基于PLC变频调速恒压供水控制系统的设计.docx

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基于PLC变频调速恒压供水控制系统的设计

基于plc恒压供水变频控制系统设计

摘要

随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高。

再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。

本论文依据供水要求，设计了一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组等主要设备构成的全自动变频恒压供水，具有全自动变频恒压运行、自动工频运行和现场手动控制等功能。

系统有效地解决了传统供水方式中存在的问题，并具有多种辅助功能，增强了系统的可靠性。

论文分析了多泵供水方式的各种供水状态及转换条件，分析了电机由变频转工频运行方式的切换过程及存在的问题。

给出了实现有效状态循环转换控制的电气设计方案和PLC控制程序设计方案。

论文还提出了一些增强系统运行可靠性的措施。

关键词：

可编程序控制器,变压变频调速,恒压供水,PLC

PLC-BASEDINVERTERCONTRLCONSTANTPRESSUREWATERSUPPLYSYSTEMDESIGN

ABSTRACT

    Withtherapidsocio-economicdevelopmentofwaterqualityandwatersupplysystemstoimprovereliabilityrequirements.Inaddition,thecurrentenergyshortage,theuseofadvancedautomationtechnology,controltechnologyandcommunicationtechnology,thedesignofhighperformance,highenergy,abletoadapttodifferentareasofconstantpressurewatersupplysystemhasbecomeaninevitabletrend.

     Inthispaper,basedonwaterrequirements,thedesignofasetbythePLC,frequencyconverter,FarEasTonepressure,multi-pumpunitconsistingofmajorequipmentsuchasautomaticfrequencyconversionconstantpressurewatersupply,withautomaticconstantfrequencyoperation,automaticfrequencyrunandon-sitefeaturessuchasmanualcontrol.Systemtoeffectivelysolvethetraditionalwayofwatersupplyproblems,andhaveavarietyofauxiliaryfunctions,andenhancethereliabilityofthesystem.

    Paperanalyzesthevariouswayswaterpumpthestatewatersupplyandconversionconditions,analysisofthemotortochangejobsbythefrequencyoftheswitchingfrequencyoperationandproblemsoftheprocess.GiventhestateofthecycletoachieveaneffectivechangeofcontroloftheelectricaldesignandPLCcontrolprogramdesign.

    Alsomadeanumberofpaperstoenhancesystemreliabilitymeasures.

KEYWORDS:

programmablelogiccontroller,VVVFspeedcontrol,constantpressurewatersupply,PLC

随着各住宅小区的宿舍楼等一座座高楼拔地而起，相应的生活用水量也大幅度增加。

人们对提高供水质量的要求越来越高，另外人们的节能意识及对运行的可靠性的要求越来越强。

采用变频器及PLC技术实现的无塔恒压供水系统，不仅能提高供水质量，而且在节约能源和运行可靠性具有较好的改善。

其中，采用变频调速的主要目的是通过调速来恒定用水管道的压力以达到节能的目的，恒压供水则是为了满足用户对流量的要求。

变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。

然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。

本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。

　　应用PLC技术是为了实现系统的软启动，减少手动操作或抚慰操作，同时替代部分继电器减少机械触点的故障，增强可靠性。

下面笔者根据这方面的工作经验谈谈在恒压供水系统设计和实践过程中的一些思路和做法。

第1章恒压供水原理及工艺

1.1任务

随着社会的发展和进步，城市高层建筑的供水问题日益突出。

以方面要求提高供水质量，不要因为压力的波动造成供水的障碍；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在发生火灾时能可靠供水。

针对这两方面的要求，新的供水方式和控制系统应运而生，这就是PLC控制的恒压无塔供水系统。

恒压无塔供水系统包括生活用水的恒压控制和消防用水的恒压控制——即双恒压系统。

恒压供水保证了供水的质量，以PLC为主机的控制系统丰富了系统的控制功能，提高了系统的可靠性。

1.2工艺要求

对三泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：

1.生活供水时，系统应底恒压值运行，消防供水时系统应高恒压值运行；

三台泵根据恒压的需要，采用“先开先停”的原则介入和退出；

3.在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行的时间超过3H，则要切换到下一台泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台泵工作时间过长；

4.三台泵在启动时要又软启动功能；

1.3系统的组成和基本工作原理

以一个三泵生活/消防双恒压无塔供水系统为例来说明其工艺过程，市网来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀TV1，它们自动把水注满储水池，只要水位低于高水位，则自动往水箱中注水。

水池的高/低水位信号也直接送给PLC，作为底水位报警用。

为了保障供水的持续性，水位上下限传感器高低距离不是相差很大。

生活用水和消防用水共用三台泵，平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，三台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，使生活用水的恒压状态（生活用水底恒压值）下进行；当有火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水管网，三台泵共消防用水使用，并根据用水量的大小，使消防供水也在恒压状态（消防用水高恒压值）下进行。

火灾结束后三台泵再改为生活供水使用。

2.1PLC组成

2.1.1PLC的输入

通过对继电器控制特点的介绍和最初通用汽车公司提出的要求分析。

PLC要想取代继电器控制，首先要解决外部设备的直接输入问题。

由于当时主要集中在开关量控制，也就是开关量（触点的开闭状态）如何直接接入PLC并被PLC所识别，对此就需要解决以下几个问题：

有源接入，无源接入，绝缘问题，隔离问题和互相干扰问题。

PLC就是一个计算机控制系统，在其发展过程，人们曾将计算机直接用于工业控制，但是由于以下两大问题没有解决好而难以发展：

一是I/O（输入/输出）问题，计算机不能直接和工业现场设备连接现在了应用；二是计算机的I/O功能，开关逻辑处理不够丰富和强大。

现在的PLC成功的解决了这两个方面的问题，可以让PLC和外部设备直接进行物理的连接。

计算机的内部提供了丰富的从位逻辑到双字运算的强大的运算功能，使其能够完成复杂的控制功能，这也是PLC能够迅速发展的原因[1]。

2.1.2PLC的输出

输出问题主要是接点的驱动能力问题，或者说是带负载能力和输出方式的问题。

输出动作次数的限制，是保证PLC的输出接点能否驱动接触器、电磁阀这样的控制执行元器件的问题至少要能直接驱动中间继电器。

现在的PLC产品已经完全有能力驱动这些元器件,并提供了多种输出方式且动作次数可保证万次无故障的产品。

2.1.3PLC的控制机制

PLC已经完全取代继电器控制系统。

只要对其控制机制有了准确的理解，才能对其持续的开发并创造性的使用它。

I/O电路已经保证了PLC与现场设备的直接连接，并在内部寄存器存储了这些状态。

但是，为了取代继电器的控制，更重要的是如何组织和使用这些开关量，从而达到软件程序代替硬件连线的目的。

在这里通过对继电器的控制的电路的特点的介绍，已经知道继电器控制电路的特点在于各个控制单元是否动作是由其接点条件控制的，并不受其前后位置的影响。

同一时刻，可有多个不同的控制单元继电器的动作（翻转），控制的结果、逻辑动作顺序也是由接点条件来控制的。

这于计算机顺序执行的工作的特点是矛盾的。

主要体现在：

一是乱序，只要条件满足就执行；而另一个是顺序执行。

PLC充分利用了计算机存储程序的思想和高速的特点，采用了控制系统中的离散控制方式，使它的控制能够完全代替继电器的控制。

具体的说就是将连续的控制用离散的控制代替，如下式：

Y（n）=f（x（n-1）,y（n-1））

式中，Y（n）为某一时间段的输出值；

Y（n-1）为上一时间段的输出值；

X（n-1）为上一时间段某一时刻的输入值；

F为他们应满足的控制关系。

即某一时间段的输出完全取决于上一时间某一时刻的输入和上一时间段的输出。

至于上一时间段的输出，在参加计算的时候，只是存储在映像寄存器中的输出结果，执行运算过程中并不修改端子的输出值。

真实的输出已表现在端子的接点上，并要保持一个时间段，也就是采取集中输出的方式，在计算的过程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不会对先阶段的输出产生影响。

这样只要时间段足够短，并且PLC周而复始的运行着就完全可以模仿继电器的控制并且取代它[2]。

由于采用集中I/O的思想，其I/O状态存储在寄存器中，可以充分发挥计算机的强大逻辑家能力，以完成更复杂的控制功能。

如图2-1所示，PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。

其完成控制的实质是按一定算法进行I/O变换，并将这个变换物理实现，应用与工业现场。

输入寄存器

输入寄存器可按为进行寻址，每一为对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由相互如开关量驱动，并保持一个扫描周期。

CPU可以读其值，但是不可以写或进行修改。

2.输出寄存器

输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的真实输出值，在程序执行过程中，CPU可以读其值，并作为条件参加控制，还可以修改其值，而中间的变换仅仅影响寄存器的值。

只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。

3.存储器

存储器分为系统存储器