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1、1 案例一：多泵切换恒压供水系统案例一：多泵切换恒压供水系统的实现的实现 （压力传感器）（压力传感器） 模块模块一一 系统系统控制控制方案方案 一、一、预备知识预备知识 1 1、变频器变频器恒压供水恒压供水系统系统 在生产、生活的实际中，用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过 剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多 而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水 和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的 质量。 图 1 住宅区恒压供水示意图 恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时，出水口
2、压力保持不变的供水方式。 供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。传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 1 所示。 利用变频器内部的 PID 调节功能， 如图 2， 目标信号 SP 是一个与压力的控制目标 2 相对应的值，通常用百分数表示。 图 2 变频器 PID 调节功能 2 2、 “一拖多”“一拖多”恒压供水恒压供水 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，
3、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。 由于“一拖多”变频恒压供水系统需要涉及压力 PID 控制、工频和变频等功能， 所以需要由专门的程序控制来实现。目前的 “一拖多”变频供水系统主要由 3 种方式： 1 1）微机控制变频恒压供水系统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 （即压力传感器） ， 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。微机控制变 频恒压供水系统如图 3 所示。 3 图 3 微机控制变
4、频恒压供水系统 2 2）PLCPLC 控制变频恒压供水系统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 3）供水专用变频器供水系统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 26 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，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430 变频器供水专用变频器框图如图 4 所示。 图 4 MM430 变频器供水框图
5、 二、二、确定确定控制方控制方案案 4 根据实际情况，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。 5 模块模块二二 系统系统电气原理图电气原理图绘制绘制 一、一、预备知识预备知识 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(
6、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。 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。 电气控制电路图绘制的一般规则 1 1）元件和连接线在电路图中的表示元件和连接线在电路图中的表示 连接线在电路图中的三种描述方法：多线表示法、单线表示法和混合表示法。 表示连接线去向的两种方法：有连续线表示法和中断线表示法。 电路图中，对有直接电联系的交叉导线连接点，要用小黑圆点表示，无直接电 联系的交叉导线连接点则不画小黑圆点。 电气元件在电路图中的三种表示方法：集中表示法、半集中表示法、分开表示 法。 2
7、 2）图幅分区和元件在图上位置的表示方法图幅分区和元件在图上位置的表示方法 为了确定图上内容(如图形等)的位置及其用途，以便于检修和方便阅读原理图， 一些幅面较大、内容复杂的电气图进行分区。 3 3）注释注释 当含义不便于用图示形式表达清楚时， 可在图上采用注释。 注释可采用两种方式： 一是直接放在所要说明的对象附近； 二是加标记， 将注释放在图面上的其他适当位置。 4 4）技术数据的表示方法技术数据的表示方法 当需要在电气工程图上表示出元件的技术数据时，通常采用的方法有，标注在图 形符号旁、标注在图形符号内、以表格的形式给出。 5 5）电原理图中元、器件状态的规定电原理图中元、器件状态的规定
8、 继电器、接触器在非激励的状态，即其线圈未通电的状态。 断路器、隔离开关等在断开位置。 6 带零位的手动控制开关在零位位置，而不考虑电路的实际工作状态。 机械操作开关在非工作状态的位置，例如终端开关没有达到极限行程前的位 置。 6 6）电原理图中的电源表示方法电原理图中的电源表示方法 表表 1 1 电电气线路和三相电气设备端的表气线路和三相电气设备端的表记代号记代号 项目项目 名称名称 标记代号标记代号 备注备注 交流电源 交流系统电源第 1 相 L1 交流系统电源第 2 相 L2 交流系统电源第 3 相 L3 中线（中性线） N 直流电源 直流电源正极 L+,+ 直流电源负极 L-,- 中间
9、线 M 三相电气设备端 交流系统设备端第 1 相 U 交流系统设备端第 2 相 V 交流系统设备端第 3 相 W 保护接地 保护接地 PE 保护和中性共同线 PEN 接地 E 无噪声接地 T 不接地保护 PU 机壳或机架 MM 等电位 CC 交流电 AC 直流电 DC 7 7）电原理图中各栏目的含义电原理图中各栏目的含义 图纸上方的 1、213 是图区编号，是为了便于检索电气线路、方便阅读电 原理图而设置的。 图区编号下面的“电源开关照明及信号”一栏，表明它对应的下方元件或 电路的功能。 原理图中的接触器、继电器的线圈与受其控制的主触头或辅助触点的从属关系 应按下述方法标志： 在每个接触器线圈
10、的文字符号 KM 的下面画两条竖直线，分成左、中、右三栏， 把受其控制而动作的主触头及辅助触点所处的图区号数字，按下表 2 左半部分规定的 内容填上。对备而未用的触头及触点，在相应的栏中用记号“X”标出。 7 在每个继电器线圈的文字符号(如 KT)下面画一条竖直线，分成左、右两栏，把受 其控制而动作的触点所处的图区号数字，按下表右半部分规定的内容填上。同样，对 备而未用的触点在相应的栏中用记号“X”标出。 原理图中每个触头的文字符号下面的数字表示使其动作的线圈所处的图区号。 表表 2 2 接触器线圈接触器线圈、继电器线圈符号下的数字标志继电器线圈符号下的数字标志 接触器线圈符号下的数字标志接触
11、器线圈符号下的数字标志 继电器线圈符号下的数字标志继电器线圈符号下的数字标志 左栏 中栏 右栏 左栏 右栏 主触头所处 的图区号 辅助常开（动合）触 点所处的图区号 辅助常闭（动断）触 点所处的图区号 常开 （动合） 触点 所处的图区号 常闭（动断）触点 所处的图区号 二、二、绘制电气原理图绘制电气原理图 绘制电气原理图前， 要根据任务要求确定 I/O 的点数， 然后选择适当的 PLC 模块， 再进行分配 I/O 口。 本例中手动功能不使用 PLC 和变频器，直接由按钮控制水泵的起动和停止，不占 用 PLC 的 I/O 口；在自动状态下，起动和停止控制系统需占用 2 个 PLC 的输入点，变
12、频器增加、减少和故障信号输入占用 3 个 PLC 的输入点，还有远传压力表的反馈信号 输入占用 1 个模拟量输入点。输出端，KM1KM4 占用 4 个 PLC 的输出点，同时变频器 的启动命令占用 1 个 PLC 的输出点，还有变频器 PID 的给定目标值输入占用 1 模拟量 输出点。PLC 分配 I/O 口分配如下： 表表 3 3 PLCPLC 的的 I/OI/O 分配分配表表 输输 入入 位位 序号序号 位位 功功 能能 1 I0.1 接 SB5,自动时起动 2 I0.2 接 SB6,自动时停止 3 I0.3 接变频器 RL1 继电器,变频器故障切换信号 4 I0.4 接变频器 RL2 继
13、电器,增加泵信号 5 I0.5 接变频器 RL3 继电器,减少泵信号 6 A+ 接远传压力表送来的反馈信号 输输 出出 位位 7 Q0.1 接 KM1,泵 1 工频运行 8 Q0.2 接 KM2,泵 1 变频起动 9 Q0.3 接 KM3,泵 2 变频起动 10 Q0.4 接 KM4,泵 1 工频运行 11 Q0.5 接 KA,变频器起动 12 V0 接变频器 ADC1 端，PID 的给定目标值 根据分配好的 I/O 口，再按照电路图的绘制原则接可直接设计出电气原理图。要 注意 KM1 与 KM2、KM3 与 KM4 须进行机械互锁。 8 三、三、选择选择低压电低压电器器 低压电器通常是指工作
14、在交流 1000V 以下与直流 1200V 以下电路中的电器，它可 以按在电气线路中的地位，作用和动作方式分类 按在电气线路中的地位和作用分类： 低压配电电器。如刀开关、熔断器等，主要用于低压配电系统和动力设备中。 低压控制电器。 如接触器、 控制继电器等，主要用电力拖动和自动控制系统中， 按动作方式分类： 非自动切换电器。如刀开关，转换开关等，它们是依靠外力来进行切换的。 自动切换电器。如自动开关，接触器等，它们是依靠本身参数的变化或外来信 号自动地进行切换的。 1 1）刀开关的选择）刀开关的选择 闸刀开关。用于照明电路时可选择额定电压为 220V，用于电动机直接起动时， 可选择额定电压为
15、380V。 组合开关。根据电源种类、电压等级、所需触点数、接线方式进行选择。 2 2）断路器的选择）断路器的选择 断路器的额定工作电压线路额定电压。 断路器的额定电流线路计算负载电流。 3 3）熔断器的选择）熔断器的选择 应根据使用环境和负载性质选择适当类型的熔断器。 电阻性负载的短路电流保护，熔体额定电流应等于或略大干电路工作电流。 4 4) )主令电器的选择主令电器的选择 控制按钮主要根据使用场合、触头数和所需颜色选择。 行程开关根据动作要求和触头的数量选择。 5 5）接触器的选择接触器的选择 接触器的类型。可根据被控制的电动机或负载电流类型来选择。 接触器触头的额定电压。大于或等于负载回路的额定电压。 接触器主触头的额定电流。大于或等于电动机或负载的额定电流。 6 6) )热继电器的选择热继电器的选择 9 热继电器的类型。对于三角形接线的重要电动机，可选用带断相保护装置的热 继电器。 热继电器的额定电流。等于或稍大于电动机的额定电流 7 7）时间继电器的选择）时间继电器的选择 时间继电器的类型。对延时要求不高时，选用价格较低的 JS7-A 系列，对延时 要求较高，应选 JS11 系列。 延时方式。应根据控制线路的要求选择延时方式。 8 8) )速度继电器的选择速度继电器的选择 速度继电器的类型主要根据电动机的额定转速选择。 9 9) )中间继电器的选择中间继电器的选择
