第一篇：基于PROFIBUS-DP總線控制的G150變頻器和S7-300PLC在泵站恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要 】

提出并實(shí)現(xiàn)了一種以S7-300可編程邏輯控制器作為核心控制裝置，使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過Visual Basic 6和MS SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)畫面監(jiān)控和系統(tǒng)管理,以O(shè)PC作為軟硬件通訊接口，以Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線方式控制西門子G150變頻器在城市供水泵站中的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)城市管網(wǎng)供水壓力及節(jié)約能源和系統(tǒng)管理的目的。

【關(guān)鍵詞 】

變頻恒壓供水；SINAMICS G150；PLC； OPC；VB6；DP現(xiàn)場(chǎng)總線

1．引言

經(jīng)隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生活水平的提高，加上居住小區(qū)推行一戶一表供水以后，對(duì)市政管網(wǎng)供水的可靠性（壓力、流量）要求越來越高，各種分散或集中加壓設(shè)施也逐漸增多。在這些加壓設(shè)施中，采用調(diào)節(jié)水池加上變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）變量供水方式在穩(wěn)定城市管網(wǎng)壓力、節(jié)約能源、系統(tǒng)監(jiān)視管理方面已顯現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。

2．系統(tǒng)組成情況

2.1 SINAMICS G150變頻器

源于西門子最新傳動(dòng)家族的SINAMICS G150高性能單機(jī)變頻調(diào)速柜適用于所有單電機(jī)傳動(dòng)的應(yīng)用，滿足多種負(fù)載特性的要求，包括平方轉(zhuǎn)距，線性轉(zhuǎn)距，恒轉(zhuǎn)距及恒功率負(fù)載類型.。采用緊湊高品質(zhì)威圖(RITTAL)柜式設(shè)計(jì)，節(jié)省占地面積30%~70%。柜內(nèi)強(qiáng)電保護(hù)，安靜運(yùn)行(低于67dB)。使用全新主控制板CU320，智能化設(shè)計(jì)，采用CF軟件存儲(chǔ)卡，提供光纜接口和ProfiBus接口，功能操作面板AOP30和功能強(qiáng)大的軟件工具

STARTER進(jìn)行選型，調(diào)試，節(jié)能計(jì)算。SINAMICS G150變頻器配合N-Compact電機(jī)非常適用于使用平方律扭矩特性驅(qū)動(dòng)泵和風(fēng)機(jī)的變頻器操作。

2.2 可編程序控制器（PLC）

選用西門子S7-300系列通用型PLC。該系列PLC能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合，使用模塊化結(jié)構(gòu)，各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。使用

CPU313C-2DP為核心控制單元，該模塊帶MPI和ProfiBus-DP通信接口，配有MMC存儲(chǔ)卡，免維護(hù)，集成了24DI/16DI的數(shù)字量IO，再擴(kuò)展一個(gè)8AI的模擬輸入模塊用于管網(wǎng)壓力，流量，蓄水池水位及電機(jī)軸承溫度等模擬量的檢測(cè)。

2.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)系統(tǒng)

使用研華IPC610工控機(jī)，以MS Windows2000為系統(tǒng)平臺(tái)，配置CP5611用于ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信，SIMATIC NET 軟件配置OPC Server 使用VB6開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控軟件，MS SQL Server為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)。使用SIMATIC SETP7 軟件進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)和編程調(diào)試，使用STARTER 軟件進(jìn)行對(duì)SINAMICS G150變頻器的配置調(diào)試。

其他設(shè)備包括水泵電機(jī)、出口閥門、壓力傳感器、液位計(jì)及相關(guān)電氣控制設(shè)備等集成，進(jìn)行變頻調(diào)速全自動(dòng)閉環(huán)控制管理監(jiān)視功能，其系統(tǒng)組成示意見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成3．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

3.1 基本控制原理

由壓力變送器測(cè)量管網(wǎng)壓力和流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)PLD的A/D轉(zhuǎn)換，和設(shè)定值比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，通過DP總線控制變頻器頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速而達(dá)到恒壓及節(jié)能原理。如圖示。

3.2 變頻參數(shù)設(shè)置

通過STARTER軟件向?qū)гO(shè)置G150變頻器站地址，和波特率等參數(shù)，使之連接到DP總線上，成為S7-300PLC 的一個(gè)從站。配置連接的電機(jī)類型、電流、功率等參數(shù)，配置變頻器命令源和主參數(shù)設(shè)定源為Profibus方式，選擇速度控制方式（Speed control），定義Profibus PZD數(shù)據(jù)格式，選擇使用水泵風(fēng)機(jī)負(fù)載類型。如圖2所示。

圖2 變頻器設(shè)置向?qū)?/p>

圖3 驅(qū)動(dòng)原理

圖4 斜坡功能發(fā)生器(RFG)

圖5 速度設(shè)定邏輯

3.3 下位機(jī)PLC程序開發(fā)

PLC本控制系統(tǒng)的核心元件。設(shè)備服務(wù)器（IPC）與S7-300數(shù)據(jù)通訊實(shí)現(xiàn)了兩套冗余的通訊方式：其一為IPC經(jīng)過自帶的CP1613卡與PLC的擴(kuò)展模塊CP343-1通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊；其二為IPC通過自帶的CP5611卡與PLC的DP通訊口進(jìn)行S7、Profibus-DP等現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議進(jìn)行通訊?？蛻舳薖C可以在實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)、校園網(wǎng)或Internet訪問遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站并做實(shí)驗(yàn)。由于用戶做實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，充分發(fā)揮了用戶的主觀能動(dòng)性，也讓有限的實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到了更有效的分時(shí)復(fù)用。

(2)WRECS軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 WRECS軟件結(jié)構(gòu)

為了讓遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室能得到最大限度的普及，必須提供一個(gè)方便的客戶端程序、實(shí)現(xiàn)客戶

端程序“零安裝”。因此采用B/S結(jié)構(gòu)，以客戶端瀏覽器作為通用客戶端程序，整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成利用了Java Applet、JavaScript、JSP等交互式動(dòng)態(tài)頁(yè)面技術(shù)。此外，數(shù)據(jù)的存放和傳送采用XML和OPC接口技術(shù)。

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)用戶根據(jù)用戶名和密碼登陸WRECS網(wǎng)站后，通過Java Applet的Socket提交實(shí)驗(yàn)參數(shù)（控制命令、控制器參數(shù)等）給實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器RLab Server。此時(shí)，Java Applet會(huì)簡(jiǎn)單判斷用戶的輸入信息（如數(shù)據(jù)類型）。如果輸入有誤，則及時(shí)提示錯(cuò)誤信息。RLab Server偵聽的端口接收到實(shí)驗(yàn)信息后，解析并提取實(shí)驗(yàn)信息，經(jīng)過一定處理后（如判斷是否已經(jīng)有用戶在做實(shí)驗(yàn)、復(fù)雜控制算法實(shí)現(xiàn)、日志記錄等），通過OPC接口傳遞給PLC。PLC是主要控制器，負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單控制算法實(shí)現(xiàn)，并將控制對(duì)象信息經(jīng)OPC接口傳回給RLab Server。RLab Server除了可以對(duì)實(shí)時(shí)和歷史實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在本地顯示之外，還可以將它們分別以一定的格式保存進(jìn)XML和文本文件內(nèi)。其中，XML文件保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，好讓客戶端取用并顯示；文本文件保存每次實(shí)驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)，好讓用戶下載數(shù)據(jù)并離線分析。客戶端瀏覽器Java Script通過定時(shí)讀取XML數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送給Java Applet。最后Java Applet以曲線和數(shù)據(jù)形式顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另一方面，用戶可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬決定是否啟動(dòng)視頻流監(jiān)控。

2.2 控制器的選擇與設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)讓遠(yuǎn)程用戶控制本地實(shí)驗(yàn)設(shè)備的系統(tǒng)。這樣一個(gè)系統(tǒng)就對(duì)控制器提出了穩(wěn)定、可靠、魯棒性好等要求。PLC（Programmable Logic Controller）是計(jì)算機(jī)最新技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化經(jīng)典理論相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種自動(dòng)化控制領(lǐng)域重要的控制設(shè)備。它實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍，功能上有實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。它通過光電隔離I/O接口模塊、R-C濾波輸入、屏蔽各個(gè)模塊、自診斷、雙CPU冗余等手段基本上滿足了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提出的要求。目前，PLC產(chǎn)品已在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)廣泛應(yīng)用。WRECS的控制器選擇了西門子S-300PLC作為控制器。

2.3 通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇與設(shè)計(jì)

PLC的發(fā)展除了功能越來越多、集成度越來越高外，網(wǎng)絡(luò)功能也越來越強(qiáng)。選擇好控制器之后，選擇數(shù)據(jù)的傳輸方式——通訊網(wǎng)絡(luò)也是非常重要的。從結(jié)構(gòu)上看，PLC網(wǎng)絡(luò)可以分為兩種，一種在PLC模塊上做了一個(gè)通信輸出口，可以直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信（RS232）；另一種是通過多點(diǎn)聯(lián)接（RS485），這適用于多層PLC。這方面，西門子的產(chǎn)品具有代表性。西門子根據(jù)不同自動(dòng)化水平的要求(工廠級(jí), 單元級(jí), 現(xiàn)場(chǎng)和傳感器/執(zhí)行器級(jí)),提供了網(wǎng)絡(luò)解決方案，包括多點(diǎn)接口(MPI)、Profibus、工業(yè)以太網(wǎng)、ProfiNet(基于工業(yè)以太網(wǎng))、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接(PtP)、執(zhí)行器/傳感器接口(ASI)。目前網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以大大降低成本。

2.4 客戶端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

WRECS系統(tǒng)網(wǎng)站是遵循了穩(wěn)定、可靠、安全、可擴(kuò)展、開放性等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。為了開發(fā)出友好的人機(jī)交互界面，實(shí)驗(yàn)界面采用功能強(qiáng)大的跨平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)編程語言Java編寫，并以Applet形式嵌入到網(wǎng)頁(yè)當(dāng)中。將Java雙緩沖技術(shù)與多線程技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)波形曲線顯示。用戶可以通過Applet設(shè)定各種參數(shù)（如控制器參數(shù)）。此外，整個(gè)網(wǎng)站的開發(fā)還融合JSP(Java Server Pages)、JavaScript、XML（eXtensible Markup Language）和JDBC等技術(shù)。網(wǎng)站包括系統(tǒng)介紹、實(shí)驗(yàn)選擇、BBS、相關(guān)鏈接和網(wǎng)站管理等子系統(tǒng)。

2.5 服務(wù)器的設(shè)計(jì)

(1)Web服務(wù)器

路由器將80端口映射到Apache Web服務(wù)器上。Web服務(wù)器偵聽80端口并響應(yīng)

HTTP請(qǐng)求。Web服務(wù)器是一臺(tái)負(fù)責(zé)提供WRECS網(wǎng)頁(yè)（包括HTML、JSP等）的計(jì)算機(jī)。當(dāng)它接收到一個(gè)HTTP請(qǐng)求后根據(jù)用戶權(quán)限，判斷是否要為用戶下載Java Applet客戶端實(shí)驗(yàn)界面。此外，路由器將端口8832、8833和5050分別映射到了虛擬實(shí)驗(yàn)專用服務(wù)器、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)專用服務(wù)器和視頻服務(wù)器偵聽的端口。客戶端可以根據(jù)權(quán)限直接通過Socket與這些服務(wù)器進(jìn)行TCP或UDP數(shù)據(jù)交互。

(2)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)專用服務(wù)器

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)專用服務(wù)器（RLab Server）負(fù)責(zé)偵聽和接收客戶端的控制和數(shù)據(jù)信號(hào)，并負(fù)責(zé)各種復(fù)雜控制算法的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)客戶控制算法的選擇和控制參數(shù)的設(shè)定計(jì)算得到上位機(jī)的輸出（如設(shè)定值、控制器參數(shù)等），通過OPC接口實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際對(duì)象的監(jiān)控。同樣的，對(duì)象系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被采集后也是通過OPC接口經(jīng)過RLab服務(wù)器返回到客戶端, 同時(shí)把每個(gè)實(shí)驗(yàn)的歷史數(shù)據(jù)以文本文件的形式保存下來，為用戶提供離線數(shù)據(jù)下載。RLab Server通過簡(jiǎn)單排隊(duì)管理保證在同一時(shí)刻最多只能有一個(gè)用戶可以操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其他用戶可以讀取XML實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)文件，所以可有多個(gè)用戶同時(shí)觀看。

(3)設(shè)備服務(wù)器

OPC（OLE for Process Control）是以O(shè)LE/COM/DCOM機(jī)制作為應(yīng)用程序級(jí)的通信標(biāo)準(zhǔn)。OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包括兩個(gè)組成部分，即OPC Server和OPC Client。OPC Server是一個(gè)典型的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)源程序，它收集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，通過標(biāo)準(zhǔn)的OPC接口傳送給OPC Clients。OPC Client是一個(gè)典型的數(shù)據(jù)接收程序。OPC Client通過OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與OPC Server通信，獲取OPC Server的各種信息。只要符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的所有客戶應(yīng)用程序都可以訪問來自任何生產(chǎn)廠商的標(biāo)準(zhǔn)OPC服務(wù)器程序。與基于Windows信息傳遞技術(shù)建立起來的DDE（Dynamic Data Exchange）技術(shù)相比,OPC技術(shù)的優(yōu)越性是顯然的，例如數(shù)據(jù)傳輸速度更快（在遠(yuǎn)程客戶數(shù)多時(shí)，OPC技術(shù)優(yōu)勢(shì)尤為突出）、更安全、開發(fā)成本更低、可靠性更高等。OPC可以看成是軟總線，增加OPC服務(wù)器或OPC客戶端就像增加總線節(jié)點(diǎn)那么簡(jiǎn)單。WRECS的OPC服務(wù)器負(fù)責(zé)RLab Server與PLC之間相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞。

(4)視頻服務(wù)器

視頻服務(wù)器通過5050端口進(jìn)行偵聽遠(yuǎn)程客戶端用戶連接請(qǐng)求和控制命令。并根據(jù)權(quán)限和控制命令通過串口實(shí)現(xiàn)對(duì)云臺(tái)的控制來間接控制攝像頭的視角和焦距。服務(wù)器對(duì)云臺(tái)的控制信號(hào)由RS-232串口輸出后，經(jīng)過一個(gè)232/485轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換后再通過RS-485總線傳輸?shù)礁鱾€(gè)云臺(tái)上。采用RS-485進(jìn)行信號(hào)傳輸是因?yàn)樗哂袀鬏斁嚯x遠(yuǎn)、可多點(diǎn)傳輸（理論上，最多可同時(shí)控制32個(gè)云臺(tái)）、成本低等優(yōu)點(diǎn)決定的。服務(wù)器由PCI視頻采集卡來負(fù)責(zé)采集AV信號(hào)的視頻流信息，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)視頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行MPEG-4格式壓縮后將它傳給發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送，并將視頻信息進(jìn)行本地顯示和保存。其中，服務(wù)器端的圖像壓縮方式為PCI視頻采集卡直接硬件壓縮，而客戶端解壓則采用軟件解壓方式。

(5)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫(kù)是指長(zhǎng)期保存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)設(shè)備上，并按照某種模型組織起來，可以被各種用戶應(yīng)用或共享的數(shù)據(jù)集合。它是信息系統(tǒng)不可或缺的工具，它常常是信息系統(tǒng)的核心，且是各種軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)。WRECS選擇了采用客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算機(jī)模型的Oracle作為后臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)是建立數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，它要求對(duì)于指定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造出較優(yōu)秀的數(shù)據(jù)庫(kù)模式，建立起數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)，并使系統(tǒng)能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足用戶地各種應(yīng)用需求。WRECS根據(jù)需要建立了用戶注冊(cè)信息表、權(quán)限表、日志表、BBS信息表、實(shí)驗(yàn)室資源表等。

3．WRECS實(shí)例——遠(yuǎn)程液位控制實(shí)驗(yàn)

WRECS的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為一套FCS過程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含了兩個(gè)串級(jí)的雙輸入單輸出水箱、加熱爐、強(qiáng)制對(duì)流換熱器系統(tǒng)、純滯后盤管等部件組成。系統(tǒng)中采用的過程檢測(cè)儀表有上、下水箱擴(kuò)散硅壓力液位傳感器、渦輪流量傳感器、Pt100熱電阻溫度傳感器和三個(gè)Profibus-PA總線型傳感器（分別測(cè)量溫度、液位和流量）。系統(tǒng)中采用的執(zhí)行器裝置有可控硅移相調(diào)壓裝置、電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥和三菱變頻器和Profibus總線型西門子變頻器?；谠搶?shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行PLC的硬件組態(tài)和軟件組態(tài)，然后通過Step7編程實(shí)現(xiàn)PLC控制算法，實(shí)現(xiàn)單元級(jí)控制。

PLC與本地遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)專用服務(wù)器（RLab Server）的數(shù)據(jù)交互采用了先進(jìn)的OPC接口實(shí)現(xiàn)。西門子公司為其S7-300PLC提供了OPC.SimaticNET OPC Server。通過Step7和SIMATIC NET可以快速實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器的配置。RLab Server的OPC Client子系統(tǒng)負(fù)責(zé)與OPC服務(wù)器通訊。此外，RLab Server還完成了遠(yuǎn)程用戶的控制命令和實(shí)驗(yàn)參數(shù)的處理和其它管理功能（包括用戶、實(shí)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)等管理）。

圖3 WRECS實(shí)驗(yàn)界面

遠(yuǎn)程用戶登陸網(wǎng)站后，通過提交實(shí)驗(yàn)PID參數(shù)、設(shè)定值等信息給RLab Server實(shí)現(xiàn)對(duì)本地實(shí)驗(yàn)設(shè)備的控制。RLab Server根據(jù)遠(yuǎn)程用戶發(fā)過來的控制命令和實(shí)驗(yàn)參數(shù)，通過OPC接口控制PLC的運(yùn)行狀態(tài)并獲取有用信息，并將實(shí)驗(yàn)信息保存到XML和文本文件內(nèi)。遠(yuǎn)程用戶通過讀取XML里面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)或在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后下載文本歷史數(shù)據(jù)。把圖3為采樣簡(jiǎn)單PID控制液位實(shí)驗(yàn)界面。實(shí)驗(yàn)過程PID參數(shù)分別為4、0.1和0.025；液位設(shè)定值從25cm改為35cm，等系統(tǒng)穩(wěn)定后再改回25cm。整個(gè)過渡過程的實(shí)驗(yàn)曲線如圖3左邊所示。圖3右邊為視頻監(jiān)控界面。通過控制視頻界面內(nèi)【上】【下】【左】【右】和【放大】【縮小】按鈕，用戶可以控制視頻監(jiān)控云臺(tái)的視角和焦距，達(dá)到最佳視頻監(jiān)控效果。

4．結(jié)論

隨著能源的相對(duì)緊缺，變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用對(duì)于大功率的電機(jī)設(shè)備逐漸實(shí)現(xiàn)了變頻改造。此外，由于計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)的不斷發(fā)展,潛移默化的改變著人們的學(xué)習(xí)、生活和工作等方式。對(duì)基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制和遠(yuǎn)程、無線控制技術(shù)也將不斷推廣應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。如對(duì)上述系統(tǒng)將IPC通過互連網(wǎng)絡(luò)或PLC端加置無線通信(如GPRS)模塊連接到自來水水總公司便可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理（包括遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)和控制、遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)等）、實(shí)現(xiàn)無人值班守泵站建設(shè)。

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第二篇：變頻器及PLC控制技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

變頻器及PLC控制技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1引言

供水系統(tǒng)在各行各業(yè)的生產(chǎn)和生活中都起著至關(guān)重要的作用。如何保證供水系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行是很多行業(yè)都很關(guān)注的問題。把先進(jìn)的PLC控制技術(shù)和變頻技術(shù)等自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的要求。

在供水系統(tǒng)中，如果用戶用水量需要變化時(shí)，利用改變閥門開度變化傳統(tǒng)的調(diào)整方法，會(huì)造成供水壓力不足或過大情況，容易造成資源浪費(fèi)和產(chǎn)生安全隱患。因此，在一些用水量變化大、水壓控制高且流量完全由用戶確定的供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)則顯得尤為重要。

圖1變頻恒壓供水系統(tǒng)原理圖

2變頻恒壓供水工作原理

變頻恒壓供水就是變頻調(diào)速技術(shù)在供水中的應(yīng)用，其采用PID調(diào)節(jié)技術(shù)，使供水壓力恒定在一個(gè)設(shè)定范圍，其具有恒水壓力波動(dòng)小，節(jié)能效果明顯。實(shí)驗(yàn)中采用循環(huán)軟啟方式。

它的工作原理是：當(dāng)變頻泵運(yùn)行到工頻50Hz時(shí)，此時(shí)的實(shí)際供水壓力若還沒有達(dá)到設(shè)定的供水壓力，不是直接啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵，而是將當(dāng)前以變頻運(yùn)行的水泵直接切換到工頻方式運(yùn)行，而以變頻方式啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵，以達(dá)到維持系統(tǒng)壓力的目的。在切換水泵時(shí)，按照先啟先停的方式進(jìn)行。這樣的好處是機(jī)組中的每一臺(tái)水泵在工作中都可以被使用到。變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，將供水管網(wǎng)實(shí)際壓力與設(shè)定壓力比較，將得到的壓力差經(jīng)過PID控制器計(jì)算與轉(zhuǎn)換，得到變頻器輸出頻率的變化值后，調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的運(yùn)行方式和運(yùn)行速度，最終使實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力值相等。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖[1][2]如圖2所示。系統(tǒng)由水箱、管路、閥門和水泵機(jī)組、電氣操作系統(tǒng)和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統(tǒng)由PLC(德國(guó)SIEMENS公司的S7-200型)、變頻器(MM440)、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器、直流電源、小型電磁繼電器以及各種指示燈和主令器件組成；傳感器和儀表包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器等。

在此系統(tǒng)中，傳感器將供水管中的壓力轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)后，傳送到PLC的特殊功能模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳給變頻器控制電動(dòng)機(jī)。變頻器[3]是這個(gè)系統(tǒng)中的核心器件，通過PLC對(duì)變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力[4]，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的要求。PLC將模擬量輸入、輸出模塊經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將計(jì)算值輸出變頻器，變頻器根據(jù)輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變管內(nèi)壓力值。

根據(jù)控制要求[5]，水泵機(jī)組由四臺(tái)水泵組成。第一臺(tái)水泵變壓不足時(shí)，將第一臺(tái)水泵切入工頻運(yùn)行，再投入第二臺(tái)變頻泵第四臺(tái)水泵啟動(dòng)。停泵時(shí)先停第一臺(tái)工頻泵，再停第二臺(tái)工頻先開先停。

圖3 主程序流程圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1程序模塊設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于Windows平臺(tái)的32位編程軟件包STEP-7 Micro WIN，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主程序的流程圖如圖3所示。

除主程序的流程以外，程序模塊設(shè)計(jì)還涉及到定時(shí)器T0初始化程序、中斷服務(wù)程序、故障報(bào)警子程序等相應(yīng)的模塊。

4.2組態(tài)軟件

本系統(tǒng)我們采用WINCC組態(tài)軟件[6]。WINCC是一個(gè)工控系統(tǒng)中的一個(gè)電腦控制組態(tài)軟件，它他可以和PLC通訊，可以點(diǎn)擊組態(tài)中的按鈕來操作一些設(shè)備的運(yùn)行或停止；PLC是可編程控制器[7]，可以利用自己的程序來控制一些設(shè)備的運(yùn)行順序和狀態(tài)，是工業(yè)中必不可少的一種控制方式。

因組態(tài)軟件不能直接讀取AIW通道中的數(shù)據(jù)，所以運(yùn)用STEP7中的傳送指令，將AIW通道中的數(shù)據(jù)傳送到變量存儲(chǔ)區(qū)中，以便組態(tài)軟件從中讀取數(shù)據(jù)。

4.3WINCC與S7-200PLC的通信

WINCC與S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和PROFIBUS兩種協(xié)議之一進(jìn)行。通過PROFIBUS協(xié)議進(jìn)行WINCC與S7-200系列PLC通信的實(shí)現(xiàn),需要以下幾點(diǎn)：(1)軟硬件要求

PC機(jī)，Windows98操作系統(tǒng)；S7-200系列PLC；CP5412板卡或者其他同類板卡，如：CP5613，CP5611；EM277 Profibus DP模塊；Profibus電纜及接頭；安裝CP5412板卡的驅(qū)動(dòng)；安裝WINCC 4.0或以上版本；安裝COM Profibus軟件。(2)組態(tài)

首先，打開SIMATIC NETCOM Profibus，重新建立一個(gè)組態(tài)，主站為SOFTNET-DP，從站是EM277 Profibus-DP。(3)設(shè)置PG/PC interface 在設(shè)置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。(4)WINCC的設(shè)置

在WINCC變量管理器中添加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序，新的驅(qū)動(dòng)程序選擇PROFIBUS DP.CHN，設(shè)定參數(shù)。(5)建立變量

WINCC中的變量類型有In和Out。In和Out是相對(duì)于主站來說的，即In表示W(wǎng)INCC從S7-200系列PLC讀入數(shù)據(jù)，Out表示W(wǎng)INCC向S7-200系列PLC寫出數(shù)據(jù)。In和Out與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)V區(qū)對(duì)應(yīng)。(6)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：該方法數(shù)據(jù)傳輸速度快，易擴(kuò)展，實(shí)時(shí)性好；

缺點(diǎn)：傳送數(shù)據(jù)區(qū)域有限(最大64字節(jié))，在PLC中也必須進(jìn)行相應(yīng)的處理，且硬件成本高，需要Profibus總線等硬件，還需要Com Profibus軟件。

應(yīng)用場(chǎng)合：適用于要求高速數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)。

圖4 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

5系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面 圖4為系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面。

6結(jié)束語

文中介紹的新型供水方式不論在設(shè)備的投資運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，自動(dòng)化程序等方面，都是具有無法替代的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前，該系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種的方向發(fā)展，而追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化將成為必然趨勢(shì)。

于平

第三篇：西門子MM430變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

西門子MM430變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

2009-10-15

來源：工控商務(wù)網(wǎng)

瀏覽：88 摘要：本文主要介紹西門子公司MICROMASTER430變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的原理、組成及調(diào)試方法。

一：引言

城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高層建筑的不斷增長(zhǎng)，城市供水的公用管網(wǎng)的壓力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的要求，對(duì)供水的二次加壓已被廣泛采用。其中變頻恒壓供水由于自動(dòng)化程度高，維護(hù)方便、具有節(jié)能功能，成為主要的二次加壓方式。按供水的特性，變頻恒壓供水主要有分為：恒壓變流量和變壓變流量?jī)纱箢悾诒疚牡闹胁捎煤銐鹤兞髁康墓┧绞健?/p>

二：系統(tǒng)組成及工作原理

系統(tǒng)為賓館的供水系統(tǒng)，分為冷水、熱水兩大供水系統(tǒng)，系統(tǒng)單線如圖1

Q1控制的變頻器為冷水供水系統(tǒng)，Q2控制的變頻器為熱水供水系統(tǒng)，系統(tǒng)為1拖1的恒壓供水，兩臺(tái)電機(jī)為互備，可選擇使用1#泵或2#泵運(yùn)行，KM3、KM8為手動(dòng)工頻運(yùn)行選擇，作為變頻的維修系統(tǒng)備用，KM2，KM3、KM7，KM8為機(jī)械互鎖的接觸器，保證選擇變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行的正確切換。

變頻恒壓供水的基本原理:以壓力傳感器和變頻器組成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)高峰用戶的水壓恒定，和低峰時(shí)的變頻的休眠功能，得到恒壓供水和節(jié)能的目的。

系統(tǒng)的硬件組成如下：

熱水系統(tǒng)：電機(jī)參數(shù)： Pe=15kw Ue=380v Ie=26.8A Ne=1490rpm 變頻器型號(hào)： 6SE64430-2AD31-8DA0 Pe=18.5kw Ie=38A 壓力傳感器： GYG2000 反饋信號(hào)4-20mA 供電+24V 量程0-0.5Mpa 冷水系統(tǒng)：電機(jī)參數(shù)： Pe=22kw Ue=380v Ie=39.4A Ne=2940rpm 變頻器型號(hào)： 6SE64430-2AD33-7EA0 Pe=30.5kw Ie=62A 壓力傳感器： GYG2000 反饋信號(hào)4-20mA 供電+24V 量程0-0.5MPa 三：PID閉環(huán)控制功能的實(shí)現(xiàn)及調(diào)試方法

西門子MICROMASTER430變頻器的內(nèi)置PID功能，利用裝在水泵附近的主出水管上的壓力傳感器，感受到的壓力轉(zhuǎn)化為4-20mA電信號(hào)作為反饋信號(hào)。根據(jù)賓館的層高設(shè)定壓力值作為給定值，變頻器內(nèi)置調(diào)節(jié)器作為壓力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將來自壓力傳感器的壓力反饋信號(hào)與出口壓力給定值比較運(yùn)算，其結(jié)果作為頻率指令輸送給變頻器，調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速使出口壓保持一定。即當(dāng)用水量增加，水壓降低時(shí)，調(diào)節(jié)器使變頻器輸出頻率增加，電機(jī)拖動(dòng)水泵加速，水壓增大；反之，當(dāng)用水量減少，水壓上升，調(diào)節(jié)器使變頻器輸出頻率減少，電機(jī)拖動(dòng)水泵減速，水壓減小。

由于壓力傳感器是兩線傳感器在接線必須采用正確的接線方式，將變頻器的+24V控制電源連接到傳感器的+端，傳感器的-連接到PID的+輸入，同時(shí)還必須將PID的-端連接到變頻器控制電源的0V端。具體接線圖如圖2

圖2中把傳感器送回的電流信號(hào)送入到變頻器的模擬量輸入2作為反饋值，根據(jù)賓館的層高設(shè)定的壓力值為0.35MPa,對(duì)應(yīng)輸出頻率為35Hz，對(duì)應(yīng)反饋電流15.2mA.PID閉環(huán)控制功能的具體參數(shù)設(shè)置如圖3

參數(shù)的設(shè)定方法：PID主設(shè)定值P2253可選擇的源有以下幾種，模擬輸入、固定PID設(shè)定值、已激活的PID設(shè)定值，在本系統(tǒng)中采用固定給定值。PID反饋值P2264可選擇的源為模擬輸入1或模擬輸入2在系統(tǒng)中采用模擬輸入2，系統(tǒng)的PID參數(shù)設(shè)定如下： P0701=99 P2200=722.0 P2016=1 P2201=70% P2253=2224 設(shè)定主給定值固定值為35Hz。

P2264=755.1設(shè)定反饋值為模擬量輸入2。

上述參數(shù)設(shè)定好以后，設(shè)定P2200=1，使能PID功能，設(shè)定P2250=1進(jìn)行PID自整定，整定完成后，采用了整定后的積分和比例參數(shù)基本滿足了系統(tǒng)的工藝要求。

PID調(diào)試的注意事項(xiàng)：使能PID功能后系統(tǒng)的加減速時(shí)間為P2257、P2258的設(shè)定值，而不是原來的P1120、P1121。使能PID功能后 PID的限幅值的上升、下降時(shí)間P22936必須根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行設(shè)定,否則變頻器將報(bào)故障F0002。為提高系統(tǒng)的抗干擾能力,要求根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,對(duì)反饋值進(jìn)行濾波環(huán)節(jié)處理，在本系統(tǒng)中因?yàn)橹鹘o定設(shè)定值采用固定給定，所以對(duì)主給定設(shè)定值不必進(jìn)行濾波環(huán)節(jié)處理。

四：節(jié)能功能的實(shí)現(xiàn)

在PID控制過程中，當(dāng)反饋信號(hào)大于主設(shè)定頻率時(shí)，系統(tǒng)偏差（ΔP）為負(fù)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的頻率逐漸降低，但仍在不停運(yùn)轉(zhuǎn)，在系統(tǒng)偏差不斷調(diào)節(jié)的同時(shí)，系統(tǒng)不斷消耗電能。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，西門子對(duì)MM430變頻器設(shè)計(jì)了節(jié)能控制功能。出發(fā)點(diǎn)如下：當(dāng)電機(jī)的頻率降低到某一比較頻率（P2390）時(shí)，激活節(jié)能定時(shí)器（P2391），當(dāng)定時(shí)時(shí)間到期時(shí)，按斜坡下降時(shí)間停車，即輸出功率為零，在無輸出的情況下，系統(tǒng)偏差會(huì)迅速?gòu)呢?fù)到正變化，當(dāng)偏差超過某一設(shè)定值（P2392）時(shí)，再起動(dòng)電機(jī)，當(dāng)電機(jī)頻率按斜坡上升時(shí)間升到某一值時(shí)（此值稍大于P2390設(shè)定頻率），投入PID，使系統(tǒng)恢復(fù)正常控制。

參數(shù)的設(shè)定方法： P2390要低于PID主設(shè)定值所對(duì)應(yīng)頻率一定幅度，以保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常的PID控制，如果P2390太小，節(jié)能又不易投入，在本系統(tǒng)中設(shè)定2390=20Hz，P2391定時(shí)器時(shí)間的設(shè)定要依據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，如果系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間快，則P2391應(yīng)設(shè)定較小的值。在本系統(tǒng)中，P2391= 900秒，P2292=0.5。設(shè)定參數(shù)的注意事項(xiàng)：系統(tǒng)的節(jié)能功能投入后，PID功能則解除，所以系統(tǒng)的加減速時(shí)間P1120、P1121必須根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，最高、最低頻率必須設(shè)定。

五：結(jié)束語

系統(tǒng)調(diào)試完畢后已投入運(yùn)行，從運(yùn)行效果看，系統(tǒng)的運(yùn)行水壓穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，得到了設(shè)計(jì)要求，節(jié)能效果比較明顯。

MM430能夠?qū)崿F(xiàn)壓力,流量等的PID閉環(huán).PID閉環(huán)的三個(gè)要素: 1.給定 2.反饋 3.PID控制器 正確設(shè)置與這三個(gè)要素的相關(guān)參數(shù)就可實(shí)現(xiàn)PID閉環(huán).相關(guān)參數(shù)如下: 1.P2200 PID 控制器使能 2.P2253 PID 給定值 3.P2264 PID 反饋值 4.P2280 PID 比例增益系數(shù) 5.P2285 PID 積分時(shí)間

PID 比例增益系數(shù)和PID 積分時(shí)間應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整,不同的應(yīng) 用,P2800.P2285 所設(shè)置的數(shù)值都不一樣.實(shí)際應(yīng)用中PID 給定值和PID 反饋值可由多種通道輸入,以下例子給予說明.例子1: 模擬輸入1 為PID 給定 模擬輸入2 為PID 反饋 調(diào)試步驟如下: 1.參照手冊(cè)3-12,3-13 頁(yè)進(jìn)行快速調(diào)試: 2.P2200 = 1 PID 調(diào)節(jié)器使能

3.P2253 = 755:0 模擬輸入1 為PID 給定 4.P2264 = 755:1 模擬輸入2 為PID 反饋 5.P2280 = 8 PID 比例增益系數(shù)(僅供參考)P2285 = 80 PID 積分時(shí)間(僅供參考)

變頻器在工業(yè)鍋爐給水系統(tǒng)上的應(yīng)用(1)

收藏本文章 引言工業(yè)蒸汽鍋爐的過程控制系統(tǒng)包括汽包水位控制系統(tǒng)和燃燒過程控制系統(tǒng)，兩系統(tǒng)在鍋爐運(yùn)行過程中互相耦合，所以控制起來非常困難。在此，我們暫不考慮系統(tǒng)間的耦合，只是對(duì)蒸汽鍋爐的給水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。某企業(yè)有2臺(tái)20t燃煤蒸汽鍋爐，如圖1所示。這2臺(tái)鍋爐通過1個(gè)給水母管分別給各自汽包供水，用汽量小的季節(jié)，2臺(tái)鍋爐只運(yùn)行1臺(tái)，當(dāng)用汽量較大時(shí)，則必須2臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行。由于給水泵額定功率為37kw，一般情況下，1臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)，只開1臺(tái)給水泵裕量仍較大，而2臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行且用汽量較大時(shí)，只開1臺(tái)給水泵無法滿足需要，而開2臺(tái)給水泵后，相對(duì)單臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)，裕量更大。由于2臺(tái)鍋爐分別由2套dcs系統(tǒng)控制各自的電動(dòng)閥門調(diào)節(jié)各自汽包的給水量，運(yùn)行中，閥門開度較小造成給水母管壓力較大，不僅浪費(fèi)了大量的電能，較高的水壓還對(duì)管道、水泵葉輪和閥門造成損害 變頻改造方案基于系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，本著既能節(jié)能降耗，又能控制簡(jiǎn)便、安全且投資較少的原則，我們?cè)O(shè)計(jì)了1套1臺(tái)變頻器拖動(dòng)3臺(tái)電機(jī)的方案。具體如圖2所示。

圖1 給水原理圖

在本方案中，充分利用了鍋爐層有的dcs控制系統(tǒng)，同時(shí)增加了變頻器、可編程序控制器(plc)和控制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置。(1)硬件控制系統(tǒng)a)西門子mm430變頻器mm430變頻器是西門子公司最新研制生產(chǎn)的一種適用于各種變速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合的高性能變頻器(調(diào)試簡(jiǎn)單、配置靈活)，它具有最新的igbt技術(shù)和高質(zhì)量控制系統(tǒng)，完善的保護(hù)功能和較強(qiáng)的過載能力以及較寬的工作環(huán)境溫度，安裝接線方便，兩路可編程的隔離數(shù)字輸入、輸出接口以及模擬輸入、輸出接口等優(yōu)點(diǎn)，使其配置靈活多樣，控制簡(jiǎn)單方便，易于操作維護(hù)。

圖2 控制原理圖

b)西門子s7-200型plc西門子s7-200型plc可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，可直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而穩(wěn)定可靠的工作。適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活。(2)當(dāng)1臺(tái)鍋爐運(yùn)行時(shí)由于只開1臺(tái)給水泵，就足夠鍋爐汽包所需用水量，故此時(shí)，系統(tǒng)只對(duì)運(yùn)行鍋爐的汽包水位進(jìn)行恒液位控制即可。將切換開關(guān)置于相應(yīng)位置，通過鍋爐原有dcs控制系統(tǒng)中的手動(dòng)操作器將控制該鍋爐汽包進(jìn)水量的電動(dòng)閥完全打開后，再通過控制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置切斷該控制信號(hào)，使原有控制回路斷開，電動(dòng)閥保持全開狀態(tài)，同時(shí)，將該鍋爐汽包液位信號(hào)切入plc，讓plc將該鍋爐汽包液位信號(hào)進(jìn)行pid運(yùn)算處理后，再由控制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，將plc輸出的4~20ma模擬信號(hào)傳遞給變頻器，從而控制變頻器的輸出轉(zhuǎn)速。在本控制過程中，關(guān)鍵的問題是過程參數(shù)pid(p:比例系數(shù)i:積分系數(shù)、d:微分系數(shù))的整定。由于工業(yè)鍋爐運(yùn)行過程中，用汽量的多小和蒸汽壓力的大小，決定了給水流量的大小和給水壓力的大小。為了保證系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行，不出現(xiàn)大的波動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)造成影響，在調(diào)試過程中，應(yīng)多次反復(fù)調(diào)整pid參數(shù)，直至出現(xiàn)最佳控制過程。(3)當(dāng)兩臺(tái)鍋爐同進(jìn)運(yùn)行時(shí)由于2臺(tái)鍋爐分別由兩套dcs系統(tǒng)控制，在運(yùn)行過程，雖然蒸汽并網(wǎng)后壓力相同，但由于燃燒過程中存在不確定性，兩臺(tái)鍋爐汽包各自的液位就必然存在差異。因此，單臺(tái)鍋爐運(yùn)行中所用的恒液位控制方案在此就不再適合。通過給水原理圖(圖1)我們不難發(fā)現(xiàn)，要對(duì)2臺(tái)鍋爐汽包的液位分別控制，最理想的方案是將1個(gè)給水母管向2臺(tái)鍋爐給水的現(xiàn)狀徹底改變，將給水系統(tǒng)分開，使每個(gè)鍋爐都有自己獨(dú)立的給水系統(tǒng)，再在此基礎(chǔ)上加裝變頻控制，由1臺(tái)變頻器單獨(dú)控制1臺(tái)鍋爐的給水。但此方案不僅改動(dòng)較大，投資較高，且要停產(chǎn)改造，顯然是行不通的。為了能在不改變?cè)邢到y(tǒng)現(xiàn)狀的前提下，更好的利用變頻裝置，節(jié)能降耗，減小系統(tǒng)運(yùn)行，維護(hù)費(fèi)用，提高原有系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，我們針對(duì)該企業(yè)2臺(tái)鍋爐的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套專用于2臺(tái)(或2臺(tái)以上)鍋爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)的控制方案，即:蒸汽壓力和母管給水壓力的恒壓差控制方案。

當(dāng)2臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行時(shí)，由于外供蒸汽并管，故蒸汽壓力相同，又由于2鍋爐由同一母管給水，故給水壓力也相同。但由于蒸汽用量的變化不定和鍋爐燃燒情況的不同，蒸汽壓力是時(shí)刻變化的。這樣，為了能保證給鍋爐汽包供上水，就必須要求給水的壓力始終高于蒸汽壓力，由圖2我們看到，由plc采集蒸汽壓力和母管給水壓力，通過處理、比較后，得到二者的差值，再將此差值通過pid運(yùn)算處理，輸出4~20ma的模擬信號(hào)給控制信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置。再由該裝置將信號(hào)傳輸給變頻器，從而控制變頻器的運(yùn)行速度。這樣雖然可以保證給水母管壓力始終高于鍋爐蒸汽壓力(壓力差的大小可以通過plc在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié))，但鍋爐各自汽包的液位卻無法再通過調(diào)節(jié)變頻器的轉(zhuǎn)速去控制。在此，我們充分利用了原有給水控制裝置，即汽包各自的進(jìn)水電動(dòng)閥門。仍由鍋爐原有dcs控制系統(tǒng)采集各自汽包的液位，蒸汽壓力，給水壓力和給水流量等信號(hào)，去相應(yīng)的調(diào)整進(jìn)水電動(dòng)閥的開度，從而控制各汽泡液位和進(jìn)水流量。此方案由于存在閥門的調(diào)節(jié)，所以理論上不能最大限度的節(jié)能降耗，但實(shí)際應(yīng)用中，由于減小了給水母管與蒸汽壓力之間的壓力差，使電動(dòng)閥門的開度由原來的平均10%左右開大到75%左右，系統(tǒng)回水閥門關(guān)閉，仍大大節(jié)約了能源。且本方案充分考慮了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，一旦變頻器故障，系統(tǒng)可立即自動(dòng)由變頻運(yùn)行狀態(tài)切換至原有工頻運(yùn)行狀態(tài)，完全恢復(fù)改造前的運(yùn)行狀態(tài)，保證鍋爐正常運(yùn)行。變頻故障解除后，仍可方便的手動(dòng)切換為變頻狀態(tài)，使變頻器方便的投入運(yùn)行，且不影響鍋爐的運(yùn)行。plcplc是本系統(tǒng)的核心控制器件，它不僅辨識(shí)、處理各種運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行系統(tǒng)間的邏輯運(yùn)算和聯(lián)鎖保護(hù)，還對(duì)輸入的多個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算后，輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)控制變頻器的運(yùn)行速度。主程序結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其中，對(duì)液位信號(hào)進(jìn)行pid運(yùn)算的子程序，原理圖和程序框圖如圖

3、圖4所示。

圖3 pid原理圖 注意事項(xiàng)(1)由于變頻器產(chǎn)生高次諧波，會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生干擾，同時(shí)由于plc采集模擬信號(hào)，要進(jìn)行a/d和d/a轉(zhuǎn)換處理，在此過程中，容易受到變頻器高次諧波的影響而失真。因此，必須將變頻器零地分接且加裝液波裝置，對(duì)plc用隔離變壓器供電，最好將plc安裝于距離變頻器較遠(yuǎn)的位置

第四篇：PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

基于上述情況對(duì)某生活區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用plc作為中心控制單元，利用變頻器與pid相結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、儲(chǔ)水池及泵房組成，其中泵房裝有1#~3#共3臺(tái)150kw泵機(jī)。另外，還有多個(gè)電動(dòng)閘閥或電動(dòng)蝶閥控制各供水回路和水流量。由于該供水網(wǎng)較大，系統(tǒng)需要供水量每小時(shí)開2臺(tái)泵向管網(wǎng)充壓，供水量大時(shí)開3臺(tái)泵同時(shí)向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件為控制系統(tǒng)提供反饋信號(hào)，由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用pid調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用plc參與控制的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用。選擇frn160g7p-4變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，可編程序控制器選擇日本松下fp1-c40型，且配有a/d和d/a模塊，其原理框圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖

控制系統(tǒng)主要由plc、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成。控制核心單元plc根據(jù)手動(dòng)設(shè)定壓力信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的反饋信號(hào)經(jīng)plc的分析和計(jì)算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過pid運(yùn)算后，plc將0~5v的模擬信號(hào)輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟啟動(dòng);plc通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過i/o端口開關(guān)量的輸出驅(qū)動(dòng)切換繼電器組，以此來協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機(jī)臺(tái)數(shù)，并完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整電機(jī)組中投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和plc的i/o分配

系統(tǒng)程序包括啟動(dòng)子程序和運(yùn)行子程序，其流程圖如圖2所示。運(yùn)行子程序又包括模擬調(diào)節(jié)子程序(其流程圖如圖3所示)和電機(jī)切換子程序(流程圖略)，電機(jī)切換子程序又包括加電機(jī)子程序和減電機(jī)子程序(程序設(shè)計(jì)略)。plc的輸入、輸出端子分配情況如附表所示。

圖2 啟動(dòng)程序流程圖

圖3 模擬調(diào)節(jié)流程圖 系統(tǒng)工作過程

加上啟動(dòng)信號(hào)(x4)后，此信號(hào)被保持，當(dāng)條件滿足時(shí)，(即x2為“1”)時(shí)，開始啟動(dòng)程序，此時(shí)由plc控制1#電機(jī)變頻運(yùn)行(此時(shí)y0、y6、y7亮)，同時(shí)定時(shí)器t0開始計(jì)時(shí)(10s)，若計(jì)時(shí)完畢x2仍亮，則關(guān)閉y0、y6，(y7仍亮，)t2延時(shí)1s。延時(shí)有兩方面的原因: 一是使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻器減速為0，以重新啟動(dòng)另一臺(tái)電機(jī)。延時(shí)完畢，則有1#機(jī)投入工頻運(yùn)行，2#機(jī)投入變頻運(yùn)行，此時(shí)y1、y2、y6、y7亮，同時(shí)定時(shí)器t1開始計(jì)時(shí)(10s)，若計(jì)時(shí)完畢x2仍未滅，則關(guān)閉y2、y6，(y1、y7仍亮，)t3延時(shí)1s，延時(shí)完畢，將2#機(jī)投入工頻運(yùn)行，3#機(jī)投入變頻運(yùn)行，(此時(shí)y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7滅掉后，則整個(gè)啟動(dòng)程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行調(diào)節(jié)程序，此后啟動(dòng)程序不再發(fā)生作用，直到下一次重新啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中，無論幾臺(tái)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，x2一旦滅掉，則應(yīng)視為啟動(dòng)結(jié)束(y7滅掉)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序。綜合整個(gè)啟動(dòng)過程，完成三臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)最多需要22s的時(shí)間。

運(yùn)行過程中，若模擬調(diào)節(jié)器節(jié)上、下限值均未達(dá)到(即x1、x2滅)，則此時(shí)變頻器處于模擬調(diào)節(jié)狀態(tài)(此時(shí)相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行信號(hào)和y6亮)。

若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)上限值(x1亮)，則定時(shí)器t4馬上開始定時(shí)(5s)，定時(shí)過程中監(jiān)控x1，若x1又滅掉，則關(guān)閉定時(shí)器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié);若t4定時(shí)完畢，x1仍亮，則啟動(dòng)一低速(y8亮)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時(shí)定時(shí)器t5開始定時(shí)(3s)。定時(shí)完畢，若x1仍亮，則關(guān)閉此多段速，啟動(dòng)一更低速(y9)，同時(shí)定時(shí)器t6定時(shí)(10s)。定時(shí)完畢，若x1仍亮，則關(guān)掉y9，此后x0很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入切換動(dòng)作程序。在此兩級(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時(shí)，若x0亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行切換動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入切換程序，同樣，若無論何時(shí)，x1滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)下限值(x2亮)，則定時(shí)器t7馬上開始定時(shí)(5s)，定時(shí)過程中監(jiān)控x2，若x2又滅掉，則關(guān)閉定時(shí)器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié)，若t7定時(shí)完畢，x2仍亮，則啟動(dòng)一高速(y7、y2)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時(shí)定時(shí)器t8開始定時(shí)(3s)，定時(shí)完畢。若x2仍亮，則關(guān)閉此多段速，啟動(dòng)一更高速(y8、y9)，同時(shí)定時(shí)器t9定時(shí)(10s)，定時(shí)完畢。若x2仍亮，則關(guān)掉y8、y9，此后x3很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入加電機(jī)動(dòng)作程序。在此兩級(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時(shí)，若x3亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行加電機(jī)動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入加電機(jī)程序。同樣，若無論何時(shí)，x2滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

電機(jī)切換程序分為電機(jī)切除程序和加電機(jī)程序兩部分。此程序動(dòng)作的條件是:啟動(dòng)結(jié)束后無論何時(shí)x0亮，一旦條件滿足，即由plc根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來決定相應(yīng)切換哪臺(tái)電機(jī)，切換時(shí)只能切換工頻運(yùn)行電機(jī)。

若工作狀態(tài)是一臺(tái)變頻一臺(tái)工頻，則立即切除工頻電機(jī)，然后計(jì)數(shù)值減1，即完成此過程，再由調(diào)節(jié)程序運(yùn)行，調(diào)節(jié)至滿足要求為止。

若3臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作，則應(yīng)由plc來決定切除哪臺(tái)工頻運(yùn)行電機(jī)。切除依據(jù)是3臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的大小，誰大切誰，切除掉一臺(tái)后，要由定時(shí)器定時(shí)(5s)等待，以便變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)切除動(dòng)作。這主要是考慮到本系統(tǒng)的非線性和大小慣性因素而采取的措施。

加電機(jī)程序, 其動(dòng)作程序是:啟動(dòng)結(jié)束后無論何時(shí)x2亮, 一旦條件滿足, 立即關(guān)掉變頻運(yùn)行電機(jī)和變頻器，延時(shí)一段時(shí)間后(原因同上), 將原變頻運(yùn)行電機(jī)投入工頻運(yùn)行，同時(shí)打開變頻器和將要啟動(dòng)電機(jī)的變頻開關(guān), 完成加電機(jī)。

同樣，若原有2臺(tái)電機(jī)工頻工作，則x2一亮，立即開始加另一臺(tái)電機(jī)(無延時(shí))，(加電機(jī)依據(jù)是判斷計(jì)數(shù)值，誰小加誰)。但加電機(jī)完成以后，定時(shí)器要開始定時(shí)(5s)等待，讓變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)加電機(jī)動(dòng)作。其過程分為:結(jié)束語

用變頻器來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點(diǎn)是: 起動(dòng)平穩(wěn),起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合,恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對(duì)環(huán)境的污染。參考文獻(xiàn)

[1] 常斗南.電氣控制與plc應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003 [2] fp1型可編程控制器c24/c40/c60操作手冊(cè) [3] 變頻器說明手冊(cè).富士電機(jī)有限公司

[4] 曾 毅.變頻調(diào)速控制系統(tǒng).濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2002 作者簡(jiǎn)介

張全莊(1963-)男 講師/碩士 主要研究方向:工業(yè)電氣自動(dòng)控制與plc應(yīng)用。

第五篇：PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水壓力不足或短時(shí)斷水，可能會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

基于上述情況對(duì)某生活區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用PLC作為中心控制單元，利用變頻器與PID相結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、儲(chǔ)水池及泵房組成，其中泵房裝有1#～3#共3臺(tái)150kW泵機(jī)。另外，還有多個(gè)電動(dòng)閘閥或電動(dòng)蝶閥控制各供水回路和水流量。由于該供水網(wǎng)較大，系統(tǒng)需要供水量每小時(shí)開2臺(tái)泵機(jī)向管網(wǎng)充壓，供水量大時(shí)，開3臺(tái)泵機(jī)同時(shí)向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件，為控制系統(tǒng)提供反饋信號(hào)，由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用PLC參與控制的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用?？删幊绦蚩刂破鬟x擇日本松下FP1-C40型，且配有A/D和D/A模塊，其原理框圖如圖1所示。變頻器選擇FRN1 60G7P-4實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行。

控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成?？刂坪诵膯卧狿LC根據(jù)手動(dòng)設(shè)定壓力信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的反饋信號(hào)經(jīng)PLC的分析和計(jì)算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過PID運(yùn)算后，PLC將0～5V的模擬信號(hào)輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟起動(dòng);PLC通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過I/O端口開關(guān)量的輸出驅(qū)動(dòng)切換繼電器組，以此來協(xié)調(diào)投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)，并完成電機(jī)的起停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整電機(jī)組中投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和PLC的I/O分配

系統(tǒng)程序包括起動(dòng)子程序和運(yùn)行子程序，其流程圖如圖2所示。運(yùn)行子程序又包括模擬調(diào)節(jié)子程序(其流程圖如圖3所示)和電機(jī)切換子程序(流程圖略)，電機(jī)切換子程序又包括加電機(jī)子程序和減電機(jī)子程序(程序設(shè)計(jì)略)。PLC的輸入、輸出端子分配情況如附表所示。系統(tǒng)工作過程

加上起動(dòng)信號(hào)(X4)后，此信號(hào)被保持，當(dāng)條件滿足(即X2為“1”)時(shí)，開始起動(dòng)程序，此時(shí)由PLC控制1# 電機(jī)變頻運(yùn)行(此時(shí)Y0、Y6、Y7亮)，同時(shí)定時(shí)器T0開始計(jì)時(shí)(10s)，若計(jì)時(shí)完畢X2仍亮，則關(guān)閉Y0、Y6(Y7仍亮)，T2延時(shí)1s(延時(shí)是為了兩方面的原因:一是使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻帶器減速為零，以重新起動(dòng)另一臺(tái)電機(jī))。延時(shí)完畢，則有1#機(jī)投入工頻運(yùn)行，2#機(jī)投入變頻運(yùn)行，此時(shí)Y1、Y2、Y6、Y7亮，同時(shí)定時(shí)器T1開始計(jì)時(shí)(10s)，若計(jì)時(shí)完畢X2仍未滅，則關(guān)閉Y2、Y6，(Y1、Y7仍亮，)T3延時(shí)1s，延時(shí)完畢，將2#機(jī)投入工頻運(yùn)行，3#機(jī)投入變頻運(yùn)行，(此時(shí)Y1、Y3、Y4、Y6、Y7亮，)再次等待Y7滅掉后，則整個(gè)起動(dòng)程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行調(diào)節(jié)程序，此后起動(dòng)程序不再發(fā)生作用，直到下一次重新起動(dòng)。在起動(dòng)過程中，無論幾臺(tái)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，X2一旦滅掉，則應(yīng)視為起動(dòng)結(jié)束(Y7滅掉)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序。綜合整個(gè)起動(dòng)過程，完成3臺(tái)電機(jī)的起動(dòng)最多需要22s的時(shí)間。

運(yùn)行過程中，若模擬調(diào)節(jié)器節(jié)上、下限值均未達(dá)到(即X1、X2滅)，則此時(shí)變頻器處于模擬調(diào)節(jié)狀態(tài)(此時(shí)相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行信號(hào)和Y6亮)。若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)上限值(X1亮)，則定時(shí)器T4馬上開始定時(shí)(5s)。定時(shí)過程中監(jiān)控X1，若X1又滅掉，則關(guān)閉定時(shí)器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié);若T4定時(shí)完畢，X1仍亮，則起動(dòng)一低速(Y8亮)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時(shí)定時(shí)器T5開始定時(shí)(3s)，定時(shí)完畢。若X1仍亮，則關(guān)閉此多段速，起動(dòng)一更低速(Y9)，同時(shí)定時(shí)器T6定時(shí)(10s)。定時(shí)完畢，若X1仍亮，則關(guān)掉Y9，此后X0很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入切換動(dòng)作程序。在此兩級(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時(shí)，若X0亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行切換動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入切換程序。同樣，若無論何時(shí)，X1滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)下限值(X2亮)，則定時(shí)器T7馬上開始定時(shí)(5s)，定時(shí)過程中監(jiān)控X2，若X2又滅掉，則關(guān)閉定時(shí)器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié)，若T7定時(shí)完畢，X2仍亮，則起動(dòng)一高速(Y7、Y2)，進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)，同時(shí)定時(shí)器T8開始定時(shí)(3s)，定時(shí)完畢。若X2仍亮，則關(guān)閉此多段速，起動(dòng)一更高速(Y8、Y9)，同時(shí)定時(shí)器T9定時(shí)(10s)，定時(shí)完畢。若X2仍亮，則關(guān)掉Y8、Y9，此后X3很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入加電機(jī)動(dòng)作程序。在此兩級(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時(shí)，若X3亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行加電機(jī)動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入加電機(jī)程序。同樣，若無論何時(shí)，X2滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié)。

電機(jī)切換程序分為電機(jī)切除程序和加電機(jī)程序兩部分。此程序動(dòng)作的條件是:起動(dòng)結(jié)束后無論何時(shí)X0亮，一旦條件滿足，即由PLC根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來決定相應(yīng)切換哪臺(tái)電機(jī)，切換時(shí)只能切換工頻運(yùn)行電機(jī)。

若工作狀態(tài)是1臺(tái)變頻1臺(tái)工頻，則立即切除工頻電機(jī)，然后計(jì)數(shù)值減1，即完成此過程，再由調(diào)節(jié)程序運(yùn)行，調(diào)節(jié)至滿足要求為止。

若3臺(tái)電機(jī)同時(shí)工作，則應(yīng)由PLC來決定切除哪臺(tái)工頻運(yùn)行電機(jī)。切除依據(jù)是3臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的大小，誰大切誰，切除掉一臺(tái)后，要由定時(shí)器定時(shí)(5s)等待，以便變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)切除動(dòng)作。這主要是考慮到本系統(tǒng)的非線性和大小慣性因素而采取的措施。圖3運(yùn)行時(shí)模擬調(diào)節(jié)子程序流程圖加電機(jī)程序，其動(dòng)作程序是:起動(dòng)結(jié)束后無論何時(shí)X2亮，一旦條件滿足，立即關(guān)掉變頻運(yùn)行電機(jī)和變頻器，延時(shí)一段時(shí)間后(原因同上)，將原變頻運(yùn)行電機(jī)投入工頻運(yùn)行，同時(shí)打開變頻器和將要起動(dòng)電機(jī)的變頻開關(guān)，完成加電機(jī)。

同樣，若原有2臺(tái)電機(jī)工頻工作，則X2一亮，立即開始加另一臺(tái)電機(jī)(無延時(shí))，(加電機(jī)依據(jù)是判斷計(jì)數(shù)值，誰小加誰)但加電機(jī)完成以后，定時(shí)器要開始定時(shí)(5s)等待，讓變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)加電機(jī)動(dòng)作。其過程分為:1# → 2#、1# → 3#、2# → 3#、2# → 1#、3# → 2#、3# → 1#。結(jié)束語

用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點(diǎn)是:起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對(duì)環(huán)境的污染。

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作者簡(jiǎn)介

張全莊(1963-)講師 現(xiàn)為陜西科技大學(xué)在讀碩士，主要研究方向:工業(yè)電氣自動(dòng)控制與PLC應(yīng)用。