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(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，就自動(dòng)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)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(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過3h，則要切換下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過長。

   (4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能，要有完善的報(bào)警功能。

   (5)對泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)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(tái)，加上一臺(tái)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(tái)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(tái)電機(jī)過載用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為三臺(tái)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(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)，打在2的位置為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1～SB8控制三臺(tái)泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。

    圖中HL10為自動(dòng)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(dòng)，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(tái)泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)第二臺(tái)泵或第三臺(tái)泵。判斷是否啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)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(tái)泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過3小時(shí)，因此每次需啟動(dòng)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(dòng)。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(dòng)

   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(dòng)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(tái)泵變頻運(yùn)行啟動(dòng)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

    END_INTERRUPT_BLOCK