I0.5
Q1.4
Network 36
LD M3.1
O I0.3
= M3.0
MOVB 0, VB300
MOVB 0, VB301
ED
= M0.0
初始化子程序：
Network 1
LD SM0.0
MOVD +1800, VD204
MOVD 22400, VD208
MOVD 28800, VD212
MOVR 0.25, VD112
MOVR 0.2, VD116
MOVR 30.0, VD120
MOVR 0.0, VD124
MOVR 20.0, SMD34
ATCH INT1, 10
Network 1 //PID中斷子程序
LD SM0.0
ITD AIW0, AC0
DTR AC0, ACO
/R 32000.0, AC0
MOVR AC0, VD100
PID VB100, 0
MOVR VD108, AC0
MOVR VD108, AC0
*R 32000.0, AC0
Network 2
LDR<= AC0, VD204
OW> T39, 25
MOVD AC0, AC0
Network 3
LD SM0.0
ROUND AC0, AC0
MOVD AC0, VD250
DTI AC0, AC0
MOVW AC0, AQW0
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