系统的硬件设计
和KM6绝对不能同时动作,相互之间必须设计可靠的互锁。为监控电机负载运行情况,主回路的电流大小可以通过电流互感器和变送器将4~20mA电流信号送至上位机来显示。同时可以通过通过转换开关接电压表显示线电压。并通过转换开关利用同一个电压表显示不同相之间的线电压。初始运行时,必须观察电动机的转向,使之符合要求。如果转向相反,则可以改变电源的相序来获得正确的转向。系统启动、运行和停止的操作不能直接断开主电路(如直接使熔断器或隔离开关断开),而必须通过变频器实现软启动和软停。为提高变频器的功率因数,必须接电抗器。当采用手动控制时,必须采用自耦变压器降压启动或软启动的方式以降低电流,本系统采用软启动器。
3.3 系统控制电路分析及其设计
系统实现恒压供水的主体控制设备是PLC,控制电路的合理性,程序的可靠性直接关系到整个系统的运行性能。本系统采用西门子公司S7-200系列PLC,它体积小,执行速度快,抗干扰能力强,性能优越。
PLC主要是用于实现变频恒压供水系统的自动控制,要完成以下功能:自动控制三台水泵的投入运行;能在三台水泵之间实现变频泵的切换;三台水泵在启动时要有软启动功能;对水泵的操作要有手动/自动控制功能,手动只在应急或检修时临时使用;系统要有完善的报警功能并能显示运行状况。
如图3.3为电控系统控制电路图。图中SA为手动/自动转换开关,SA打在1的位置为手动控制状态;打在2的状态为自动控制状态。手动运行时,可用按钮SB1~SB6控制三台水泵的启/停;自动运行时,系统在PLC程序控制下运行。
图中的HL10为自动运行状态电源指示灯。对变频器频率进行复位是
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系统的硬件设计
只提供一个干触发点信号,本系统通过一个中间继电器KA的触点对变频器进行复频控制。图中的Q0.0~Q0.5及Q1.1~Q1.5为PLC的输出继电器触点,他们旁边的4、6、8等数字为接线编号,可结合下节中图3.4一起读图。
NL1FU2SA21SB1SB2KM1Q0.0PLCKM1KM24N1FR1HL1KM2HL2KM3FR2HL3KM4HL4KM5FR3HL5KM6HL6HL7Q0.16KM1SB3SB4KM3Q0.2KM48KM3Q0.310SB5SB6KM5Q0.4KM612KM5Q0.514Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.51618202224HL8HL9HAKAHL10
图3.3 变频恒压供水系统控制电路图
注:PLC各I/O端口、各指示灯所代表含义在下一节I/O端口分配中将详细介绍。
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系统的硬件设计
本系统在手动/自动控制下的运行过程如下:
(1) 手动控制:手动控制只在检查故障原因时才会用到,便于电机故障的检测与维修。单刀双掷开关SA打至1端时开启手动控制模式,此时可以通过开关分别控制三台水泵电机在工频下的运行和停止。SB1按下时由于KM2常闭触点接通电路使得KM1的线圈得电,KM1的常开触点闭合从而实现自锁功能,电机M1可以稳定的运行在工频下。只有当SB2按下时才会切断电路,KM1线圈失电,电机M1停止运行。同理,可以通过按下SB3、SB5启动电机M2、M3,通过按下SB4、SB6来使电机M2、M3停机。
(2)自动控制:在正常情况下变频恒压供水系统工作在自动状态下。单刀双掷开关SA打至2端时开启自动控制模式,自动控制的工作状况由PLC程序控制。Q0.0输出1#水泵工频运行信号,Q0.1输出1#水泵变频运行信号,当Q0.0输出1时,KM1线圈得电,1#水泵工频运行指示灯HL1点亮,同时KM1的常闭触点断开,实现KM1、KM2的电气互锁。当Q0.1输出1时,KM2线圈得电,1#水泵变频运行指示灯HL2点亮,同时KM2的常闭触点断开,实现KM2、KM1的电气互锁。同理,2#、3#水泵的控制原理也是如此。当Q1.1输出1时,水池水位上下限报警指示灯HL7点亮;当Q1.2输出1时,变频器故障报警指示灯HL8点亮;当Q1.3输出1时,白天供水模式指示灯HL9点亮;当Q1.4输出1时,报警电铃HA响起;当Q1.5输出1时,中间继电器KA的线圈得电,常开触点KA闭合使得变频器的频率复位;处于自动控制状态下,自动运行状态电源指示灯HL10一直点亮。
3.4 PLC的I/O端口分配及外围接线图
基于PLC的变频恒压供水系统设计的基本要求如下:
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系统的硬件设计
(1) 由于白天和夜间小区用水量明显不同,本设计采用白天供水和夜间供水两种模式,两种模式下设定的给定水压值不同。白天,小区的用水量大,系统高恒压值运行;夜间,小区用水量小,系统低恒压值运行。
(2) 在用水量小的情况下,如果一台水泵连续运行时间超过3h,则要切换下一台水泵,即系统具有“倒泵功能”,避免某一台水泵工作时间过长。倒泵只用于系统只有一台变频泵长时间工作的情况下。
(3) 考虑节能和水泵寿命的因素,各水泵切换遵循先启先停、先停先启原则。
(4) 三台水泵在启动时要有软启动功能,对水泵的操作要有手动/自动控制功能,手动只在应急或检修时临时使用。
(5) 系统要有完善的报警功能。
根据以上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3.2所示。
表3.2 输入输出点代码及地址编号
名 称
输入信号
供水模式信号(1-白天,0-夜间) 水池水位上下限信号 变频器报警信号 试灯按钮
压力变送器输出模拟量电压值 输出信号
1#泵工频运行接触器及指示灯 1#泵变频运行接触器及指示灯 2#泵工频运行接触器及指示灯 2#泵变频运行接触器及指示灯 3#泵工频运行接触器及指示灯
代 码 SA1 SLHL SU SB7 Up KM1、HL1 KM2、HL2 KM3、HL3 KM4、HL4 KM5、HL5
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地址编号 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 AIW0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4