變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)一拖多方案

變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案一．系統(tǒng)概述1.1項目背景項目名稱：變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)系統(tǒng)目標(biāo)：實現(xiàn)變頻生產(chǎn)自控系統(tǒng)集中控制、智能運(yùn)行、故障監(jiān)控、自動切換、節(jié)約能源、人性化操作，實現(xiàn)一拖二、一拖三、一拖四等變頻恒壓自動運(yùn)行方式。1.2水泵型號及數(shù)量1.3智能自控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能序號位置技術(shù)參數(shù)功率/極對數(shù)型號數(shù)量1單晶爐純水330t/h50m75kw/2PCL401016(2套)2多晶爐純水230t/h50m45kw/2PCL401013(1套)3切方機(jī)純水32t/h50m7.5kw/2PCRN32-42(1套）4單晶真泵空47t/h50m11kw/2PCRN45-33(1套）5冷凍機(jī)機(jī)組冷卻水300t/h35m45kw/4PCL501573(1套)6冷凍機(jī)機(jī)組冷卻水400t/h35m55kw/4PCL801554(1套)變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)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(yùn)行臺數(shù)和變頻器的輸出頻率從而控制供水管保持在恒壓狀態(tài)。如果控制一臺變頻器拖動一臺水泵升速，當(dāng)達(dá)到工頻時檢測到的出水壓力不能達(dá)到設(shè)定壓力時，則第一臺水泵變頻接觸器斷開，切換至工頻運(yùn)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(dá)-1-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案到設(shè)定壓力時，則根據(jù)檢測的壓力實時調(diào)節(jié)輸出頻率，使供水管保持在恒壓狀態(tài)；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(dá)到設(shè)定壓力時，則第二臺水泵變頻接觸器斷開切換至工頻運(yùn)行，第三臺水泵變頻升速，當(dāng)檢測到的出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力時，保持穩(wěn)定輸出；若管網(wǎng)壓力有變化則變頻器輸出頻率相應(yīng)變化，若管網(wǎng)壓力較給定壓力升高時則相應(yīng)降低輸出頻率使其穩(wěn)定在設(shè)定的恒壓狀態(tài)；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(wǎng)壓力恒定在給定范圍之內(nèi)則停止第三臺變頻器，第二臺水泵由工頻切換至變頻降速輸出，直到管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定的恒壓范圍之內(nèi)。1.4監(jiān)控要求◆變頻恒壓生產(chǎn)自控系統(tǒng)設(shè)備名稱數(shù)量監(jiān)控目的1、集中控制PLC負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集：壓力變送器、變頻器。2、采集狀態(tài)信號：運(yùn)行/停止、變頻/公頻、正常/故障、手動/自動、時間、壓力等運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。變頻恒壓生產(chǎn)自控系統(tǒng)3、控制：啟動、停止、自動調(diào)節(jié)、故障自動切換等。二．方案設(shè)計綜述2.1設(shè)計范圍本設(shè)計方案內(nèi)容包括以下系統(tǒng)的硬件供應(yīng)和軟件設(shè)計：⑴集中控制（PLC控I/O制系統(tǒng)）。⑵變頻柜及儀表。-2-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案2.2設(shè)計總原則2.2.1對設(shè)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(jīng)濟(jì)性，適用于我國目前常見的工藝流程和管理過程?？煽啃裕合刃璺街畱n而憂，想需方之所想，保證系統(tǒng)的高可靠性，盡可能避免在實際使用過程中可能出現(xiàn)的各種問題。系統(tǒng)可靠性體現(xiàn)在以下幾個方面：先進(jìn)、可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)保障系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可靠性與實時性。嚴(yán)格的設(shè)備選型為系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅實的基礎(chǔ)。合理的方案設(shè)計最大限度發(fā)揮設(shè)備的工作效。率先進(jìn)性：系統(tǒng)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(nèi)保持一定的先進(jìn)性和實用性。開放性：系統(tǒng)具備良好的開放性和兼容性，高效性：系統(tǒng)操作簡便，易于維護(hù)，保證日常業(yè)務(wù)快速處理的能場控制設(shè)備設(shè)計準(zhǔn)則由于現(xiàn)場站直接操作著現(xiàn)場的各種設(shè)止均會影響正常生產(chǎn)，造成人力、才力、物力方面的經(jīng)濟(jì)損失。因而，整個系統(tǒng)易于升級。力。2.2.2現(xiàn)備，而任何設(shè)備的錯誤運(yùn)行或者意外停處于現(xiàn)場的所有設(shè)備必須做到運(yùn)行可靠、維護(hù)簡便。另外，由于現(xiàn)場站必須為上位機(jī)提供準(zhǔn)確的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并且能夠根據(jù)上位機(jī)的調(diào)度指令及時地做出正確的動作，速的通訊協(xié)議。綜上，在設(shè)計自動化儀表以及監(jiān)控系統(tǒng)方案時，供方遵循所有的儀表和控制設(shè)備均有長期的使用歷史，其可靠性必須為需方所證因而，現(xiàn)場站必須支持開放的、標(biāo)準(zhǔn)的、快如下準(zhǔn)則：明。-3-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案對各段工藝的數(shù)據(jù)采集以及運(yùn)行控制由PLC完成，操作站僅提供人機(jī)交互的界面。PLC上的運(yùn)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(tài)。每個端子上有明確的文字標(biāo)簽，確保接線正確，以及日后的維修。控制設(shè)備使用在線式不間斷電源，以保證系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。PLC支持多種國際標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，以便系統(tǒng)的升級。2.3設(shè)計依據(jù)供方提供的系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)范和國家標(biāo)準(zhǔn)的最新版本：ANSI/ISAS5.1儀表符號和說明ISAS5.4NEC儀表回路圖美國國家電氣規(guī)范ANSIMC8.1/ISA數(shù)字過程RP55.1計算機(jī)的硬件檢測其他、IS和O制造廠標(biāo)準(zhǔn)IEC2.4設(shè)計規(guī)范設(shè)計遵循以下標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)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(shè)計規(guī)定>>(HG/T20507-2000)<<分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定>>(HG/T20573-1995)<<自控專業(yè)工程設(shè)計文件深度的規(guī)定>>(HG/T20638-1998)<<控制室設(shè)計規(guī)定>>(HG/T20508-2000)-4-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案<<儀表供電設(shè)計規(guī)定>>(HG/T20509-2000)<<信號報警、聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)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(guī)范>>(GB50093-2002)<<自動化儀表安裝工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)>>(GBJ131-90)2.5設(shè)計目的實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)集中控制、智能運(yùn)行、節(jié)約能源、人性化操作。生產(chǎn)自控系統(tǒng)通過智能化的邏輯集中控制，達(dá)到節(jié)省能耗、精確控制和操作維護(hù)方便的功效，實現(xiàn)對泵及其輔助設(shè)備的數(shù)據(jù)在線監(jiān)視和管理控制優(yōu)化，保證整個系統(tǒng)的長期安全、經(jīng)濟(jì)、合理和高效運(yùn)行。三．系統(tǒng)方案3.1基本框架本系統(tǒng)是實時監(jiān)控系統(tǒng)，依據(jù)集散控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，可以將整個監(jiān)控系統(tǒng)分為以下2個部分：⑴集中控制（PLC控I/O制系統(tǒng)）。⑵變頻柜及儀表。3.2系統(tǒng)簡述系統(tǒng)提供豐富的控制功能，可滿足現(xiàn)場的各種功能要求，可完成系統(tǒng)工藝參數(shù)采集、儀表回路控制、流程畫面等。及時提供現(xiàn)場的報警信號，以供操作人員處理參考。I/O控制柜有強(qiáng)大的采集、處理數(shù)據(jù)功能，數(shù)據(jù)進(jìn)行時時更新功能。PLC控I/O制系統(tǒng)運(yùn)行模式如下：-5-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案通過安裝在總管末端壓力變送器，系統(tǒng)實時監(jiān)測系統(tǒng)壓力，與系統(tǒng)設(shè)定值比較，啟動相應(yīng)的控制策略。當(dāng)實際壓力低于設(shè)定壓力下限，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)運(yùn)行中的變頻器。當(dāng)實際壓力高于上限，系統(tǒng)自動卸載運(yùn)行中變頻器，使系統(tǒng)壓力降低。運(yùn)行過程中，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)中的變頻器故障停機(jī)，自動投用備用設(shè)備。根據(jù)設(shè)備性能和能效提供最優(yōu)的設(shè)備運(yùn)行組合和優(yōu)化負(fù)荷分配，提供先進(jìn)智能的控制算法，以便最大限度的根據(jù)負(fù)載需求實現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，實現(xiàn)最佳高效運(yùn)行。對于需方特殊控制邏輯要求，雙方在系統(tǒng)實施前，進(jìn)行充分溝通，供方盡可能滿足需方要求，達(dá)到系統(tǒng)最佳運(yùn)行方案，保證良好使用。根據(jù)工藝的可靠性和系統(tǒng)的實用性要求，能滿足以下要求：①、集中控制功能：控制器可以集中控制設(shè)備的執(zhí)行，可以通過數(shù)顯儀表查看管網(wǎng)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(yùn)行/停止指示等。②、自動控制和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能：即自動啟停、自動切換、自動增減運(yùn)行泵數(shù)量、自動調(diào)節(jié)輸出頻率等。③、可以在線修改參數(shù)功能：即可以在線設(shè)定給定壓力，在線設(shè)置備用泵和主用泵。④、可以實現(xiàn)控制方式的切換和自動控制的聯(lián)鎖功能：即在異常或維修時需要將自控切換至手動解除聯(lián)鎖。轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至的變頻/工頻切換運(yùn)行完全由PLC根據(jù)用水壓設(shè)定情況自動調(diào)整，系統(tǒng)能夠全自動運(yùn)行實現(xiàn)變頻和工頻自動切換及其自控系統(tǒng)的啟停。變頻/工頻切換有聯(lián)鎖保護(hù)，輸入輸出信號均由中間繼電器隔離?！白詣印睜顟B(tài)時，水泵的啟停及泵-6-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案⑤、可以實現(xiàn)報警及切換：◆若一臺運(yùn)行泵故障可以切換至備用泵并儲存故障信息。◆若管網(wǎng)壓力、電機(jī)或變頻器有異常時可以報警輸出，并顯示其原因?！艟唧w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(jù)用水量的大小來控制水泵運(yùn)行的數(shù)量，達(dá)到節(jié)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(xiàn)。PLC實現(xiàn)系統(tǒng)的手動/自式的轉(zhuǎn)換，水泵及閥門的自動控制，變頻器的啟?？刂疲玫淖冾l/工頻方式切換等功能。3臺水泵由1臺變頻制，2臺水泵由1臺變頻器動方器采用一拖三的方式控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(shè)置備用泵使其不參與運(yùn)行。3.3.2控制原理系統(tǒng)通過測到的管網(wǎng)壓力，經(jīng)變頻器的內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器運(yùn)算后，調(diào)節(jié)輸出頻率，實現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。變頻器的頻率超限信號（一般可作為管網(wǎng)壓力極限信號）可適時通知變頻軟起進(jìn)行變頻泵邏輯切換。為防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，泵的啟停將聯(lián)動其出口閥門。變頻恒壓供水原理如下圖：-7-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案3.3.3控制方式泵的操作可在控制室與現(xiàn)場兩地操作，泵的控制可分手動與自動控制方式。當(dāng)泵房控制柜“遠(yuǎn)程/現(xiàn)場”旋鈕置現(xiàn)場位置，且“手動/自動”旋鈕置手動位置時，各泵的啟停信號由人工通過按鈕給出，由變頻器拖動；當(dāng)“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(jīng)過內(nèi)部的PID運(yùn)算，然后輸出相應(yīng)的工作頻率；“遠(yuǎn)程/現(xiàn)場”旋鈕置現(xiàn)場位置時，遠(yuǎn)程不能操作。轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至“自動”狀態(tài)時，水泵的啟停、電動閥門的啟停及泵的變頻/工頻切換運(yùn)行完全由PLC根據(jù)用水壓設(shè)定情況自動調(diào)整，系統(tǒng)能夠全自動運(yùn)行，最終達(dá)到現(xiàn)場無人值守。整套系統(tǒng)應(yīng)用程序包括：啟動子程序；運(yùn)行子程序。運(yùn)行子程序包括調(diào)節(jié)子程序和電機(jī)切換子程序，電機(jī)切換子程序又包括加電機(jī)子程序和減電機(jī)子程序。系統(tǒng)中設(shè)一個壓力設(shè)定值，一個壓力上限值，一力偏離（略高或略低）壓力設(shè)定值時，此時壓力上限值與下限值的設(shè)定降低了電機(jī)、接觸器、繼電器、電動閥等的啟動頻率，延長了設(shè)備的使用壽命。當(dāng)條件滿足發(fā)出啟動個壓力下限值。這樣設(shè)定是因為：當(dāng)系統(tǒng)壓信號后，開始運(yùn)行啟動程序，此時由PLC控制1號電機(jī)-8-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案變頻運(yùn)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(jī)變頻運(yùn)行，同時設(shè)定一段延時時間（延時主要有兩個原因：一是為了使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)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(jī)），延時完畢后，2號電機(jī)投入變頻運(yùn)行，此時1號電機(jī)工頻運(yùn)行，同時計時器開始計時。以此類推，直至壓力到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定值后轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行調(diào)節(jié)程序。運(yùn)行過程中，若壓力上、下限值均未達(dá)到，此時系統(tǒng)處于模擬調(diào)節(jié)狀態(tài)。若達(dá)到壓力上限值，則計時器開始計時。計時過程中監(jiān)視系統(tǒng)壓力值，如果又低于上限值，則關(guān)計時器，繼續(xù)模擬調(diào)節(jié)；若計時完畢后，系統(tǒng)壓力仍高于壓力上限值，則轉(zhuǎn)入減泵切換子程序。若達(dá)到壓力下限值，則計時器開始計時，計時過程中監(jiān)視系統(tǒng)壓力值，如果又高于下限值，則關(guān)計時器，繼續(xù)模擬調(diào)節(jié)；若計時完畢后，系統(tǒng)壓力仍低于壓力下限值，則轉(zhuǎn)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(yùn)行是3臺泵中先啟的先停，每停完一臺泵后要設(shè)定一段延時時間，以便變頻器調(diào)節(jié)連續(xù)切除動作。這主要是考慮到本系統(tǒng)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(yùn)行。延時一段時間后，將備用泵投入變頻運(yùn)行。加泵的依據(jù)誰停的時間長加誰，每加完一臺泵后要便變頻器調(diào)節(jié)一段時間，防止連續(xù)加泵動作。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(tǒng)編寫了自動巡檢程序。即任何一臺泵連續(xù)運(yùn)行設(shè)定的一段時間（如10天）的電機(jī)，切除依據(jù)一段時間，防止設(shè)定一段延時時間，以如果系統(tǒng)有1臺泵運(yùn)行-9-變頻恒壓供水生產(chǎn)自控系統(tǒng)（一拖多）方案后，會自動停止而由下一臺泵繼續(xù)工作。綜合整個運(yùn)行，實現(xiàn)了3臺泵的輪流切換，使整個系統(tǒng)工作協(xié)調(diào)，提高了效率和壽命，充分合理地使用了3臺設(shè)備。4．儀器設(shè)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(shù)（噴塑）；部分柜體設(shè)有散熱孔和有效的濾塵，裝置設(shè)備外殼等級遵照IEC529，防護(hù)等級為室內(nèi)地面設(shè)備IP52。顏色：7035。4.2可編程序控制器控制系統(tǒng)選用西門子S7PLC設(shè)備有著很好的穩(wěn)定性能，是適合于中型應(yīng)用模塊化PLC系統(tǒng)，它具有模塊化、易于實現(xiàn)分布、需方界面友好等特點，在行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)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(jù)應(yīng)用需要擴(kuò)展到1MB以上；⑵通信網(wǎng)絡(luò)冗余，避免由于單一通信電纜故障導(dǎo)致系統(tǒng)失效；⑶通信速度不低于1M