【论文资料】基于PLC和变频器控制的恒压供水系统设计.pdf

应用技术 24 基于 plc 和变频器控制的恒压供水系统设计 赵华军 钟波 广州铁路职业技术学院 摘要文章介绍一种基于三菱 plc 和变频器控制恒压供水系统详细地介绍了硬件的构成和控制流程系 统较好地解决高层建筑工业等恒压供水需求系统具有节能工作可靠自动控制程度高经济易配置等优点 关键词变频器pidplc恒压供水 1 引言 目前在城市供水系统中还有很多高楼生活 小区边郊企业等采用高位水塔供水方式这样由 于用水量具有很大随机性 常常出现在用水高峰时供 水量很小甚至没有水用的问题且采用高位水塔很 容易造成自来水的二次污染问题针对这一情况本 文设计了一套基于变频器内置 pid 功能的恒压供水 系统采用了 plc 控制及交流变频调速技术对传统 水塔供水系统的技术改造该系统根据用水量的变 化经过压力传感器将水压变化情况反馈给系统使 得系统能自动调节变频器输出频率 从而控制水泵转 速 调节输出数量 使得水量变化时可保持水压恒定 可取代高位水塔或直接水泵加压供水方式 为城市供 水系统的建设提出了一条极具推广 应用的新途径 1 2 工作原理 本文采用的变频器是三菱 fr a540 该变频器内 置pid 控制功能供水系统方案如图1 所示 将通往用户供水管中的压力变化经传感器采集 到变频器与变频器中的设定值进行比 较根据变频器内置的pid 功能进行数 据处理将数据处理的结果以运行频率的 形式进行输出 2 当供水的压力低于设定压力 变频器 就会将运行频率升高反之则降低且可 根据压力变化的快慢进行差分调节由于 本系统采取了负反馈当压力在上升到接 近设定值时反馈值接近设定值偏差减 小pid 运算会自动减小执行量从而降低变频器输 出频率的波动进而稳定压力 在水网中的用水量增大时会出现 变频泵 效率不够的情况这时就需要增加水泵参与供水通 过 plc 控制的交流接触器组负责水泵的切换工作 plc 是通过检测变频器频率输出的上下限信号 来判 断变频器的工作频率 从而控制接触器组是否应该增 加或减小水泵的工作数量 图 1 供水系统方案图 3 系统设计 3 1 主电路 主电路如图 2km1km3km5 分别为电动 图 2 主电路接线图 2006 年第 3 期自动化与信息工程 25 机m1 m2 m3 工频运行时接通电源的控制接触器 km0km2km4 分别为电动机 m1m2m3 变 频运行时接通电源的控制接触器km6 为由 plc 控 制作为接通变频器电源用的接触器变频器的启动 由plc 控制y7 实现 3 2 接触器与 plc 连接 如图3图中y0 y5 分别接接触器 km0 km5 图 3 plc 连接图 为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电 设 计了电气互锁如在同是控制m1 电动机的两个接触 器 km1km0 线圈中分别串入了对方的常闭触头 形成电气互锁供水压力设定值通过变频器的 2 和 5 端子05v设定频率检测的上 下限信号分别通 过 ol 和 fu 输出至 plc 的 x2 与 x3 输入端作为 plc 增泵减泵控制信号 3 3 变频器的参数设置 3 虽然系统对调速的精度要求不高 但要使供水系 统运行性能稳定工作可靠必须正确设置变频器的 各种性能具体设置如表1 表1 变频器参数设定表 参数号 设定值 设定范围 注解 pr128 20 10 11 20 21 pid 控制为 4 端输入起负作用 pr129 100 0 1 1000 pid 比例常数设定为 100 pr130 0 5 0 3600s pid 积分常数设定为 0 5s pr134 0 5 0 01 10s pid 积分常数设定为 0 5s pr183 14 0 99 9999 rt 端子功能设定为 pid 控制有效 pr193 4 0 199 9999 ol 端子功能设置为上限频率 pr194 5 0 199 9999 fu 端子功能设置为下限频率 pr42 10 0 400hz 下限标志频率为 10hz pr50 49 0 400hz 上限标志频率为 49hz 3 4 程序设计 由于供水系统惯性较大因此在设计思想上以查 询方式为主本系统plc 控制程序流程如图4 图 4 plc 程序流程图 系统启动时km0 闭合1水泵以变频方式运 行 如果水压过低而变频器已经达到上限设定值 时ol 发出发出频率上限动作信号plc 启动 增泵程序 plc 通过这个上限信号将 km0 断开 km1 吸合1 水泵由变频运行转为工频运行同时 km2 吸合变频启动 2水泵此时电动机 m1 工频运行 m2 为变频运行 如果再次接收到变频器上限输出信号则 km2 断开 km3 吸合 2水泵由变频转为工频 同时 km4 闭合3水泵变频运行 这时电动机m1m2 为工频 运行m3 为变频运行 如果变频器频率偏低 即压力过高 输出的下限 信号plc 启动减泵程序将正在使用的变频泵 切除将另一台工频泵切换为变频泵使 plc 关闭 km4km3开启 km22水泵变频启 动此时电动机m1 工频运行m2 为变频运行 若再次收到下限信号就关闭 km2km1吸合 km0只剩1 水泵变频工作 4 结语 当流量减少 水泵转速下降时 其电动机输出 是否收到 频率上限 是否收到 频率下限 是否长时 运转 执行增泵程序 执行减泵程序 执行水泵轮换程序 供水压力过低需要 增加水泵的工作数量 供水压力过高需要 减少水泵的工作数量 避免某台水泵长时间 工作进行水泵轮换 开始 执行水泵轮换程序 否 是 是 是 否 否 26 功率迅速下降 如当流量下降到70 转速也下降 到70 其轴功率则下降到额定功率的34 3 4 考虑由于转速降低引起效率下降等附加控制装置 的效率等因素节能潜力仍很大本系统于 2005 年6 月在某校安装调试运行每吨水可节约用电 0 1kwh学校年供水量 80 万吨按 2 3 的用水需加 压计算年节电5 3 万kwh按本市电价0 6 元 kwh 计算 年节省电费3 万元 一年多即可收回系统投资 变频恒压供水在学校 企业及高层生活小区的应 用越来越广泛它可取代传统的水塔高位水箱或气 压罐等供水方式不仅节电节水效果明显还可以极 大地改善系统的工作性能并能延长系统的使用寿 命具有良好的技术经济效益有广阔的应用前景 和推广价值 参考文献 1 张万忠 孙晋 可编程控制器入门与应用实例 北京 中国电力 出版社 2005 94 103 2 mitsubishi electric corporation 三菱变频调速 器fr a540 使用手册 2004 190 197 3 彭旭昀 一种基于变频器pid功能的plc控制恒压供水系统 机电工程技术 2005 34 10 54 56 4 卢建勤 plc 及变频器在恒压变量供水系统中的应用 机床 电器 20