基于PLC的变频恒压供水系统设计(3)
2.2.1 方案的确定
本系统的主要任务是运用PLC使变频器控制水泵的变速与切换，保证管网水压恒定和水泵电机的软起动。根据系统的任务要求，设计运用PLC、通用变频器、人机界面、压力传感器来完成控制要求。这种组合方式方便、快捷、稳定，因具有通信接口使其加强了与其它系统的数据交换。
2.2.2 变频恒压供水系统的组成
该系统的方案图如图1所示：
图1 变频恒压供水系统的方案图
由以上方案图可知本系统设计可分为：执行部分、信号检测部分和控制部分，具体为：
(l)执行部分：执行部分由一组水泵构成，用于将水注入用户管网中，它有三台水泵，其中变频调速泵是由变频器控制来保证管网的恒压；其中工频泵是运用在用户用水量很大（变频泵达到工频运行状态都无法满足用水要求时）时投入使用。
(2)信号检测部分：需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和系统报警信号。管网水压信号是系统的主要反馈信号反映的是用户管网的水压值。水池水位信号源于安装在水池中的液位传感器，它用于检测水池中的水位，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。报警信号用以反映系统是否正常工作，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。
(3)控制部分：供水控制部分安装在控制柜内，包括PLC系统、变频器和电控设备三个部分。PLC系统对系统中的压力、液位、报警信号进行采集并对执行部分实施控制；变频器是对水泵进行转速控制的单元，其跟踪系统送来的控制信号来改变调速泵的运行频率，进而完成对调速泵的转速控制。变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。变频恒压供水系统的结构框图如图2所示：
网压力
图2 变频恒压供水系统的结构框图
3. 系统硬件设计
3.1 系统主要设备的选型
根据基于PLC的变频恒压供水系统的原理，系统的控制总框图如图3所示：
图3 系统的电气控制总框图
3.1.1 PLC及其扩展模块的选型
可编程控制器，简称PLC(Programmable Logic Controller)，在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义: 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。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[3]。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。PLC的技术特点：
(1)可靠性高
PLC采用周期扫描、集中采样、集中输出的工作方式提高自身的抗干扰能力。
(2)控制程序可变，具有很好的柔性
在改变生产工艺流程时，不必改变硬件设备，只需改变一下软件程序就可以达到目的。PLC具有很强的柔性控制能力，因此PLC在柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)以至于工厂自动化(FA)中也被大量采用。
(3)功能强，性价比高
现代PLC不仅具有定时、计数、顺控等功能，还具有数值处理功能和模拟量输入输出处理等功能，它具有很高的性价比。
PLC是变频恒压供水系统中最重要的部位，它必须完成对系统信号的采集和对其他机构的相关控制[4]。经过多方面考虑，我选用德国西门子公司生产的S7-200型的PLC，它结构紧凑，价格低廉，具有很高的性价比。