西門子6ES7331-7NF00-0AB0型號規(guī)格

1 系統(tǒng)簡介
     為改善生產(chǎn)環(huán)境，沱牌公司清潔水技改工程并建成一座日產(chǎn)水2.5萬頓的供水系統(tǒng)，分別建設(shè)了抽水泵系統(tǒng)、加壓泵系統(tǒng)和高位水池。根據(jù)公司用水需求特點，從抽水泵系統(tǒng)過來的水一部分直接供給生產(chǎn)用水部門，一部分則需通過加壓泵輸送到高位水池，而供給生產(chǎn)用水部門的水壓與供給高位水池的水壓相差較大。同時高位水池距抽水泵房較遠(yuǎn)達(dá)十多公里，高位水池的液位高低和加壓泵系統(tǒng)的設(shè)計以及如何與抽水泵系統(tǒng)“聯(lián)動”也是較難解決的。
    
     鑒于以上特點，從技術(shù)可靠和經(jīng)濟(jì)實用角度綜合考慮，我們設(shè)計了用PLC控制與變頻器控制相結(jié)合的自動恒壓控制供水系統(tǒng)，同時通過主水管線壓力傳遞較經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)了加壓泵系統(tǒng)與抽水泵系統(tǒng)“遠(yuǎn)程聯(lián)動”的控制目的。
     2 系統(tǒng)方案
     系統(tǒng)主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的變頻器、施耐德公司的軟啟動器、電機(jī)保護(hù)器、數(shù)據(jù)采集及其輔助設(shè)備組成。

     2.1 抽水泵系統(tǒng)

     系統(tǒng)為每臺電機(jī)配備電機(jī)保護(hù)器，是因為電機(jī)功率較大，在過載、欠壓、過壓、過流、相序不平衡、缺相、電機(jī)空轉(zhuǎn)等情況下為確保電機(jī)的良好使用條件，達(dá)到延長電機(jī)的使用壽命的目的。
     系統(tǒng)配備水位顯示儀表，可進(jìn)行高低位報警，同時通過PLC可確保取水在合理水位的水質(zhì)監(jiān)控，同時也保護(hù)電機(jī)制正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況。
     系統(tǒng)配備流量計，既能顯示一段時間的累積流量，又能顯示瞬時流量，可進(jìn)行出水量的統(tǒng)計和每臺泵的出水流量監(jiān)控。

     2.2 公司內(nèi)不同壓力供水需求的解決
     為穩(wěn)定可靠地滿足公司內(nèi)部分區(qū)域供水太力（0.4~0.45Mpa）低于主管網(wǎng)水壓力（0.8~0.9Mpa）的要求，配備穩(wěn)壓減壓閥來調(diào)節(jié)，可調(diào)范圍為0.1~0.8Mpa。

     2.3 加壓泵系統(tǒng)
     由于抽水泵房距離高位水池較遠(yuǎn)，直接供水到高位水池抽水泵的揚(yáng)程不足，為此在距離高位水池落差為36米處設(shè)計有一加壓泵房，配備立式離心泵兩臺（一用一備）電機(jī)功率為75KW，揚(yáng)程36米。該加壓泵的控制系統(tǒng)需考慮以下條件：
     （1）若高位水池水位低和主管有水，則打開進(jìn)水電動蝶閥和起動加壓泵向高位水池供水；
     （2）若高位水池水位滿且主管有水，則給出報警信號并關(guān)閉加壓泵和進(jìn)水電動蝶閥；
     （3）若主管無水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必須開啟出水電動蝶閥由高位水池向主管補(bǔ)充不。
    
     像抽水泵一樣，我們?yōu)榧訅罕门鋫淞塑浧饎悠骱碗姍C(jī)保護(hù)器，確保加壓泵長期可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，同時配備了高位水池的水位傳感器和數(shù)顯儀和缺水傳感器。
    
     為保證整個主水管網(wǎng)的恒壓供不，當(dāng)高位水池滿且主水管有水時，加壓泵停止，此時主管壓力將“憋壓”，最終導(dǎo)致主管壓力上升，并將此壓力傳遞到抽水泵房，抽水泵的控制系統(tǒng)檢測到此壓力進(jìn)行恒壓變頻控制，進(jìn)而達(dá)到整個主管網(wǎng)的恒壓供水，這是整個控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。

     3 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

     3.1 全自動平穩(wěn)切換，恒壓控制
     主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號4~20mA送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實際檢測值進(jìn)行PID運(yùn)算，并給出信號直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量不是很大時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保管網(wǎng)的壓和穩(wěn)定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被 PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將一臺備用的泵用變頻器起動后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺備用泵投入變頻運(yùn)行。
    
     當(dāng)用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個信號仍存在時，PLC再停掉一臺工頻運(yùn)行的電機(jī)，直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水。另外，控制系統(tǒng)設(shè)計六臺泵為兩組，每臺泵的電機(jī)累計運(yùn)行時間可顯示，24小時輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運(yùn)行時間，確保了泵的可靠壽命。 PLC資料網(wǎng)

     3.2 半自動運(yùn)行
     當(dāng)PLC系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，自動控制系統(tǒng)失靈，這時候系統(tǒng)工作處于半自動狀態(tài)，即一臺泵具有變頻自動恒壓控制功能，當(dāng)用水量不夠時，可手動投入另外一臺或幾臺工頻泵運(yùn)行。

     3.3 手動
     當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器故障時，為確保用水，六臺泵可分別以手動工頻方式運(yùn)行。

     4 實施效果
     實際運(yùn)行證明本控制系統(tǒng)構(gòu)成了多臺深井泵的自動控制的最經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，在軟件設(shè)計中充分考虎變頻與工頻在切換時的瞬間壓力與電流沖擊，每臺泵均采用軟起動是解決該問題關(guān)鍵。變頻器工作的上下限頻率及數(shù)字PID控制的上下限控制點的設(shè)定對系統(tǒng)的誤差范圍也有不可忽視的作用。

     ①采用變頻恒壓供水，了主管網(wǎng)壓力波動，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。
     ②用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟(jì)地解決了不同用水壓力的問題。
     ③拓寬運(yùn)用變頻恒壓控制原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠(yuǎn)程通訊總是并達(dá)到異地連鎖控制的目的。
     ④在抽水泵房設(shè)置連續(xù)液位顯示，并將信號傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機(jī)，設(shè)定的取水位置，確保水的質(zhì)量。
     ⑤電機(jī)既有電機(jī)保護(hù)器，又有軟起動器，克服了起動時的大電流沖擊，相對延長了電機(jī)制使用壽命。
     ⑥由于采用PLC控制的壓力自動控制，可以實現(xiàn)無人遠(yuǎn)程操作，系統(tǒng)的PLC預(yù)留有RS485接口，可與公司總調(diào)度室計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

4、數(shù)字量輸出模塊SM322(輸出8路)。接受PLC控制單元的指令，完成電機(jī)驅(qū)動信號輸出，通過出口中間繼電器，驅(qū)動電機(jī)操作回路，完成電機(jī)分批自啟動。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計

電機(jī)分批自啟動系統(tǒng)軟件主要為：

1、完成系統(tǒng)初始化；

2、正常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)監(jiān)測；
3、電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動后，即電網(wǎng)電壓降至70%，所有電機(jī)都會因為電氣保護(hù)裝置而強(qiáng)制退出運(yùn)行，在此之前，程序已經(jīng)做出判斷并鎖存電機(jī)狀態(tài)信號；

4、當(dāng)電力系統(tǒng)恢復(fù)正常（3s內(nèi)，母線電壓恢復(fù)至95%）時，程序依據(jù)故障前保存的電機(jī)狀態(tài)信號、對具備白啟動條件的電機(jī)。按照順序分批發(fā)出啟動信號，使其恢復(fù)運(yùn)行；

5、無論在正常狀態(tài)下或是在電機(jī)自啟動過程中，PLC均實時監(jiān)側(cè)母線電壓；

6、通信接口程序。包括系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障信息，PLC將采集的母線電壓信息、電機(jī)啟動狀態(tài)信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)或DCS系統(tǒng)，便于維護(hù)人員實時了解設(shè)備運(yùn)行狀況。

可編程控制器簡稱——PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。

PLC是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3C技術(shù)（Computer,Control,Communication）相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機(jī)順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。

PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大下面就其在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用做一簡單介紹：

PLC型交通燈控制器

將PLC用于對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便的實現(xiàn)。目前大多品牌的PLC內(nèi)部均配有實時時鐘，通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。由于PLC本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學(xué)化管理。

公路收費系統(tǒng)中的應(yīng)用—PLC型車道控制機(jī)

每個公路收費站，其車道機(jī)電設(shè)備配置、型號各有不同，因此用于控制這些設(shè)備的主機(jī)—車道控制器的結(jié)構(gòu)也不盡相同，通用性、可維護(hù)性較差，不利于使用及維修，以PLC作為主機(jī)開發(fā)出的新型車道控制機(jī)，不僅可使其通用性、維 護(hù)性得到最大程度上的改善，還可以在使用壽命、穩(wěn)定性機(jī)控制功能方面獲得極大提高，具體敘述如下：

1. 對棚燈及霧燈的控制

如前所述，由于PLC本身具有時鐘功能，通過軟件編程，可對棚燈、霧燈進(jìn)行無人化、智能控制。

2. 對費額顯示器的控制

PLC本身具有上位機(jī)接口，可接收上位收費計算機(jī)下傳的數(shù)據(jù)，而PLC具有各種譯碼指令，可將接受的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成七段顯示碼，輸出給LED數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。

3. 對擋車器的控制

將PLC用于對擋車器進(jìn)行控制具有以下幾方面的優(yōu)勢 。

（1）使用壽命長：從目前反饋情況看，目前擋車器控制電路的使用壽命大部分均不足五年這與其電路設(shè)計、元器件選型、工作環(huán)境及控制方式等因素有關(guān)，是其本身無法克服的固有缺點。PLC作為工業(yè)控制單元，應(yīng)用于各種控制環(huán)境，內(nèi)部電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計極為精良，所用器件均選用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級產(chǎn)品，其使用壽命一般可保證在十年以上。

（2）性能穩(wěn)定可靠，抗干擾性好：PLC應(yīng)用于各種工業(yè)控制現(xiàn)場，其硬件及軟件設(shè)計均考慮到各種生產(chǎn)環(huán)境，其電壓適用范圍很寬，具有極強(qiáng)的抗電磁干擾、抗震動、抗高溫、高濕等特性，性能極為穩(wěn)定、可靠。

（3）功能強(qiáng)大，實現(xiàn)靈活，可擴(kuò)展性好：PLC型擋車器作為老型號擋車器的升級產(chǎn)品，其功能得到極大增強(qiáng)，目前可實現(xiàn)的功能有：自動抬桿、自動落桿、防砸車、防砸人、各種情況的自動報警、設(shè)備保護(hù)及故障識別等。以上功能可實現(xiàn)各種組合，并可根據(jù)實際需要改變上述功能的控制過程及方式，并可根據(jù)使用者要求在不增加或少增加硬件的基礎(chǔ)上開發(fā)新的控制功能。

（4）良好的性價比：雖然PLC型擋車器的性能及功能較現(xiàn)有擋車器有極大提高，但其成本的增加與其性能的提高并非成線性關(guān)系，所以無論將其作為整機(jī)用于新品開發(fā)，還是作為老設(shè)備改進(jìn)均有其良好的性價比。

PLC作為一門控制技術(shù)在我國已有近二十年的應(yīng)用，并已從工業(yè)控制逐漸向其他行業(yè)擴(kuò)展，相信隨著其本身性能的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤貙?，了解及掌握這一控制技術(shù)，將使我國的自動化控制技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。

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