西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8厂家质保
日常的生活用水量随季节、昼夜、上下班的时间不同而有较大变化，因而经常出现供水用水的不平衡，主要表现在水压上，用水多而供水少则水压低，用水少而供水多则水压高。某住宅区由于自来水管网的水压较低，自来水通常不能到达住宅的较高楼层。传统的供水方式利用蓄水池蓄水，用水泵再次将水送至楼顶的高位水箱，再供应给用户。蓄水池中的水一般是由市政自来水管网供给，这样，有压力的水进入水池后变成了零压力，造成大量的能源白白浪费，这种供水方式不可避免通过蓄水池和高位水箱造成二次污染，影响居民的身体健康。但是为保证小区的供水正常，我们利用PLC，配以稳流罐、负压消除器和不同功能的传感器等，根据网管的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。这种变频恒压供水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置。不对市政供水管网产生负压，适用于一切需要增高水压、恒定流量的给水系统。另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40％。结合使用可编程序控制器，可实现循环变频，电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。
1 系统设计
（1）原理
系统采用2～3台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模拟量输入模块输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将先工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述2个信号仍存在时，PLC再停掉第2台工频运行的电机，直到后一台泵用变频器恒压供水。
所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。
（2）系统硬件
系统选用了西门子公司的S7-200 （CPU224XP CN ）PLC，主要检测元件有水位检测、执行继电器状态等，共计14个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等，共10个输出点。模拟量检测有压力检测、变频器运行频率检测和压力比对检测，共2个输入、1个输出量。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。水泵分别由变频器软起动，旁路工频运行，进行恒压控制，变频器的起动、停止分为使用触摸屏或文本显示器等设备软控制和PLC自动控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关，PLC对该开关的状态实时检测，当选择手动功能时，PLC只进行检测报警，由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的工频起、停。当选择自动功能时，所有控制、报警均由PLC完成。系统原理图如 图1所示。
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2 系统软件
为方便调试和编程，系统控制器采用模块化编程，主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块组成。
（1）手动运行模块
当系统处于手动运行时，PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号，并由此判断各工作水泵的运行状态，在出现故障的情况下，输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过面板上的按钮和开关来实现。
（2）自动运行模块
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图2 自动运行模块流程图
自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。自动运行模块流程图如图2所示。其中：数据采集子程序完成对主水管压力的数据采集。
控制量运算子程序完成变频器控制量的计算和控制量的输出，其中控制量的计算按PID控制规律进行。
电机控制子程序完成对3台水泵的运行和停止控制。由于变频器的输出频率与水泵的运转速度直接相关，用水量大时，变频器输出频率升高，水泵的运转速度大；用水量小时，频率降低，水泵的运转速度小。因此程序根据变频器的输出频率的大小就可以判断和控制水泵的工作状态。当频率上升到50 Hz（即水泵全速运转）时仍不能满足供水需要时，则PLC自动将台泵切换到工频运行；第2台泵由变频器供电投入运行，如果第2台泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则PLC自动将第2台泵切换到工频运行，第3台泵由变频器供电投入运行，依此规律逐个投入运行；当2台泵都处于工频全速运行方式，第3台泵处于变频运行工作方式时，如果此时用水量减小，变频器输出频率下降，当频率到达一定的下限Fmin（设定变频器频率下限）时，供水量仍大于用水量，则系统自动将第三台泵停止运行。同样，第三台泵停机后，如果此时供水量还大于用水量，则系统自动将第二台泵停止运行，依此类推。电机控制子程序功能图如图3所示。
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（3）故障诊断和报警输出模块
变频器具有短路、过载等保护功能，当变频器所驱动的水泵电机发生短路、过载等故障时，变频器将自动切断一次供电回路，进入保护状态并输出报警信号。系统把各故障点相应的接触器、断路器等元件的辅助触点接到PLC，PLC扫描输入这些触点的状态，并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区，再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析，判断设备或元件是否出了故障，如果发生故障，则切断该泵的接触器，然后对变频器复位，再将备用水泵的接触器接通，启动变频器运行备用泵，同时输出该泵故障报警信号。如电机故障指示灯亮等。
3 结语
变频调速恒压供水系统具有节能、安全、高品质的供水质量等优点。采用PLC作为控制器，硬件结构简单，成本低，系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。另外，S7-200（CPU224XP CN ）PLC基本单元提供二个RS-485接口，一个与触摸屏或文本显示器（系统参数显示、设定、系统运行软控制设备）等设备通讯控制，另一个可以与楼宇监控中心进行通讯，实现无人远程控制。
一、 系统概述：
本控制系统由微机控制系统控制监测工作，能够实现各种加减档操作以及变速箱的加载动作，还可通过微机控制界面对话完成各种操作指令的设定、实时监视、能自动显示变速箱输入输出转速，对错档实现报警，可动态监控变速箱加载扭矩，工作油温和液压，噪音等指标。系统图如下所示：
二、 控制要求：
1. 具有手动和自动切换功能；
2. 具有定量控制注油功能；
3. 注、抽油过程具备压力检测功能；
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4. 具有正、反拖切换功能；
5. 具有变速器加减档操作功能；
6. 具有噪音实时检测功能；
7. 具有倒档开关实时检测功能；
8. 具有里程表实时检测功能；
9. 尾座前进分快进和工进，尾座后退只有快退；
10. 变速器到位具有两个检测点，以防止误判断；
11. 具有换档力实时检测；
12. 离合器具有脱开和闭合检测；
13. 注油器具有原位和到位检测；
三、 硬件系统配置：
1. PLC配置：采用日立EH-150系列PLC系统
1） 中央处理模块（CPU）：日立EH-516；
2） 数字量输入模块（DI）：日立EH-XD16；
3） 数字量输出模块（DO）：日立EH-YT16；
4） 电阻温度检测模块（PT100）：日立EH-PT4；
5） 模拟量输入模块（AI）：日立EH-AX44；
6） 模拟量输出模块（AO）：日立EH-AY4V；
7） 计数器模块（CU）：日立EH-CU；
8） 通讯模块（DeviceNet）：日立EH-RDM
2. 触摸屏配置：
采用一体化触摸式工控机，通过232接口与日立PLC的专用端口连接，采用日立专用的HI协议。
3. 传动及检测配置：
1） 变频器带PG速度反馈卡及制动装置（30KW）；
2） 变频器带PG速度反馈卡及制动装置（55KW）；
3） 电机（30KW）；
4） 电机（55KW）；
5） 接近开关；
6） 测速传感器；
7） 调速传感器；
8） 温度传感器；
4. 系统监控实现：
本控制系统的系统主要有PLC监控部分和上位机组态监控两部分组成。
1） PLC监控部分：PLC控制系统分为自动控制和手动控制。
当在手动控制时，手动操作实验过程，即液压系统将变速器推至操作位置并夹紧，尾座前进到终点位，此时注油器前进并注油；接着通过一体式触摸屏设置实验参数和操作按钮顺次进行正拖加载实验和反拖加载实验；操作实验完成按钮后，系统自动抽油，尾座退回原点，夹具松开，实验结束。
当在自动控制时，除了注油器自动注油外，其余操作过程与手动控制时一致。
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2）上位机组态监控部分：
a. 软件可以对各档位转速、速比、扭矩进行设置；
b. 软件可以根据变速器的不同品种进行速度、速比、扭矩参数替换；
c. 设定各测量值的目标值、上下限；
d. 动画显示当前的设备动作、所处状态的显示；
e. 具有错误报警功能，其中包括：转速、速比、扭矩超限报警；噪音超限报警；油温超限报警；换档力超限报警；
f. 软件可显示变速箱条形码号码；
g. 可实时显示当前值，其中包括：试验日前、时间；换档力；档位数、速比；噪声；输入转速、左输出转速、右输出转速；注油量、油温；输入扭矩、输出扭矩及输出总扭矩；里程表；
h. 软件具有数据存储功能，有数据报表、历史数据曲线、实时数据曲线的显示；
i. 软件具有数据报表及数据曲线打印功能。
啤酒发酵是啤酒生产过程非常重要的环节，特别是对发酵过程中温度、压力的控制尤其重要。早期，由于人们对发酵机理认识不深，再加上采用控制器的限制，对发酵采取自动控制未能成功。随着人们对发酵机理的逐步认识，并随着可靠性高、能经受恶劣环境器件的引用，对发酵采用自动控制逐渐取得成功。
系列产品，设计开发了发酵控制系统，并已成功地应用于我公司现场。经实际运行，该系统技术性能优良，运行稳定可靠，操作直观方便，对发酵控制取得成功。
1、 控制系统的组成与功能
根据啤酒发酵工艺，我们在发酵罐的上、中、下三段各设了冷却盘管，管内的冷媒采用酒精溶液，通过控制阀门的开启来控制发酵温度。其生产过程流程图如图1所示。
本系统上位机配置1台586微型计算机和1台打印机。下位机采用西门子S7-300可编程控制器，通过Profibus-DP总线接口与上位机相连，构成整个监控系统，其组成结构图2所示。
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① 对每个发酵罐的上、中、下3个测量点的温度进行检测，实现自动控制，罐内实行压力检测。整个发酵过程按照发酵机理，根据主酵→双己酰还原→冷却→酵母回收→后贮的阶段，分别设定曲线进行控制，并采用滞后预估等控制方法，使系统控制精度符合工艺要求。
② 上位计算机可以动态显示每个发酵罐的工艺流程，即温度、压力、进酒时间、酒龄及超限声光报警等，以便对发酵罐进行宏观管理，并具有阀门的开关状态显示，阀门的手自动控制，实时报表打印等功能。
③ 能监视每个发酵罐的温度、压力周期曲线，当累积酒龄达到时，自动出信号，以便人工确定是否执行下步操作。
根据工艺要求设有操作员、工艺操作员及总工三级密码，并对各工艺参数进行保存及报表处理功能。保证了系统安全，强化了生产管理，为经济责任制的考核提供了依据。
啤酒发酵是内部机理复杂的生化反应。其反应时间长，惯性大，不易控制，尤其是发酵罐三点温度控制是关联的，相互影响。我们从整体考虑，采用预估，时间PID以及模糊控制方式，按照设定的工艺控制曲线进行监测控制。
主酵阶段的自支控制程序
当冷却的麦汁和酵母进入发酵罐后，就开始进入主酵阶段。由于发酵是入热反应，温度升高，产生大量的CO2，使发酵液产生强大的对流。在控制上应t上<t中<t下，故控制冷却液阀门的开启顺序是TV上→TV中→TV下。为了保证控制精度，我们以上、中两点温度的平均值的△t1时，只开启TV上；当该点温度大于设定曲线温度值的△t2时，同时开启TV上TV中阀。而且每一点温度若大于设定曲线温度值的△t0时，就单开与时间预估方式进行综合考虑，保证温度控制精度。
在双己酰还原联阶段，由于主酵完成，只是在等待双己酰指标符合要求后进行降温，此时要抑制发酵液的对流。在控制上要保持罐内温度均衡，即t上=t中=t下。
2.3 冷却排酵母阶段控制程序
一旦双己酰符合工艺指标要求，就可对发酵液进行冷却，使酵母沉淀。为了加快酵母的沉淀，应使罐内上面热，下面冷，酵母不上翻，即温度控制满足t上> t中>t下。这样控制冷却阀门开启的顺序为TV上→TV中→TV下。
2.4 后贮阶段的控制程序
当酒酒液冷却至-0.5℃左右时进入后贮阶段。在这个阶段要使温度尽量均衡，且使罐内上中下温度为t上=t中>t下。这主要是为了避免温度回升，以免下面温度高于中上部温度，引起酒液对流，使酵母溶于酒液中，影响产品质量，也给滤酒增加困难。另外，低温贮酒时应控制阀门的开启时间，不宜太长，以免结冰。
3、 结束语
该控制系统在现场运行了两年多时间，实践证明设计合理，性能可靠，组成系统灵活方便，控制品质好，满足工艺要求，提高了装置的自动化控制水平，也大大减轻了员工的劳动强度，给我公司带来显著的经济效益
