PLC恒压供水系统的应用

1、PLC恒压供水系统的应用英文并列题 Application of PLC Constant Pressure Water Supply System目 录一、绪论1.1研究背景11.2课题主要研究内容21.3恒压供水系统的国内外研究现状 3变频调速技术的国内外发展与现状 3变频恒压供水系统的国内外研究与现状 3二、系统理论分析及控制方案确定 42.1恒压供水系统的理论分析4电动机的调速原理4变频恒压供水系统的节能原理 52.2恒压供水系统控制方案的确定 6控制方案的比较和确定 7变频恒压供水系统的组成及原理图 8变频恒压供水系统控制流程92.3基于PLC与变频器的恒压供水系统设计 9多台水泵的

2、切换 10主电路说明102.4程序处理11三、 系统的硬件设计123.1系统主要设备的选型 12及其扩展模块的选型 12变频器的选择13水泵机的选型13压力变送器的选择13液位变送器选型143.2系统主电路分析及其设计 143.3 系统控制电路分析及其设计 14四、系统的软件设计 154.1 系统软件设计分析 154.2 PLC 程序设计 174.2.1 控制系统主程序设计 174.3 注意事项 19五、结论 19谢辞 21参考文献 22PLC恒压供水系统的应用摘要：针对传统供水系统压力不稳定、能源浪费严重、自动化程度低等缺点，基于PLC和变频器的恒压供水系统的设计。这个系统使用了频率转换器，

3、PLC和PID调节器构造的闭环自动调节恒压供水系统。供水系统的控制目标为总管道的岀水压力，将给定压力值和反馈的岀水压力值相比较，把偏差值送到CPU中进行处理，从而发岀控制指令来调整水泵电动机投入运行的台数和调节水泵电动机的转速，以保持总管道岀水压力的稳定。PLC和逆变器自动调整的增加和泵的数量的减少和泵马达的速度，从而减少了能量的过度消耗。又防止了电动机启动时电流对供水设备的 影响，实现了恒压供水。关键词：PLC;变频器；PID调节器；恒压供水Application of PLC Constant Pressure Water Supply SystemAbstract: Aiming at

4、the disadvantages of unstable pressure，serious energy waste and low automation of traditional water supply system, the constant pressure water supply system based on PLC and frequency converter is designed. This system uses frequency converter, PLC and PID regulator to construct a closed-loop automa

5、tic regulation constant pressure water supply system. The control objective of the water supply system is the outlet pressure of the main pipe. Comparing the given pressure value with the feedback pressure value, the deviation value is sent to the CPU for processing, and the control instruction is i

6、ssued to adjust the number of pumps and motors in operation and speed of water-saving pumps, so as to maintain the stability of the outlet pressure of the main pipe. The increase of automatic adjustment of PLC and inverters, the decrease of the number of pumps and the speed of pumps and motors reduc

7、e the excessive consumption of energy. It also prevents the influence of the current on the water supply equipment when the motor starts, and realizes the constant pressure water supply.Keywords: PLC; frequency converter; PID regulator; constant pressure water supply一、绪论1.1研究背景供水系统是工业生产和生活中人们不可或缺的公共

8、设施之一。如今，智能建筑科技 快速发展,人们对供水系统也提出了更高的要求，要求达到可靠性和稳定性。目前全球 都展现资源匮乏的现状，所以设计节能、稳定、工作可靠的恒压供水系统是必然趋势。 传统的供水系统采用水塔，高级水箱或压力罐进行升级，经济实惠,耗能大。而基于PLC 和变频器的恒压供水系统将电气控制技术与变频器技术融为一体，大大提高了供水系统 的可靠性和稳定性。同时,供水系统节能效果明显，这在能源日渐紧缺的今天显得尤为重 要。水和电是人类生活中不可缺少的重要组成部分。在节水节能成为时代流行被人们逐 渐重视的现实条件下，我国水电短缺的情况长期以来一直都是在城市这一片区域 ，还有 的就是在高层建筑

9、供水和工业的使用中。我国生产循环供水系统技术还是相对落后的 ， 而且系统的自动化程度也比较低。我国社会经济的迅猛发展也致使人民对于生活水平的质量和要求也不断提高，国家对于人民的住房政策改革也在不断深入贯彻落实，我国对于城市各个社区的建设规划也 正在迅速发展。与此同时，对社区的基础设施建设也提出了更高更严格的要求。建设好 住宅供水系统是一个重要的方面，住宅供水的可靠性和稳定，以及其经济性，在不久的将 来甚至于当前，就会很大程度上的直接影响人们的正常生活需求，这种情况也是会直接体现出该城市社区的物业管理质量和水平。目前我国传统化的区域供水方式有：恒速泵加压供水，压力罐供水，水塔高水箱供水 液压耦合

10、器和电池滑动离合器调速这几种供水模式，是靠单片变频调速来实现供水的供 水系统。因此，本次研究在PLC和变频器的恒压供水系统的基础之上,表明了提高我国居民住 宅的生活水平，工业生产效率和能源的节约使用，都具有十分重要的意义。因此，本文逆 变器是用于控制泵电机的频率的,PLC用于控制变频-电源频率的切换。PID调节器用于 压力调节,设计闭环供水自动控制系统，从而来实现恒压的供水效率。1.2课题主要研究内容PLC主要是依靠变频器，可编程控制器，压力变送器和现场泵单元组成，从而来实现 控制变频恒压供水系统，这样就形成了一个完整的，闭环调节系统。在本项设计中，一共 设有3个水库,3个泵和一些其他的组成部

11、件。所谓的流量调节法 ，也就是这三个泵中， 只有一个泵在逆变器的控制下才能运行，其他泵都以恒定的速度来运行。由于管网的压 力,PLC会自动控制泵与泵之间进行的切换操作，并根据压力检测值与给定值之间的偏差 对PID进行计算,然后将输出频率显示到变频器控制输出频率，调节流量,使供水管网之 间的压力形成恒定。泵切换操作主要是在首先停止这一原理的基础进行的。毕业设计（论文）说明书目前我国的城市社区使用的供水系统，也都逐渐朝着高效，节能和自动化的方向发 展。由于在变频调速技术十分显著的节能效果，和稳定的控制方式之下，已经很快被广泛 应用于风机，水泵和制冷压缩机这之类的高能消耗的设备中，特别是在各个城乡工

12、业用 水压力系统以及住宅用水恒压供水系统中，变频调速泵功能中最为突出的就是他的节能 效果,其优越性主要在：第一，节能效果十分显著；第二,它具有开放性，在停止时，它可以 减少电流对电网的影响和供水压力对管网系统的影响 ；第三,它可以减少泵和电动机在 机械冲击当中造成的损失。1.3恒压供水系统的国内外研究现状变频调速技术的国内外发展与现状电力电子技术使得变频器能够快速发展，这一点也在计算机技术中、自动控制技术 和电机控制理论这些方面也都得到了相对较快的发展。20世纪80年代以来，在美国，德国和英国等发达国家，基于VVVF技术的使用，逆变器已经十分商业化，并且被广泛使用。 可是放眼中国的情况，有60

13、%勺发电都是使用电机消耗的，因此国家和行业一直都十分重 视如何利用电机调速技术改造电机运行模式，从而来达到能源的节约作用。时至今日，我 国也已经设立有200多家相关的工厂和研究所，都开始进行了变频调速技术的工作。但 是目前与国际市场上的同行业相比，在技术上仍然存在很大的差距。改革开放以来，我国社会经济快速发展，中国也逐渐开始直接运用那些发达国家的 转换变频调速设备，也洗去了内外结合的做法，就是说,采用外国进口或合资企业的先进 的变频调速控制设备，再由其自行设计并制造出的整套设备，从而开发出自己的应用软 件，为国内主要工程项目的电气传动控制系统提供解决方案，从而适应了当前社会的需求。总之，虽然国

14、内变频调速技术可以说是取得了良好的效果 ，但总的来说，国内开发生 产相关设备的能力与发达国家相还是比较弱的，而且对于国外企业的依赖程度也还是很 高。变频恒压供水系统的国内外研究与现状变频调速技术的发展，也使得变频恒压供水技术开始崭露头角。 早期,国外生产的逆 变器的功能主要限于频率控制，加速控制，前进-后退控制，启动控制,制动控制，电压-频 率比控制等功能，主要用于变频恒压供水系统。变频器仅仅是用于作为执行器。为了保 证管网压力恒定，来满足不同供水量的要求，应在变频器外部设立一个压力控制器和传感器,从而达到控制闭环压力的作用。电磁接触器就用于形成多达七个电动机（泵）的供水系统。目前,中国已经有

15、很多公司在做关于变频恒压供水的项目。但他们大多都是使用的 国外逆变器来控制水泵的速度，水管网络压力的闭环调节和多个泵的循环控制，还有一 些使用可编程控制器（PLC）,和相应的软件实现；有些则是使用微控制器和对应的软件来 实现的。但是,在动态性能，稳定性能,抗干扰性能和系统开放性等综合技术指标方面，还 是不能满足所有用户的需求。目前,国内外有关于变频调速恒压供水控制系统的研究中，变频恒压供水系统是可 以适应各种各样的居民用水情况的，它主要是结合了现代控制技术，网络通讯技术，并考 虑到系统的电磁兼容性。水压的闭环控制尚未得到充分研究。因此，我们在一段时间内 还是需要对该系统进行进一步的深入研究，从

16、而来提高变频恒压供水系统的性能，让该 系统更好地在生产生活实践中被应用，对居民用水供水系统的使用起到很大的作用。系 统理论分析及控制方案确定二、系统理论分析及控制方案确定在供水系统中，水压的变化规律是无法预先确定的时间函数。恒压供水系统的任务 是被控量能够以一定的精度跟随实际水压变化的控制系统。随着可编程序控制器功能模块的增加以及控制指令的完善，恒压供水系统在这种随动系统中得到了越来越广泛的应 用。恒压供水系统是采用了压力传感器监测管道中的水压的基本控制策略的。在A / D进行了转换后,反馈的实际值输入到PLC数据寄存器,并与设定值进行比较;CPU进行PID 计算处理后，进行D / A之间的转

17、换，由变频器控制输出的结果，从而实现水泵电机之间 的无级调速，达到设定压力下供水管压力的稳定性值。2.1恒压供水系统的理论分析电动机的调速原理泵电机采用了三相异步电动机，他的转速公式为：n = 60f （ 1-s）/ p这个公式中：f表示电源频率，p表示电机极数，s表示滑差率。从上式可以看出， 三相异步电动机的速度控制方法如下：（1）改变电源频率（2）改变电机极对数（3）改变转差率改变电动机极数调速的控制方法比较简单，也节省了投资，节能效果也是十分的显 著,而且操作起来效率高，但是需要有特殊的变极电动机，阶梯式调速，阶梯差相对来说 较大，也就是说在换档过程中的速度变化大，扭矩的变化也很大，因此

18、这种只适用于具有 特定速度的生产机器的使用。改变滑差速度调节是为了确保其大调速范围，一般采用级联调速模式，特有一个很显著的优点，就是可以恢复滑动功率，节能效果也很好，调速性 能好,缺点就是线太复杂了，之间增加了中间环节的功率损耗，成本相对较高，这就影响 了它的推广价值。以下重点介绍一下改变工频调速的方法和特点：根据上述公式，当滑移率变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f成比 例。通过不断调整电源频率，我们就可以平稳地改变电机的速度。但是，简单地调整电源 频率会导致电机性能下降。电子电力技术不断的发展，如今也涌现出了各种性能好，运行 也比较可靠的变频调速电源装置，这一情况的实现也推动了

19、变频调速的广泛使用。 变频恒压供水系统的节能原理供水系统的升程特性是在以下几个前提之下的 ：供水系统中的阀门开度必须是恒定 的,这表示水头H与泵在一定速度下的流量 Q之间的关系，如图1所示。当阀门的打开度 与泵转速达到恒定状态的时候，流量主要就会由使用者的用水量来决定，因此升力特性就反映了水头H与水流量之间的关系曲率H = f（曲率）。如图1所示。管道阻力的特殊 性能主要反映了泵的独特能量。他的作用是克服泵系统的水位和压力差的变化以及管道 中液体对流动的阻力。由于阀的开度的变化，在实际意义上，用户当前使用的供水系统 的供水能力在一定程度上改变。因此，管道阻力的性能也反映了水头与供水流量Qc H

20、 = f （QC之间的关系。升力特性曲线与管道阻力特性曲线的交点称为供水系统的工作点，如图1中的A点所示。此时，用户的水流量Qu和供水流量Qc供水系统处于平衡状态，居民用户使用的供水系统 也满足水头性能和管道阻力特性，从而使系统运行稳定。抚程特性管阻糕住/HA. 1-< Ay?|l一 'jIIQA0*图1恒压供水系统的基本特征在使用该供水系统期间，水流通常用于控制阀门和速度，即常用的控制方法-阀门控制方法和速度控制方法。阀门控制方法通过调节阀门的开度来调节水流量，此时泵 电机的速度保持恒定。在运行期间系统的本质是改变水路中的阻力以实现水流的变化。所以,管道阻力将随着阀门开度的变化

21、而变化，但是头部特性仍然是不会改变的。由 于实际需水量基本都是不同的，如果阀门开度在一段时间内还是保持不变的话，就可能 会不可避免地会导致超压或负压的情况发生。速度控制法，也就是说，改变水泵电动机的转速来调节水的流量，在这个操作的同时，阀门的打开度也会因此保持不变，并且通过改 变水的动能来改变水的流量。因此,磁头特性就会随着泵的速度变化而发生变化，但是电阻的特性是不会发生其他改变的。利用变频调速来控制供水模式的方法属于对水的速度的控制。该系统是根据 用户在住宅区用水量上的变化，来对水泵电机自动调节转速的，这是泵电机的工作原理， 目的是使管网压力保持恒定。当用户的耗水量开始增加时，电机将加速，当

22、耗水量减少 时，电机将减速。我们可以把这一现象归结在流体力学的理论，这样我们就不难看出，当泵运行到管网时，泵的输出功率与水压和管网水流的乘积成正比；泵的转速n也与出口流量成正比；水管的水压和流出水流的平方是成比例的。通过数据之间的这种关系， 不难得出结论，水泵的输出功率 P与转速n的第三速度之间的关系也是成比例的。以这 种方式，我们还可以推导出这样的公式：P = k1HQ n = k2Q H = k3Q2 P = kn3其中k，k1，k2，k3是比例常数。毕业设计(论文)说明书图2管网及水泵的运行特性曲线当使用阀门控制时，如果供水峰值泵在E点工作，则流量为Q1,水头为H(。当供水量 从Q1减少

23、到Q2时，必须关闭小阀门，阀门的摩擦阻力变大,电阻曲线从b3移动到b1,头 部特性曲线不变。升力从 H0升至H1,运行条件？?点从E点移动到F点。此时,泵的输出 功率与H1和次数成正比；Q2。使用运转的速度来控制时，如果使用恒压(H0),变速泵(n2) 供水,管电阻特性曲线为b2,磁头特性变为曲线n2,工作点从E移动指向D点。这时,泵 输出功率与H0&times成正比;Q2,因为H1>H0,当流量由阀门控制时，它与(H1-H0)以及次 数是成正比例关系的；Q2的功率浪费，阀门也会不断关闭，这时的阀门之间的摩擦阻力 也会随之开始变大，管道阻力特性曲线也会随着这个趋势开始向上移，工作

24、状态点也跟着这点向上移动,H1增加,浪费的力量从而开始增加了。因此，速度控制方法会远远小于 阀控制方法的供水功率，并且这样的效果是节能效果十分显著。2.2恒压供水系统控制方案的确定根据控制所提出的要求，系统采用了 PID控制,他的控制原理图如图1所示。系统通 过安装在水管上的压力传感器，将当前水压实时转换为电信号的形式，并转换模拟信号 与压力所成的比例，通过与PLC匹配的功能模块A / D转换器输入到可编程序列的数字 信号。控制器(PLC)与设定信号进行比较,并在PID计算后获得最佳运行参数。D / A转换后,发送到变频器的模拟控制输入，控制变频器的输出频率。泵电机根据当前的实际 水压以合理的

25、速度运行。控制方案的比较和确定在该系统中，有一个恒压变频供水系统，包括压力变送器，变频器，恒压控制单 元，泵单元和低压电器。他使用恒压控制单元制造变频器，从而控制泵或多个循环 泵，从而实现管网中的恒定水压以及泵电机之间的启动和切换操作，这是其主要任 务。系统。在变频水泵和工频水泵之间，它可以与运行数据通信并执行监控操作。根 据系统的设计要求，我们提供以下选项：（1）带供水基板的逆变器与控制系统相比，泵单元+压力传感器的结构非常简单。PID调节器，PLC可编程控制器等硬件集成在变频器的供水基板上，并设置了具体的命令。因此，代码实现了诸如PLC和PID的电子控制系统的功能。在该过程中电路结构将变得

26、小型化，并且还将降低器件的 制造成本。然而，即使在这种情况下，在设置压力和显示反馈值时也很麻烦，并且在 不同的时间段内不支持。实现不同的恒压要求。在对系统进行适当的调试时，我们就会很难找到PID参数来进行调整修改。他的调节范围相对较小，系统的稳态和动态性能 不易保证。他的输出接口的扩展功能也缺乏灵活性，数据通信困难，负载容量有限， 因此该系统仅适用于要求不高的小批量应用。（2）通用变频器+单片机（包括变频控制、调节器控制）+人机界面+ 压力传感器使用这种方法，他的控制精准度很高，计算方法也比较灵活，对参数进行调整时也很 方便，性价比高，但它存在的缺点是，研究开发的周期太长，一旦程序被固定化，人

27、们想要 对他进行修改就会变得非常的繁琐困难，对于在现场进行调节适应的灵活性也较差。运 行时变频器产生的干扰越大，逆变器的功率也就越大，所以我们对此也是采取了必要的 措施来来完成对抗干扰的实施，以此来保证系统的稳定可靠性。该系统适用于特定领域 的小容量变频恒压供水。（3）通用变频器+PLC包括变频控制、调节器控制）+人机界面+ 压力传感器这种控制方式相对来说比较灵活方便。通过良好的通信接口，与其他的系统数据进行轻松快速的交换，通用性十分强大。由于PLC系列产品固有的系列化和模块化的特性， 用户可以用此灵活地根据自身不同的需求制造形成各种规模的控制系统。在硬件设计中,只需要对PLC的硬件配置和I

28、/ O的外部接线进行数据确定即可，当对于其控制要求发 生变化时,PC可以很轻易简便地改变存储器中的控制程序 ，因此需要现场调试的时候就 可以很方便的进行操作。同时,PLC的抗干扰能力很强，可靠性又高，这将大大提高系统的 可靠性。该系统可应用于恒压供水应用的各种不同要求，无论供水单元的容量如何。总之，可以看出第三控制方案稍微更适合于该系统。该系统的控制方案具有扩展 功能，功能灵活方便，数据传输快捷方便。满足稳定系统和控制数据准确性的要求。 222变频恒压供水系统的组成及原理图PLC用于 供水系统。 频器，可编 力变送器和 组。这些内 一起形成。 环调节系控制变频恒压 主要部件是变 程控制器，压

29、现场水泵机 部系统组合在 一个完整的闭 统，系统的控制流程图如图3：图3变频恒压供水系统控制流程图报警设置是这种控制系统不可或缺的一部分。由于该系统可以应用于不同的供水领域，为了保证系统足够的安全可靠和稳定，防止电机过载，变频器报警，电网波动过大，以及当供水中断时，操作突然中止操作，这些都是至关重要的步骤。监控报警 量，PLC在判断报警系统的类型时，执行显示和保护的动作控制，为的就是避免造成诸 多没有必要产生的损失。变频恒压供水的控制目标是供水出口管网的水压，用于完全 实现出水管网的实际供水压力，控制供水压力。设定供水压力能够使常数或时间段功能，在每个时间段中都处于恒定状态。因此,在 一定时间

30、内，恒定压力控制的目的所在，就是将出口歧管网络的实际供应压力，在最大限 度上维持住对已经设定好的压力供应。变频恒压供水系统的结构框图如图 4所示：变频恒压供水系统的结构框图如图 4所示：无锡职业技术学院毕业设计(论文)说明书图4变频恒压供水系统框图我们从在居民住宅处的供水管管道上安装压力变送器，来对参考点处的水流压强进 行实时的测量并收集数据便于后期分析，对此我们也检测了管网的水压强的恒压供水系 统,他将其转换为4-20mA的电信号。检测出来的信号就是恒定电压。供水关键参数。由 于该系统是模拟信号作为电信号的,所以必须以PLC的A / D转换模块为读取,与已经设 定的数值进行仔细对比。比较偏差

31、值是PID操作的，随之我们将计算所得的数字信号以模块的形式转换为模拟信号作为逆变器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制 电机的转速，由此来控制水泵的供水流量，最后控制供水的流量大小。用户供水管上的压 力保持恒定，就会实现变频恒压供水。223变频恒压供水系统控制流程变频恒压供水系统控制流程如下：(1) 已经开启的系统，按照他收到有效的自控系统启动电信号之后，我们先要做的是 对变频器驱动变频泵M1进行开启发动，依据用户管网的实际压力和压力变送器测量的设 定压力偏差调整变频器。输出频率控制 M1的速度。当水流量的输出压力达到设定值并 且供水量与耗水量保持一定程度的平衡时，速度稳定在一个定值点。

32、此情况期间,M1工作 就在调速它本身的运行状态。(2) 水压随着耗水量的增加而后组建降低，这两者成反比例，压力变送器的水压信号 也会减小，偏差会逐渐变大，PLC输出信号会变大，变频器的输出频率会变大。泵的转 速将逐渐增加。随着供水量的增加，最终的泵速将达到另一个新的稳定值。相反，当消 耗的水流量减少时，水压开始逐渐增加，并且水泵由此产生的压力就会降低到另一个新 的稳定值。(3) 当水流量在持续增加的时候，变频器的输出频率如果达到了50Hz的上限频率 时，此时用户管网的实际压力尚未达到设定压力的话， 那么他的增长条件就算是满足了。 那么如果泵还处于变频循环模式时，系统将会在PLC的控制下自动输入

33、水泵 M2变频泵 M1将以工频开始运行，系统将逐步恢复水压的闭环调节。这种情况将一直持续到水压达 到其设定值。如果所消耗的水流量在持续增加，并能够满足增加泵所需要的条件，则上述转换操 作将继续进行，并且另一个工频泵M3也将对此展开运行工作。当变频器的输出频率达到毕业设计(论文)说明书50 Hz的上限频率时，如果压力还没有达到预定的设定值的话，控制系统A就会对此发出 水压超限警报系统进行超限警报。2.3基于PLC与变频器的恒压供水系统设计对于传统的供水系统，电动机工作在额定功率，流量和出水压力只能靠阀门来控制。 使用PLC和变频器控制，通过控制电动机运行台数和转速就可以达到调节流量和压力的 目的

34、，彻底地取消了增压气罐、高位水箱以及水塔等设备，排除了水质的二度污染，从而提高了供水的质量、操作方便、自动化程度高且节约能源。多台水泵的切换为了保证用户对供水流量的要求，系统常采用多台水泵联合供水。通过用一台变频 器来控制多台水泵相互协调工作,称为"1"控"X",其中X是水泵台数。在不同季节和不同 时间段用户用水需求量变化是很大的，为避免能源浪费，应采用"多用多开","少用少开" 的原则。主电路说明本系统采用的PLC型号为西门子S7-200,变频器型号为欧姆龙3G3MX型变频器,图 6显示了 1控制3恒压供水系统的

35、主电路。系统使用PLC来控制变频器。变频器的S1(1) 端子由PLC的丫0点控制,SC(L)端子与PLC的COM点相连接。在PLC的COM点设置了复 位按钮,用于变频器的复位操作。由信号处理器的 U0点和COM点接变频器的"FV(0)"和 "SC(L)"端子用于变频器频率给定。变频器的异常输出信号连接到 PLC的X2点,C端子连 接至U COM点。3KM.图5 1控3恒压供水系统主电路q" y comu/omLIL2L?權円.x,3图6所示为基于PLC与变频器的恒压供水系统的程。系统启动后,首先1号泵运行,当用水求量变大时，若1号泵已经达到了额

36、定频率50Hz,水压还是不足，则延时一段时间,将1号泵机设置为工频运行状态。同时，将2号泵机设置为变频运行，输出频率降为OHz, 逐步提高输出频率，当2号泵机达到额定频率50Hz时,水得压强依然不够大，则将2号泵 机设置为工频运行，同时将3号泵机设置为变频运行。反之，当用水量变小时，各水泵就 会一个接一个的退出工频运行。采用这样的运行方式，可以有效地减少水泵的频繁启停，同时,因为变频器调节迅速，在实际管网对水压的波动做出响应之前，使水压平稳过渡，从而实现恒压供水耐NMNm卜w¥_J枷力越低.WWJV*頑卓上!aV4丽甘慕聲忙水爪力过高.盹n 木缺工柞龜量图6基于PLC与变频器的恒压供

37、水系统流程2.4程序处理模拟量的处理系统中有两个模拟量：一是实际压力测量的反馈值，第二个是在实 际压力和设定压力是PID操作之后产生的控制信号。测量值为模拟输入,由FX2N-4AD实 现。FX2N-4AD的CH1通道设置为电压输入模式,压力反馈值经过A / D转换,为PID计算提供反馈信号。控制信号为模拟量输出,采用FX2N-4DA完成,将FX2N-4DA的 CH1通道设定为电压输出方式,经PID运算后产生的压力控制信号进行 D/A转换，作为变频器的控制电压。PID调节FX2N系列PLC提供PID指令。该指令对当前值 D20和设定值D10进行 比较,通过PID回路处理两者之间的偏差来产生一个调

38、节值,存入D30中,通过FX2N-4DA 送给变频器。梯形图如图4所示,其中M100为启动信号。对于PID参数设置:PID参数存储在由S3为首的23个数据寄存器组成的数据堆栈 中。其中一些设备用于输入数据。通过参数的设置,PID命令可用于形成不同的循环配置。 需要设置PID控制器的四个主？?要参数,TS,KP,TI和TB无论哪个参数选择不当,都会 影响控制效果。在整个计时时，应该掌握PID参数与系统的动态和静态性能之间的关系。在P,I和D的三个控制中，比例部分与误差信号在时间上一致。只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，它具有及时调整的特点。比例系数KP越大， 但是,积

39、分作用的作用很慢，这种情况可能会对系统的稳定性产生不好的作用，因此 人们很少将他单独拿来使用。当积分时间常数TI开始增加时，积分作用变回随之减弱，并且开始改善系统的稳定性能，但是消除稳态误差的速度却会减慢，因为这之间的几个 部分具有提前和预测的特征，根据误差变化的速度，差分部分可以提前进行大的调整，反 映出系统变化的趋势。当差分时间常数TD增加时，导联量相应减小，动态性能提高，但降 低了高频干扰的能力。如果TD太大，则系统输出可能具有更高的频率振荡。这些参数的 设定要根据系统的实际情况进行现场调试。恒压供水技术采用变频器改变水泵电动机电源频率 ，系统在运行过程中可有效节约 电能,经济效益非常显

40、着。同时，由于恒压自动控制的原因，该系统的操作者不需要进行 频繁的操作，这样就大大的降低了工作人员的劳动强度，人力的消耗就大大减少。三、系统的硬件设计3.1系统主要设备的选型及其扩展模块的选型PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心，它完成了系统中所有输入数字的采集，所 有输出单元的控制，恒定电压的实现以及外部数据的交换。由于恒压供水自动控制系统 控制装置相对较少,PLC采用德国SIEMENS勺S7-200型。S7-200 PLC在设计结构时,是 比较紧凑的，制造的价格也不是很昂贵，所以具有性价比高的特点，因此也广泛应用于一 些小型的控制系统。变频器的选择变频器作为系统控制执行器中的硬件装备，他

41、是通过改变频率实现电机转速的调节 来达到改变输出水流量的目的的。必须根据泵电机的功率和电流选择变频器。在该系统 中,应实施监控，所以,逆变器也应该具备通信的功能。根据自身不同的控制功能，他可以 通用变频器，这可分为三种类型：普通功能型U / f控制变频器，带转矩控制功能的高功 能U / f控制变频器和矢量控制高功能变频器。而供水系统在低速运转时的转速较小，这就可以选择价格相对便宜的 U / f控制逆变器。水泵机的选型选择泵机组的基本原则是确保运行平稳；二是要始终在高效区域运行，以达到更好 的节能效果。为了使泵组能够很好的运行在高效区域，我们选择的泵类型必须与系统的用水量变化量互相适应匹对。本设

42、计的要求是：电机额定功率75KW供水压力控制在 0.3&+;0.01Mpa。根据设计要求,结合社区的实际生活条件,最终确定使用三台上海熊猫 机械有限公司生产的SFL系列泵机组，可以用于无颗粒的清水和颗粒的输送操作。杂质,无腐蚀性的物体和介质，它们一般用于城市给排水，锅炉给水,空调冷却系统以及消防供 水等方面。考虑到泵电机在卸载时会影响电机的使用寿命，定期检测和控制电池的水位是很重 要的。这种设计要求储水箱水位能够达到：2m5m,液位变送器检测到的水位转换为标准 电信号（420mA电压信号）,然后输入窗口比较器，使用比较器的输出。高水位用作水库水 位的报警信号并输入PLC3.2系统主电路

43、分析及其设计该系统采用的运行方法为三泵循环变频法，主要就是在变频器的控制下，三台泵中 只有一台能够应用于变速运行的使用，其他泵在工频下以恒速进行运行。如果耗水量小 的话，变频泵连续运行时间超过3h,那么就要换着使用下一个泵来工作，那么这个系统就 具有"反向泵的功能",这种功能具体讲就是，避免一个泵的长时间工作。因此，只有一台 泵可以同时在变频下工作，但三台泵是可以在不同的时间段内依次带动变频泵的。3.3系统控制电路分析及其设计该系统主要是靠PLC空制设备来实现完成恒压供水的,他通过控制机器的电路,还有 程序上的合理可靠度，直接关系到整个系统的运行性能的好坏和完成质量的高低。

44、该系 统采用西门子S7-200系列PLC,整体体积小,执行速度快,比一般系统的抗干扰能力强许 多，性能也更加优秀。PLC主要用于实现变频恒压供水系统的自动控制。 它必须完成以下功能：自动控制三 个泵投入运行；可实现三泵之间变频泵的切换；三个泵必须具有软启动功能；用于泵操作 的手动/自动控制功能，仅用于紧急或大修的手动操作；系统应具有完善的报警功能，并 能显示运行状态。四、系统的软件设计当硬件的连接被确定之后，主要通过软件实现系统的控制功能，然后再结合泵站对 机器的控制要求，我们对泵站软件的设计分析如下：4.1系统软件设计分析（1）由“恒压”要求出发的工作泵组数量管理为了保持拥有恒定的水压，当水

45、压开始下降的时候，就要增加变频器的输出频率，当 一个泵的运行能力开始不能满足恒压的所需要达到的要求时，应启动第二个泵。思考启 动新泵的标准是逆变器的输出频率，当这一点达到设定的上限，于是，对于该功能，我们就可以通过比较指令来实现。为了尽可能最高程度实现逆变器的工作频率的真实性，应将由意外频率波动引起的频率滤波达到上限。程序中我们还需要对事件的过滤问题进行深入思考研究。（2）多泵组泵站泵组管理规范由于逆变器泵站希望电动机的每次启动都是软启动，并且规定每个泵必须交替使用， 因此多泵组的泵站的泵组必须具有管理规范。泵组管理中还存在一个问题，就是对泵的循环工作的控制。在这项设计中,1号泵的解决方法用于

46、实现变频泵的循环控制。工频总 数与泵的数量相结合，实现工频泵能够进行轮流工作。（3）程序的结构及程序功能的实现由于模拟单元和PID调整都需要初始化，并且中间需要操作中断程序，例如在主程序 中产生泵切换信号，泵单元接触逻辑控制信号和报警处理的集成等。程序中使用的PLC元件及其功能如表4-1所示器件地址功能器件地址功能VD100过程变量标准化值T37工频泵增泵滤波时间控制VD104压力给定值T38工频泵减泵滤波时间控制VD108PID计算值M0.0故障结束脉冲信号VD112比例系数KcM0.1水泵变频启动脉冲（增泵）VD116采样时间TsM0.2水泵变频启动脉冲（减泵）VD120积分时间TiM0.

47、3倒泵变频启动脉冲VD124微分时间TdM0.4复位当前变频泵运行脉冲VD204变频运行频率下限值M0.5当前泵工频运行启动脉冲毕业设计（论文）说明书VD208变频运行频率上限值M0.6新泵变频启动脉冲VD250PID调解结果储存单元M2.0泵工频/变频转换逻辑控制VD300变频工作泵的泵号M2.1泵工频/变频转换逻辑控制VD301工频运行泵的总台数M2.2泵工频/变频转换逻辑控制VD310变频运行时间储存器M3.0故障信号汇总T33工频/变频转换逻辑控制M3.1水池水位越限逻辑T34工频/变频转换逻辑控制T35工频/变频转换逻辑控制表1程序中使用的PLC元件及其功能4.2 PLC程序设计PL

48、C控制程序使的是SIEMENS!供的STEP 7-MicroWIN-V40编程软件来研究并被开 发出来的。语句列表语言类似于计算机的汇编语言。PLC控制程序由主程序和这些主程序所涵盖的几个子程序来组织实现的。程序首先在计算机上启动编译操作，编译完成后，程序通过PC/ PPI电缆下载到PLC之后，我们通过循环扫描操作并在RUN莫式下连续完成控制任务，这主要通过执行用户程序来实 现。控制系统主程序设计PLC主程序的主要组成部分包括系统初始化程序，泵电机启动程序，泵电机变频/工频切换程序，泵电机切换程序作为PLC主程序的主要组成部分模拟和比较计算机程序 和警报程序的模板。（1）系统初始化程序当系统开

49、始工作时，必须首先初始化整个系统，即启动启动时，首先，检测系统各部分的当前工作状态。如果发生错误，则发出警报。然后，初始化 逆变器频率转换操作的上下频率和 PID控制的参数，并在初始化子程序结束时给出一定 的初始值。建立中断的连接。通过调用主程序中的子程序来初始化系统。初始化后，立 即在日/夜供水模式下设置水压参考值和变频泵的数量以及工频泵输入的数量。（2）增减泵的判断和对应的操作过程当系统处于大于或等于所述频率转换操作的上限频率（或小于或等于该频率转换操作的下限频率），用于将PID调停结果，泵可以 稳定地运行，定时器将定时设置为 5分钟（以消除水压力的变动的干扰），工频泵单元毕业设计（论文）

50、说明书的数目将由一个增加（或减少由之一）。该过程操作并产生一个相应的泵的可变频率起 动脉冲信号。（3）泵的软启动泵的提高或降低将所述逆变器，为软启动准备重置。同时，逆变 器泵的数量增加一个，生成所述延迟后的当前泵频率功率起始脉冲信号和下一个水泵变 频起始脉冲信号，并开始操作。当只有一个变频水泵在长时间运行时，就要判断他的连续运行时间，如果超过3小时,则 进行自动泵频变换操作。（4）报警及故障处理程序该系统可以对泳池水位超限报警进行指示报警，变频器故障报警指示器，白天模式 操作指示器和警铃。当系统运行过程中产生故障的信号时 ，与之对应的警报指示灯就会 不停闪烁并且拉响警铃。此时按下测试灯按钮，每个指示灯就会保持点亮状态。当故障发生之后，变频器泵号和工频泵运行次数就会进行复位操作，故障结束后产生故 障结束脉冲信号。4.3注意事项 在系统中，存在泵的工频变频上行链路切换。为了实现系统的快速响应，切换时间 需要尽可能的短，并且切换期间的时间差小，因此每个泵的可变频率接触器和工频接触 器优选是可逆的。接触器，电路和PLC程序中还有一个互锁功能，失为了防止意外短路等 情况的发生，从而对系统或逆变器造