PLC的变频恒压供水系统的设计方案

1、作者：Pan Hon glia ng仅供个人学习基于PLC的变频恒压供水系统的设计【摘要】在我国，可编程控制器（PLC ）已经广泛地运用在所有的工业部门, 是应用最广的计算机控制装置，是自动控制系统中的关键设备，随着 其性能价格比的不断提高，应用范围不断扩大。本文是一个采用PLC与变频器构成恒压变频供水系统的设计，设计内容流畅、所设计的电路单元较为合理。关键词：PLC 变频器恒压供水【前言】长期以来传统的区域、楼宇供水系统都是由市政管网经过二次加压和 水塔或天面水池来满足用户对供水压力的要求。 在这种供水系统中加 压泵通常是用最不利用水点的水压要求来确定相应的扬程设计，然后泵组根据流量变化情况

2、来选配，并确定水泵的运行方式。由于小区用 水有着季节和时段的明显变化，日常供水运行控制就常采用水泵的运 行方式调整加上出口阀开度调节供水的水量水压，大量能量消耗在出 口阀而浪费，而且存在着水池“二次污染”的问题。本文介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变 化，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，变频调速技术在给水泵站的应用， 成功地解决了能耗和污染的两大难题。 在实际运行中小区变频恒压供 水技术比传统的加压供水系统还有水压稳定、维护运行成本低等明显 优势。1.可编程控制器(PLC)的概述可编程控制器(Programmable

3、 Logic Controller)简称为PLC，它的应 用面广、功能强大、使用方便，已成为当代工业自动化的主要控制 设备之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的应用， 在其他领域(例 如民用和家庭自动化)的应用也得到了迅速的发展。国际电工委员会(IEC)在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC 作了以下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其 内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的 指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或 生产过程。可编程序及其有关设备，都应按易于使工业控

4、制系统形成 一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC 是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。2.变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：n = 60 f(1 s)/p (1)式中n异步电动机的转速；f异步电动机的频率；s电动机转差率；p电动机极对数。由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电 动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调 节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节 的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。3恒压供水的

5、定义及工作原理3.1所谓恒压供水，是指供水系统的供水压力始终保持在差值较小的上、 下限之间。PLC控制的组合全自动供水系统，指的是当供水系统的用 水量变化时,由装在供水主管道的电接点压力表检测设定的供水压力 上限P上限和下限P下限的开关信号 输入PLC后,PLC根据这两个压 力开关的信号的状态，自动控制数台扬程相同、流量不等的水泵组合 启动运行。3.2恒压供水原理通过管网中压力传感器将信号送入变频控制装置中，恒压控制器（由PLC和软件组成），恒压控制器将信号送人变频控制器，当管网中压 力增大时，恒压控制器输出的值增大，即变频器输入端值增大，使得 速度电压下降，同时控制电机速度下降，水泵轴功率减

6、小，水泵的流 量减少，当到达所需恒定压力值时，此时系统处于动态平衡。当管网 中压力减小时，这时恒压控制器中的输出值减小，即变频器输入端值 减小，从而使得变频器速度电压下降，直到动态平衡。3.3变频恒压供水的构成变频恒压供水系统主要由水池、变频控制柜、压力传感器、离心泵、 触摸屏显示器等组成。变频控制柜由断路器、变频调速器、接触器、 中间继电器、PLC等组成。4.变频恒压供水系统的设计4.1变频恒压供水系统主要特点如下：1）解决低水压问题：采用恒压变频供水设备使得整个建筑屋内 的供水保持压力恒定。2）避免使用屋顶水箱造成的水质污染：取代传统的屋顶水箱供 水方式，消除了水污染的源头。3）减小建筑成

7、本，增大空间面积 ：取消传统的屋顶水箱，使建 筑受力减小，结构简单，成本降低。4）节约电能，缩小占地面积：比一般供水设备节电30%以上， 该设备占地面积小，安装简单，缩短施工工期。5）高品质智能开电脑控制：专用自主开发，具有多样化功能，能够提供尖端水准的精密控制，已经达到世界领先水平。4.2工作条件：输送介质：冷热清洁、非易燃易爆并不含固体颗粒或纤维的液体。液体温度：常温型 -15 o C至+70 o C热水型+70 o C至+120 o C周围环境：无水滴、蒸汽，无漂浮性尘埃及金属微粒场所。无日光照射，高温及严重落尘场所。无腐蚀、易燃性气体及液体场所。无震动、保养检查容易之场所。环境温度：最

8、高+45 o C且通风良好。联接，进行组态控制。变频器恒压供水系统如图1所示：图1变频器恒压供水系统连接图该系统主要由3台水泵、1台变频器、PLG PID及线性压力传感器等 组成。其中PLG PID调节器和压力传感器组成闭环反馈控制系统。PLC控制各台水泵的运行状态（如工频运行、变频运行、停止），从而 控制水泵的运行台数，在大范围上控制供水的流量 ；PID调节器控制 变频器对变频泵进行速度调节，在小范围上控制供水的流量。水泵的 速度调节采用变频调速技术，利用变频器对水泵进行速度控制， 采用“一变多定”的控制方式，并根据PID调节器输出电流信号驱动变频 水泵。4.3主电路设计该系统包括3台水泵电

9、动机M1 M2 M3其中M1的功率为45kW M2 为22kW M3为22kW该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软 启动及转速的调节，实现恒压控制。系统具有变频及工频两种运行状 态，当变频泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还 不能满足恒压值时，系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变频泵。主电路如图 2所示。图2变频器恒压供水系统主电路其中接触器KM2 KM4 KM6分别控制Ml M2 M3工频运行，KM1 KM3KM5分别控制M1 M2 M3变频运行，KM0空制变频器的工作。选用西 门子公司最新的专用变频器 MICROMASTER E型变频器。西门子MIC

10、ROMASTER E型变频器的功能有：1）优化的输入输出功能；2）优化的调试过程：仅12个基本参数设定便可满足绝大多数的 HVAC 应用；3）长电缆运行：电机与变频器的连接电缆长度可达 150m而无需加输出电抗器；4）通讯功能：内带的RS-485可简便地与DDC从站或楼宇管理系统连 接通讯，速率可达19200bps;5）可与所有感应电机匹配：通过简单的参数设定即可使 Eco与各种 电机适配，Eco内带电机保护功能，防止电机过热；6）多电机传动功能：MICROMASTER E可控制一组电机以同一频率运 行；7）捕捉再启动：为确保电源故障恢复后的正确自动再启动，即使电机还在运转，控制系统会控制变频

11、器输出与电机同步的频率；8）能耗的优化：在达到给定值后，控制系统会自动优化电机的能耗 ；9）高启动转矩：即使在长时间的运行之后，MICROMA- STER Ec仍可 确保各种泵类负载的稳定启动，在加速时，会自动提供附加的启 动转矩；10）内带PID控制模块:PID功能可与外部的传感器直接连接，可以实 现精确的流量、压力或温度控制，可接收010V, 020mA或 4 20mA标准反馈信号。闭环系数均可调节以实现不同应用时优化、 准确的控制。4.4控制电路设计控制电路包括继电器控制电路及 PLC控制电路。继电器控制电路图如 图3所示。图3继电器控制电路 其中接触器KM2 KM4 KM6分别控制M1

12、 M2 M3工频运行，KM1 KM3KM5分别控制M1 M2 M3变频运行，KM0控制变频器的工作。KA0H KA6为中间继电器，它们分别控制 KM0H KM6工作。HL0H HL6为指示 灯，其中HLO为电源指示灯，HL1HL3分别指示ML M3的工频运行， HL4HL6分别指示MM3的变频运行。图4系统PLC控制电路图4给出了系统的PLC控制电路。图4中SA7为手动/自动控制转换 开关，SA8为自动起/停控制转换开关，P1为压力上限，P2为压力下 限，SA1为1#水泵手动起动开关，SA2为1#水泵手动停止开关，SA3 为2#水泵手动起动开关，SA4为2#水泵手动停止开关，SA5为3#水 泵

13、手动起动开关，SA6为3#水泵手动停止开关，KA（KA6为中间继 电器，它们分别控制KM（KM6工作。3.5 PID调节器电路PID调节器电路如图5所示，PID调节器的引脚11、12为电流输出信 号，接图1中的变频器的引脚3、4, PID调节器的引脚18接图3中 的PLC输入端子X4, PID调节器的引脚19接图3中的PLC输入端子 X5。PID调节器接受压力传感器送来的压力信号，自动调整变频器的 频率给定输入，从而控制变频器的输出电压，进而控制变频泵的转速， 实现变频泵水流量的稳定控制。图5 PID调节器电路4.变频恒压供水系统的应用1）各类型自来水系统，井用潜水电泵恒压供水系统。2）高层建

14、筑及住宅小区的生活用水；3）工矿企业用水，对生产流程要求恒压变量的供水系统，如循环冷却用水、空调制冷、锅炉采暖系统的稳压供水、游泳池循环用水；4）油田管道、油库、泵站、油港恒压输油系统及其它输液系统；5）农村自来水、农业排灌和建设施工用水、园林喷洒、水景和音乐 喷泉系统。5结束语变频恒压供水在企业及高层生活小区的应用越来越广泛，变频恒压供水系统具有供水压力稳定，能实现水泵电机的软启动、软停止和高效 节能等特点。它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式， 不仅节能效果显著，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。6致谢感谢我的指导老师7.参考文

15、献PLC基础及应用/廖常初主编.<2>版.北京：机械工业出版社,2007.6（2009.7 重印）;通用变频器及其应用/韩安荣.<2>版.北京：机械工业出版社,2000MICROMASTER E变频器编程手册；2001;版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理。版权为潘宏亮个人所有This article in eludes some parts, in clud ing text,pictures,and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onalown ership.用户可将本文的

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