采用分程控制系統(tǒng)，控制器依據(jù)液位測(cè)量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行 PI 運(yùn)算并輸出控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)分程后，控制變頻器按照液位的變化對(duì)污水泵 M1 ～ M3自動(dòng)實(shí)現(xiàn)啟停及變頻控制。在該控制方式下，有兩種控制方案: 

 

        ( 1) 采用1 臺(tái)變頻器配套1臺(tái)電磁流量計(jì)控制3 臺(tái)污水泵實(shí)現(xiàn)變頻控制方案。假設(shè)當(dāng)液位的上升使 1#污水泵頻率上升到50 Hz 后，首先通過(guò)其對(duì)應(yīng)接觸器與變頻器斷開(kāi)并切換到工頻運(yùn)行，再將 2#污水泵對(duì)應(yīng)接觸器閉合，與變頻器連接，實(shí)現(xiàn)變頻控制，如果液位繼續(xù)上升，則 2#污水泵切換到工頻運(yùn)行，3#污水泵進(jìn)行變頻運(yùn)行; 當(dāng)液位下降時(shí)，則進(jìn)行相反的操作［5］。由于該控制方案只有1 臺(tái)變頻器，所以控制器只需要 1 路模擬量輸出，當(dāng)液位進(jìn)入到某臺(tái)污水泵對(duì)應(yīng)液位區(qū)間時(shí)，在切換污水泵的同時(shí)，需要對(duì)該液位區(qū)間所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行處理，使其輸出對(duì)應(yīng) 0 ～ 50 Hz。 

 

        ( 2) 采用3 臺(tái)變頻器配套3臺(tái)電磁流量計(jì)各控制1 臺(tái)污水泵實(shí)現(xiàn)變頻控制方案。該控制方案需要控制器的 3 路模擬量輸出分別控制 3 臺(tái)變頻器的頻率在 0 ～ 50 Hz 變化，對(duì)各污水泵的液位區(qū)間對(duì)應(yīng)的數(shù)字量進(jìn)行處理，使其液位區(qū)間對(duì)應(yīng)變頻器輸出 0 ～ 50 Hz。

 

        非常好種控制方案的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約成本，缺點(diǎn)是如果集水池液位變化頻繁，勢(shì)必造成接觸器的觸點(diǎn)頻繁通斷，以實(shí)現(xiàn)污水泵在變頻與工頻之間的切換，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性下降，故障率升高; 第二種控制方案的優(yōu)點(diǎn)是由于采用 1 臺(tái)變頻器控制 1 臺(tái)污水泵的形式，該方案消除了接觸器觸點(diǎn)頻繁通斷造成的可靠性下降，缺點(diǎn)是成本較高。為確保污水泵站長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，設(shè)計(jì)采用第二種控制方案，系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。

        為實(shí)現(xiàn)設(shè)備調(diào)試功能，系統(tǒng)設(shè)置手動(dòng)調(diào)試模式和自動(dòng)運(yùn)行模式。為實(shí)現(xiàn)維護(hù)檢修時(shí)不影響污水泵站的正常運(yùn)行，系統(tǒng)增加 4#污水泵作為備用泵，該泵采用工頻控制。 

 

2． 2 硬件配置與設(shè)計(jì)

主要硬件配置如下:

        ( 1) 控制器采用 SIEMENS S7-200 SMAＲT PLC ( SＲ30) ，配有 2 個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊 EM AM03 和 EM AM06，實(shí)現(xiàn)模擬量地采集以及模擬量輸出［6］; 

        ( 2) 4 臺(tái)污水泵，額定電壓 380 V，功率 30 kW 和 3 臺(tái)西門(mén)子 MM430 變頻器，分別拖動(dòng)污水泵 M1 ～ M3，M4 通過(guò)接觸器實(shí)現(xiàn)工頻控制; 

        ( 3) 電磁流量計(jì)的型號(hào)為SC-LDE，輸出信號(hào)為4 ～ 20 mA 及超聲波液位計(jì)的型號(hào)為 SC-CSB，測(cè)量范圍為 0 ～ 15 m，輸出信號(hào)為 4 ～ 20 mA; 

        ( 4) 觸摸屏選用 MCGS( TCP7062Ti) ，要求實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的液位、流量數(shù)據(jù)以及各泵的運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)污水泵的控制等功能; ( 5) 控制柜內(nèi)置 PLC、空氣開(kāi)關(guān)、接觸器以及繼電器排等器件，面板設(shè)置急停按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、指示燈、變頻器以及實(shí)現(xiàn) M1 ～ M3 手動(dòng)調(diào)速的旋鈕電位器。 PLC 的 I/O 地址分配如表 1 所示。

        MM430 變頻器設(shè)置參數(shù) P0700 = 2，表示命令源選擇由端子排輸入; P1000 = 2，表示頻率設(shè)定值選擇為模擬量輸入; P0701 = 1，表示 ON 接通電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，OFF斷開(kāi)停止，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖 3 所示。