基于plc的恒压供水系统

1、1简介1.1主题的目的和意义稳定的供水是国民生活质量的重要保障之一，但随着城市建设速度的加快，高层建筑越来越多，居民生活出现了水管压力不足的现象。特别是供水高峰期的高层居民，水特别突出，给居民的生活带来了混乱。因此，优良的供水条件是人们追求优质生活的必要条件。以前的供水方法有多种缺点和不可改变的指病，这种方法必须更新，投资时不仅会对房子的维护和抗震造成很大的打击，还容易发生水箱造成的二次污染。管网的压力不稳定是水塔供水的致命缺点，无法维持正常生活用水的稳定。以前的供水方法已经不能满足正常生活的要求，变频恒压供水控制系统的方案逐渐突出。随着科学技术的发展，变频技术也迅速发展，用户供水系统也逐渐采

2、用变频技术供水来代替以前的水塔供水。先进的变频调速供水方式不仅提高了用户对供水系统的满意度，而且具有相当大的节能效果。变频调速供水解决方案解决了以前供水方式的各种不足，也可以延长整个供水系统的使用寿命。变频恒压供水控制系统是一种闭环控制系统，通过检测管道压力，然后使用PLC控制变频器的输出频率和多泵的启动停止和运行方式，实现管道的恒压供水。1.2国内外变频恒压供水控制系统的发展随着变频调速技术多年的发展，其功能的局限性逐渐缩小，恒压供水在此基础上逐渐发展。在变频应用于恒压供水领域之前，国外生产的变频器功能也受到限制，只能控制频率，控制电动机的正向反转，控制电动机的胜率和降速，控制启动和制动。变

3、频器在整个恒压供水控制系统中仅用作控制单元，在可编程控制器的控制下输出相应的频率。用户在不同时间点对用水量的要求也不同，为了在满足用户用水量的同时保持恒定的管道压力，需要在管道内安装压力传感器，压力传感器将管网中的压力反馈到PID上，最终PLC可以对压力实现闭环控制效果。从目前国外恒压供水系统设计情况来看，国外设计理念的大部分都是在一个变频器中只有一个泵，基本上没有通过一个变频器拖动多个泵装置来运行的方式。也就是说，一个供水系统需要多个变频器和多个泵，以这种方式投资费用太高。如果变频技术很好地应用于恒压供水设计，恒压供水系统也将变得更加稳定可靠。恒压供水系统的许多优点被承认后，设计人员也逐渐提

4、高了其自动化水平。除了高自动化程度、稳定的性能和卓越的可靠性外，还发现了能源节约，这是公认的。在变频恒压供水必须替代过去的供水方式的情况下，许多变频器制造商开始开发具有变频恒压供水功能的变频器。利用这么高的集成恒压供水模块，开发了可直接控制多个内置继电器接触器操作的变频恒压供水基板。最终可以配置多泵的变频恒压供水控制系统。这种高度集成的设备减少了电路结构，降低了设备批量生产的投资成本，但输出端口的扩展能力缺乏灵活性，整个系统的动态稳定性低，难以与其他主机系统和配置软件进行数据通信，负载能力有限，在实际供水应用中其范围将受到很大限制。目前国内也有很多公司开发和生产变频恒压供水系统，主要是为了水管

5、压力的闭环控制和多个泵的循环控制，一些制造商设计使用可编程控制器(PLC)和其他模块实现这一点，另一些则使用单片机和相应模块设计。这两种变频恒压供水方式在实际应用中，系统的动态稳定性、抗干扰、多种情况下的适应性等各方面还没有摆脱理想状态。该变频器将PID调节和循环逻辑控制模块集成到变频器内部，但负载能力非常有限，没有通信功能是致命的缺点，因此只适合控制容量小、要求简单的供水情况。高集成、方便的运行是当前变频恒压供水系统的发展方向，国内外许多制造商制造了恒压供水专用变频器，这些变频器集成了PLC模块和PID模块，有的集成到变频器组件中，甚至包括压力传感器。简化维护，同时大大降低维护成本。目前国内

6、有很多研究开发和生产变频恒压供水的企业，大部分直接进口外国产转换器，国产变频也主要进口外国产配件组装。变频器与其他控制模块相结合，实现变频恒压供水。在这种激烈的竞争中，国产变频器也在迅速发展。国产变频器主要用于低容量、控制要求低的恒压供水情况，在低价格、低控制要求的情况下占很大比例。目前国内外变频恒压供水控制系统设计中，除了各种控制要求和负荷容量外，没有具备外部通信功能的系统。目前对液压闭环控制系统的研究还不够。因此要进一步研究提高恒压供水系统的性能使生活及生产实践得到更好的利用2确定设计方案2.1工作要求变频恒压供水控制系统检测管网压力，PLC控制变频器的输出频率，从而使管网的压力保持不变。

7、系统开始运行时，如果管网压力低于设定值，PLC将启动泵，通过程序控制变频器的工作频率，使其逐渐上升，当管网压力上升到设定值时，泵将保持当前工作状态，水压保持在设定值上不变。目前泵工作频率上升到电网时，此时管网压力还没有达到设定，控制系统会自动将此泵切换到工频电网，启动第二个泵，调整速度以使水压达到设定，水压保持不变。其他泵通常用作备用泵。耗水变化，网络管理压力极低时，如果管网水压超过设定值，PLC控制变频器将逐渐降低输出频率，如果变频器输出频率降到0，PLC将关闭此泵，将其他工频工作泵切换到变频运行，并将水压调整为设定值。2.2工作分析变频恒压供水控制系统用一个变频器控制三个泵，首先用变频器启

8、动一个泵，当泵达到供电频率时，将泵切换为工频工作，然后用变频器启动下一个泵。如果变频器输出为0，则停止泵，然后将工频工作泵切换为变频操作，并由变频器控制。可以在PLC程序中设定水管压力设置。泵从频率转换到功率频率时，使用切断前后的控制方式。首先，停止变频器，使泵自由停车，然后分离变频器和泵之间的接触器，连接泵和工频之间的接触器，从变频转换到变频。泵在从电力频率转换到频率转换时也采用了先发后投的方式。首先是分离泵和工频之间的接触器，自由停放电动机，然后打开泵和变频器之间的接触器。变频器的快照重启功能允许变频器跟踪电动机速度，直到输出频率与电动机速度同步为止，使电动机与设置速度相匹配。西门子MM4

9、40泵，使用风扇专用变频器的变频器。PLC通过程序逻辑控制变频器的启动、停止和速度控制。2.3流程图程序主要比较压力传感器给定的模拟输入和设置，以确定泵是从频率转换到功率频率转换，还是从频率转换到频率转换，以及从变频恒压供水的自动操作状态确定逻辑帧，如图2.1所示。图2.1变频恒压供水的逻辑框架图3硬件系统设计3.1可编程控制器简介可编程控制器(也称为PC)是当前大部分称为可编程逻辑控制器的PLC，用于与个人计算机(PC)区别。计算机与继电器接触器技术的结合有包括逻辑控制和定时等可编程控制器，逐渐取代了继电器接触器。3.1.1 PLC功能PLC是集成继电器。在继电器接触器中开发，还具有计算机的

10、特性，使PLC的优势更加明显。(1)稳定性好PLC诞生于应用工业生产，集成电路配置其内部，由软件实施控制，外部布线减少，使用更加方便。此外，硬件和软件还通过自我测试功能，采取各种措施，例如可靠性、抗干扰、稳定运行等。(2)灵活的应用程序各种PLC产品的优点是采用易于扩展和组合的模块化结构，可以更好地满足用户的各种复杂需求。(3)编程方便使用阶梯语言的PLC编程易于用户阅读。具有单独的增强型编程模块，使用起来更加方便。(4)强大的功能和出色的可扩展性PLC通常除了具有可编程控制器的功能外。此外，PLC的通信接口与计算机和其他PLC连接到1网络，并完成信息交换，从而使整个系统更强大。您可以控制多个

11、工序或一条生产线，而不仅仅是单个工序。远程和现场控制。(5)易于调试和设计。PLC可以进行空闲编程设置，也可以方便模拟调试。这比需要现场调试的继电器-接触器控制系统好得多。(6)修理方便PLC可以自我诊断，从而大大减少人力。自我诊断有助于服务人员快速发现故障部分，并快速解决问题。(7)装配方便PLC体积轻，便于运输和安装。以电气控制方式实现PLC的强大功能，可以大大减少机械结构的设计2，为实现机电一体化奠定基础。3.1.2 PLC配置PLC包含与一般电脑系统相似的电脑技术和控制技术。图3.1是PLC的默认配置。图3.1 PLC的基本组件(1)中央处理器(CPU)CPU是关键。不同型号的PLC配

12、置具有不同的CPU。小型PLC和中型PLC分别使用8位通用微处理器和16位通用微处理器3。但是，大型PLC主要使用高速芯片处理器3。主要特性包括(a)将用户程序和数据导入程序员，然后将其传输到PLC。(b)可以对电源、内部电路的操作错误和语法错误执行诊断。(c)存储输入接口的现场数据或状态的输入图像寄存器或数据寄存器。(d)运行用户程序。(e)运行结果、更新状态、输出设备控制。(2)内存单元内存主要有两种。一个是可读、可写的内存RAM是。另一个是只读内存ROM、PROM、EPROM、EEPROM。系统程序在制造PLC时在硬件上进行编辑，是运行PLC的平台，用户无法修改和访问4。PLC中的控制对

13、象决定用户程序，用户根据生产要求准备应用程序。干扰可能会对RAM中的程序造成损坏，从而导致只读内存EEPROM5变硬，从而减少损坏。现在，使用EEPROM作为用户内存在PLC中更为常见。(3)内存单元电源设备在将电源转换为PLC后提供。还有负载电源，可透过PLC I/o介面为负载提供直流24V电源。开关电源的长度用作PLC的典型电源，输入电压大，具有良好的抗干扰性。电源隔离输入和输出是为了防止外部干扰影响PLC的正常运行。(4)输入/输出设备PLC通过输入接口检测控制对象的数据和状态，PLC通过输出接口6将结果传递给控制对象以实现目的。(5)接口单元扩展接口、通信接口、程序员接口和存储接口组成

14、了接口单元。I/o单元也是通过电信号联系PLC6和工业现场的接口单元。也可以通过接口连接到外部。3.1.3 PLC工作原理(1) PLC环路扫描的工作方式PLC既具有继电器的工作特性，又具有计算机的工作特性，但具有与继电器或计算机不同的独特特性。扫描运行用户程序，在第一个用户程序中启动扫描，按从上到下、从左到右的顺序运行用户程序，如果有中断，还运行子程序。然后返回到第一条指令，再次运行用户程序，继续重复该程序。(2) PLC扫描作业过程PLC不仅在全面扫描操作期间扫描用户程序，还执行PLC内部处理和与外部模块的通信服务7等操作，如图3.2所示。图3.2 PLC扫描作业过程如果PLC处于停止状态

15、，则仅执行前两个步骤。也就是说，通过内部处理和自我诊断与外围设备通信。如果PLC处于运行状态，则不仅可以内部处理自我诊断和与外围设备的通信服务，还可以完成导入采用、用户程序运行、导出刷新等任务。3.2变频器在恒压供水系统中的应用此设计使用MICROMASTER 440(MM440)频率转换器8。该变频器是西门子生产的、易于使用、安装方便、速度调节优秀的变频器，具有稳健的EMC设计9、对控制信号的准确快速响应、速度调节范围等特点。变频器是恒压供水控制系统中PLC控制下的执行机构。该系统从通过压力传感器检测管道压力并将传感器的输出电压信号传递给PLC开始。PLC通过内置PID算法模块将实时检测到的

16、管网压力与给定压力进行比较。PLC的程序将比较结果输出到处理输出信号，信号输出到变频器，调节变频器的输出频率，最终达到控制泵速度的一定压力效果。3.3 I/O分配表根据控制要求和设计方案，列出I/O分配表，如表3.1所示。表3.1 I/O分配表输入输出PLC地址功能PLC地址功能I0.0手自身切换Q0.01号泵变频I0.11号泵启动/停止Q0.61号泵站频率I0.2启动/停止2号泵Q0.22号泵变频I0.3启动/停止备用泵号码Q0.32号泵站频率I1.1自动启动Q0.4备份泵变频I1.2自动停止Q0.5大气泵站频率艾波管道压力Q0.7变频器启动AWQ0变频器频率3.4 I/O接线图根据设置的控制要求和I/O分配表绘制I/O接线图，如图3.3所示。图3.3变频恒压供水控制系统I/O接线图3.5硬件电路布线图根据实际PLC模块、I/o分配表和I/o接线图连接PLC和变频器模块，并通过P