第一篇：PLC與變頻器控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

PLC與變頻器控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對(duì)原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對(duì)一個(gè)典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實(shí)踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。

1、系統(tǒng)介紹

變頻恒壓供水系統(tǒng)原理，它主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時(shí)間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及3臺(tái)水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對(duì)水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電

機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

同時(shí)系統(tǒng)配備的時(shí)間控制器和PID控制器，使其具有定時(shí)換泵運(yùn)行功能（即鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（PID控制器和時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。、工作原理

2.1 運(yùn)行方式該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式： ⑴.手動(dòng)運(yùn)行

按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#-3#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。⑵.自動(dòng)運(yùn)行

合上自動(dòng)開關(guān)后，1#泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，啟2#變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。

變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。

3、電路圖

NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19變5頻器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC傳感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～

4、制電路圖

5、原理圖

6、控制流程圖

7、結(jié)語

在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運(yùn)行的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水；減泵時(shí)采用“先啟先?！钡那袚Q方式，相對(duì)于“先啟后?！狈绞剑艽_保各泵使用平均以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；同時(shí)針對(duì)所用3臺(tái)電泵使用多年、需要定期進(jìn)行檢修的實(shí)際情況，增加了硬件/軟件備用功能，有效延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定，大大提高了供水品質(zhì)；變頻器故障后仍能保障不間斷供水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障消除后自啟動(dòng)，具有一定的先進(jìn)性。目前該系統(tǒng)已投入使用，效果明顯。

第二篇：基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)

基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)

摘要：闡述了恒壓供水的構(gòu)成框圖、工作原理及軟件構(gòu)成，側(cè)重于給出恒壓供水的實(shí)現(xiàn)思路。

關(guān)鍵詞：PLC 變頻器 恒壓供水

中圖分類號(hào)：TM921.51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）04-0018-01

PLC作為新一代工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、通用性好、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、電子、電力等幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域；觸摸屏技術(shù)的發(fā)展，也為人機(jī)對(duì)話提供了良好的平臺(tái)。

我公司大部分設(shè)備需用循環(huán)冷卻水，但又受生產(chǎn)淡旺季、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化等因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)冷卻水供應(yīng)、使用的不平衡，這主要表現(xiàn)在冷卻水管網(wǎng)水壓上，用水量大時(shí)，水壓偏低、流量偏小；用水量小時(shí)，水壓則偏高、流量偏大。將其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用PLC、變頻器、觸摸屏等控制后，不但解決了上述水壓不穩(wěn)的問題，還有操作界面友好、節(jié)能降耗、降低維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)。構(gòu)成框圖

該系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、變頻器、壓力變送器等組成，其構(gòu)成框圖如圖1所示。

PLC：采用三菱FX1N-24MR，且選用配套的FX0N-3A模塊，采集冷卻水供水總管上的水壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為4～20mA的電信號(hào)給PLC。變頻器：采用三菱FR-A540系列。觸摸屏：采用三菱F930GOT，顯示設(shè)定水壓、實(shí)際水壓、水泵的運(yùn)行時(shí)間、轉(zhuǎn)速、報(bào)警信號(hào)等。工作原理

公司冷卻水供應(yīng)由2個(gè)泵組成，安裝在公司冷卻水供水總管上的壓力變送器，采集水壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)給PLC，PLC將該信號(hào)與觸摸屏上的設(shè)定值進(jìn)行比較并計(jì)算，并將結(jié)果輸出給變頻器，控制變頻器的頻率值，從而控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制冷卻水的壓力。如用水量增大，1#泵轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速也無法滿足工藝要求時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將1#泵切換到工頻電網(wǎng)上，同時(shí)啟動(dòng)、調(diào)節(jié)2#泵，直到采集到的水壓穩(wěn)定在水壓設(shè)定值。如用水量減小，2#泵運(yùn)行到下限頻率時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將1#泵停運(yùn)，2#泵繼續(xù)通過變頻器調(diào)節(jié)水壓。此時(shí)，如用水量又增大，2#泵轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速也無法滿足工藝要求時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將2#泵切換到工頻電網(wǎng)上，同時(shí)啟動(dòng)、調(diào)節(jié)1#泵，直到采集到的水壓穩(wěn)定在水壓設(shè)定值。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水。系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)的軟件包括變頻器參數(shù)設(shè)定和PLC程序設(shè)計(jì)。

3.1 變頻器參數(shù)設(shè)定

變頻器變頻運(yùn)行，當(dāng)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速過低時(shí)，容易形成“空轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，所以將其變頻下限設(shè)為20Hz；水泵電機(jī)可高速運(yùn)行至額定功率（50Hz），所以將其變頻上限設(shè)定為50Hz。除此之外，變頻器還自帶欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過載保護(hù)等功能，當(dāng)電網(wǎng)電壓異常或水泵出現(xiàn)異常時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC的程序設(shè)計(jì)包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的程序設(shè)計(jì)，手動(dòng)部分是通過按鈕控制水泵電機(jī)在工頻下的運(yùn)行與停止，供調(diào)試、維修用；自動(dòng)控制程序采用PID調(diào)節(jié)指令，在此不作詳細(xì)論述。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）冷卻水壓力可根據(jù)產(chǎn)品工藝要求在可設(shè)范圍內(nèi)任意設(shè)定，并將當(dāng)前實(shí)際壓力與設(shè)定壓力顯示在觸摸屏上。（2）水泵電機(jī)啟動(dòng)由變頻器控制，避免了直接啟動(dòng)的大電流給供電電網(wǎng)的沖擊，既避免了對(duì)周邊設(shè)備的影響，也能延長(zhǎng)水泵電機(jī)的有效使用壽命。（3）工作泵與備用泵輪換運(yùn)行，保證各泵有基本相同的運(yùn)行時(shí)間，避免了因備用泵長(zhǎng)期不用而發(fā)生的銹蝕現(xiàn)象。（4）有效降低水泵電機(jī)的運(yùn)行能耗，節(jié)電率至少可達(dá)30%。結(jié)語

該控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，硬件品牌可根據(jù)個(gè)人實(shí)際情況合理選用，稍作改進(jìn)，可廣泛用于生活供水、消防供水、中央空調(diào)系統(tǒng)、集中供熱等供水系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]王紅梅，方貴盛.基于PLC與變頻器的恒壓供水節(jié)能技術(shù)研究[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2009，（12）.[2]韓衛(wèi)杰.PLC和變頻器在城市小區(qū)恒壓供水中的應(yīng)用[J].科學(xué)之友，2008，（10）.[3]杜韋辰，張世俊.基于PLC與觸摸屏的恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，（6）.

第三篇：關(guān)于PLC與變頻器恒壓供水控制系統(tǒng)的論文

基于PLC控制的變頻器恒壓供水系統(tǒng)

論 文

目 錄

一、緒論............................................2

二、變頻器應(yīng)用于恒壓供水控制的目的..................2

三、供水系統(tǒng)組成....................................3 3.1、系統(tǒng)原理圖..................................3 3.2、系統(tǒng)原理描述................................4

四、變頻恒壓供水電氣原理............................4 4.1、主電路電氣原理圖............................5 4.2、控制電路電氣原理圖..........................6 4.3、手動(dòng)工頻控制方式............................6 4.4、自動(dòng)變頻控制方式............................7

五、總結(jié)............................................7

六、參考文獻(xiàn)書目....................................9

一、緒論

基于PLC控制的變頻調(diào)速恒壓控制是一項(xiàng)綜合現(xiàn)代電氣技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制的先進(jìn)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于水泵節(jié)能和恒壓供水領(lǐng)域。利用PLC控制的變頻調(diào)速技術(shù)用于水泵控制系統(tǒng)，它利用PLC、傳感器、電氣控制設(shè)備、變頻器以及水泵組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。使供水管網(wǎng)壓力保持恒定。具有自動(dòng)化程度高、調(diào)速性能好、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行工藝安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。在大力提倡節(jié)約能源的今天，推廣使用這種集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高科技節(jié)能裝置，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低能耗具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。可以說變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)利國(guó)利民、有廣泛應(yīng)用前景的高新技術(shù)。它取代了傳統(tǒng)的水塔或水泵直接加壓供水方式，提高了供水質(zhì)量。節(jié)能效果明顯。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和管理，提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性，節(jié)省寶貴的水、電資源，是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)是一項(xiàng)業(yè)已廣泛應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC、變頻器的性能有了極大提高，它可以實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備軟啟軟停以及內(nèi)置的的PID優(yōu)化算法。不僅可以降低設(shè)備故障率，還可以大幅減少電耗，省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程。降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，可節(jié)省安裝調(diào)試時(shí)間確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

二、變頻器應(yīng)用于恒壓供水控制的目的

為了提高大范圍變負(fù)荷恒壓供水的控制精度和可靠性?；赑LC控制的變頻器恒壓供水系統(tǒng)：通過供水管道上的遠(yuǎn)傳壓力表，輸出0-10V模擬量信號(hào)送入變頻器，來自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速，采用多臺(tái)水泵分級(jí)控制，輪流變頻啟動(dòng)的策略，保持供水管網(wǎng)的壓力恒定。代替?zhèn)鹘y(tǒng)供水方式，達(dá)到供水穩(wěn)定，節(jié)能降 耗的目的。

三、供水系統(tǒng)組成 3.1系統(tǒng)原理圖

3.2系統(tǒng)原理描述

該系統(tǒng)由三臺(tái)水泵、一臺(tái)變頻器、一臺(tái)小型PLC、一塊遠(yuǎn)傳壓力 表（壓力傳感器）一塊浮球液位檢測(cè)器組成。壓力傳感器把用戶管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換為0-10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送進(jìn)變頻器模擬量輸入端，變頻器通過內(nèi)部自帶的采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定壓力構(gòu)成閉環(huán)，對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，當(dāng)變頻器上升至工頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器運(yùn)算后轉(zhuǎn)換 為數(shù)字量輸出信號(hào)送給PLC，由PLC進(jìn)行協(xié)調(diào)控制調(diào)節(jié)各臺(tái)水泵電 機(jī)之間的切換運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到恒壓供水的目的。

該系統(tǒng)有各個(gè)泵的運(yùn)行時(shí)間循環(huán)功能，通過PLC的數(shù)據(jù)區(qū)保 持可以斷電記憶。在單個(gè)泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)依次對(duì)各個(gè)泵進(jìn)行定時(shí)變頻運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)換，保證各個(gè)泵之間的磨損平衡。每次起動(dòng)時(shí)先起動(dòng)1#泵，變頻器根據(jù)壓力的升高逐漸抬高頻率輸出。當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供 水能力時(shí)，PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時(shí)上行切換，切換至2#泵進(jìn)行變頻輸出，1#泵進(jìn)行工頻輸出。隨著壓力的提高依次切換至3#泵變頻輸出，2#和1#泵工頻輸出，依次循環(huán)。當(dāng)壓力降低時(shí)時(shí)，PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時(shí)下行切換，原則為當(dāng)前正在運(yùn)行的泵運(yùn)行時(shí)間最多的先撤出。直到滿足設(shè)定壓力為止。追求的最終目標(biāo)為壓力恒定。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，變頻器的輸出電壓與頻率變化自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的 電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。在運(yùn)行過程中，始終有液位檢測(cè)傳感器進(jìn)行液位檢測(cè)，若檢測(cè)到液位不足，立即停止系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，防止水泵空轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)還可通過PLC的內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行自動(dòng)定時(shí)供水，用戶在PLC程序中提前設(shè)定每天最多段（段數(shù)也可設(shè)定）定時(shí)供水，比如早上6 ：00到9：00，中午11：00到2：00等。系統(tǒng)也可外加顯示設(shè)備，動(dòng)態(tài)顯示各種參數(shù)，如設(shè)定壓力，運(yùn)行壓力，水位高度，運(yùn)行方式，各個(gè)泵的運(yùn)行時(shí)間累計(jì)，運(yùn)行狀態(tài)，故障信息等等。

四、變頻恒壓供水電氣原理

4.1、主電路電氣原理圖

4.2、控制電路電氣原理圖

4.3、手動(dòng)工頻控制方式

當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)位置時(shí)，此時(shí)為工頻運(yùn)行，按下1#水泵手動(dòng)啟動(dòng)按鈕，控制器通過編寫的PLC程序讓接觸器1KM1閉合，其余的接觸器斷開，1#水泵電機(jī)將工頻運(yùn)行，按下停止按鈕，水泵電機(jī)將停止運(yùn)行。需要2#、3#水泵運(yùn)行，依次按下2#、3#時(shí)，相對(duì)應(yīng)的 6 水泵電機(jī)將工頻運(yùn)行。該控制方式一般用于當(dāng)變頻器出現(xiàn)問題時(shí)使用。

4.4、自動(dòng)變頻控制方式

當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)打到自動(dòng)位置時(shí)，此時(shí)將投入自動(dòng)變頻控制方式，控制器通過編寫的PLC程序使接觸器KM和1KM閉合，其余的接觸器斷開。變頻器根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率，從而改變水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的，當(dāng)壓力增大時(shí)，將減小輸出頻率，使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，減小供水量，當(dāng)壓力減小時(shí)，將增大輸出頻率，使電機(jī)轉(zhuǎn)速增高，增大供水量。當(dāng)遠(yuǎn)傳壓力表傳來的模擬壓力信號(hào)持續(xù)增高時(shí)，隨著變頻器輸出頻率的不斷提高，當(dāng)增加到工頻狀態(tài)下時(shí)，變頻器多功能輸出端子MO1將輸出一個(gè)到達(dá)設(shè)定頻率信號(hào)給中間繼電器KA2的線圈，使接著PLC輸入端子的KA2的常開觸點(diǎn)閉合。PLC接收信號(hào)后，根據(jù)編好的程序，使變頻器脫開第一個(gè)泵，對(duì)下一個(gè)泵進(jìn)行變頻控制。若壓力持續(xù)增大則依次循環(huán)。反之則亦是由變頻器測(cè)定頻率降至0時(shí)，通過多功能輸出端MO1將輸出一個(gè)到達(dá)設(shè)定頻率信號(hào)給中間繼電器KA3的線圈，使接著PLC輸入端子的KA3的常開觸點(diǎn)閉合。PLC接收信號(hào)后，根據(jù)編好的程序，控制依次減少泵的工頻使用數(shù)量，以滿足系統(tǒng)壓力需求。

注：水泵不論是手動(dòng)控制還是自動(dòng)控制，當(dāng)水池?zé)o水時(shí)，液位下限開關(guān)將動(dòng)作，PLC接收動(dòng)作信號(hào)后，按程序執(zhí)行將使電機(jī)停止運(yùn)行，不至于空轉(zhuǎn)。

五、總結(jié)

隨著科學(xué)的發(fā)展，當(dāng)今的變頻器多是采用全新的空間矢量技術(shù)和 7 特有的軟件死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能通用變頻器。它具有優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性,完整的保護(hù)功能以及靈活的編程能力和較高的可靠性

一般都內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)控制對(duì)象的傳感器等檢測(cè)控制量（反饋量）由模擬輸入通道給定，目標(biāo)值（溫度、壓力、流量等）由數(shù)字量設(shè)定最大值（0—9999）給定。由于變頻器內(nèi)部自帶的PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，所以使目標(biāo)量的調(diào)節(jié)十分平滑、穩(wěn)定。同時(shí)，為了保證反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失真，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波系數(shù)，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，這就省去了對(duì)可編程控制器存儲(chǔ)容量的要求和對(duì)PID算法的編程，PLC僅采用一個(gè)開關(guān)量輸入/輸出的即可，而且PID參數(shù)的在線調(diào)試非常容易，這不僅降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了生產(chǎn)效率。所以采用帶有內(nèi)置PID功能的變頻器應(yīng)用于恒壓供水，降低了設(shè)備成本，提高了生產(chǎn)效率，可節(jié)省安裝調(diào)試時(shí)間。

隨著我國(guó)供水行業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們生活水平的日益提高，高層樓宇的興建越來越多，樓宇恒壓供水工程具有很大的發(fā)展空間。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同行交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)論文寫作過程中也提高了我的專業(yè)工作能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。

六、參考文獻(xiàn)書目

? 《SA系列變頻器操作手冊(cè)》

上海復(fù)旦國(guó)家大學(xué)科技園 ? 《MASTER-K120S系列PLC使用手冊(cè)》 趙明 許繆 主編 ? 《電氣控制與PLC》 李振安 主編 ? 《實(shí)用電氣工程師手冊(cè)》

許立莘

主編

第四篇：變頻器及PLC控制技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

變頻器及PLC控制技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1引言

供水系統(tǒng)在各行各業(yè)的生產(chǎn)和生活中都起著至關(guān)重要的作用。如何保證供水系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行是很多行業(yè)都很關(guān)注的問題。把先進(jìn)的PLC控制技術(shù)和變頻技術(shù)等自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的要求。

在供水系統(tǒng)中，如果用戶用水量需要變化時(shí)，利用改變閥門開度變化傳統(tǒng)的調(diào)整方法，會(huì)造成供水壓力不足或過大情況，容易造成資源浪費(fèi)和產(chǎn)生安全隱患。因此，在一些用水量變化大、水壓控制高且流量完全由用戶確定的供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)則顯得尤為重要。

圖1變頻恒壓供水系統(tǒng)原理圖

2變頻恒壓供水工作原理

變頻恒壓供水就是變頻調(diào)速技術(shù)在供水中的應(yīng)用，其采用PID調(diào)節(jié)技術(shù)，使供水壓力恒定在一個(gè)設(shè)定范圍，其具有恒水壓力波動(dòng)小，節(jié)能效果明顯。實(shí)驗(yàn)中采用循環(huán)軟啟方式。

它的工作原理是：當(dāng)變頻泵運(yùn)行到工頻50Hz時(shí)，此時(shí)的實(shí)際供水壓力若還沒有達(dá)到設(shè)定的供水壓力，不是直接啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵，而是將當(dāng)前以變頻運(yùn)行的水泵直接切換到工頻方式運(yùn)行，而以變頻方式啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵，以達(dá)到維持系統(tǒng)壓力的目的。在切換水泵時(shí)，按照先啟先停的方式進(jìn)行。這樣的好處是機(jī)組中的每一臺(tái)水泵在工作中都可以被使用到。變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，將供水管網(wǎng)實(shí)際壓力與設(shè)定壓力比較，將得到的壓力差經(jīng)過PID控制器計(jì)算與轉(zhuǎn)換，得到變頻器輸出頻率的變化值后，調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的運(yùn)行方式和運(yùn)行速度，最終使實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力值相等。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖[1][2]如圖2所示。系統(tǒng)由水箱、管路、閥門和水泵機(jī)組、電氣操作系統(tǒng)和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統(tǒng)由PLC(德國(guó)SIEMENS公司的S7-200型)、變頻器(MM440)、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器、直流電源、小型電磁繼電器以及各種指示燈和主令器件組成；傳感器和儀表包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器等。

在此系統(tǒng)中，傳感器將供水管中的壓力轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)后，傳送到PLC的特殊功能模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳給變頻器控制電動(dòng)機(jī)。變頻器[3]是這個(gè)系統(tǒng)中的核心器件，通過PLC對(duì)變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力[4]，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的要求。PLC將模擬量輸入、輸出模塊經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行PID運(yùn)算，然后將計(jì)算值輸出變頻器，變頻器根據(jù)輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變管內(nèi)壓力值。

根據(jù)控制要求[5]，水泵機(jī)組由四臺(tái)水泵組成。第一臺(tái)水泵變壓不足時(shí)，將第一臺(tái)水泵切入工頻運(yùn)行，再投入第二臺(tái)變頻泵第四臺(tái)水泵啟動(dòng)。停泵時(shí)先停第一臺(tái)工頻泵，再停第二臺(tái)工頻先開先停。

圖3 主程序流程圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1程序模塊設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于Windows平臺(tái)的32位編程軟件包STEP-7 Micro WIN，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主程序的流程圖如圖3所示。

除主程序的流程以外，程序模塊設(shè)計(jì)還涉及到定時(shí)器T0初始化程序、中斷服務(wù)程序、故障報(bào)警子程序等相應(yīng)的模塊。

4.2組態(tài)軟件

本系統(tǒng)我們采用WINCC組態(tài)軟件[6]。WINCC是一個(gè)工控系統(tǒng)中的一個(gè)電腦控制組態(tài)軟件，它他可以和PLC通訊，可以點(diǎn)擊組態(tài)中的按鈕來操作一些設(shè)備的運(yùn)行或停止；PLC是可編程控制器[7]，可以利用自己的程序來控制一些設(shè)備的運(yùn)行順序和狀態(tài)，是工業(yè)中必不可少的一種控制方式。

因組態(tài)軟件不能直接讀取AIW通道中的數(shù)據(jù)，所以運(yùn)用STEP7中的傳送指令，將AIW通道中的數(shù)據(jù)傳送到變量存儲(chǔ)區(qū)中，以便組態(tài)軟件從中讀取數(shù)據(jù)。

4.3WINCC與S7-200PLC的通信

WINCC與S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和PROFIBUS兩種協(xié)議之一進(jìn)行。通過PROFIBUS協(xié)議進(jìn)行WINCC與S7-200系列PLC通信的實(shí)現(xiàn),需要以下幾點(diǎn)：(1)軟硬件要求

PC機(jī)，Windows98操作系統(tǒng)；S7-200系列PLC；CP5412板卡或者其他同類板卡，如：CP5613，CP5611；EM277 Profibus DP模塊；Profibus電纜及接頭；安裝CP5412板卡的驅(qū)動(dòng)；安裝WINCC 4.0或以上版本；安裝COM Profibus軟件。(2)組態(tài)

首先，打開SIMATIC NETCOM Profibus，重新建立一個(gè)組態(tài)，主站為SOFTNET-DP，從站是EM277 Profibus-DP。(3)設(shè)置PG/PC interface 在設(shè)置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。(4)WINCC的設(shè)置

在WINCC變量管理器中添加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序，新的驅(qū)動(dòng)程序選擇PROFIBUS DP.CHN，設(shè)定參數(shù)。(5)建立變量

WINCC中的變量類型有In和Out。In和Out是相對(duì)于主站來說的，即In表示W(wǎng)INCC從S7-200系列PLC讀入數(shù)據(jù)，Out表示W(wǎng)INCC向S7-200系列PLC寫出數(shù)據(jù)。In和Out與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)V區(qū)對(duì)應(yīng)。(6)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：該方法數(shù)據(jù)傳輸速度快，易擴(kuò)展，實(shí)時(shí)性好；

缺點(diǎn)：傳送數(shù)據(jù)區(qū)域有限(最大64字節(jié))，在PLC中也必須進(jìn)行相應(yīng)的處理，且硬件成本高，需要Profibus總線等硬件，還需要Com Profibus軟件。

應(yīng)用場(chǎng)合：適用于要求高速數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)。

圖4 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

5系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面 圖4為系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面。

6結(jié)束語

文中介紹的新型供水方式不論在設(shè)備的投資運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，自動(dòng)化程序等方面，都是具有無法替代的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前，該系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種的方向發(fā)展，而追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化將成為必然趨勢(shì)。

于平

第五篇：PLC 風(fēng)光變頻器的小區(qū)恒壓供水控制應(yīng)用實(shí)例

The Example of PLC Fengguang Inverter Plot Constant Pressure Water Supply Control Application

山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司 楊國(guó)奎 孔亮 趙新軍 郭培彬

Yang Guokui Kong Liang Zhao Xinjun Guo Peibin

摘 要： 本文介紹了風(fēng)光變頻器在某生活小區(qū)雙恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞： 風(fēng)光變頻器 PLC 恒壓供水

Abstract: This article introduces Fengguang inverter in the some small-unit residential area double constant pressure water supply control application example situation.Key words: Fengguang inverter PLC Constant pressure water supply 1 引言

本文是針對(duì)某生活小區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合用戶生活 / 消防雙恒壓供水控制的要求，我們進(jìn)行改造的一些心得?，F(xiàn)將其中的改造情況介紹如下。

眾所周知，恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于生活小區(qū)是非常重要的，例如在生活小區(qū)供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響居民生活。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區(qū)采用生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

基于上述情況，我公司對(duì)某生活小區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用西門子 PLC 作為主控單元。利用風(fēng)光供水變頻器，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。用戶現(xiàn)場(chǎng)情況

如圖 1 所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)向水箱注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給 PLC，作為水位報(bào)警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。生活用水和消防用水共用二臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，二臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，二臺(tái)泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值?；馂?zāi)結(jié)束后，二臺(tái)泵改為生活供水使用。

圖 1 生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)示意圖

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)如下 : 型號(hào) 65-315（I）A 流量 56m 3 /h 揚(yáng)程 110m 效率 56% 轉(zhuǎn)速 2900r/min 電機(jī)功率 37KW 3 系統(tǒng)控制要求

用戶對(duì)二泵生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：

⑴ 生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓運(yùn)行，消防供水時(shí)高恒壓值運(yùn)行。

⑵ 二臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取先開先停的原則接入和退出。

⑶ 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過 1 天，則要切換下一臺(tái)泵，系統(tǒng)具有倒泵功能，避免一臺(tái)泵工作時(shí)間過長(zhǎng)。

⑷ 二臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。

⑸ 要有完善的報(bào)警功能。

⑹ 對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能；手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)使用。設(shè)備選型（1）風(fēng)光 JD-BP32-XF 型供水變頻器

JD-BP32-XF 型是山東新風(fēng)光電子公司推出的專用于供水變頻器，使用空間電壓矢量控制技術(shù)適用于各類自控場(chǎng)合。在恒壓供水中可以采用這類變頻器。JD-BP32-XF 型變頻器除具有變頻器的一般特性外，還具有以下特性：水壓高、水壓低輸出接口，變頻器運(yùn)行上限、下限頻率（可以任意設(shè)定），可以方便地進(jìn)行雙壓力控制，內(nèi)置智能 PI 控制，以上功能非常適用于供水控制要求。在本例中選用 JD-BP32-37F（37KW）風(fēng)光供水變頻器拖動(dòng)用戶水泵。

（2）PLC 選型

① 控制系統(tǒng)的 IO 點(diǎn)及地址分配

根據(jù)圖 1 所示及控制要求 , 統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)的名稱，代碼及地址編號(hào)如下表 1 所示。水位上、下限信號(hào)分別為 I0.1、I0.2。

② PLC 系統(tǒng)選型

系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 8 個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn) 10 個(gè) , 選用西門子主機(jī) CPU222（8 入繼電器出）1 臺(tái)，加上擴(kuò)展模塊 EM222（8 繼電器輸出）1 臺(tái)。即可滿足用戶供水控制要求

（3）壓力傳感器

在供水系統(tǒng)中，壓力傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠(yuǎn)傳壓力表。在本例中采用遠(yuǎn)傳壓力表，壓力表相應(yīng)接線端子接到變頻器主控板 3 腳、4 腳、5 腳即可。5 電氣控制系統(tǒng)原理圖

電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及 PLC 外圍接線圖三部分。

（1）主電路圖

如圖 2 所示為電控系統(tǒng)主電路。二臺(tái)電機(jī)分別為 M1、M2。接觸器 KM1、KM3，分別控制 M1、M2 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM2、KM4，分別控制 M1、M2 的變頻運(yùn)行； FR1、FR2 分別為二臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器； QS1、QS2 和 QS3 分別為變頻器和二臺(tái)泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)； FU1、FU2 為主電路的熔斷器； BPQ 為風(fēng)光供水專用變頻器。

圖 2 主電路圖

（2）控制電路圖

如圖 3 所 示為電控系統(tǒng)電路。圖中 SA 為手動(dòng) / 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA 打在 1 的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)，打在 2 的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SB1～SB6 控制二臺(tái)泵的起 / 停和電磁閥 YV2 的通 / 斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。

圖中的 HL8 為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。

圖 3 電控系統(tǒng)控制電路圖

（3）PLC 接線圖

下圖 4 所示為 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖?；馂?zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào) SA1 被觸動(dòng)，I0.0 為 1。

圖 4 雙恒壓供水控制系統(tǒng)及擴(kuò)展模塊的外圍接線圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

（1）程序中使用的 PLC 內(nèi)部器件及功能，如下表 2 所示：

生活 / 消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是我公司生產(chǎn)的風(fēng)光供水專用變頻器直接設(shè)定的。在本實(shí)例中，根據(jù)用戶要求，生活壓力設(shè)定為 0.35MPa, 消防壓力設(shè)定為 0.60MPa。

壓力低、壓力高信號(hào)分別由變頻器內(nèi)部主控板 14 腳、15 腳給出。

供水運(yùn)行下限頻率、供水運(yùn)行上限頻率由變頻器程序設(shè)定。在本系統(tǒng)中，運(yùn)行下限頻率設(shè)為 20Hz, 運(yùn)行上限頻率設(shè)為 50Hz。

（2）系統(tǒng) PLC 控制程序如下：

結(jié)束語

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)在小區(qū)已普遍使用。用變頻器來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。節(jié)能效果十分顯著，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。供水控制系統(tǒng)提高了小區(qū)的供水質(zhì)量。各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到了用戶的要求。風(fēng)光變頻器在小區(qū)恒壓供水改造效果是明顯的，改造是成功的。

參考文獻(xiàn)

[1] 山東新風(fēng)光電子用戶使用手冊(cè) 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

作者簡(jiǎn)介

楊國(guó)奎（1978-）男 畢業(yè)于山東大學(xué)自動(dòng)化專業(yè) , 現(xiàn)在山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司從事低壓變頻器的研制工作。