基于PLC小区变频恒压供水中期报告

1、燕 山 大 学本科毕业设计（论文）中期报告1、 工作进展在这段时间的学习中，我完成了系统所需器件的选型，系统的流程图、连接原理图设计与绘制，掌握了系统的流程关系以及各部分的连接关系。系统主要的任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换。恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力传感器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为420mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。系统将压力传感器提供的管网压力信号传送给变频器，根据传感器的采样值与变频器的设定值进行比较，通过内置的PID功能进行数据处

2、理，将数据处理结果作为变频器频率的给定输入，控制变频器的输出频率，从而控制水泵的转速。居民用水量增加，管网压力随之下降，此时压力的变化通过PID运算后，最终是变频器输出频率增加，是水泵转速增加或增加投入运行的水泵台数，以此增加管网压力，保证供水。当用水量减少时，管网压力将增加，压力的变化通过PID运算后变频器输出频率下降，电机转速下降或减少运行的水泵数量，以此减小管网压力，保持恒压供水。未完成的工作包括参数的设定，程序的设计以及系统的稳定运行。作为一个控制系统能否稳定运行，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

3、频器报警、电网过大波动、供水水源中断造成故障，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。二、器件选型变频恒压供水系统由变频器，泵组电机，压力传感器，三菱PLC控制单元以及若干连接器件构成1、 PLC可编程控制器 采用三菱FX2N系列PLC可编程控制器，采用FX2N-2AD作为PLC的模拟量输入模块。PLC是泵组电机管理的执行设备,根据采样的模拟量频率值和管网水压值,自动调整工频泵和变频泵的运行台数;同时PLC还是变频器的驱动控制2、变频器根据设计需求变频器采用三菱变频器FR-A540，其作用是为可边频率的电源，实现电机的无极变速，从

4、而使官网水压保持基本恒定；同时变频器还可以作为电机软启动装置，限制电机的启动电流，克服供水过程中的水锤效应；另外该变频器内还自带PID调节器，对压力传感器检测管网水压的瞬时值作PID运算，其输出量转化为可调频率控制泵组电机。由于变频器自带PID调节器，PID参数可由经验值直接确定，PID的参数设定由变频器参数128-134来设定。3、水泵机组水泵机组的选型基本原则：一是要确保平稳运行；二是要经常处于高效区运行。以求取得较好的节能效果，要使泵组常处于高效区运行，则所选用的泵型必须与系统用水量的变化幅度相匹配。初步设定楼房为10层楼高，高度约为35米约有住户800人。通过资料得知用水量标准为0.1

5、9m/人日0.25m/人日，由此得供水管道压力估算值为P =（0.08+0.04楼层数）MPa=0.48MPa 。根据经验数据确定水泵机组的电动机额定功率为75KW。根据本设计要求并结合实际中小区生活用水情况，最终确定确定采用3台上海熊猫机械有限公司生产的SFL系列水泵机组（电机功率75KW）。SFL型低噪音生活给水泵在外壳、轴上采用不锈钢材质，叶轮、导叶采用铸造件，经过静电喷塑处理，效率可提高5%以上；采用低噪音电机，机械密封，前端配有泄压保护装置，噪声更低(室外噪音60分贝)、磨损小、寿命更长；下轴承采用柔性耐磨轴承，噪音低，寿命长；采用低进低出的结构设计，水力模型先进，性能更可靠。它可以

6、输送清水及理化性质类似于水的无颗粒、无杂质不挥发、弱腐蚀介质，一般用在城市给排水、锅炉给水、空调冷却系统、消防给水等。因此本设计中选择电机功率为75KW的上海熊猫机械有限公司生产的SFL系列水泵3台。4、压力传感器压力传感器使用CY-YZ-1001型绝对压力传感器。该传感器的量程为02.5MPa，工作温度为560 ,能实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为420mA的电信号。该传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标

7、的要求。5、保护元件及连接元件热继电器选用TK-E02T-C，额定电流58A，额定电流为69 A熔断器FU选用RT18系列接触器KM选择的是规格SC-E03-C,功率3Kw按钮均选用LAY311型，其主要技术参数为：UN=24VDC，IN=0.3A，含1对常开和1对常闭触点。三、系统控制方案与框图1、系统控制方案选用通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+压力传感器这种控制方式灵活方便。具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换，通用性强；由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，当控

8、制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存贮器中的控制程序，所以现场调试方便。同时由于PLC的抗干扰能力强、可靠性高，因此系统的可靠性大大提高。该系统能适用于各类不同要求的恒压供水场合，并且与供水机组的容量大小无关。2、系统原理图如图1所示系统原理图，整个电路分为主电路,手动控制电路和PLC自动控制电路三部分。主电路和手动控制电路组成手动运行模式,主电路和PLC自动控制电路组成自动运行模式。手动运行主要用于检修及自动系统出现故障时的应急供水方式中。当手动运行时,完全脱开PLC及变频器的控制,合上开关SB1进行手动控制,根据实际用水量,合上开关SB2,SB4,SB6中的任一个,两个或者三个,

9、可启动这几台泵工频运行,按下按钮SBQ可停止。自动运行为正常的运行状态。采用三组电机-水泵对水网进行恒压供水,每台电机均可工作在变频方式或工频方式,但每次又仅有一台电机工作在变频调速状态。工作时由压力传感器反馈的电流信号420mA送入变频器4号引脚,与压力设定值在变频器内部进行PID运算,运算的结果控制输出频率的增减,从而控制泵组电机的转速。另外,可编程控器PLC根据当前的压力情况和变频器输出频率值来对泵组电机进行合理切换,及时进行增泵或减泵操作,实现最佳匹配。当合上开关SB0时,系统能够进入自动工作状态,由PLC和变频器联合控制各台电机的投入或切除、工频或变频运行方式。PLC控制变频器的启动

10、与停止,启动变频器后,先由1号水泵变频运行,压力变送器检测管网出口总水压仍不能达到设定值,且变频器输出频率已达到上限频率49.5Hz(上限频率通过变频器参数1来设定),说明用水量增大,延时20后管网压力仍小于设定值,PLC控制程序使1号泵工频运行，并启动2号泵使之变频运行。压力变送器检测管网出口总水压如果已达到设定值,则1号泵工频运行,2号泵变频运行;同理如果压力变送器检测管网出口总水压扔不能达到设定值,且变频器输出频率已达到上限频率49.5Hz,说明用水量还在增大,延时20后,由PLC使2号泵变为工频运行,并启动3号泵使之变频运行。压力变送器检测管网出口总水压如果已达到设定值,则1号泵工频运

11、行,2号泵工频运行,3号变频运行;压力传感器检测管网出口总水压如果超过设定值,且变频器输出频率已达到下限频率20Hz时(下限频率通过变频器参数2来设定),延时20后,由PLC切除3号泵的运行,1号泵工频运行,2号泵变频运行。运行一段时间,如果压力变送器检测管网出口总水压超过设定值,且变频器输出频率已达到下限频率,可由PLC切除2号泵,单独由1号泵变频运行。总之,在用水量增大,管压降低时,增加泵组电机工作;在用水量减少,管压增加时,减少泵组电机工作。PLC程序通过互锁设计使同一台泵机不能同时处于变频和工频状态,以防发生短路,当然也不会出现多台泵机同时处于变频运行状态,因为变频器是按单台电机容量选

12、配的。另外,变频器设定了启动频率为10Hz,水泵在启动前,其叶轮全部在水中,启动时,存在着一定的阻力,在从0Hz开始启动的一段频率内,实际上是转不起来的,因此,应适当预置启动频率值,使其在启动瞬间有一点冲击力。图1 系统原理图3、流程图3.1 系统住流程图图2 系统主流程图3.2 临界流程图图3 泵2临界流程图 如图3所示，以泵2为例在临界条件下的系统流程图。3.3运行控制流程图图4 泵2运行控制流程图如图4所示为以泵2为例的控制流程图，在相应条件下触发泵1和泵3的运行控制。三、进度安排第11周 保证系统的稳定运行第12、13周 进行PLC程序设计第14周 PLC程序的的调试与仿真第15周 完

13、善系统，使之更加合理，节能 第16、17周 撰写论文准备答辩参考文献1刘大铭，沈晖.基于PLC的变频调速恒压供水系统设计.宁夏工程技术，2009(3): 251一257。2丁芳等，智能PID算法在液位控制系统中的应用.微计算机信息，2010(1): 103一1053赵小惠，赵小娥.基于可编程控制器的恒压供水系统设计2008(2)：18-204卢建勤.PLC及变频器在恒压变量供水系统中的应用.机床电器，20011(4):58一625陆秀玲.PLC控制的恒压供水系统.自动化仪表，2012(4)6李国厚，赵明富，徐君鹤.可编程控制器在恒压供水控制系统中的应用.自动化仪表，2012，26(8):38一407林心关.可编程控制器在水泵变频控制系统中的应用.中山大学学报