變頻恒壓供水生產自控系統（一拖多）方案系統概述1.1項目背景項目名稱：變頻恒壓供水生產自控系統系統目標：實現變頻生產自控系統集中控制、智能運行、故障監控、自動切換、節約能源、人性化操作，實現一拖二、一拖三、一拖四等變頻恒壓自動運行方式。1.2水泵型號及數量1.3智能自控系統實現的功能序號位置技術參數功率/極對數型號數量1單晶爐純水330t/h 50m75kw/2PCL401016（2套）2多晶爐純水230t/h 50m45kw/2PCL401013（1套）3切方機純水32t/h 50m7.5kw/2PCRN32-42（1套）4單晶真空泵47t/h 50m11kw/2PCRN45-33（1套）5冷凍機機組冷卻水300t/h 35m45kw/4PCL501573（1套）6冷凍機機組冷卻水400t/h 35m55kw/4PCL801554（1套）變頻恒壓供水生產自控系統由PLC集中控制，一臺變頻器拖動幾臺水泵，即PLC通過檢測出水壓力來控制水泵的工頻運行臺數和變頻器的輸出頻率從而控制供水管保持在恒壓狀態。如果控制一臺變頻器拖動一臺水泵升速，當達到工頻時檢測到的出水壓力不能達到設定壓力時，則第一臺水泵變頻接觸器斷開，切換全工頻運行；第二臺變頻器輸出帶動第二臺水泵變頻升速，在檢測到的出水壓力達到設定壓力時，則根據檢測的壓力實時調節輸出頻率，使供水管保持在恒壓狀態;若第二臺變頻器輸出到工頻時檢測到的出水壓力任不能達到設定壓力時，則第二臺水泵變頻接觸器斷開切換全工頻運行，第三臺水泵變頻升速，當檢測到的出水壓力達到設定壓力時，保持穩定輸出；若管網壓力有變化則變頻器輸出頻率相應變化，若管網壓力較給定壓力升高時則相應降低輸出頻率使其穩定在設定的恒壓狀態；若第三臺變頻器輸出頻率降低至最低還不能維持出水管網壓力恒定在給定范圍之內則停止第三臺變頻器，第二臺水泵由工頻切換全變頻降速輸出，直到管網壓力穩定在設定的恒壓范圍之內。1.4監控要求?變頻恒壓生產自控系統設備名稱數量監控目的變頻恒壓生產自控系統1、 集中控制PLC負責數據米集：壓力變送器、變頻器。2、 采集狀態信號：運行/停止、變頻/公頻、正常/故障、手動/自動、時間、壓力等運行狀態和參數。3、 控制：啟動、停止、自動調節、故障自動切換等。方案設計綜述2.1設計范圍本設計方案內容包括以下系統的硬件供應和軟件設計:⑴集中控制（PLCI/O控制系統）。⑵變頻柜及儀表。2.2設計總原則2.2.1對設計方案主要遵循以下幾個基本原則：實用性：保證以合理的價格切實滿足需方的實際需求，具有良好的經濟性，適用于我國目前常見的工藝流程和管理過程。可靠性：先需方之憂而憂，想需方之所想，保證系統的高可靠性，盡可能避免在實際使用過程中可能出現的各種問題。系統可靠性體現在以下幾個方面：先進、可靠的網絡系統保障系統生產數據的可靠性與實時性。嚴格的設備選型為系統的穩定運行奠定堅實的基礎。合理的方案設計最大限度發揮設備的工作效率。先進性：系統代表目前自動化的最新水平，能最大限度并在未來的一段時間內保持一定的先進性和實用性。開放性：系統具備良好的開放性和兼容性，整個系統易于升級。高效性：系統操作簡便，易于維護，保證日常業務快速處理的能力。2.2.2現場控制設備設計準則由于現場站直接操作著現場的各種設備，而任何設備的錯誤運行或者意外停止均會影響正常生產，造成人力、才力、物力方面的經濟損失。因而，處于現場的所有設備必須做到運行可靠、維護簡便。另外，由于現場站必須為上位機提供準確的現場數據，并且能夠根據上位機的調度指令及時地做出正確的動作，因而，現場站必須支持開放的、標準的、快速的通訊協議。綜上，在設計自動化儀表以及監控系統方案時，供方遵循如下準則：所有的儀表和控制設備均有長期的使用歷史，其可靠性必須為需方所證明。對各段工藝的數據采集以及運行控制由PLC完成，操作站僅提供人機交互的界面。PLC上的運行程序能在線更改。PLC模塊上帶有完備的指示燈，指示模塊的健康狀況和各個端子的狀態。每個端子上有明確的文字標簽，確保接線正確，以及日后的維修。控制設備使用在線式不間斷電源，以保證系統能夠連續穩定的運行。PLC支持多種國際標準通訊協議，以便系統的升級。2.3設計依據供方提供的系統應符合下列規范和國家標準的最新版本：ANSI/ISAS5.1 儀表符號和說明ISAS5.4 儀表回路圖NEC 美國國家電氣規范ANSIMC8.1/ISARP55.1數字過程計算機的硬件檢測其他 IEC、ISO和制造廠標準2.4設計規范設計遵循以下標準和規范：<<過程檢測和控制流程圖用文字和圖形符號”(HG/T20505-2000)<<自動化儀表選型設計規定”(HG/T20507-2000)<<分散型控制系統工程設計規定” (HG/T20573-1995)<<自控專業工程設計文件深度的規定”(HG/T20638-1998)<<控制室設計規定” (HG/T20508-2000)<<儀表供電設計規定” (HG/T20509-2000)<<信號報警、聯鎖系統設計規定”(HG/T20511-2000)<<自控安裝圖冊” (HG/T21581-95)<<自動化儀表工程施工及驗收規范”(GB50093-2002)<<自動化儀表安裝工程質量檢驗評定標準”(GBJ131-90)2.5設計目的實現生產系統集中控制、智能運行、節約能源、人性化操作。生產自控系統通過智能化的邏輯集中控制，達到節省能耗、精確控制和操作維護方便的功效，實現對泵及其輔助設備的數據在線監視和管理控制優化，保證整個系統的長期安全、經濟、合理和高效運行。系統方案3.1基本框架本系統是實時監控系統，依據集散控制系統設計的基本原則，可以將整個監控系統分為以下2個部分：⑴集中控制(PLCI/O控制系統)。⑵變頻柜及儀表。3.2系統簡述系統提供豐富的控制功能，可滿足現場的各種功能要求，可完成系統工藝參數采集、儀表回路控制、流程畫面等。及時提供現場的報警信號，以供操作人員處理參考。I/O控制柜有強大的采集、處理數據功能，數據進行時時更新功能。PLCI/O控制系統運行模式如下：通過安裝在總管末端壓力變送器，系統實時監測系統壓力，與系統設定值比較，啟動相應的控制策略。當實際壓力低于設定壓力下限，系統自動調節運行中的變頻器。當實際壓力高于上限，系統自動卸載運行中變頻器，使系統壓力降低。運行過程中，當運轉中的變頻器故障停機，自動投用備用設備。根據設備性能和能效提供最優的設備運行組合和優化負荷分配，提供先進智能的控制算法，以便最大限度的根據負載需求實現節能運行，實現最佳高效運行。對于需方特殊控制邏輯要求，雙方在系統實施前，進行充分溝通，供方盡可能滿足需方要求，達到系統最佳運行方案，保證良好使用。根據工藝的可靠性和系統的實用性要求，能滿足以下要求：、集中控制功能：控制器可以集中控制設備的執行，可以通過數顯儀表查看管網壓力，通過指示燈查看故障報警指示、變頻/工頻指示、手/自動指示、運行/停止指示等。、自動控制和經濟運行功能：即自動啟停、自動切換、自動增減運行泵數量、自動調節輸出頻率等。、可以在線修改參數功能：即可以在線設定給定壓力，在線設置備用泵和主用泵。、可以實現控制方式的切換和自動控制的聯鎖功能：即在異常或維修時需要將自控切換全手動解除聯鎖。轉換開關旋全“自動”狀態時，水泵的啟停及泵的變頻/工頻切換運行完全由PLC根據用水壓設定情況自動調整，系統能夠全自動運行實現變頻和工頻自動切換及其自控系統的啟停。變頻/工頻切換有聯鎖保護，輸入輸出信號均由中間繼電器隔離。、可以實現報警及切換：?若一臺運行泵故障可以切換至備用泵并儲存故障信息。?若管網壓力、電機或變頻器有異常時可以報警輸出，并顯示其原因。?具體故障信號：水位下限故障、變頻器故障、水壓上下超限報警等。3.3控制方式3.3.1變頻恒壓供水控制給水泵的控制采用變頻恒壓供水方式，該方式根據用水量的大小來控制水泵運行的數量，達到節能降耗的目的。水壓的控制由變頻器來控制，水泵的切換及壓力信號的采集由可編程序控制器（PLC）來實現。PLC實現系統的手動/自動方式的轉換，水泵及閥門的自動控制，變頻器的啟停控制，水泵的變頻工頻方式切換等功能。3臺水泵由1臺變頻器采用一拖三的方式控制，2臺水泵由1臺變頻器采用一拖二的方式控制，采用一拖二或一拖三、一拖四控制方式，可任意設置備用泵使其不參與運行。3.3.2控制原理系統通過測到的管網壓力，經變頻器的內置PID調節器運算后，調節輸出頻率，實現管網的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網壓力極限信號）可適時通知變頻軟起進行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現象的產生，泵的啟停將聯動其出口閥門。變頻恒壓供水原理如下圖：3.3.3控制方式泵的操作可在控制室與現場兩地操作，泵的控制可分手動與自動控制方式。當泵房控制柜“遠程/現場”旋鈕置現場位置，且“手動/自動”旋鈕置于動位置時，各泵的啟停信號由人工通過按鈕給出，由變頻器拖動；當“手動/自動”旋鈕置自動位置時，各泵的啟停由壓力信號給出，由變頻器經過內部的PID運算，然后輸出相應的工作頻率；“遠程/現場”旋鈕置現場位置時，遠程不能操作。轉換開關旋全“自動”狀態時，水泵的啟停、電動閥門的啟停及泵的變頻/工頻切換運行完全由PLC根據用水壓設定情況自動調整，系統能夠全自動運行，最終達到現場無人值守。整套系統應用程序包括：啟動子程序；運行子程序。運行子程序包括調節子程序和電機切換子程序，電機切換子程序又包括加電機子程序和減電機子程序。系統中設一個壓力設定值，一個壓力上限值，一個壓力下限值。這樣設定是因為：當系統壓力偏離（略高或略低）壓力設定值時，此時壓力上限值與下限值的設定降低了電機、接觸器、繼電器、電動閥等的啟動頻率，延長了設備的使用壽命。當條件滿足發出啟動信號后，開始運行啟動程序，此時由PLC控制1號電機變頻運行，同時計時器開始計時，若計時完畢后，壓力低于壓力下限值，切斷1號電機變頻運行，同時設定一段延時時間（延時主要有兩個原因：一是為了使開關充分熄弧，防止電網倒送電給變頻器；二是為了使變頻器減速為零以重新啟動另一臺電機），延時完畢后，2號電機投入變頻運行，此時1號電機工頻運行，同時計時器開始計時。以此類推，直至壓力到達系統設定值后轉入正常運行調節程序。運行過程中，若壓力上、下限值均未達到，此時系統處于模擬調節狀態。若達到壓力上限值，則計時器開始計時。計時過程中監視系統壓力值，如果又低于上限值，則關計時器，繼續模擬調節；若計時完畢后，系統壓力仍高于壓力上限值，則轉入減泵切換子程序。若達到壓力下限值，則計時器開始計時，計時過程中監視系統壓力值，如果又高于下限值，則關計時器，繼續模擬調節；若計時完畢后，系統壓力仍低于壓力下限值，則轉入加泵切換子程序。水泵切換子程序分為兩部分：加泵子程序和減泵子程序。此程序動作的條件是：上面的兩個計時器任何一個計時完畢。減泵子程序：條件滿足后由PLC來決定切除哪臺工頻運行的電機，切除依據是3臺泵中先啟的先停，每停完一臺泵后要設定一段延時時間，以便變頻器調節一段時間，防止連續切除動作。這主要是考慮到本系統非線性、大慣性因素而采取的措施。加泵子程序：條件滿足后由PLC控制將變頻泵投入工頻運行。延時一段時間后，將備用泵投入變頻運行。加泵的依據誰停的時間長加誰，每加完一臺泵后要設定一段延時時間，以便變頻器調節一段時間，防止連續加泵動作。如果系統有1臺泵運行就可滿足需要，為了防止備用水泵由于長期不使用銹死，系統編寫了自動巡檢程序。即任何一臺泵連續運行設定的一段時間（如10天）后，會自動停止而由下一臺泵繼續工作。綜合整個運行，實現了3臺泵的輪流切換，使整個系統工作協調，提高了效率和壽命，充分合理地使用了3臺設備。4.儀器設備描述4.1柜體所有柜（箱）體上配有手柄和鎖，全部的鎖用同一把鑰匙；柜體外殼采用不小于1.5mm厚的鋼板，配件采用電焊或螺栓組裝；柜體表面采用靜電噴涂技術（噴塑）；部分柜體設有散熱孔和有效的濾塵，裝置設備外殼等級遵照IEC529，防護等級為室內地面設備IP52。顏色：7035。4.2可編程序控制器控制系統選用西門子S7PLC設備有著很好的穩定性能，是適合于中型應用模塊化PLC系統，它具有模塊化、易于實現分布、需方界面友好等特點，在行業得到了廣泛的應用。供方提供的PLC滿足如下功能要求：⑴模塊化的存儲器，容量基本配置256KB，并可根據應用需要擴展到1MB以上；⑵通信網絡冗余，避免由于單一通信電纜故障導致系統失效；⑶通