PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用37540

1、PLC 在恒压供水变频调速控制系统中的应用1 引言恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的， 例如在某些生产过程中， 若自来水供 水因故压力不足或短时断水， 可能影响产品质量， 严重时使产品报废和设备损坏。 又如当发 生火警时， 若供水压力不足或无水供应， 不能迅速灭火， 可能引起重大经济损失和人员伤亡。 所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。基于上述情况对某生活区供水系统进行了改造，采用 plc 作为中心控制单元， 利用变频器与 pid 相结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了 系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。2 系统结

2、构与工作原理供水系统由主供水回路、备用回路、储水池及泵房组成，其中泵房装有 1#3# 共 3 台 150k w 泵机。另外， 还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。由于该供水网较大，系统需要供水量每小时开 2 台泵向管网充压，供水量大时开 3 台泵同时向管网充压。要想 维持供水网的压力不变， 在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件为控制系统提 供反馈信号， 由于供水系统管道长、 管径大， 管网的充压比较慢， 故系统是一个大滞后系统， 不宜直接采用 pid 调节器进行控制，而应采用 plc 参与控制的方式来实现对控制系统起调节 作用。选择 frn160g7p-4 变频器实现电

3、动机的调速运行，可编程序控制器选择日本松下 fp1 -c40 型，且配有 a/d 和 d/a 模块，其原理框图如图 1 所示。图1恒压供水系统原理图控制系统主要由pic、变频器、切换继电器、压力传感器等部分组成。控制核心单元pic根据手动设定压力信号与现场压力传感器的反馈信号经pic的分析和计算，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过 pid运算后，pic将05v的模拟信号输出到变频器，用以调节电机 的转速以及进行电机的软启动；pic通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过i/o端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整电机组中

4、投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转 速，使动力系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。3系统程序设计和 pic的i/o分配系统程序包括启动子程序和运行子程序，其流程图如图2所示。运行子程序又包括模拟调节子程序（其流程图如图3 所示）和电机切换子程序（流程图略），电机切换子程序又包括加电 机子程序和减电机子程序（程序设计略）。pic的输入、输出端子分配情况如附表所示。附表 可编程序控制器（C40）部分入、输出端子分配T1号也机工駁运秆迂时1取2巧也肌变麺远司i号电桩变频廷荷2号电机.丄pH ；门，呢业斬C rafe图2启动程序流程图S77输茁X0攪拟调节上很Y01KM1航作（严

5、电机接交爛器）XL繼拟调节正常上YL1KM2动作（1#电机接工频电慷）X2删调节正常上Y22KM1越侗严电机接变频器）X3橫拟调节器节下限Y32KM2动作（严电机接工电谏）X4启动Y4比Ml动伯列电机接变爛器）X5煤位|Y53KM2动作（护电机接珈电慷）X6低速列迖信号输人Y6变频器启停X7 更达信号输人Y7启smXS髙速對迖信号输人Y0变频器低建X9更高速到这信号输人Y9变删見低連XAVAr+樓拟in节延时3 -5SZ焦动二低述I *延时机可1结車扁动一低遇图3模拟调节流程图4系统工作过程加上启动信号（x4）后，此信号被保持，当条件满足时，（即x2为“1时），开始启动程序，此时由pic控制1

6、#电机变频运行（此时y0、y6、y7亮），同时定时器t0开始计时（10s），若计 时完毕x2仍亮，则关闭y0、y6，（y7仍亮，）t2延时1s。延时有两方面的原因：一是使开 关充分熄弧，防止电网倒送电给变频器，烧毁变频器；二是让变频器减速为0，以重新启动另一台电机。延时完毕，则有1#机投入工频运行，2#机投入变频运行，此时 y1、y2、y6、y7亮，同时定时器t1开始计时（10s），若计时完毕x2仍未灭，则关闭y2、y6，（y1、y7仍 亮，）t3延时1s，延时完毕，将2#机投入工频运行，3#机投入变频运行，（此时y1、y3、y 4、y6、y7亮，）再次等待y7灭掉后，则整个启动程序执行完毕，

7、转入正常运行调节程序， 此后启动程序不再发生作用，直到下一次重新启动。在启动过程中，无论几台电机处于运行 状态，x2 一旦灭掉，则应视为启动结束 （y7灭掉），转入相应程序。综合整个启动过程，完 成三台电机的启动最多需要 22s 的时间。运行过程中，若模拟调节器节上、下限值均未达到（即x1、x2灭），则此时变频器处于模拟调节状态 （此时相应电机运行信号和y6 亮 ）。若达到模拟调节上限值（x1亮），则定时器t4马上开始定时（5s），定时过程中监控 x1，若x1 又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节 ; 若 t4 定时完毕， x1 仍亮，则启动一低速 （y8 亮）， 进行多段速调节，同时定时器 t

8、5 开始定时 （3s） 。定时完毕，若 x1 仍亮，则关闭此多段速， 启动一更低速（y9），同时定时器t6定时（10s）。定时完毕，若x1仍亮，则关掉y9，此后x0 很快会通，转入切换动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x0 亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行切换动作，即转入切换程序，同样，若无论何时，x1 灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。若达到模拟调节下限值（x2亮），则定时器t7马上开始定时（5s），定时过程中监控 x2，若x2 又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节，若 t7 定时完毕， x2 仍亮，则启动一高速 （y7、 y2）， 进行多段速调节，同时定时器

9、t8开始定时（3s），定时完毕。若x2仍亮，则关闭此多段速，启动一更高速（y8、y9），同时定时器t9定时（10s），定时完毕。若x2仍亮，则关掉y8、y9， 此后 x3 很快会通，转入加电机动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x3亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行加电机动作，即转入加电机程序。同样，若无 论何时， x2 灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。电机切换程序分为电机切除程序和加电机程序两部分。此程序动作的条件是:启动结束后无论何时X0亮，一旦条件满足，即由pic根据电动机的运行状态来决定相应切换哪台电机,切换时只能切换工频运行电机。1，即完成此过程,若工

10、作状态是一台变频一台工频，则立即切除工频电机，然后计数值减再由调节程序运行，调节至满足要求为止。若3台电机同时工作，则应由pic来决定切除哪台工频运行电机。切除依据是3台电机对应计数器的大小，谁大切谁，切除掉一台后，要由定时器定时（5s）等待，以便变频器调节一段时间，防止连续切除动作。这主要是考虑到本系统的非线性和大小惯性因素而采取的措施。加电机程序，其动作程序是：启动结束后无论何时 x2亮，一旦条件满足，立即关掉变频运行 电机和变频器，延时一段时间后 （原因同上），将原变频运行电机投入工频运行，同时打开变 频器和将要启动电机的变频开关，完成加电机。同样，若原有2台电机工频工作，则 x2 一亮，立即开始加另一台电机（无延时），（加电机依据是判断计数值，谁小加谁 ）。但加电机完成以后，定时器要开始定时（5s）等待，让变频器调节一段时间，防止连续加电机动作。其过程分为：5结束语用变频器来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。 其优点是：起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击 ；由于泵的平均转速降低了， 从而可延长泵和阀门等的使用寿命 ; 可以消除起动和停机时的水锤效应在锅炉和其他燃烧重油的场合 ,恒压供油可使油的燃烧更加充分， 染。参考文献1 常斗南 . 电气控制与 pl