1、2005 年 5 月目录摘要(1)关键词.(1)前言.(1)论文正文.(2)一、 系统组成 (2)二、 系统控制要求 (3)三、 系统控制原理图(4)四、 PLC 的接线、梯形图与指令表(6)五、 系统调试(11)结论(12)参考文献(12)维修电工技师资格考评论文PLC 在变频供水泵中的应用摘要 本文介了我单位的生活用水供水泵变频控制柜设计制作和安装调试过程,详细介绍 PLC 技术在变频恒压供水泵控制系统中的具体应用，给出了变频恒压系统方案，控制原理图，PLC 详细的梯形图和程序清单，PLC 控制的变频恒压系统现场调试，最后对这次制作安装的控制柜成功应用所取得的经济效益进行分析评估。关键词
2、系统方案 PLC 技术 调试 效益分析引言可编程序控制器简称 PLC 是当今国际、国内十分流行和成熟的工控产品，其结构小巧、运行速度高、可靠性强、编程和维护简单，多功能多用途等特点，适用于工作环境差，干扰强的场合，特别适用于继电器的顺序控制。本文论述采用以 PLC 为核心组成的变频恒压控制技术取代老式继电器控制技术的我单位生活供水泵的控制系统改造方案。一、 系统的组成我单位的宿舍楼生活供水泵控制柜一直采用的是传统继电器技术来控制的，控制柜设备简单，技术含量低，价格便宜，但存在不少问题，供水泵系统经常出现由于继电器触点接触不好或控制回路故障而停机的现象、还有时出现供水压力不够或压力不稳定现象，维
3、修频繁，给职工生活带来许多不便，单位领导决定采用可靠性高、维护简单的 PLC 技术加变频恒压技术来控制代替原来的继电器控制，在综合比较购买新的变频控制柜和由买零部件自己制作后，决定由维修部门动手自己制作，一方面节约费用，另一方面也可以提高维修部门的动手设计制作、安装调试能力。系统在设计时尽量保留原来的大部分主要设备，主要是对原来的继电器控制柜进行改造，以用 PLC 来代替原来的继电器逻辑控制，用变频器来实现水泵电机平稳启动，平滑无级调速以达到供水水压恒定的目的，同时减少水泵启动次数延长设备寿命，也可降低能耗节约电能。系统主要组成部分：一台变频控制柜；三台 15KW 给水泵；一个蓄水池液位传感器
4、和一个水泵出口水压传感器。变频控制柜主要设备构成如下：1） PLC 采用的是 OMRON 欧姆龙的，型号 CPM1A-40CDR-A-V1， 共有 24 点,输入、16 点输出。220V AC 电源供电，PLC 输出的 24V DC 给 PLC 输入信号部分的各开关量触点提供直流电源。2）.变频器。ABB 变频器，型号： ACS550-01-031A-4。额定电压380.480v，I2N 为 31A，PN 为 15KW,变频器，功能：通过水泵出口压力传感器把水压参数转换成 420MA 模拟量信号反馈至变频器，变频器根据信号的大小通过变频器的 PID 功能自动调节泵的转速。3）接触器和继电器。三
5、台 15KW 的水泵共有 6 个规格相同的接触器控制，型号选 60A 其中 KM1、KM3 、KM5 为变频控制接触器；KM2、 KM4、KM6 为工频控制接触器；PLC 的输入和输出信号都通过 220V 的小继电器和外界的电路进行隔离，这样设计可减少因外界电路的干扰而引起 PLC 的误动，同时通过小继电器的过渡 PLC可控制较大的负载。二、系统控制要求系统采用 ABB 系列变频器，通过水泵出口压力传感器对压力进行采样以 420MA 电流信号反馈至变频器，对压力的监控信号通过变频器和 PLC 进行联系，系统通过 PLC 对电机进行加泵和减泵控制，来对整个系统的压力进行粗调节，同时通过变频器的
6、PID 功能来调节供水泵的转速，对系统的压力进行细微调节，从而达到系统的压力平衡，保证系统的供水需求。系统的控制要求：有自动和手动两种工作状态，通过自动/手动选择开关的切换来实现，系统正常时主要是在自动状态下运行，手动状态是变频器发生故障时的检修状态。自动时，系统为变频控制状态，通过控制屏上的旋钮开关选择 1#或 2#或 3#泵做变频控制泵，启动系统，系统启动后，变频器根据水泵出口压力传感器的反馈信号来决定是发出加泵、减泵信号，PLC 根据变频器的工况确定是否进行加泵、减泵输出。三、系统控制原理图系统设计时考虑正常情况下，一台 15KW 泵供水量 1800L/h 能满足用水需求，另外的两台 1
7、5KW 泵作为变频泵的备用泵，可以手动或自动投入，但考虑自动投入时一是 PLC 程序上增加很多程序步造成编程工作量加大，二是系统发生停电后再启动不能确定那台泵是做为变频泵，容易造成混乱。三是手动定期切换变频泵操作较容易不易发生误操作，即使发生程序上有多重保护。系统的主接线原理图如图 1 所示。M15KW M215KW M315KWKM1 KM2 KM3 KM4 KM5 KM6FR1ACS50-31-4QC1QC2 QC3 QC4FUFR2 FR3图 1系统的控制原理图如图 2 和图 3。图 2 主要是 PLC 的输入信号控制电路图，在图中有变频器输出的加、减泵和本体故障共 3 个信号，考虑在
8、PLC 的程序中应有接触器状态软件自锁保护，所以有控制泵的 6 个接触器状态 KM16 的信号，还有泵电机的热保护继电器OL13 的信号，另外虽然市水水箱有自动进水装置但若发生故障容易造成水泵干抽因此增加了一个水箱液位信号。图 3 主要是 PLC 的输出信号控制电路图。在图中有水泵的变频和工频工作指示，水泵电机过载故障和变频器故障报警，还有水箱的液位过低报警，PLC的输出信号经 ZJ1621 小继电器过渡控制水泵电机的变频、工频工作状态。ZJ12ZJ3ZJ4ZJ5ZJ6ZJ7 ZJ1ZJ12ZJ13ZJ8ZJ9ZJ10OL1OL2OL3FUQC5FS ACS加泵请求 减泵请求 变频故障图 2K
9、M1FM3#泵变频2#泵变频1#泵变频3#泵工频2#泵工频1#泵工频 变频故障 液位报警 故障蜂鸣器1#泵工频故障变频运行2#泵工频故障3#泵工频故障QC6 KM2KM3KM4KM5KM6ZJ14ZJ3 KM1 KM5KM6KM3KM4KM2ZJ15ZJ16ZJ17ZJ18ZJ19ZJ20ZJ21ZJ13ZJ3ZJ12ZJ1ZJ10ZJ13ZJ3ZJ12ZJ1ZJ10ZJ14ZJ21ZJ19ZJ17ZJ16ZJ18ZJ20图 3四、 PLC 的接线和梯形图系统 PLC 输入输出信号接线如图 4。OMRNZJ15ZJ16ZJ17ZJ18ZJ19ZJ20ZJ21ZJ2ZJ1ZJ2ZJ3ZJ4ZJ5
10、ZJ6ZJ7ZJ8ZJ9ZJ10ZJ1ZJ12ZJ13启动 停止 自 动手 动 选择1#选择2选择3#加泵请求 减泵请求 变频故障 状态 状态 状态 状态 状态 状态 1#泵热保 液位2泵热保泵热保 3#泵热保泵热保#泵变频 #泵工频 2#泵变频 #泵工频 3#泵变频 3#泵工频 系统运行变频器启动20图 4PLC 共有 19 个输入点：启动、停止 2 个，13#变频泵选择 3 个，变频器工况的 3 个信号，6 个接触器状态信号，3 个水泵电机的热继电器状态信号。1 个水箱液位报警信号。PLC 共有 8 个输出点：1 个给变频器启动信号，1 个系统运行指示信号，1#、2#、3#泵变频和工频运行
11、输出。根据系统控制要求和系统控制原理图以及 PLC 的I/O 点分配编写 PLC 的梯形图，梯形图如图 5、图 6 所示。在以下梯形图中用的是欧姆龙的编号和三菱的编号不同，编程时用的欧姆龙指令与三菱指令也有所不同，可参照二者对照表如表 1 所示。TIMCNT01#300#1CNT07TIM01#10TIMCNT07#1TIM06#40#205TIMCNT07TIM050.220.1420.13TIM0220.120.61.05 TIM0610.20.820.20.61.03 20.100.710.20.1520.1420.1320.1220.120.1020.920.820.7CNT00.20
12、.120.6CNT071.0420.20.6 1.05CNT0 20.6 1.0320.3 20.120.920.720.00.20.90.10.90.90.11.020.120.220.30.2TIM010.10.610.0.820.420.520.01.01.00.10.11.00.320.20.30.420.120.30.520.120.20.11.06201.9201.020.620.520.420.320.220.120.00.20.2CNT0CNT0 CNT07CNT07CNT03 CNT08CNT03TIM02 CNT08TIM0610.CNT0320.20.61.04CNT08
13、TIM0610.20.12TIM0220.15系 统 总 启 动1#变 频 自 动2#变 频 自 动3#变 频 自 动接 触 器 状 态保 护启 动 变 频 条 件变 频 启 动 中 继加 泵 延 时加 泵 计 数复 位 延 时加 2#工 频加 3#工 频加 3#工 频加 1#工 频加 1#工 频加 2#工 频二 次 加 3#工 频二 次 加 1#工 频二 次 加 2#工 频减 泵 延 时减 泵 延 时减 泵 计 数加 泵 延 时10.0.60.2 #602TIM03#2TIM04加 泵 延 时加 泵 计 数复 位 延 时CNT0 20.81.0520.131.04CNT0720.620.12
14、0.720.8CNT07CNT0 20.101.0320.141.0520.620.20.920.10CNT07 20.1220.151.0420.3 1.0320.6CNT020.120.12TIM04#300.20.610. CNT0.1CNT08TIM01 #10TIMCNT03图 5CNT08#2#103TIM END10.720.201.820.1320.920.8201.520.3201.720.1520.120.7201.420.201.620.1420.120.1201.320.11010.51.0510210.610.10.3010.31.041010.410.10.5091
15、0.1.03010.210.310.510.610.510.410.310.210.20.6 10.201.90.50.40.31.00.10.90.21.021.00.10.20.20.TIM010.51.050.8201.9201.8201.TIM05CNT08CNT0TIM013减 泵 计 数变 频 故 障 中 继2#手 动 工 频3#手 动 工 频手 自 动 开 关误 动误 动 延 时变 频 启 动1#变 频 接 触 器输 出1#工 频 接 触 器输 出2#变 频 接 触 器输 出2#工 频 接 触 器输 出3#变 频 接 触 器输 出3#工 频 接 触 器输 出系 统 运 行结 束2
16、01.61.030.3TIM0120.0.0.90.11.0 1#手 动 工 频201.71.040.4TIM0120.0.0.90.11.0 图 6图 6欧姆龙编号、指令与三菱编号、指令对照表欧 姆 龙三 菱三 菱欧 姆 龙欧 姆 龙三 菱输入输出 三 菱欧 姆 龙指令 表 1根据 PLC 的梯形图编制的程序指令见表 2 的程序清单。五、系统调试在水泵的控制部分变频器和 PLC 的编程制作结束后，进行了程序调试，先启动、停止系统 PLC 动作正常，当系统启动后 PLC 输出信号启动变频器后调试变频器的程序由变频器给 PLC 加泵、减泵、变频器故障信号 PLC 能正确输出信号，模拟电机热继电器
17、动作信号和液位低信号系统能马上停机，未启动系统之前选择任一个泵做变频泵后其它两台泵的选择信号无效，系统启动后若操作选择其它两台泵做变频泵或误操作自动手动开关系统会立即停机。当系统其它部分也完成制作安装好后，系统进行最后试机调试，根据楼层供水要求水泵的出口压力传感器定在 3.5kgf/cm2。当达到 3.5kg 时变频器逐渐减速至 16HZ 控制变频泵以低速运转以保持供水管网恒压，变频器在延时 10 分种低速运转后停机，主要考虑夜间无用水和用水很小情况下节约用电。手动关小水泵出水闸阀且让大量出水流入蓄水池模拟用水量增加水压减小，变频器在收到压力低信号后先增加输出电源的频率提高水泵的转速直到满 5
18、0HZ 然后发出加泵信号， PLC在收到变频器的加泵信号后延时 30 秒后自动投入一台泵工频运行（延时 30 秒主要考虑水网管道的水压有时候有波动而误动） ，这时调小正在运行的工频泵的热继电器整定值使热继电器动作模拟水泵过流保护故障，PLC 自动将故障泵切开投入下一台正常的泵工频运行。下一步手动增大水泵出水闸阀且减小出水流入蓄水池来模拟用水量减少水压增大，变频器先让变频泵减速到设定的最低值（设定时定在 34HZ）然后发出减泵请求， PLC 在收到变频器的减泵信号后延时 20 秒（延时 20 秒也是考虑水压会波动）切开运行的工频泵，进行粗调节然后变频器通过变频控制水泵的转速对出水管道的压力进行细
19、微调节。实际应用中由于系统主要工作场所是在地下室，空气中的湿度较大，所有在系统的控制柜中安装了一个除湿器及其控制部件湿度控制器来改善柜内环境，为防止柜内电器设备受高温影响还在柜内安装了两个小轴流风扇加速空气流动，降低柜内温度。结论对我单位生活供水泵控制系统以 PLC 为核心技术取代继电器控制技术的改造从 03 年 5 月安装调试好后到现在正常工作有一年半了，期间没有发生大的故障，特别是 PLC 一直完好无误工作从没有发生误动作现象，本次改造购买元器件以及后来的制作安装共用去一万多元，而在市场上若买同样功能的设备控制柜和制作安装所需的费用最少要近 4 万元，本次改造所产生的经济效益还是很可观的，产生经济效益是一方面，最重要是我们在制作调试过程中大家的理论水平和动手操作的能力得到了很大的提高，以后对此类设备维修也可自己单独干，节约请厂家人员上门服务的费用。参考文献1.PLC 的编程及应用廖常初主编 机械工业出版社 2004 年 2.电器与可编程序控制器应用技术 邓则名 程良伦 机械工业出版社 2003 年 2 月3. 可编程序控制器应用教程 台方 中国水利水电出版社4变频恒压供水系统设计图纸 LG 建设主编
