西门子模块6ES7221-1BH22-0XA8技术介绍
变频恒压供水系统主要由PLC、变频器、触摸屏、压力变送器、动力及控制线路以及泵组组成。用户可以通过触摸屏了解和控制系统的运行，也可以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器控制工程网版权所有，把出口压力信号变成4～20mA或0～10V标准信号送入PLC内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，PLC频率输出给定变频器的运行频率，从而调节水泵的转速，达到恒压供水。PLC设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组控制工程网版权所有，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。
3、工作原理
该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，通过触摸屏或控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行，可根据需要分别控制1＃～3＃泵的启停
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该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时，由1＃水泵变频运行，变频器输出频率从0HZ上升，PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够www.cechina.cn，则频率上升到50HZ，由PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组控制工程网版权所有，使得1＃泵变频迅速切换为工频，2＃泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2＃泵由变频切换成工频，3＃泵变频启动；如用水量减少，PLC控制从先起的泵开始切除，根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，人工启动，系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。
4、设备参数的设置
在进行通信之前必须对PLC、触摸屏和变频器的通讯参数进行正确设置。本系统定义为Modbus协议，波特率为9600，数据位为8，无校验，停止位为1。变频器除设置通信参数外，还需启用“自由停车”以保护电机。
5、PLC控制系统
该系统采用三菱FX-200的PLC，继电器输出，PLC编程采用三菱PLC的专用编程软件，软件提供完整的编程环境，可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比，该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换，供水泵的变频及故障的报警等，通过PLC内置的PID给定电机的转
速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。
以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁起停，从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式CONTROLENGINEERINGChina版权所有，由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象，提高了供水品质。
6、触摸屏界面设计和运行操作
步：确认接通触摸屏电源，进入触摸屏欢迎界面，如图1。
第二步：在欢迎界面中用一个手指轻压“进入系统”，进入“系统主画面”，如图
2。
第三步：要进行参数设定。手指轻压“参数设定”，进入参数设定画面，如图3。
点击时间后的数字可以弹出软键盘www.cechina.cn，在软键盘中设定切泵时间，单位为小时，设定后轻压“Enter”确认。按上面的方法依次设定加泵时间和减泵时间，单位为秒；用同样的方法对P、I值进行设定。
第四步：轻压可以返回系统主画面，在主画面中轻压“状态画面”可以进入系统状态画面
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如图4。
轻压“系统压力设定”后面的方框，在软键盘上设定管网压力，单位为MPa
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即1MPa＝10个压。
第五步：轻压“启动”，启动PLC设定的程序，开始控制切泵，实现恒压供水。状态监视页面将会显示当前工作状态。
在系统出现故障时，手指轻压“停止”后，水泵停止工作
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进行维护。
7、结束语
该系统采用PLC和变频器结合，系统运行平稳可靠，实现了真正意义上的无人职守的全自动循环切泵、变频运行，保证了各台水泵运行效率的优和设备的稳定运转启动平稳，消除了启动大电流冲击，由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵的使用寿命，可以消除启动和停机时的水锤效应。通过触摸屏上的组态画面就可进行供水压力的设定，监视设备运行状况可以查询设备故障信息，大大提高恒压供水系统的自动化水平及对现场设备的监控能力。
1、引言
我公司在开发研制生产割草机变速器的过程中，为试验割草机变速器的工况状态，专为割草机变速器设计生产了试验台。试验台能够模拟变速箱实际工作状态，并测量和显示出其转速、扭矩、振动、径向压力和箱体温度等性能参数，经系统后台数据处理和综合分析后生成测试报表。用户可以方便地完成各种类型试验，并得到相应报表。系统功能齐全，人机界面良好，操作简单，抗干扰能力强，目前已投入实际应用。该试验台的离合装置试验是针对带有离合机构的变速器而增加的功能，主要用于离合装置寿命试验。开始设计的线路为用JS7时间继电器控制线路，控制线路多，接线复杂，且继电器长期带电工作，继电器触点易老化，继电器机械寿命也不能达到要求。随着设备的运行时间越来越长，故障点相应增加，维护工作量越来越大，严重影响割草机试验台的安全运行。为保障试验的安全稳定运行，需对原继电控制系统进行改造。
2、项目的实施简介
该项目为适应工况要求增加的试验带离合装置的割草机变速器离合寿命试验。试验要求：连续运转150小时，离合齿轮啮合10秒/次，离合齿轮分离5秒/次，即离合周期为15秒。150小时的离合周期数为36000次。该试验目的为：（1）试验离合弹簧拉力和寿命能否保证36000次离合试验；（2）试验割草机变速箱在加载的条件下变速器的离合齿轮离合及磨损状况。这两项达标，才能保证离合装置安全可靠。经方案设计，项目与2004年实施后，通过轻载试验、加载试验证明试验效果良好。功能齐全、稳定可靠，投入试验至今，已取得了较好的社会效益和经济效益。
3、系统组成
割草机变速器试验台离合装置PLC控制系统是以可编程序控制器PLC为核心的控制、执行、声光报警和一次、二次外围元件组成。CPM系列PLC在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，就是作为小型控制器或在传感控制器应用，也能适应生产现场不同的需求。我们选用可编程序控制器的型号为CPM2A—20CDR-D。该机型体积小、可与计算机通讯，便于监控、调试和排除故障，丰富和完善了对试验台的检修、维护手段，提高了自动化水平。本系统共需5个输入点和5个输出点，PLC电源电压选用AC220V,输入额定电压为PLC内部电源DC24V,输出额定电压为PLC外部电源DC24V,输出电流为2A/点，采用继电器输出方式，程序表达使用梯形图形式，本系统仅设置自动工作方式。下图为PLC外部I/O接口（见图1）和梯形图（见图2）。
图1 PLC外部I/O接口
4、编程技巧
许多延时电路和计数电路都要按照一定的步骤进行，各动作间的连锁和互动关系必然复杂，如果用一般的逻辑进行程序设计，会使程序变得冗长和复杂。用可编程序控制器（PLC）里提供的计数器指令，也可完成长延时电路。不仅编制的程序简洁、直观，编程方法简单，容易掌握。下面就本程序的编制方法作简要说明：
图2 离合试验程序梯形图
该梯形图中，长延时电路采用1.0秒时钟脉冲和计数器CNT000、CNT001、CNT002组成，分别为秒计时、分计时、和小时计时，小时数设定为150小时。齿轮离合时间控制有TIM003、TIM004组成，采用联锁方式，离合周期为15S/T，实现齿轮啮合时间10秒和分离时间5秒的互换。动作原理：运行条件钮子开关闭合，按起动按钮，运行指示灯亮，长延时电路开始计时，实现秒、分、小时计数；TIM003、TIM004轮流10S、5S定时交替工作，实现齿轮离合，离合计数器开始计数，以便试验人员监视离合次数。齿轮离合电磁铁开始通电、断电工作，由电磁铁拉动弹簧使离合齿轮离合。试验过程中如主电机停转或冷却水压低，报警指示灯亮，提醒试验人员排除故障，故障排除后，按报警接除按钮，报警指示灯灭。试验时间到即开机150小时（或计数器显示36000次），1002试验时间到指示灯亮，运行停止。运行条件钮子开关置关。可进行下一次试验。PLC控制接线图见图3。
图3 PLC控制接线图
5、安装和使用注意事项
安装和调试、使用时，一定要注意水压继电器的工作情况。因为我们的加载试验使用了磁粉制动器。磁粉制动器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的，它具有激磁电流和传递转矩基本成线性关系，在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，响应速度快、结构简单等优点。由于电磁作用，长时间运行会使磁粉制动器表面温度升高，必须通入冷却水冷却，磁粉离合器运转后即通水(水压不大于1.5/cm2)冷却，使其表面温度不得超过80℃。使用过程中，有时会出现管道堵塞、冷却水压低，造成报警指示灯LD2亮，应着重检查冷却水水压，或定期用除垢剂清除磁粉制动器内结垢的冷却管路。
6、结束语
割草机变速器试验台离合装置改造两年来，运行非常稳定、软件设计合理、操作简便易行，并由醒目的输入、输出指示，计时、计数准确，自动化程度高。经该试验台试验出厂的变速器产品质量、产量都有很大提高。