基于plc变频调速供水系统的设计.docx

基于plc变频调速供水系统的设计.docx

《基于plc变频调速供水系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于plc变频调速供水系统的设计.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于plc变频调速供水系统的设计

基于plc变频调速供水系统的设计

摘要：

随着社会主义市场经济的发展，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的趋势

本论文分析变频恒压供水的原理及系统的组成结构，提出不同的控制方案，通过研究和比较，本论文采用变频器和PLC实现恒压供水和数据传输，然后用数字PID对系统中的恒压控制进行设计。

最后对系统的软硬件设计进行了详细的介绍。

本论文设计与实现通过MCGS进行数据传输的远程网络巡回监控系统。

具体讲述了系统的总体设计与软件的实现，并对系统采取的可靠性措施进行了说明。

本论文的变频恒压供水系统已在国内许多实际的供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。

经实践证明该系统具有高度的可靠性和实时性，极大地提高了供水的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。

关键字：

变频调速；恒压供水；PLC；MCGS；监控系统

Abstract

Withtherapiddevelopmentofsocialisticmarketingeconomy,thereisagrowingdemandforbetterqualityofwatersupplyandhigherreliabilityofsupplysystem.Inaddition,consideringthecurrentcommonenergycrisis,achievingtheschemeofautomatingthewatersupplysystem.Soitisaninevitabletendencytodesignandcreateanenergy-savingconstant-pressurewatersupplysystemofexcellentperformancewiththehelpofadvancedtechniquesofautomation,monitor-controlsystem;andcommunication.Meanwhile,theSystemcanalsoadapttovariouswaterSupplyregions.

ThispaperanalyzesthestructureofVFspeedregulatingconstant-pressurewatersupply,andproposesseveralcontrolmethods.Bycarefulstudyandcomparison,PLCandinverter'smethodfitswatersupplysystemanddatatransmissionverywell.FinallythepapershowsthedesignofconstantpressuresupplywatercontrolleraccordingtoPIDdataanddetailedintroductionofitssoftwareandhardware.Inthispaper,theauthordesignsandrealizestheremotemonitorandcontrolsystemthroughMCGS,andthenillustratesitsgeneraldesign,softwareimplementandthemeasuresofpreventabledisturbanceindetails.

Thesystem,whichhasinitiallybeencompletedwithreliableperformanceandexcellentenergy-savingeffect,provestopossesshighreliabilityandreal-timequality.Thesystemcannotonlyremarkablyimprovethequalityofwatersupply,butalsoeconomizeonlabor,whichwillsurelybringusbotheconomicandsocialbenefits.

KeyWords:

VFspeed;constantpressurewatersupply;PLC;MCGS;monitorandcontrol-system

第1章绪论

1.1城市供水系统的要求

众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能己成为时代特征的现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低。

主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象，而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时将会造成能量的浪费，同时有可能导致水管爆破和用水设备的损坏。

在恒压供水技术出现以前，出现过许多供水方式。

1.3国内外研究概况

目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外品牌的变频器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器（PLC）及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。

变频调速是优于以往任何一种调速方式（如调压调速、变极调速、串级调速等），是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术.它采用微机控制技术;电力电子技术和电机传动技术实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。

以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等诸多特点。

1.4设计任务及要求

本系统以一个供水系统作为被控对象，研究基于MCGS组态软件的供水监控系统设计，使系统获得较好的性能指标。

主要设计内容为：

了解供水系统的运行工艺情况，设计恒压供水控制系统的硬件电路；研究恒压变频供水的控制方法，开发基于MCGS组态软件的监控界面，完成系统监控调试，实现对系统的高性能控制。

第2章恒压供水系统

2.1变频恒压供水系统

变频恒压供水系统能适用生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有以下特点:

（1）供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他一些过程控制量（如:

温度、流量、浓度等）一样，对控制作用的响应具有滞后性。

同时用于水泵转速控制的变频器也存在一定的滞后效应。

（2）用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。

（3）变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。

2.2课题研究的对象

图2.1供水流程简图

此次设计研究的对象是一栋楼房的供水系统。

这栋楼有10层，由于高层楼对水压的要求高，在水压低时，高层用户将无法正常用水甚至出现无水的情况，水压高时将造成能源的浪费。

如图2.1所示，是这栋小楼的供水流程。

自来水厂送来的水先储存的水池中再通过水泵加压送给用户。

通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户。

2.3变频恒压供水控制方式的选择

目前国内变频恒压供水设备电控柜的控制方式有：

1．逻辑电子电路控制方式

这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节，往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。

因此，控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱，但其成本较低。

2．单片微机电路控制方式

这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时，调试较麻烦；追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。

电路的可靠性和抗干扰能力都不太好。

3．带PID回路调节器或可编程序控制器（PLC）的控制方式

该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源。

实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。

如果采用一个开关量输入，输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入，输出的可编程控制器差不多。

所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。

4．新型变频调速供水设备

针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品，如华为的TD2100；施耐德公司的Altivar58泵切换卡；SANKEN的SAMCO—I系列；ABB公司的ACS600、ACS400系列产品；富士公司的GIIS／PIIS系列产品；等等。

考虑以上四种方案后，此次设计采用第四种方案。

如图2.2所示。

2.4变频构成恒压供水系统的及工作原理

2.4.1系统的构成

图2.3系统原理图

如图2.3所示，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。

从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系

统、人机界面、以及报警装置等部分组成。

（1）执行机构

执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，图2.3中的3个水泵分为二种类型:

调速泵:

是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。

恒速泵:

水泵运行只在工频状态，速度恒定。

它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。

（2）信号检测

在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号:

①水压信号:

它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。

②报警信号:

它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。

该信号为开关量信号。

（3）控制系统

供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器（PLC系统）、变频器和电控设备三个部分。

（4）人机界面

人机界面是人与机器进行信息交流的场所。

通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。

人机界面还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。

（5）通讯接口

通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等

（6）报警装置

作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。

由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失

2.4.2工作原理

合上空气开关，供水系统投入运行。

将手动、自动开关打到自动上，系统进入全自动运行状态，PLC中程序首先接通KM6，并起动变频器。

根据压力设定值（根据管网压力要求设定）与