供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施实现的。随着变频调速技术的日益成熟和广泛的应用，利用内部包含用PID调节器、单片机、PLC等器件有机结合的供水专用变频器构成控制系统，调节水泵输出流量，以实现恒压供水。变频器恒压供水，如上图3-1所示。
利用变频器内部的PID调节功能，如图3-2，目标信号SP是一个与压力的控制目标相对应的值，通常用百分数表示。反馈信号PV是压力变送器PS反馈回来的信号，该信号是一个反映实际压力的信号。SP和PV两者是相减的，其合成信号MV＝（SP-PV)，经过PID调节处理后得到频率给定信号，决定变频器的输出频率f。当用水流量减小时，供水能力QG＞用水流量QU，则供水压力上升，PV↑，合成信号（SP-PV)↓，变频器输出频率f↓，电动机转速n↓，供水能力QG↓直至压力大小回复到目标值，供水能力与用水流量重新平衡（QG=QU)时为止；反之，当用水流量增加，使QG 图3-2 变频器PID调节功能 2、“一拖多”恒压供水 实际应用中，单台水泵供水一般不能满足用水要求，常用多泵单变频恒压供水。即是“一拖多”控制方案，这种多台泵调速的方式，系统通过计算判定目前是否已达到设定压力，决定是否增加（投入）或减少（撤出）水泵。即当一台水泵工作频率达到最高频率时，若管网水压仍达不到预设水压，则将此台泵切换到工频运行，变频器将自动起动第二台水泵，控制其变频运行。此后，如压力仍然达不到要求，则将该泵又切换至工频，变频器起动第三台泵，直到满足设定压力要求为止（最多可控制6台水泵）。反之，若管网水压大于预设水压，控制器控制变频器频率降低，使变频泵转速降低，当频率低于下限时自动切掉一台工频泵或此变频泵，始终使管网水压保持恒定。 15 由于“一拖多”变频恒压供水系统需要涉及压力PID控制、工频和变频的逻辑切换、轮换控制、巡检控制等功能，所以需要由专门的程序控制来实现。目前流行的“一拖多”变频供水系统主要由以下3种方式： 1）微机控制变频恒压供水系统 此系统以多台水泵并联供水，系统设定一个恒定的压力值，当用水量变化而产生管网压力的变化时，通过远传压力表，将管网压力反馈给PI控制器，通过PI控制器调整变频器的输出频率，调节泵的转速以保持恒压供水；如不能满足供水要求时，则变频器将控制多台变频泵和工频泵的起停而达到恒压变量供水。微机控制变频恒压供水系统如图3-3所示。 图3-3 微机控制变频恒压供水系统 2）PLC控制变频恒压供水系统 PLC控制的恒压变频供水系统与微机控制器类似，所不同的是PLC除了完成供水控制外，还可以完成其他的特殊功能，具有更大的灵活性。 3）供水专用变频器供水系统 采用供水专用的变频器，不需另外配置供水系统的控制，就可完成对由2～6台水泵组成的供水系统的控制，使用相当方便；供水专用变频器=普通变频器+PLC，是集供水控制和供水管理一体化的系统，其内置供水专用PID调节器，只需加一只压力传感器，即可方便地组成供水闭环控制系统，传感器反馈的水压信号直接送入变频器自带的PID调节器输入口，而压力设定既可以使用变频器的键盘设定，也可以采用一 16 只电位器以模拟量的形式送入；这些产品将PID调节器及简易的可编程序控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的供水专用变频器，由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程序控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。 西门子的ＭＭ430变频器供水专用变频器框图如图3-4所示。 图3-4 ＭＭ430变频器供水框图 二、确定控制方案 由于我院实验室中的变频器为通用型，没有多泵切换功能，故我们采用PLC控制变频恒压供水系统。变频器采用MM440，PLC采用S7-200，实现“一拖二”方式。 在加泵过程中,变频器驱动电动机达到额定转速时，变频器内部输出继电器动作，作为一个控制信号将电动机切换到工频电网直接供电运行，而变频器再去启动其他的电动机。以达到电动机软启动和节能的目的，切换过程由PLC控制实现。减泵时，则由PLC控制直接停止工频运行的电动机。采用“启先停”方式。 以电动机M1为例，首先将KM2闭合，M1由变频器恒流启动，当电动机到达50Hz同步转速时，变频器MM440内部输出继电器动作，送出一个开关信号给PLC，由PLC控制KM2断开，KM1吸合，电动机M1转由电网供电。以此类推。变频器继续启动其他电动机。如果某台电动机需要调速，则可安排到最后启动，不再切换至电网供电，而由变频器驱动调速。 在本系统的切换中，对变频器的保护是切换控制可靠运行的关键。系统中可采用 17 硬件和软件的双重连锁保护。启动过程中，必须保证每台电动机由零功率开始升速。为减少电流冲击，必须在达到50Hz时才可切换至电网。KM2断开前，必须首先保证变频器没有输出，KM2断开后，才能闭合KM1，KM1和KM2不可同时闭合。PLC控制程序必须有软件连锁。 MM440变频器有两个模拟输入端ADC1和ADC2，可让一个模拟输入端用作反馈信号输入，另一个模拟输入端用作给定PID的目标值，这样使得PID的目标值能平滑地随意设定，操作很方便。模拟输入端ADC2接入反馈信号0～10V，同时也把反馈信号送给S7-200的模拟输入端；给定的PID目标值由ADC1端通过S7-200的模拟输出输给定。因此，这里PLC采用S7-200 CPU224RLY+EM231+EM232。 触摸屏采用TP170B，直接与S7-200进行点对点连接，通过触摸屏能直接给PLC启/停控制名令以及给M440变频器提供PID的目标值，同时能直接显示网管的压力值。 18 模块四 电气原理图绘制 一、预备知识 电路图是采用国家规定的图形符号和文字符号并按工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部基本组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图。 电气控制电路图通常由主电路和辅助电路两部分组成。 主电路(也称动力电路)是通过强电流的电路。它包括电源电路、受电的动力装置及其控制、保护电器支路等，是由电源开关、电动机、熔断器、接触器主触头、热继电器热元件等组成。 辅助电路是通过弱电流的电路。一般生产机械设备的辅助电路，包括控制电路、照明电路和信号电路等，是由各类接触器、继电器的线圈及其辅助触点，接钮、限位开关的触点及照明信号灯等组成。 在电路图上，主电路、控制电路、照明电路和信号电路应按功能分开绘制。一般将主电路画在图纸的左侧，控制电路、照明电路和信号电路画在图纸的右侧。主电路的电源电路画成水平线，相序L1、L2、L3自上而下排列，中性线N和保护地PE依次画在相线下面。主电路，即每个受电的负载(即动力装置，如电动机)及控制电器(如接触器主触头)、保护电路支路(如熔断器，热继电器热元件)等，应垂直电源电路画出。 控制电路和信号电路应垂直画在一条水平电源线和水平中性线N之间、两条或几条水平电源线之间。电器的线圈、信号灯等耗能元件直接连接在下方水平电源线上或N水平线上，而控制触点连接在上方水平电源线与耗电元件之间。 电气控制电路图绘制的一般规则 1）元件和连接线在电路图中的表示 电气装置主要由电气元件和连接线构成，因此，无论是说明电气工作的原理电路图，表示供电关系的电气系统图，还是表明安装位置和接线关系的平面图和接线图等，都是以电气元件和连接线作为描述的主要内容。对元件和连接线表示方法的不同，便 19
变频器+触摸屏-PLC编程综合实训 - 图文
