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第1章 恒压供水系统概述
第1章 恒压供水系统概述
1.1恒压供水系统概述
系统提出以下技术要求：循环水泵站自控系统采用典型的两级监控方式。上位机以标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面（HMI），为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理，主要面向操作人员；下位机由可编程控制器（PLC）构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。
1.2恒压供水系统的组成
系统采用2台主水泵1台备用水泵并联运行方式，选用专为风机、泵用负载设计的普通功能型u/f控制方式的西门子变频器，型号为MM440。变频器内置PID控制模块，选用有24个数字信号输入，32个数字信号输出，以及4个模拟输入信号，1个模拟输出信号的西门子S7-200PLC。输入和输出均有余量，可以满足系统扩充要求，并且可靠性高，可扩展性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简单。
系统设有选择开关K，可选择系统在生活供水和消防供水状态下工作，当选择生活供水状态时，可分别通过按钮控制3台泵单独在工频或变频下运行与停止。当系统处于变频状态工作时，PLC首先利用变频器软启动一台加压泵，此时安装管网上的传感器将实测的管网压力反馈进变频器，与先通过变频器面板设定的给定压力进行比较，通过变频器内部PID运算，调节变频器输出频率。在用水量较大时，变频器输出频率接近工频而管网压力仍达不到压力设定值，PLC将当前工作的水泵由变频切换到工频下工作，并关断变频器，再将变频器切换到另一台泵，由变频器软起动该泵，这样可根据用水量大小调节投入水泵台数的方案。在全流量范围内靠变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，使供水压力始终保持为设定值。 其控制结构如图1-1
监控系统 PLC (含PID调显示装置 节器) 压力传感器 图1-1 控制结构图
变频器 继电接触器组 水泵机组 供水网管 1
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第2章 可编程控制器
2.1可编程控制系统概述
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
2.2可编程控制系统的优点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3）易学易用
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的
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第2章 可编程控制器
功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 （5）体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅仅只有数瓦。由于体积小，很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.3可编程控制系统控制电路的设计
在控制电路的设计中，PLC输出端口并不是直接和交流接触器连接，而是在PLC输出端口和交流接触器之间引入中间继电器，通过中间继电器控制接触器线圈的得电失电，进而控制点击或者阀门的动作。
控制电路之中还要考虑电路之间互锁的关系，这对于变频器安全运行十分重要。变频器的输出端严禁和工频电源相连，也就是说不允许一台电机同时接到工频电源和变频电源的情况出现。因此，在控制电路中多处对各主泵电机的工频/变频运行接触器作了互锁设计；另外，变频器是按单台电机容量配置，不允许同时带多台电机运行，为此对各电机的变频运行也作了互锁设计。
控制电路中还考虑了电机和阀门的当前工作状态指示的设计，为了节省PLC的输出端口，在电路中可以采用PLC输出端子的中间继电器的相应常开触点的断开和闭合来控制相应电机和阀门的指示灯的亮和熄灭，指示当前系统电机和阀门的工作状态。
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第3章 西门子变频器
3.1西门子变频器概述
西门子变频器MM440由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管作为功能输出器件。因此，他们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。采用脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。全面而晚上的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MM440是用于控制三相交流电动机速度和转矩的变频器。
3.2MM440安装与接线
MM440安装与接线如图3-1
75KW以上需外接 制动单元 DCDCLLLPBBBU V W PM 模拟量 输入1 模拟量 输入2 正转 反转 复位 1 10V 2 OV模拟地 3 Ain1+ 4 Ain1- 10 Ain2+ 拨码开关 11 Ain1- 5 Din1 6 Din1 7 Din3 8 Din4 16 Din5 17 Din6 9 + 24V 28 OV数字地 11221模拟量 输出1 模拟量 输出2 1继电器1 22222继电器3 25 RS 485 23P+ P- 继电器2 电机温度保护 11 图3-1 MM440安装与接线图
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