基于PLC与变频器实现恒压供水控制系统【电工技师培训结业论文】

1、基于 PLC 与变频器实现恒压供水控制系统一、项目描述传统的生活及生产供水的方法是通过建造水塔维持水压。但是，建造水塔需要花费财力，水塔还会造成水的二次污染。那么，可不可以不借助水塔来实现恒压供水呢？当然可以，但是要解决水压随用水量的大小变化的问题，通常的办法是:用水量大时，增加水泵数量或提高水泵的转动速度以保持管网中的水压不变，用水量小时又需做出相反的调节。这就是恒压供水的基本思路。交流变频器的诞生和 PLC 的运用为水泵转速的平滑性连续调节提供 了方便。恒压供水控制系统的基本控制策略采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数

2、，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入 CPU 运算处理后，发出控制指令，控制运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供水就是利用变频器的 PID 或 PI 功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制点测的压力信号(420)直接输入到变频器中，由变频器将其与用户设定的压力值进行比较，并通过变频器内置 PID 运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从而实现控制水 泵转速。供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵

3、流量总和应大于实际最大供水 量。二、项目要求1. 水泵功率：7.5kw.2. 恒定压力：3.5mpa三、现恒压供水的方案设计供水系统采用一台三菱（FX2N 系列）PLC 控制一台三菱(FR-E500)变频器，并通过接触器切换实现一台变频器控制三台水泵的运转，为保证系统的可靠性，本系统采用转换开关来实现工频/变频之间的转换，在变频操作方式下，交流接触器之间采用互锁控制方式， 同理，在工频操作方式下，交流接触器之间也采用互锁控制方式。变频器采用一电位器设定压力（也可采用面板内部设定压力），采用一个压力传感器（反馈为 420mA）检测管网中压力，压力传感器将信号送入变频器 PID 回路，PID 回路

4、处理之后，送出一个水量增加或减少信号，控制马达转速。如在一定延时时间内，压力还是不足或过大，则通过变频器作工频/变频切换起动另一台水泵，使实际管网压力与设定压力相一 致。另外，随着用水量的减少，变频器自动减少输出频率，达到了节能的目的。四、控制系统硬件选择及组成图：电器件选择：由于电机功率为 7.5KW，供水负载为泵类，选用 7.5KW E500 系列变频器；PLC 选用 FX2N48MR；接触器选用 CJX2-2510，线圈电压 AC220V；热继电器选用 JRS1 系列,整定电流 20A；熔断器选用 RT0-200A/500V；开关选用梅兰日兰 NSD160K，额定电流 160A；电位器选

5、 用 1K 2W。变频器及外部接线图L1 L2 L3FUQSKM6X6 X10 X7 X5 COM 压力上压限力下第限二输第出一输公出共端FUPFDNFU2FUKM0 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5RUN SU IPF FU SEF500变频器STF SD 10 2 5 4反馈信号KA0RP 2K 2W4-20mAFR1FR2FR3M11#泵M22#泵图 1M33#泵变频器及外部接线图PLC 外部接线图SE手动/自动切换COMY0KM0KM11#泵工频系统启动1 #泵热过载2 #泵热过载3 #泵热过载X0X1X2X3X4Y1Y2FX2N-48MRY3KM1KM2KM3KM3KM1KM5

6、KM3KM5KM0KM21 #泵变频2 #泵工频2#泵变频FUFUP频率上限压力上限X5Y4KM4KM53#泵工频X6FU2频率下限X7Y5KM5KM1KM3KM23#泵变频FDN压力下限 手动1#泵工频手动2#泵工频X10X11Y6KM6急停手动3#泵工频手动1#泵变频手动2#泵变频手动3#泵变频急停相序保护液面下限停止X12X13X14X15X16X17X20X21X22COM0Y10Y11Y12Y14Y15COM4AC220VKA0DC24VFUAC220V电源M1故障报警M2故障报警M3故障报警变频启动相序保护报警DC24V电源图 2 PLC 外部接线图五、PLC 控制程序及说明1、P

7、LC 控制程序说明当管道内实际压力低于设定压力时，启动系统，1#泵变频运行，当 1#泵变频器 频率超出 49HZ 时，1#泵退出变频器运行，切换到工频；如果实际压力仍然低于设定 压力时，启动 2#泵变频运行，当 2#泵变频器频率超出 49HZ 时，2#泵退出变频器运行，切换到工频；如果实际压力仍然低于设定压力时，启动 3#泵变频运行，当 3#泵 变频器频率超出 49HZ 时，3#泵退出变频器运行，切换到工频，三台泵全部工频运行， 达到供水量的最大值；如果这时管道内实际压力高于设定压力，3#泵由工频切换到变 频器运行，若实际压力仍然高于设定压力，3#泵频率继续降低，当低于 30HZ 时，3# 泵

8、退出运行；若实际压力仍然高于设定压力，2#泵、1#泵依次由工频切换到变频器 运行，并在频率低于 30HZ 时，依次退出运行。2、I/O 分配表符号X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16X17X20X21X22输入名称 手/自动转换启动 1#泵热保护 2#泵热保护 3#泵热保护 上限频率压力上限频率下限压力下限1 #泵工频2 #泵工频3 #泵工频1 #泵变频2 #泵变频3 #泵变频急停开关相序保护液位下限停止按钮符号Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y10Y11Y12Y14Y15输出名称 1#泵工频接触器 1#泵变频接触器 2#泵工频接触器 2#泵变频接触器 3#泵

9、工频接触器 3#泵变频接触器急停接触器 M1 故障M2 故障M3 故障 启动继电器 相序保护报警3、PLC 程序六、变频器主要设定参数参数号Pr.1Pr.2Pr.7Pr.8Pr.38Pr.42Pr.50Pr.73Pr.79Pr.128Pr.129Pr.130Pr.131Pr.132Pr.133Pr.190Pr.191Pr.192Pr.194参数名称上限频率下限频率加速时间减速时间 5V（10V）输入时频率输出频率检测第二输出频率检测 输入电压操作模式 PID 动作选择 PID 比例常数 PID 积分时间上限下限设定值 RUN 端子功能选择 FU 端子功能选择 IPF 端子功能选择FU 端子功能

10、选择设定值6002S2S50HZ4930022030%1S70%50%60%141554设定功能 上限频率设定值 下限频率设定值 加速时间设定值 减速时间设定值频率超 49HZ 时有输出信号0-5V外部操作模式PID 为反作用压力上限压力下限 压力设定值 PID 下限PID 上限第二输出第一输出七、心得体会:恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。实现恒压自动

11、控制，不需要操作人 员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击， 对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。正因为此，系统具有收回投资 快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。在实际应用中，采用 PLC 控制恒压供水，还能容易地随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC 控制系统具有更大的灵活性和通用性。从电控系统运行结果看，采用