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本節(jié)介紹一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水的實(shí)例。如圖9-10所示，市網(wǎng)自來(lái)水用高低水位控制器EQ來(lái)控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿(mǎn)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(hào)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(duì)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(kāi)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(guò)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(guò)長(zhǎng)。

(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(duì)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(hào)的名稱(chēng)、代碼及地址編號(hào)如表9-7所示。水位上下限信號(hào)分別為I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎](méi)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(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開(kāi)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(mén)子S7-200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)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(xiàn)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，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(méi)有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，因此通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)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(xiàn)編號(hào)，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(xiàn)圖

圖9-14所示為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線(xiàn)圖。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)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(xiàn)

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(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對(duì)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(shuō)過(guò)，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(mǎn)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(guò)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(guò)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(wèn)題就是泵的工作循環(huán)控制，本例中使用泵號(hào)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(hào)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(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)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(mǎn)量程的70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿(mǎn)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(guò)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(zhǎng)，所以讀圖時(shí)請(qǐng)按網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的順序進(jìn)行。

程序注釋?zhuān)弘p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

= 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

= 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

= M0.4

Network 11

//變頻泵號(hào)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(hào)

LD T34

= 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(hào)

LD T39

= M0.6

R M2.2, 1

R M2.0, 1

Network 17

//變頻泵號(hào)轉(zhuǎn)移

LDB> VB300, 3

MOVB 1， VB300

Network 18

//計(jì)時(shí)

LDB= VB301, 0

A SM0.4

INCD VD310

Network 19

//3 h到，倒泵

LDD>= VD310, 180

= 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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(kāi)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(hào)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

= 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

*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

電子開(kāi)發(fā)網(wǎng)

西門(mén)子S7-200 PLC控制的恒壓供水泵站實(shí)例

Tags：恒壓供水,西門(mén)子plc,S7-200