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1、PLC 在循环水系统的应用厂名 名字摘要：以 PLC 为核心构成的一套减少人员控制，减少事故发生，节 约电能的控制系统。PLC控制技术在循环水控制系统中的应甩有效 地解决了控制负荷波动大，调节频繁的难题，证明了 PLC控制系统优 越的技术性能和极其显著的经济效益。1、引言目前，我厂循环水采用人工控制水量和水池水位，因用水设备的 无规律启停导致水泵电机频繁启停，这样不但使电机工作在低效区、 减短电机的使用寿命，而且电机的频繁开停使设备故障率很高。有时 因为操作人员的疏忽补水不及时导致水池缺水使整个生产线停机给 公司带来较大经济损失。本设计是针对我厂设备用水和消防用水而设计的。由变频器、PLC 、
2、压力变送器、液位检测装置组成控制系统，调节水泵的输出压力以 及深水泵的启停。电动机泵组由二台水泵组成，用水时，由变频器或 工频电网供电，根据供水系统出口水压来控制变频器电动机泵组的速 度和切换，使系统运行在最合理状态，保证供水。水池缺水时自动启 动深水泵补水，水位达到上水位时停止深水泵补水，有时用水量太大 补水速度跟不上用水速度时发出警告停止一些不必要的用水。2、控制系统介绍2.1压力变送器压力变送器用于检测管网中的水压，设立泵站的出水口。当用水 量大时，水压降低；用水量小时，水压升高。水压传感器将水压变化 转变为电压信号。2.2变频器变频器在本设计中的作用主要是调节水泵电机转速，使水压保持
3、在一个设定值范围之内而不会频繁启停电机，而且可以不会使水太大 而造成浪费节约电能。2.3 PLC的主要任务代替传统的大量接触器继电器控制电路，提高系统稳定性。替代硬件按钮及数字量的输入，安全稳定。变频器的驱动控制以及频率的改变其他逻辑控制 2.4总体方案系统的结构如图一所示，利用安置在的循环水管的压力变送器将 水的压力信号传输到PLC, PLC根据反馈值和设定的上下限比较，PLC 根据设定的起停机的压力信号值启停水泵，并根据设定的压力逐步改 变频率直到达到需要的设定值。假如压力低，PLC启动变频器，并使 一号泵处于变频工作状态，输出的频率逐渐增大，经过一段时间的 调节，如压力还低，这时，PLC
4、让二号泵处于工频状态工作，使一号 泵处于变频工作状态泵，如此类推。当液位下限检测开关检测到液位 低时给出一个信号给PLC，PLC接到信号后开启深水泵补水，水位漫 过液位检测下限开关时液位报警消失但深水泵并不停止。水位漫过液 位检测上限开关时液位开关给一个停机信号给PLC，PLC在收到停机 信号后停止深水泵。设备出现故障的时候，故障设备给出一个故障信 号给PLC，PLC在接收到信号后启动声光报警器。在深水泵开启一段 时间后，如果检测下限位开关报警信号一直存在，PLC启动声光报警 器，提醒操作人员用水量过大深水泵补水慢注意选择性的停一些用水 设备。控制系统结构图如下：图一3、PLC硬件组态3.1
5、PLC系统选型（1）PLC按1/0点数一般可分为小型PLC （256点以下）、中型 PLC（2048点以下）、大型PLC（2048点以上）三类。根据上面的I/O 分配表中I/O点个数可知本设计应选用小型PLC。（2）S7200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多 功能达到大、中型PLC水平，而价格去和小型PLC 一样，因此，它一 经推出，即受到了广泛的关注，特别是S7200CPU22*系列PLC，由 于它具有多功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成 非常方便，而且可以很容易的组成PLC网络。（3）根据系统硬件的I/O点数、内部寄存器数量及种类、智能 模块、性价比等因
6、素，最重要是根据我校实验室的具体情况和我们以 前课程所涉及到了知识，最终选用西门子S7200系列PLC。（4）主机单元：从上面分析可以知道，系统共有开关量输入点 8个、开关量输出点6个、模拟量输入1个、模拟量输出1个。所以 可选用的PLC有：CPU224XP。所选CPU输入输出点数多于所需点数。 方便日后拓展升级。3.2控制系统的I/O点及地址分配根据控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如表1所示1#水泵启2#水泵 启1#水泵停2#水泵停自动/手 动深水泵 启液位低液位高I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.71#水泵 接触器2#水泵 接触器1#水泵
7、故障2#水泵 故障深水泵 接触器深水泵故障Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5压力信号输入频率信号输出AIW0AQW0表13.3控制系统及PLC接线图在整个系统中加入手动和自动的转换档，当手动时所有的电机启 停全部由操作人员启停，PLC不参与压力设备控制。图2为硬件控制 PLC接线图。图24、程序软件的设置硬件设计确定之后，系统的控制功能主要通过软件实现，结合前 述泵站的控制要求，对泵站软件设计分析如下：4.1液位信号处理当自动时液位低就开启深水泵，当液位高于上限位时自动停止。在手动状态下如果水高于上限位也不能开启深水泵，具体程序见图24.2模拟量输入输出的处理在西门子中模拟量输入
8、值为032000,我们采集的信号是电压信 号010V （对应的压力是02MPa），这表示我们收集到的信号AIW0 为0是对应于0MPa而32000是2MPa。我们要求最小的压力值不能少 于IMPa即对应与AIW0为16000,当压力值大于1.5MPa（AIW0为24000） 的时候我们认为水压较大，有浪费所以需要减少压力，这个时候我们 需要停水泵或者减小电机频率。在CPU224XP本体模拟量输出中电压 范围为010V （数据字格式，满量程：0至32767）我们每次加2Hz 即输出每次加1310，开机最初频率设定为20Hz即AIW0为13100。图 3为变频器逐步增加频率的程序段。网路1I0 4
9、MD.I网路2M0.1T37图3以上为软件中两个重要的程序段，其它的就不一一罗列。5、系统的优点A:节电效益高。传统水泵电机均采用大容量电机，用阀门控制水量恒 定，造成电能浪费。变频系统，无论工作参数如何，电机的效率不会 降低，电机的功率因数会得到提高。B:运行可靠、稳定。系统中的核心部件一变频调速器本身的可靠性很 高，一般情况下可连续使用10万/h以上。系统还采用软启动方式， 不存在电气冲击，不污染电网，而且变频器自带欠压、过压、过流、 过载、过热以及失速等各种保护功能。系统对管网压力波动采取阻尼 滤波处理，供水恒压精度较高，通常能控制在 0.002Mpa 范围内。C:结构简单，操作简便。装置的控制系统采用集成度高，配套方案灵 活多样，由可编程控制器得到水泵运行的各种组合。调速范围广，对 水量变化的适应能力强。D：使用寿命长，自动化程度高，无需人看管，维护量少。参考文献 ：（1）西门子（中国）有限公司.SIMATICS7200可编程控制器系统手册.2005.（2）PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2005（3）现代电气控制技术M.重庆：重庆大学出版社，2001
