基于PLC的恒压供水控制系统设计

水资源的珍贵，大家众所周知。既然水资源必不可少，那么大家就应该有节水意识。而且我们国家水资源相对于庞大的人口来说是十分短缺的。但是我们国家在城市供水方面却并没有实现高度自动化，造成了宝贵水资源的极大浪费。随着城市居民对供水要求的日益增加，传统的供水方式已不能满足人民的需求。而且随着国家经济的不断发展，城镇人口爆发式增长，人民对生活越来越高的要求，这时候人们对供水设施有了更高的要求。有鉴于此，本文针对A小区恒压供水系统目前存在的一些问题提出了合理的解决措施，旨在保证恒压供水系统运行稳定、抗干扰能力强。近几年，我国经济发展的速度逐渐加快，能源问题对经济发展所产生的影响较大，拉闸限电这一问题在多个省市都具有一定的显著性，因此不仅对人们的正常生活产生较大的影响，同时对企业的发展也产生了一定的限制。若该问题要得到全面的解决，就不能够仅仅注重能源节约，同时也要对新能源的开发给予较大的重视。本文所研究的选题为在供水系统方面所存在的能源损耗，目的在于促进能量利用率的提升。依照相关的数据信息能够明显看到，水泵的耗能较高，在全国耗能中占比多达21%,除了水泵耗能需要较高的成本，同时设备后续维护也需要一定的成本，因此，供水行业在发展的过程中需要较高的成本支目前，我国所存在的供水系统大多都是通过电力拖动的方式来完成对水泵的控制，并且供水系统的设计方案在实际运行中并不具有较高的可行性，因此产生了水泵耗能高、效率低的问题，同时在供水系统的水流量方面，实际值和设计值二者之间存在较大的差距。传统的供水方式通过对阀门的使用完成对水流量的调节，但该方式也具有一定的不足之处，具有显著性的是能源浪费过于严重这一问题，除此之外，电机在启动的过程中，不需要过多的启动时间，因此管道内往往会出现欠压或者过压问题，从而促进了“水锤效应”的形成，在管道过压的状态下，往往会产生福门破裂、管道崩裂的问题，而在管道低压的状态下，往往会产生管道塌瘪的问题，但无论在哪一种状态下都会产生附加的噪声，对人第2章变频恒压供水系统的理论分析供水所用水泵主要是离心泵，普通离心泵如图2-1所示，叶轮安装在泵2内，并紧固在泵轴3上，泵轴由电机直接带动，泵壳中央有一液体吸入口4与吸入管5连接，液体经底阀6和吸入管进入泵内，泵壳上的液体排出口8与排出管9连接。在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体：启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。图2-1普通离心泵水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为：式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。从上式可知，三相异步电动机的调速方法有：(2)改变电机极对数(3)改变转差率根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正如图2.2所示，设用户所需流量QX为额定流量的60%(即QX=60%QN)。当通过关小阀门来实现时，管阻特性将改变为曲线③,而扬程特性则仍为曲线①,故供水系统的工作点移至E点，这时，流量减小为QE(=Qx);扬程增加为HE;供水功率PC与面积ODEJ图2-2调节流量的方法与比较以用户所需流量等于60%Qn为例，当通过降低转速使得Qx=60%Qn时，扬程特性仍为曲线②,故工作点移向C点。这时流量减小为QE(=Qx),扬程减小为Hc,供水功率PC与面积0DCK成正比。考虑到动态情况下，管道中水压的大小与供水能力(由流量QG表示)和用水要求(由流水量QU表示)之间的平衡情况有关。如：供水能力QG<用水需求QU,则压力下降(P↓);如：供水能力QG=用水需求QU,则压力不变(P不变)。2.4变频恒压供水系统组成及原理图管网压力信号M图2-3变频恒压供水系统控制流程图工作状态，用以在用水量很大(变频泵达到工频运行状态都无法满足用水要求时)的情况接触器图2-4变频恒压供水系统框图工作，根据压力变送器测得的用户管网实际压力和设定压力的偏差调节变频器的输出频2.4.2水泵切换条件分析中就是电机运行的下限频率。这个频率远大于0HZ,具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20HZ左右。所以选择50HZ和20HZ作为水泵机组切换的上下限频率。延时成立。实际的机组切换判别条件如下：加泵条件：f=fup且延时判别成立(2.6)在自动方式下进行开环控制，系统根据检测到外部传感器的状态如下：1)其次，采集压力传感器反馈的信号，将该传感器输出的模拟信号转换成PLC可处理数字信号。3)最后，在PLC中数据经过计算后，产生控制信号来实现对驱动的控制。就是工作第3章变频恒压供水系统的硬件设计3.1.1PLC概述3.2变频器M—驱动电路运算电路保护电路电压/电流检测电路主电路速度检测电路电源图3-1变频器的构成异步电动机在再生制动区域使用时(转差率为负),再生能量储存于平波回路电容器中，使直流电压升高。一般说来，由机械系统(含电动机)惯量积蓄的能量比电容能储存的能量大，需要快速制动时，可用由逆变流器向电源反馈或设置制动回路(开关和电55RS制动回路整流器平波回路工频电源OW交流输出图3-2典型的电压型逆变器一例表3-1变频器参数复位序号参数及设定参数功能1设置用户参数访问等级2工厂设定值3开始参数复位表3-2设置电机参数序号参数及设定参数功能1开始快速调试2电动机额定电压3设定电机额定电流4P0307=0.37设定电机额定功率5设定电机额定频率6设定电机额定转速7结束快速调试序号参数及设定参数功能l设置参数访问等级3级2用面板控制启停3用面板控制频率表3-4设置变频器参数序号参数及设定参数功能1下限频率设定值2上限频率设定值3跳跃频率设定值4跳跃频率宽度设定值表3-5设置电机启动制动参数序号参数及设定参数功能P1120=3.0加速时间设定2P1121=3.0减速时间设定3P1130=3.0斜坡上升曲线起始段4P1133=3.0斜坡下降曲线起始段表3-6设置数字量功能参数数字输入端子端子编号参数编号出厂设置出厂功能51正转控制6反转控制79故障复位8固定频率直接选择固定频率直接选择固定频率直接选择设定值偏差y变频器PID运算驱动器执行量驱动器电动机My图3-3变频器内置PID控制功能图3.3系统的主电路设计图3-4变频主电路根据以上控制要求统计控制系统的输入输出信号的名称、代码及地址编号如下表所地址编号输入信号供水模式信号(1-白天，0-夜间)水池水位上下限信号I0.1变频器报警信号试灯按钮压力变送器输出模拟量电压值输出信号1#泵工频运行接触器及指示灯Q0.01#泵变频运行接触器及指示灯Q0.12#泵工频运行接触器及指示灯Q0.22#泵变频运行接触器及指示灯Q0.33#泵工频运行接触器及指示灯3#泵变频运行接触器及指示灯Q0.5输出信号水池水位上下限报警指示灯Q1.1变频器故障报警指示灯Q1.2白天模式运行指示灯Q1.3报警电铃变频器频率复位控制Q1.5变频器输入电压信号结合系统控制电路图和PLC的I/O端口分配表画出PLC增益偏移增益偏移N122士是8=液位2图3-5PLC及扩展模块外围接线图用来控制白天/夜间两种模式之间的切换，它作为开关量输入I0.0;液位变送器把测得的水出三台水泵电机的工频/变频运行信号；Q1.1输出水位超限报警信号；Q1.2输出变频器故障系统的保护措施等。第4章变频恒压供水系统的软件设计4.1PLC系统软件设计流程图开始三台泵电动机均以工频运行消防调用初始化程序消防/生活启动系统系统运行YN时间滤波YY修改泵组系数两台泵工频运行否?N轮休时间到否?NY2.操作人员根据需要对系统的运行模式(消防/生活)进行选择。在自动运行模式下，系统自动运行，水泵运行、工作频率的选择均由系统根据控制要求来决定。3.在自动运行状态下，检测系统的数字量输入信号，主要包括水泵运行时间、变频器通过PLC控制变频器停止工作。的缩写，即视窗控制中心。它具有很强的通用性，能够为所有工业领域提供解决方案。它具有监控和数据采集(SCADA)的功能；可以对系统简单有效地进行组态；能够基于肥B等操作系统都能运行，具有强大的HMI系统WinCC能够对SIMATICP;C进行系统诊断，便于进行硬件维护。它进行组态时，需要创建一个过程动画、定义系统属性、对变量进行定义等。根据系统要求，本监控系统主要包括系统监控的主界面，系统的报警界面，道医力图4-3恒压供水运行界面从图4-3,可看出水泵的实际运行情况，。绿色显示表示水泵正常运行，若变成了红色