【PLC控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計案例5100字】

PLC控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9948PLC控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計案例 1106511.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型 15331.1.1PLC及其擴展模塊的選型 258801.1.2變頻器的選型 2317591.1.3水泵機組的選型 395931.1.4壓力變送器的選型 349561.1.5液位變送器選型 4283501.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計 48101.3系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計 6207641.4PLC的I/O端口分配及外圍接線圖 81.1系統(tǒng)主要設(shè)備的選型根據(jù)基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理，系統(tǒng)的電氣控制總框圖如圖1.1所示：圖1.1系統(tǒng)的電氣控制總框圖從以上系統(tǒng)的電氣框圖可以看出，系統(tǒng)的主要硬件裝置必須包括（1）PLC及擴展模塊、（2）轉(zhuǎn)換器、（3）泵單元、（4）壓力發(fā)射器、（5）液位發(fā)射器。主要設(shè)備選型如表1.1所示：表1.1本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單主要設(shè)備型號及其生產(chǎn)廠家可編程控制器（PLC）SiemensCPU226模擬量擴展模塊SiemensEM235變頻器SiemensMM440水泵機組SFL系列水泵3臺（上海熊貓機械有限公司）壓力變送器及顯示儀表普通壓力表Y-100、XMT-1270數(shù)顯儀液位變送器分體式液位變送器DS26(淄博丹佛斯公司)1.1.1PLC及其擴展模塊的選型PLC是頻率變換恒壓控制系統(tǒng)整體的核心。由于必須收集所有輸入數(shù)字、對所有生產(chǎn)單元的控制、實現(xiàn)恒壓和完成外部數(shù)據(jù)的交換，所以在選擇PLC時，考慮到指令執(zhí)行的速度、指令的豐富性、存儲空間等，考慮通信接口和協(xié)議、考慮到擴展模塊的容量和編程軟件的便利性，由于自動控制系統(tǒng)的恒壓供水量相對較少，PLC選擇西門子S7-200型，PLCS7-200結(jié)構(gòu)緊湊，西門子PLC可靠性高，擴展性高，通信命令豐富有通信協(xié)議簡單等優(yōu)點。PLC可與控制器連接，監(jiān)視自動控制系統(tǒng)，PLC與上級機之間的通信采用PC電纜/PPI，采用支持點對點接口協(xié)議（PPI）。PC電纜/PPI可容易地從PLCRS485通信接口轉(zhuǎn)換成RS232CC通信接口。用戶程序有三級密碼保護，可以保護程序的安全。根據(jù)控制系統(tǒng)所需的實際端子的數(shù)量，考慮到PLC端子的數(shù)量需要預定，S7-200PLC的主模塊是cpu226，其開關(guān)量為16點，輸出模塊是AC220V繼電器輸出。cpu226開關(guān)輸入是24點，輸入模塊是+24V直流輸入，實際上需要模擬輸入點和模擬輸出點。選擇EM235作為擴展模塊，具有4個模擬輸入（AIW）和模擬信號信道（aqw），當輸入信號和輸出信號連接到a口時，a/D轉(zhuǎn)換自動完成，標準輸入信號可以轉(zhuǎn)換成16位字的數(shù)字信號。當輸出信號連接到a口時，D/one轉(zhuǎn)換將自動完成，16位數(shù)字信號將轉(zhuǎn)換為標準輸出信號，EM235模塊可根據(jù)不同的標準輸入信號，通過微動開關(guān)進行設(shè)定。1.1.2變頻器的選型頻率轉(zhuǎn)換器是系統(tǒng)控制致動器的硬件，通過改變頻率來調(diào)節(jié)發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度，可以改變水的輸出。頻率轉(zhuǎn)換器的選擇必須根據(jù)泵的電力和電流來決定。頻率轉(zhuǎn)換器還應具有通信功能，根據(jù)控制功能，一般的頻率轉(zhuǎn)換器分為3種。一般的U/F控制逆變器功能，高性能U/F控制轉(zhuǎn)換器，扭矩控制功能和高矢量功能轉(zhuǎn)換器，供水系統(tǒng)泵負荷，低速時扭矩小?？梢赃x擇相對便宜的U/F控制逆變器。本項目的PLC選擇了西門子S7-200的機型，為了方便PLC和頻率轉(zhuǎn)換器之間的通信，使用西門子。由微處理器控制的三級交流引擎的轉(zhuǎn)速系列產(chǎn)品。采用分離門雙極晶體管作為能量產(chǎn)生裝置。各種完善的逆變器功能和電機保護集成在RS-485/232C接口和閉環(huán)PI控制器中，用于簡單的過程控制。這可以根據(jù)用戶的特殊要求定制I/O終端的功能，流量控制可以提高動態(tài)響應特性，高個子可以在低頻下輸出，微主440的逆變器的輸出為0.75~90kw，在高要求、大功率的情況下那個輸出信號可以作為75kW的泵引擎的輸入信號使用。西門子頻率轉(zhuǎn)換器可以通過RS-485的通信協(xié)議和接口直接連接西門子PLC。設(shè)備之間的通信很方便。1.1.3水泵機組的選型選擇泵組的基本原則是保證泵的良好運行。第二，為了在高效區(qū)域工作，實現(xiàn)更好的節(jié)能效果，選擇泵必須適應系統(tǒng)用水量的變化范圍。本項目要求發(fā)動機額定功率為75kW，根據(jù)設(shè)計要求，配合小區(qū)內(nèi)水的現(xiàn)狀，供水壓力由0.3±0.01Mpa控制，上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的SFL（75kW發(fā)動機功率）系列泵3臺。生活供水泵的低噪音SFL外殼，棒采用不銹鋼，主軸，導向軸采用鑄件，靜電噴霧后效率提高5%以上。降低噪音發(fā)動機、機械關(guān)閉、前端壓力保護裝置、噪音低（外部噪聲60分貝）、磨損和使用壽命。下軸承采用低噪音、壽命長的耐磨彈性軸承。采用低投入、低輸出的結(jié)構(gòu)設(shè)計，水力模型先進，性能更可靠，可輸送清水和理化性質(zhì)的水，無顆粒、無雜質(zhì)、無揮發(fā)性、無弱腐蝕性的土壤，一般為城市供水、鍋爐供水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、用于消防供水等。本項目使用上海熊貓機械有限公司生產(chǎn)的3臺75kW發(fā)動機動力SFL系列泵。1.1.4壓力變送器的選型壓力變送器被用于測量管道網(wǎng)的水壓，通常設(shè)置在泵的出口。壓力傳感器和壓力發(fā)射器將水管水壓的變化轉(zhuǎn)換為1～5V或4～20mA的模擬信號，作為模擬輸入模塊（A/D模塊）的輸入。選擇時，為了防止傳輸中的干擾和損失，可以采用4~20mA的輸出壓力，當運行中壓力傳感器和壓力發(fā)射器發(fā)生故障時，系統(tǒng)可以打開所有泵。為了防止因爆炸管道和超高水壓而造成的室內(nèi)水設(shè)備（熱水器、廁所等）損傷，本表的供水系統(tǒng)采用PLC數(shù)字輸入等電極點壓力表的上部輸出，當壓力超過上限時，停止所有泵應該發(fā)出警報輸出[13]。通過以上分析，使用xml-170數(shù)字工具和普通y-100壓力計實現(xiàn)壓力檢測、顯示和傳輸，壓力計的測量范圍為0~1MPa，精度為1.0。數(shù)字顯示工具產(chǎn)生發(fā)送到連接到cpu226的模擬模塊EM235的4到20mA的電流信道。作為PID調(diào)整的電反饋信號，可以設(shè)置壓力的上下限，并輸出通過兩個中繼控制抑制輸出壓力的信號。1.1.5液位變送器選型考慮到泵的空擺影響發(fā)動機壽命，需要對池的水位進行測量和控制，本圖中池的水位需要2m～5m，因此將檢測到的水位用液位轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為標準電信號（4~20mA信號電壓）需要插入窗口的比較器，利用比較器的高水位輸出成為罐的水位的警報信號，輸入到PLC。綜合以上因素：本項目使用淄博丹佛公司生產(chǎn)的ds26分體式液位轉(zhuǎn)換器，測定范圍為0m~200m，適合水箱、深井等液位的測量。零和全刻度應該可以外部調(diào)整。食物：24VDC；輸出信號：2線制4~20mADC，精度等級：0.25級。1.2系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖如圖1.2所示：三臺電機分別為M1、M2、M3，它們分別帶動水泵1#、2#、3#。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；FR1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)；FU為主電路的熔斷器。系統(tǒng)采用3個泵的循環(huán)頻率變換方式。也就是說，3臺泵中只有1臺在變頻器控制下進行變速運轉(zhuǎn)。剩下的泵在頻率下勻速運轉(zhuǎn)。使用水量小的情況下，頻率轉(zhuǎn)換泵的連續(xù)運轉(zhuǎn)時間超過3小時的話，需要切換到下一個泵。也就是說，系統(tǒng)為了不讓一臺泵的工作時間變長，而具備了“裝泵功能”。只有一個泵可以同時進行頻率轉(zhuǎn)換工作，但是三個泵可以在不同的時間進行頻率轉(zhuǎn)換工作。圖1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖三級電源i通過低壓熔斷器和切斷開關(guān)與逆變器的R、s、t端子連接，逆變器的輸出端子u、V、W通過接觸器的接觸與引擎連接。連接到頻率轉(zhuǎn)換器的切斷開關(guān)和逆變器的出口端的開關(guān)關(guān)閉，主電路中的低壓保險絲在連接電源的同時提供短路保護。各發(fā)動機的過載保護由其熱繼電器fr實現(xiàn)，頻率轉(zhuǎn)換電路和電氣頻率電路不能同時連接，逆變器的輸出端子不能直接與電源連接，因此必須通過接觸器的接點。當發(fā)動機進入頻率電路時，請先切斷反相器電路的接觸器。同樣，從頻率切換到頻率轉(zhuǎn)換器時，在連接反相器輸出開關(guān)之前，請切斷頻率開關(guān)。因此，KM1與km2、KM3與KM4、KM5與KM6不同時動作，需要設(shè)計它們之間的可靠連接。通過電流傳感器和發(fā)射器向上級機發(fā)送4～20mA的電流信號，顯示主電路的電流。電路電壓用與電壓表連接的轉(zhuǎn)換開關(guān)顯示。相同電壓計通過轉(zhuǎn)換開關(guān)顯示不同相位之間的線路電壓。仔細觀察引擎的旋轉(zhuǎn)方向，使其符合要求。向相反的方向移動的話，可以得到正確的方向轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)的運行和停止不能直接斷開主電路（例如，直接切斷保險絲或切斷保險絲。）必須通過轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)軟件啟動和停止。為了提高頻率轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)，電抗器必須連接。手動控制時，必須使用自動變壓器啟動或軟啟動來減少電流。1.3系統(tǒng)控制電路分析及其設(shè)計PLC是恒壓供水系統(tǒng)的主要控制裝置?？刂齐娐返暮侠硇院统绦虻目煽啃灾苯雨P(guān)系到整個系統(tǒng)的運行性能。本系統(tǒng)采用西門子S7-200系列PLC。PLC主要用于供水系統(tǒng)的自動恒壓轉(zhuǎn)換控制，完成了以下功能。自動控制3臺泵的投入運行。可以通過三臺泵之間。三臺泵最初應該有軟啟動功能。泵的操作應具備手動/自動控制功能。手動操作只能在緊急或修理時使用。系統(tǒng)需要顯示完整的警報功能和運行狀態(tài)。圖1.3是電氣控制系統(tǒng)控制電路的示意圖，圖中的SA是手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA～1的位置是手動控制狀態(tài)。2狀態(tài)為自動控制，手動操作時可以通過SB1~sb6按鈕控制3臺泵的啟動停止。如果自動運行，系統(tǒng)將在PLC程序的控制下運行。圖中的Hl10是自動操作狀態(tài)的功率指示符。為了復位頻率，只提供干式啟動點的信號。系統(tǒng)通過中間繼電器KA的觸點控制頻率轉(zhuǎn)換器，圖中的Q0.0~Q0.5和q1.1~q1.5是PLC輸出繼電器觸點，旁邊的4、6、8是接線編號，可結(jié)合下節(jié)中圖1.4一起讀圖。圖1.3變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖注：PLC各I/O端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié)I/O端口分配中將詳細介紹。本系統(tǒng)在手動/自動控制下的運行過程如下：（1）手動控制：手動控制僅用于確認故障原因，易于檢測和修理發(fā)動機故障，當單極雙擲開關(guān)SA到達第一端時，啟動手動控制模式。此時，開關(guān)分別控制3臺電源泵發(fā)動機的運轉(zhuǎn)和停止，按下SB1，KM1線圈即接通。通常閉合的km2觸點與電路連接，因此常開的KM1觸點關(guān)閉，實現(xiàn)自動鎖定功能。M1發(fā)動機在頻率以下穩(wěn)定運行。只需按下SB2，電路就中斷，KML線圈關(guān)閉，M1發(fā)動機停止。同樣，按Sb3和S5時，m2和M3發(fā)動機將啟動，按Sb4和S6時，m2和M3發(fā)動機將停止。（2）自動控制：通常情況下，頻率轉(zhuǎn)換器恒壓供水系統(tǒng)自動工作，當兩個端子轉(zhuǎn)動SPDT開關(guān)SA時，自動控制模式啟動，自動控制的工業(yè)情況由PLC控制，Q0.0輸出1-655。頻率轉(zhuǎn)換泵運轉(zhuǎn)信號，Q0.1輸出1-655泵頻率轉(zhuǎn)換信號。當q0.0結(jié)束1時，KML線圈激活，1-655HL1泵的工作頻率指示符打開，并且KML觸點總是斷開，從而形成KM1和km2的電互鎖。當q0.1退出1時，km2線圈打開，1655泵的頻率轉(zhuǎn)換燈HL2點亮，總是切斷km2觸點，實現(xiàn)km2和KML電的聯(lián)動，相同2655和3-655；泵的控制原理相同，q1.1退出1時，池水位的上下限HL7警報燈亮。q1.2退出1后，逆變器警報燈亮燈。退出1點，HL9天的供水指示燈亮燈。q1.4結(jié)束后，響鈴。當q1.5退出1時，KA中間繼電器線圈開關(guān)，并且KA觸點總是閉合，并且逆變器頻率復位。在自動控制狀態(tài)下，hl10電源燈始終處于活動狀態(tài)。1.4PLC的I/O端口分配及外圍接線圖基于PLC的頻率轉(zhuǎn)換恒壓供水系統(tǒng)的基本要求如下：。（1）由于晝夜用水量差異明顯，本項目采用晝夜兩種供水方式，兩種供水方式的水壓值不同。小區(qū)使用水量大，系統(tǒng)恒壓運行高。夜間使用水量低，系統(tǒng)以低恒壓運行。（2）使用水量小的情況下，1臺泵連續(xù)超過3小時的情況下，需要切換到下一個泵。也就是說，系統(tǒng)為了防止泵的工作時間過長，僅在頻率轉(zhuǎn)換泵的工作時間長的情況下才使用泵。（3）考慮到泵的節(jié)能和壽命因素，原則上是先啟、先停、先啟。（4）3臺泵在啟動時應具備軟啟動功能，并提供泵運轉(zhuǎn)的自動手動控制功能。手動操作僅在緊急或維護時使用。（5）系統(tǒng)需要完全的警報功能。根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表1.2所示。表1.2輸入輸出點代碼及地址編號名稱代碼地址編號輸入信號供水模式信號(1-白天，0-夜間)SA1I0.0水池水位上下限信號SLHLI0.1變頻器報警信號SUI0.2試燈按鈕SB7I0.3壓力變送器輸出模擬量電壓值UpAIW0輸出信號1#泵工頻運行接觸器及指示燈KM1、HL1Q0.01#泵變頻運行接觸器及指示燈KM2、HL2Q0.12#泵工頻運行接觸器及指示燈KM3、HL3Q0.22#泵變頻運行接觸器及指示燈KM4、HL4Q0.33#泵工頻運行接觸器及指示燈KM5、HL5Q0.43#泵變頻運行接觸器及指示燈KM6、HL6Q0.5輸出信號水池水位上下限報警