本節介紹一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水的實例。如圖9-10所示，市網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/低水位報警。為了保證供水的連續性，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，平時電磁閥YV2處于失電狀態，關閉消防管網，三臺泵根據生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當有火災發生時，電磁閥YV2得電，關閉生活用水管網，三臺泵供消防用水使用，維持消防用水的高恒壓值�；馂慕Y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構成圖

    對三泵生活/消防雙恒壓供水系統的基本要求是：

   (1)生活供水時，系統低恒壓值運行，消防供水時高恒壓值運行。

    (2)三臺泵根據恒壓的需要，采取“先開先停”的原則接入和退出。

   (3)在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行時間超過3h，則要切換下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長。

   (4)三臺泵在啟動時都要有軟啟動功能，要有完善的報警功能。

   (5)對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。

    一、控制系統的I/O點及地址分配

    根據圖9-10及以上控制要求統計控制系統的輸入/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，它們在水淹沒時為0，露出時為1。

    表9-7    輸入輸出點代碼及地址編碼

 

    二、PLC系統選型

    從上面的分析可以知道，系統共有開關量輸入點6個、開關量輸出點12個、模擬量輸入點1個、模擬量輸出點1個。如果選用CPU224PLC，也需要擴展單元；如果選用CPU226PLC，則價格較高，浪費較大。參照西門子S7-200產品目錄及市場實際價格，選用主機為CPU222(8入/6繼電器輸出)一臺，加上一臺擴展模塊EM222(8繼電器輸出)，再擴展一個模擬量模塊EM235(4AI/1AQ)。這樣的配置是最經濟的。整個PLC系統的配置如圖9-11所示。

 

    圖9-11    恒壓供水PLC系統組成

    三、電氣控制系統原理圖

    電氣控制系統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所示為電控系統主電路。三臺電機分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運行。

 

    圖9-12    電控系統主電路

   FR1、FR2、FR3分別為三臺電機過載用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為三臺泵電機主電路的隔離開關；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所示為電控系統控制電路圖，圖中SA為手動/自動轉換開關，SA打在1的位置為手動控制狀態，打在2的位置為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕SB1～SB8控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統在PLC程序控制下運行。

    圖中HL10為自動運行狀態電源指示燈。對變頻器進行復位時只提供一個干觸點信號，由于PLC的4個輸出點為一組且共用一個COM端，而本系統又沒有剩下單獨的COM端輸出組，因此通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復頻控制。圖9-13中的Q0.0～Q0.5及Q1.0～Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點，它們旁邊的4、6、8等數字為接線編號，可結合圖9-12一起讀圖。

 

    圖9-13    電控系統控制電路

    3．PLC外圍接線圖

    圖9-14所示為PLC及擴展模塊外圍接線圖。發生火災時，火災信號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)輸出方面的保護措施。

   (4)系統保護措施。

 

    圖9-14    恒壓供水控制系統PLC及擴展模塊的外圍接線

    四、系統程序設計

    硬件連接確定之后，系統的控制功能主要通過軟件實現，結合前述泵站的控制要求，對泵站的軟件設計分析如下：

    1．由“恒壓”要求出發的工作泵組數量管理

    前邊已經說過，為了恒定水壓，在水壓降落時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，需啟動第二臺泵或第三臺泵。判斷是否啟動新泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設定的上限值。這一功能可通過比較指令實現。為了判斷變頻器工作頻率達上限值的確實性，應濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限的情況，在程序中考慮采取時間濾波。

    2．多泵組泵站泵組管理規范

    由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，又規定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運要有個管理規范。在本例中，控制要求中規定任一臺泵連續變頻運行不得超過3小時，因此每次需啟動新泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。具體操作時，將現行運行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環控制，本例中使用泵號加1的方法實現變頻泵的循環控制（3再加1等于零），用工頻泵的總數結合泵號實現工頻泵的輪換工作。

    3．程序的結構及程序功能的實現

    由于PLC在恒壓供水系統中的功能較多，模擬量單元及PID調節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。

    系統初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節省掃描時間。利用定時器中斷功能實現PID控制的定時采樣及輸出控制。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警處理等都在主程序中。生活及消防雙恒壓的兩個恒壓值是采用數字方式直接在程序中設定的。生活供水時系統設定值為滿量程的70%，消防供水時系統設定值為滿量程的90%。在本系統PID中，只是用了比例和積分控制，其回路增益和時間常數可通過工程計算初步確定，但還需要進一步調整以達到最優控制效果。初步確定的增益和時間常數為：

    增益Kc=0.25；

    采樣時間Ts=0.2 s；

    積分時間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機內器件及功能

 

    雙恒壓供水系統的梯形圖程序及程序注釋如下。因為程序較長，所以讀圖時請按網絡標號的順序進行。

    程序注釋：雙恒壓供水

   Network1

    //上電初始化，調初始化子程序

   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

    //故障結束時重新激活

   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

    //增泵或倒泵時置位

   LD    M0.1

   0    M0.3

   S    M2.0,  l

   Network 9

    //復位變頻器頻率，準備軟啟動

   LD    M2.0

   TON    T33,  1

   =    Q1.5

    Network 10

    //關斷當前變頻泵

   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

    //產生當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

    //變頻泵號轉移

   LDB>    VB300,  3

   MOVB    1，  VB300

   Network 18

   //計時

   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

    //有工頻泵運行時，復位VD310

   LDB<>    VB301,  0

   MOVD  +0,  VD310

   Network 21

    //1號泵變頻運行邏輯

   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

    //發生火災時，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