发布时间 : 星期日 文章基于PLC的恒压供水系统设计(2) - 图文更新完毕开始阅读
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后一台正在运行的水泵置于低速运行。
2.4变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析
在上面的工作流程中，我们提到当一台调速水泵以运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力，此时需要增加恒速水泵来满足供水要求，达到恒压的目的。当调速水泵和恒速水泵都在运行且调速水泵己运行在下限频率，此时管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要减少恒速水泉来减少供水流量，达到恒压的目的。那么何时进行切换，才能使系统提供稳定可靠的供水压力，同时使机组不过于频繁的切换。
尽管通用变频器的频率都可以在0-400Hz范围内进行调节，但当它用在供水系统中，其频率调节的范围是有限的，不可能无限地增大和减小。当正在变频状态下运行的水泵电机要切换到工频状态下运行时，只能在50Hz时进行。由于电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50Hz成为频率调节的上限频率。当变频器的输出频率己经到达50Hz时，即使实际供水压力仍然低于设定压力，也不能够再增加变频器的输出频率了。要增加实际供水压力，正如前面所讲的那样，只能够通过水泵机组切换，增加运行机组数量来实现。另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是0Hz。其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不可能降低到0Hz。因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降。这个频率在实际应用中就是电机运行的下限频率。这个频率远大于0Hz,具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20Hz左右。由于在变频运行状态下，水泵机组中电机的运行频率由变频器的输出频率决定，这个下限频率也就成为变频器频率调节的下限频率。
在实际应用中，应当在确实需要机组进行切换的时候才进行机组的切换。所谓延时判别，是指系统仅满足频率和压力的判别条件是不够的，如果真的要进行机组切换，切换所要求的频率和压力的判别条件必须成立并且能够维持一段时间（比如1-2分钟），如果在这一段延时的时间内切换条件仍然成立，则进行实际的机组切换操作；如果切换条件不能够维持延时时间的要求，说明判别条件的满足只是暂时的，如果进行机组切换将可能引起一系列多余的切换操作。
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3 PLC恒压供水系统硬件设计
3.1 PLC的选型及接线 3.1.1 PLC的选型
在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性价比，具体考虑以下几点： 1、性能与任务相适应
对于开关量控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，可选用小型PLC，西门子公司S7-200系列PLC就能满足要求。例如，对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。
对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，例如，对工业生产中常遇到温度、压力、流量、液位等连续量控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块）和驱动装置，并且选择运算功能较强的中小型PLC，例如，西门子公司的S7-300系列PLC。
2、预算速度与实施控制要求相适应
PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，即输出量的变化，一般要在1~2个扫描周期之后才能反映到输出端，但有些设备的实时性要求较高，滞后时间应控制在几十毫秒之内，营销与普通继电器的动作时间（普通继电气时间约为100ms）。为了提高PLC的运算速度，可以采用以下几种方法。
选择CPU的处理速度快的PLC，使执行一条指令的时间不超过0.5us 优先应用软件，缩短扫描周期
采用高速响应模块，例如高速计数模块，其响应的时间可以不受PLC扫描周期的影响，而只取决于硬件的延时。
3、应用系统结构合理，机型系列应统一
PLC的结构分为整体式和模块式两种，在使用时，应按具体情况进行选择。在一个单位或者一个企业中，应尽量使用同一系列的PLC，这不仅使模块通用性好，较少设备量，而且给编程和维修带来极大的方便，也给系统的扩展升级带来方便。
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4、编程模式的选择
1）离线编程。简易编程必须插在PLC上才能进行编程操作，其特点是编程器与PLC共用一个CPU。在编程器上有一个“运行/监控/编程”选择开关，当需要编程或修改程序时，将选择开关转到“编程”位置，这时PLC的CPU不执行用户程序，职位编程器服务，这就是“离线编程”。程序编好后在把选择开关转到“运行”位置，CPU则去执行用户程序，对系统实施控制。简易编程器结构简单、体积小、携带方便，很适合在生产现场调试、修改程序时用。
2）在线编程。图形编程器或者个人计算机与编程软件包配合可以实现在线编程。PLC的图形编辑器各有自己的CPU，编程器的CPU可随时对键盘输入的各种指令进行处理。PLC的CPU主要完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾与编程器通信，编程器将编好或修改好的程序发送给PLC，在下一个扫描周期，PLC将按照修改后的程序或参数进行控制，实现在线编程。图形编程器价格昂贵，但他功能强大，适用范围广，不仅可以用指令语句编程，还可以直接用梯形图编程，并可存入磁盘或者用打印机打印出梯形图和程序。一般大中型PLC多采用图形编程器。使用个人计算机进行在线编程，可省去图形编程器，但需要编程软件包的支持，其功能类似于图形编程器。
主机电源微处理器(CPU)运算器控制器输入设备编程器磁带机打印机EPROM写字机图形监控系统PLC或上位计算机外围设备输入单元输出单元输出设备外设接口存储器系统程（ROM）用户程序(RAM)扩展接口扩展单元 图3-1 PLC的硬件结构框图
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西门子的S7-300是一种通用型的PLC，其具有模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，这使得他能适应自动化工程中的各种应用场合，执行各种控制任务，因此其在实践中成为一种即经济又可靠的控制装置。
S7-300PLC采用模块化结构，各种模块功能以不同的方式组合在一起，模块式PLC由机架和模块组成。品种繁多的CPU模块、信号模块和功能模块能完成各种领域的自动控制任务，用户可以根据具体情况选择、更换合适的模块。当系统规模扩大和更为复杂时，可以增加模块，对PLC进行扩展。简单实用的分布式结构和强大的通信连网能力，使其应用十分灵活。
S7-300有各种不同性能档次的CPU模块可供使用。标准CPU提供范围广泛的基本功能，如指令执行、I/0读写、通过MPI和CP模块的通信，紧凑型CPU本机集成I/O，并带有高速计数、频率测定、定位和PID调节等技术功能。
S7-300的CPU模块集成了过程控制功能，用于执行用户程序。每个CPU都有一个编程用的RS-485接口，有的还带有集成的现场总线几口或PtP串行通信接口，S7-300不需要附加任何硬件、软件和编程，就可以建立一个MPI网络；如果有PROFIBUS-DP接口，就可以建立一个DP网络。
S7-300有很高的电磁兼容性和抗振动、抗冲击能力。其标准性的环境温度为0~60摄氏度。通过系统功能和系统功能块的调用，用户可以使用集成的操作系统内的程序，从而现住地减少所需要的用户存储器容量，他们可以用于中断处理、出错处理、复制和处理数据等。
本系统有包括三个过载输入、两个变频器输入信号、一个启动信号在内的六个数字输入，控制三台电机变频运行、工频运行的六个控制输出、一个变频器启动端子、一个报警器在内的八个输出。所以本系统采用西门子公司的S7-300PLC。