基于PLC控制变频抽水系统的方案设计

2014-12-31李仁杰

机械工程与自动化 2014年2期

李仁杰

（山西经济管理干部学院，山西太原 030024）

0 引言

在现有的农田灌溉系统中，某些地区的抽水系统仍采用恒速交流电动机拖动，该系统存在自动化程度不高、能耗严重、可靠性低的缺点。本文介绍了一个基于PLC控制的变频抽水系统的设计，该系统可使水泵处于变工况运行，利用变频器进行调速，以调节电动机转速的方法取代调节挡板或阀门，减轻了工人的劳动强度，达到了节能的目的。

1 系统总体设计方案及硬件设计

该系统主要实现变频灌溉，由两台水泵给蓄水池供水，通过液位变送器采样蓄水池水深信号，经西门子PLC的模拟量模块EM235分析处理后产生一个输出信号，再经变频器控制水泵电机的转速，以实现变频注水，当液位大于某一设定值时，控制抽水泵停止运转。整个系统流程图如图1所示。

1.1 MC420磁致伸缩液位计

MC420采用磁致伸缩原理设计，只有一个可移动部件——浮子，这种简单的设计使液位计无需定期的维护和标定。MC420的外管是5/8英寸316L不锈钢管，通过3/4英寸NPT螺纹固定液位计，每台液位计配用一只不锈钢浮子。变送器接线方法见图2。

1.2 西门子S7-200PLC及其扩展模拟量模块

S7-200（CPU采用214型）系列是一种紧凑型可编程序逻辑控制器，它能够控制各种设备以满足自动化的控制需求。其用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其他智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态、改变输出状态以达到控制的目的。

由于系统具有模拟输入输出功能，因此选用S7-200为控制中心且增加EM235模拟量输入输出模块，以实现模数和数模转换。该模块有4路模拟量输入和1路模拟量输出通道，数字量位数均为12位，其输入通道模拟量转换时间为25ms，输出通道模数转换时间为100ms。

图1 变频抽水系统工作流程图

6个DIP开关决定了所有的输入设置，即开关的设置应用于整个模块，只有在重新上电后才能生效。将DIP开关SW6设置成ON，即模拟量输入是单极性输入。SW1设置成ON，SW2、SW3、SW4、SW5都设置成OFF，使模拟量满量程输出范围为0mA～20 mA，分辨率为5μA。

由于液位变送器输出的是电流信号，故将EM235模块的RC端口与C＋端口短接后接入电流输入的正端，与液位变送器C－构成一个回路，剩下的A＋，A－；B＋，B－；D＋，D－通道全部短接；输出I0接变频器控制信号；L，＋M接24V电源。

图2 变送器接线图

1.3 变频器

本系统选用西门子6SE6430-2UD31-1CA0系列模拟量控制变频器，其模拟量输入0mA～20mA，电源电压范围为380V～480V，三相交流电，功率范围为7.5kW～90kW，输入频率为47Hz～63Hz，输出频率为0Hz～650Hz，功率因数为0.98，变频器效率为96%～97%。

2 电气控制系统原理图

2.1 系统主电路

图3为系统主电路图。两台电动机分别为M1、M2；接触器KM1、KM3分别控制M1、M2的工频运行；接触器KM2、KM4控制M1、M2的变频运行；FR1、FR2分别为两台水泵电动机过载保护用的热继电器；QF1、QF2、QF3分别为变频器和两台水泵电动机主电路的隔离开关；FU1为主电路的熔断器；VVVF为一般变频器。