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西门子S7-200 PLC在恒压供水控制系统中的应用及梯形图

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:11009    更新时间:2019-01-09

    以前的供水系统一般是把水抽到高水塔上,然后向下供水,这样的供水系统往往使系统里面的水压不稳定,而且水塔会引起二次污染。

    随着社会经济的迅速发展,人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高,同时存在着水、电供应不足的压力。在传统的供水装置中,水泵的选取往往是由最大供水容量来确定,但实际的供水量是时刻变化的,从而导致供水压力不稳、水泵效率低以及导致水资源的浪费。这就要求研究人员设计出更好的供水系统,利用先进的自动化技术以及通信技术,设计出高性能、高节能、能适用于不同领域的恒压供水系统。

    本节主要设计PLC控制的变频供水系统,通过PLC进行逻辑控制,由变频器进行压力调节。经PID运算,PLC进行控制变频与工频切换,使闭环自动调节恒压进行变量供水。这种系统设计具有压力稳定、结构简单、工作可靠等特点。

    一、恒压供水原理

    恒压供水可以实现水管自动保持内部水压功能,管道内存在一个压力探测装置,能够知道当前管道内的水压,并把当前的水压值传递给控制装置。

    当用水量过大时,水压减小,控制装置得到水压减小信号,于是控制装置会提高水泵的转速来提升水压。同样,当用水量减少时,控制装置降低水泵的转速,减小水压。这样就可以保持水压恒定。一般情况下,变频调速器给水泵的电动机供电,以便得到较好的调速性能。

    变频恒压供水的原理图如图10-6所示。
变频恒压供水原理图

    图10-6    变频恒压供水原理图

   二、恒压供水控制系统工艺流程

    图10-7所示是PLC控制的恒压供水系统示意图,主控泵采用MM440变频器控制。西门子MM4系列变频器,不同的型号具有不同的控制器。MM420为PI(比例积分)控制器,一般应用在传送机、风机、水泵等控制性能要求较低的小功率场合。MM430、MM440为PID(比例积分微分)控制器,MM440可用于矢量控制,可以实现高性能的控制,带内置制动单元,可以快速制动。

    在恒压供水系统中,当用水量发生变化时,变频器根据管网的设定压力值和传感器反馈的实际压力值之差,经过PID运算,对主控泵的转速进行调节。在供水量变化较大时,如果主控泵已全频(或最低频,即满载工作)工作,仍不能保证供水管网压力恒定时,就要通过辅控泵投入(或停止)运行,主控泵变速运行,从而保证管网压力稳定,实现管网的恒压供水。

    MM4变频器是恒压供水控制系统的核心,此系统中,通过PLC对变频器进行控制,控制功能包括设定或查看变频器的有关功能参数,设定或查看变频器的运行状态,设定压力传感器的量程范围等监控参数,发送变频器启动和停止运行指令。变频器和PLC的组合应用可以对水泵转速的平滑连续性进行调节。水泵电动机实现变频软启动,可以对电网、电气设备和机械设备的冲击进行消除,同时也延长了机电设备的使用寿命。

    恒压供水系统的功能要求如下:

    (1)手动控制。转换开关置于手动位置,能直接启动每台水泵。

    (2)停止。转换开关置于停止位置,设备进入停机状态,任何水泵都不能启动。

    (3)自动控制。转换开关置于自动位置,PLC对两台水泵进行自动调控,其控制过程如图10-8所示。
PLC控制的恒压供水系统示意图

    图10-7    PLC控制的恒压供水系统示意图
水位控制系统程序流程图

    图10-8    水位控制系统程序流程图

    三、恒压供水系统硬件设计

    1.系统输入/输出信号分析

    根据上述的恒压供水控制系统的工作原理及流程分析,可知该控制系统中的输入信号有:主水泵启动按钮1个,主水泵自由停止按钮1个,主水泵制动停止按钮1个,工作方式选择开关1个,辅助泵启动按钮1个,辅助泵制动停止按钮1个,修改系统设定值按钮1个,清除变频器报警按钮1个,所以共需要8个输入端子。

    输出信号有:启动主水泵接触器1个,启动辅助泵接触器1个,变频器运行指示灯1个,变频器故障指示灯1个,以及辅助泵运行指示灯1个,共需要5个输出端子。

    2.PLC的输入/输出分配表

    根据上述的系统输入/输出信号分析,可设计如表10-3所示的PLC输入/输出分配表。

    表10-3    恒压供水控制系统PLC输入/输出分配表
恒压供水控制系统PLC输入/输出分配表

    除了上述的PLC输入/输出分配表外,其他编程元件地址分配表如表10 -4所示。

    表10-4    其他编程元件地址分配表
其他编程元件地址分配表

    3.PLC选型

    根据表10-3所示的PLC输入/输出分配表,参看表2-1,本实例中PLC选择西门子公司的小型PLC中的CPU222作为控制主机。

    4.硬件接线图

    根据表10-3所示的PLC输入/输出分配表,可画出如图10-9所示的硬件接线图。
PLC控制硬件接线图

    图10-9    PLC控制硬件接线图

    根据系统的控制要求,程序结构分为3个部分,即主程序、自动控制子程序AUTO以及手动控制子程序HAND。在主程序中,根据工作方式选择开关,调用自动控制子程序或手动控制子程序。主程序和手动控制子程序不再给出,自动控制子程序的梯形图和对应的语句表如图10-10所示。
恒压供水系统PLC控制程序
恒压供水系统PLC控制程序
恒压供水系统PLC控制程序

    图10-10    恒压供水系统PLC控制程序


Tags:S7-200,恒压供水,梯形图  
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