PLC在恒压供水系统中应用

PLC在恒压供水系统中应用（共9篇）（共9篇）

1.PLC在恒压供水系统中应用 篇一

PLC在恒压供水系统中的应用设计

该系统采用PLC作为控制中心，完成PID闭环运算、多泵上下行切换、显示、故障诊断等功能，由变频器调速方式自动调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。

一、前言

随着控制技术的发展与完善，变频器及PLC在各个行业的应用愈来愈广，PLC与变频器的可靠性与灵活性得到了用户的认可。同时传统的水塔供水方式暴露了很多缺点：水的二次污染，用水高低峰的不平衡，管道阀门易损坏，维修保养费用过高等等。在此条件下各种恒压供水方式应运而生，其中由变频器、PLC控制的方式尤为普遍，这种方式的特点：系统稳定，功能强大，变频器用于供水更加节能，所以广泛应用在多层住宅小区生活消防供水系统中，现在好多场合也有应用，比如中央空调系统、供水加压站、集中供热等，这种方式经受了时间的考验，已有很多的应用实例。本文介绍的系统在宝鸡某电厂家属区已从98年运行至今，系统稳定，性能可靠，得到了用户的肯定和好评。

二、系统组成：

1、原理框图：参见图一所示。

图

一、恒压供水原理框图

2、系统概述：

该系统由四台大泵（22KW）与一台小泵（5.5KW）组成；PLC部分由西门子可编程控制器S7-200系列的CPU226，文本显示器TD200组成；变频器采用三菱FR-A540系列，功率22KW。

用户所需的生活用水压力、消防用水压力、运行方式等参数在TD200文本显示器上设定，压力传感器把用户管网压力转换为0-10V标准信号送进PLC模拟量模块EM235，PLC通过采样程序及PID闭环程序与用户设定压力构成闭环，运算后转换为PLC模拟量输出信号送给变频器，调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。

该系统有各个泵的运行时间累计功能，通过PLC的数据区保持可以断电记忆。每次起动时先起动1#小泵，当用水量超过一台泵的供水能力时，PLC通过程序实现泵的延时上行切换，切换原则为当前未运行的大泵累计运行时间最少的先投入；当压力超过时，PLC通过程序实现泵的延时下行切换，切换原则为当前正在运行的大泵运行时间最多的先撤出。直到满足设定压力为止。追求的最终目标为压力恒定。

当供水负载变化时，变频器的输出电压与频率变化自动调节泵的电机转速，实现恒压供水。

系统还可通过PLC的实时时钟自动定时供水，用户在TD200上设定每天最多6段（段数也可设定）定时供水，比如早上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

系统可动态显示各种参数，如设定压力，运行压力，水位高度，运行方式，实时时间，日历，各个泵的运行时间累计（精确到秒），运行状态，故障信息等等。为了不使系统中TD200画面显得死板，在PLC程序中控制TD200中的画面定时切换，动态显示；

系统还有故障自诊断功能，各泵发生过载、缺相、短路、传感器断线、传感器短路、水位下限、水压超高、水压超低、变频器故障等，都会有声光报警，TD200上同时显示故障类型，通知设备维修人员处理，并可记忆故障发生时间及班次，以便追查原因及相关责任。

3、工作原理：

3．1 自动手动方式

（1）手动运行时，可按下按钮起动停止水泵在工频状态下运行，完全脱离开PLC及变频器的控制，该功能主要用在检修及自动系统出现故障时的应急供水方式中。

（2）自动运行时，全部泵的运行依程序自动工作。

上行过程：当在自动运行方式时，按下TD200上的起动软健，系统先起动1#小泵，PLC程序控制模拟量模块EM235给定变频器一固定频率输出，此时若用 PID运算输出直接控制变频器则（设定压力大，运行压力为零，所以运算输出最大）变频器依设定的上升时间运行，升速太快，系统冲击很大。等泵运行一会儿，管网压力积累后，再用PID运算输出控制变频器。具体时间和频率与管网系统有关，在现场调试时这两个参数在TD200上设定调整。管网越大，时间越长。

当 1#小泵到达50HZ后，系统压力仍偏低，则延时一段时间后，系统靠PLC程序把1#泵切换到工频运行，同时由PLC输出一个开关量给变频器的MRS端子，变频器瞬间禁止输出，此时PLC把运行时间最少的泵变频接触器接通后，撤掉禁止输出，相应的泵变频起动运行；延时切断1#小泵，系统中相应的一台大泵变频运行，压力自动调节，若系统压力平衡，则频率稳定在一个相对的范围，若频率到达50HZ后压力仍然偏低，则再投入一台大泵，比较剩下的泵的累计运行时间，时间少的先行投入，以此类推。注意，上行中，只要有一台大泵运行，则1#小泵要断开，大泵与小泵同时运行时，小泵的效率很低。

下行过程：当系统压力偏高，变频器运行在18HZ左右（18HZ以下泵的效率很低，经验值）时，PLC程序判断运行在工频状态的泵累计运行时间（若只有一台泵不作判断），运行时间最多的泵延时先行撤出，在撤出的瞬间，PLC控制变频器运行频率在50HZ，要不系统冲击过大，容易有水垂现象，延时一会儿后，再把 PID运算输出投入即可；以此类推。注意：下行过程中，到最后一台大泵运行时，频率在18HZ左右，系统压力仍然偏高时，则把1#小泵切换到变频运行。这种情况在夜间可能发生，当供水管网很大时，也许没有这个可能性。

三、注意事项：

1、该系统中有泵的工频变频上行切换，为了系统的快速响应，切换时间最好越短越好，切换时时间差很小，所以各个泵的变频接触器与工频接触器最好用可逆接触器，电气线路与PLC程序中也要有互锁功能。以免发生意外短路事故。对系统或变频器造成危害。

2、变频器上行下行切换时间设定，如果设定值过大，则系统不能迅速对管网的用水量做出反应；如果设定值过小，则可能引起系统频繁的投入泵，撤出泵的动作；为此，PLC程序中增加判断设定压力与运行压力在临界切换状态时，只要不超过允许的误差范围内，不做泵的切换。

3、变频器在上行切换时，必须要有瞬间禁止输出功能，变频器没有此功能可用自由停车功能；所以选择变频器时要注意这点。

2.PLC在恒压供水系统中应用 篇二

采用变频调速可以恒定输水管道的压力, 节约不必要的能源浪费;恒压供水则能够满足用户对供水质量的要求。另外, 将可编程控制器 (PLC) 应用到变频调速恒压供水设备中可以实现系统的软启动, 减少人为操作, 同时可以增强系统运行的可靠性。本文对变频技术和PLC技术在恒压供水系统中的应用进行了研究。

1 系统组成及工作原理

变频恒压供水系统由可编程控制器 (PLC) 、变频器 (VVVF) 、比例-积分-微分 (PID) 调节器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路和一组并联而成的水泵组成, 如图1所示。

由图中可以看出, 在管网的出水口处设有一个压力传感器, 该传感器可以把所供水的实际压力转换成4-20m A的标准电流信号传输给PID调节器;PID把这个实际水压信号和预先设定的压力值进行比较, 两者之差即为调节参数;VVVF获得这个调节参数后对水泵的转速进行调节, 从而控制系统供水量, 维持管网出口处的供水压力在一个恒定的水平。另外, 当一台水泵无法满足供水量的需求时, PLC会增加工作水泵的数量, 当无需多台水泵就可以满足供水量时, PLC会减少工作水泵的数量。这样, 通过VVVF对水泵的转速和PLC对工作水泵数量的调节就能够使得管网出口水压维持动态恒定, 实现系统恒压供水。

2 系统设计及应用

2.1 变频器的选择

恒压供水中的变频器可以选择西门子公司的MM系列或ABB的ACS-400系列风机/泵类专用变频器。PLC可以利用自由通讯口与变频器RS-485通讯接口连接进行通信, 从而控制变频器, 读取其电压、电流、功率、频率、运行时间和报警信息参数等。这样可以节省PLC的I/O端口, 并可靠控制变频器运行。

2.2 PLC的选择

可编程控制器 (PLC) 可以选择西门子公司的S7-200系列CPU-226主机。该PLC具有40个I/O口, 两个RS-485通信/编程口并且支持PPI通信协议、MPI通信协议和自由通信三种模式。模拟量输入可以选择EM231模块, 该模块含有4路12位A/D端口并且精度较高, 完全可以满足系统需求。PLC的输入信号包括按钮操作、检测到的压力信号、报警信号等, 通过对这些信号进行处理, PLC可以驱动电机、变频调速器、报警器等执行相应的指令, 从而将采集到的现场数据进行处理并存储, 控制变频调速器、报警器实现管网水压调节与信息交互。另外, 变频器的启动、停止既可以由手动操作执行也可以由PLC控制实现。当PLC检测到控制面板上的手/自动转换开关为手动状态时仅实现报警功能, 需要人为进行水泵的启动、停止和工作水泵数量的控制;当PLC检测到需要在自动状态下工作时, 对水泵的所有控制操作和系统状况的报警都由PLC来完成。

2.3 系统应用

为了进行系统调试和编程, 可以先把各种采集到的控制信号进行I/O分类, 然后采用模块化的编程思想进行程序设计, 具体可以划分为手动模块、自动模块、故障诊断分析与报警模块等。其中手动模块实现的功能是可以人工进行水泵的启动和停止控制;自动模块实现的功能是系统的初始化、开机检查、数据采集、控制参数运算、初值设置、水泵控制等。

当选择自动运行模式运行时, 1号水泵开始工作, 变频器的输出频率初试值为0Hz。与此同时, PID调节器从压力传感器接收管网实时水压信号, 与预设值进行比较后计算得到调节参数并传输给变频器。若调节参数表明水压不够需要调节, 则变频器的输出频率增大50Hz, 此时1号水泵由变频状态转为工频状态工作。若1号水泵无法满足压力调节需求时则2号水泵开始工作。以此类推, 变频器的输出频率逐渐增大直到设定上限值, 工作水泵数量依次增加直到满足供水需求或全部水泵都投入工作。若用水量减少, 则从最先启动的水泵开始减少压力, 并根据PID调节器得到的调节参数保证系统平稳运行。

在自动供水状态工作时, PLC还会对蓄水池的水位进行实时监测, 若实际水位低于预先设定的报警阈值则发出缺水警报;若实际水位低于设定的停机水位时会停止所有水泵的工作并发出停机报警信号;若实际水位高于水池的储水上限时则关闭给水管阀门, 停止向水池输水。

3 结语

基于变频和PLC技术的恒压供水系统具有节能、可靠、供水质量高的有点。实践证明本系统节能节电量在10%~40%;系统供水压力稳定, 水泵由工频到变频过程无冲击切换, 避免管道破裂的危险;根据实际用水量设定管网压力, 流量能够在大范围内连续变化, 同时闭环供水避免了水质二次污染。总之, 基于变频和PLC技术的恒压供水系统是一种经济实用, 十分可取的供水系统。

参考文献

[1]孙培利.PLC和变频技术在恒压供水系统的应用[J].安装, 2007.

[2]方向铁.恒压供水系统中变频技术和PLC技术的应用[J].中国高新技术企业, 2009.

[3]黄桂梅, 刘永立, 王永生等.变频技术和PLC技术在恒压供水系统中的应用[J].仪器仪表用户, 2008.

3.PLC在恒压供水系统中应用 篇三

关键词：数字PID;变频调速;PLC;恒压供水

一、基本原理

高层恒压供水是现代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多，水压稳定，自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。

由PLC控制的高层恒压供水系统采用数字PID控制技术，使PID的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时对正常工作和消防供水两种分别采用PID控制和PD控制，使系统实现了快速、稳定的输出。

将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID的参数，控制电压上升，使频率相应增大，水泵转速加快，供水量加大，迫使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，迫使管网压力下降。以保持恒压供水的稳定。

二、系统工作

系统可完成以下功能：1.生活供水自动恒压;2.自动/手动供水选通;3.定时换泵（PLC 30秒检测一次，无人用水十分钟停机）;4.工作状态自动保持;5.消防供水自动控制;6.消防生活连锁控制;7.管网压力自动起停泵。

工作方式有自动和手动两种，通过开关控制。

系统模拟输入输出模式模块选用CM235，从A口输入给定参数，B口输入反馈压力信号，模块输出直接用来控制变频器，被控水泵电机可以由变频器输出控制，也可直接由50Hz工频信号控制。

三、算法原理

为了能够可靠的控制变频器的运行并满足差值电压的跟踪，当输入信号的变化不大时，系统不再读取数据，将原来的计算值直接保持。当输入信号的变化值较大时，系统立即跟踪这一变化，并计算最新的采样值，并将其保持，一次作为参数运算的依据。

考虑到系统工作环境对系统运行状态的影响，在设计中除采用硬件上加装滤波器外，还采用数字滤波的方式来消除干扰的影响，数字滤波采用模拟输入平均值的方法，其总体运算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

为运算方便，将上述运算方法转换成下面的运算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

该法的运算.思路是使用每次扫描的运算和，计算出新的平均值，其中最新平均值.总是位于指定的输出位置。考虑到运算时的符号处理，运算过程采用浮点运算。故需进行整数与浮点数之间的转换。如果采样值为正值，系统直接进行运算，如果系统采样值为负值，符号扩展至双字节，然后对双字节数据进行运算。

PID控制的模拟表达式为

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制时，根据系统运行状态中偏差e（k）选择β值。

当正常供水时，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：

U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]

U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]

由上两式可得

ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）

U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）

U（k）=Ae（k）=f（k-1）

式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）

A=kp（1=T＼T=Ta＼T）

B=kp（1+2T＼T）

C=ktTB＼T

PID运算程序如图所示

VW56为中断调用次数;VW30为给定偏差量;VW60为系统偏差值;VW60为系统反馈量;该反馈量通过压力传感器获得，由于环境的影响可能会使该参量发生扰动，该变化会直接影响到参数量偏差。

2.通讯过程

无论计算机向变频器发出的是读数据命令还是写数据命令，变频器都可能返回两种形式的结果。一种是通讯正常时的正常响应，一种是通讯不正常的响应。当变频器收到信息时，先检验起始时间间隔+STX位，然后监测信息长度值LGE如果这些信息出现不符，那么所发送的信息无效。在信息接受前和接受过程中还会检测多段时间。如相应延迟时间，信息有效时间，字節延迟时间等。在接受过程中，还要产生校验位，只有以上信息需正确，且奇偶效验和地址字节没有问题时，发送的信息才会被正确接收且执行。

在通讯过程中，一个命令或响应信号只能对一个参数进行操作，计算机发出指令后必须等待相应的应答信号.同时不断重复指令。如果计算机投有从相应地址的变频器那里收到响应情号，它必须采取相应措施;变频器并不需要知道计算机是否收到了应答信号。指令和应答信号都必须在一次信息发送中完成，如果应答信号的方法是通过辨认响应参数中参数值和参数号。当计算机收到变频器对一个指令的应答信号后，再次发出指令信号时，变频器就认为是一项新的指令。

4.PLC在恒压供水系统中应用 篇四

山东新风光电子科技发展有限公司 杨国奎 孔亮 赵新军 郭培彬

Yang Guokui Kong Liang Zhao Xinjun Guo Peibin

摘 要： 本文介绍了风光变频器在某生活小区双恒压供水系统中的应用情况。

关键词： 风光变频器 PLC 恒压供水

Abstract: This article introduces Fengguang inverter in the some small-unit residential area double constant pressure water supply control application example situation.Key words: Fengguang inverter PLC Constant pressure water supply 1 引言

本文是针对某生活小区实际情况，结合用户生活 / 消防双恒压供水控制的要求，我们进行改造的一些心得。现将其中的改造情况介绍如下。

众所周知，恒压供水系统对于生活小区是非常重要的，例如在生活小区供水过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响居民生活。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，可能引起重大损失和人员伤亡。所以，生活小区采用生活 / 消防双恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

基于上述情况，我公司对某生活小区供水系统进行改造，采用西门子 PLC 作为主控单元。利用风光供水变频器，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。改造提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。用户现场情况

如图 1 所示，市网自来水用高低水位控制器 EQ 来控制注水阀 YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动向水箱注水。水池的高低水位信号也直接送给 PLC，作为水位报警。为了保持供水的连续性，水位上、下限传感器高低距离较少。生活用水和消防用水共用二台泵，平时电磁阀 YV2 处于失电状态，关闭消防管网，二台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀 YV2 得电，关闭生活用水管网，二台泵供消防用水使用，并维持消防用水的高恒压值。火灾结束后，二台泵改为生活供水使用。

图 1 生活 / 消防双恒压供水系统示意图

现场设备参数如下 : 型号 65-315（I）A 流量 56m 3 /h 扬程 110m 效率 56% 转速 2900r/min 电机功率 37KW 3 系统控制要求

用户对二泵生活 / 消防双恒压供水系统的基本要求是：

⑴ 生活供水时，系统低恒压运行，消防供水时高恒压值运行。

⑵ 二台泵根据恒压的需要，采取先开先停的原则接入和退出。

⑶ 在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过 1 天，则要切换下一台泵，系统具有倒泵功能，避免一台泵工作时间过长。

⑷ 二台泵在启动时都要有软启动功能。

⑸ 要有完善的报警功能。

⑹ 对泵的操作要有手动控制功能；手动只在应急或检修时使用。设备选型（1）风光 JD-BP32-XF 型供水变频器

JD-BP32-XF 型是山东新风光电子公司推出的专用于供水变频器，使用空间电压矢量控制技术适用于各类自控场合。在恒压供水中可以采用这类变频器。JD-BP32-XF 型变频器除具有变频器的一般特性外，还具有以下特性：水压高、水压低输出接口，变频器运行上限、下限频率（可以任意设定），可以方便地进行双压力控制，内置智能 PI 控制，以上功能非常适用于供水控制要求。在本例中选用 JD-BP32-37F（37KW）风光供水变频器拖动用户水泵。

（2）PLC 选型

① 控制系统的 IO 点及地址分配

根据图 1 所示及控制要求 , 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 1 所示。水位上、下限信号分别为 I0.1、I0.2。

② PLC 系统选型

系统共有开关量输入点 8 个，开关量输出点 10 个 , 选用西门子主机 CPU222（8 入继电器出）1 台，加上扩展模块 EM222（8 继电器输出）1 台。即可满足用户供水控制要求

（3）压力传感器

在供水系统中，压力传感器既可以采用压力变送器，也可以采用远传压力表。在本例中采用远传压力表，压力表相应接线端子接到变频器主控板 3 脚、4 脚、5 脚即可。5 电气控制系统原理图

电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及 PLC 外围接线图三部分。

（1）主电路图

如图 2 所示为电控系统主电路。二台电机分别为 M1、M2。接触器 KM1、KM3，分别控制 M1、M2 的工频运行；接触器 KM2、KM4，分别控制 M1、M2 的变频运行； FR1、FR2 分别为二台水泵电机过载保护用的热继电器； QS1、QS2 和 QS3 分别为变频器和二台泵电机主电路的隔离开关； FU1、FU2 为主电路的熔断器； BPQ 为风光供水专用变频器。

图 2 主电路图

（2）控制电路图

如图 3 所 示为电控系统电路。图中 SA 为手动 / 自动转换开关，SA 打在 1 的位置为手动控制状态，打在 2 的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮 SB1～SB6 控制二台泵的起 / 停和电磁阀 YV2 的通 / 断；自动运行时，系统在 PLC 程序控制下运行。

图中的 HL8 为自动运行状态电源指示灯。

图 3 电控系统控制电路图

（3）PLC 接线图

下图 4 所示为 PLC 及扩展模块外围接线图。火灾时，火灾信号 SA1 被触动，I0.0 为 1。

图 4 双恒压供水控制系统及扩展模块的外围接线图系统程序设计

（1）程序中使用的 PLC 内部器件及功能，如下表 2 所示：

生活 / 消防双恒压的两个恒压值是我公司生产的风光供水专用变频器直接设定的。在本实例中，根据用户要求，生活压力设定为 0.35MPa, 消防压力设定为 0.60MPa。

压力低、压力高信号分别由变频器内部主控板 14 脚、15 脚给出。

供水运行下限频率、供水运行上限频率由变频器程序设定。在本系统中，运行下限频率设为 20Hz, 运行上限频率设为 50Hz。

（2）系统 PLC 控制程序如下：

结束语

随着变频调速技术的飞速发展，变频调速恒压供水技术在小区已普遍使用。用变频器来实现恒压供水，与其它供水方式相比较而言，其优点是非常明显的。节能效果十分显著，启动平稳，启动电流小，避免了电机启动时对电网的冲击，延长了泵和阀门等的使用寿命，消除了启动和停机时的水锤效应。供水控制系统提高了小区的供水质量。各项控制指标达到了用户的要求。风光变频器在小区恒压供水改造效果是明显的，改造是成功的。

参考文献

[1] 山东新风光电子用户使用手册 山东新风光电子科技发展有限公司。

作者简介

5.PLC在恒压供水系统中应用 篇五

随着人们对供水质量和饮用水水质要求的不断提高，变频恒压供水方式应运而生，它不仅很好地解决了老式屋顶水箱供水方式带来的水质二次污染问题，而且对水泵、电机也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗，同时其具备的软起停功能和根据负载变化自动调节电机水泵转速或增加/减少投入运行的台数，从而避免了电机起动过程中对电网和机械设备造成的冲击以及人工操作的繁杂性。变频恒压供水系统如今正被广泛地应用到城市自来水管网系统、住宅小区生活消防水系统、楼宇中央空调冷却循环水系统、工业设备冲洗系统等众多领域。本文将介绍基于plc控制的多泵循环变频恒压供水系统方式下的各种需求分析及其过程实现方法。下面以4泵循环为例加以叙述。2 系统基本需求与分析

多泵循环的变频恒压供水系统，一般采用出口管道压力信号作为基本控制目标，通过压力设定值与采样值的比较和计算，利用pid调节来实现出口管道压力值的恒定，从而达到恒压供水的目的。针对四泵循环其主回路原理图如图1所示。

图1 四泵循环主回路原理图

由图1可见，采用常规的一控四方式，每台电机水泵既可以变频运行，又可以工频运行，但系统运行中始终只有一台变频电机水泵运行，其他电机水泵根据实际需要来决定是否工频运行。

在主回路控制方式确定后，系统能否满足实际需要就取决于plc控制回路的设计，为此，必须充分了解用户对系统的相关功能需求，在各种实际应用场合用户会有各种不同其他功能的需求，根据作者多年来的经验，把各种典型的控制需求和作用列举归纳如下。

2.1 工频/变频控制方式的转换操作

为保证系统的可靠性，必须提供工频/变频两种操作方式，以减少因变频器故障或设备检修维护等原因而造成无法供水的现象，要求控制系统必须设立手动工频操作方式，一般采用转换开关或组合开关作为选择操作设备。

2.2 浮球水位(有水/无水)控制

许多变频恒压供水系统的进水水源采用蓄水缓冲池结构，它可以减少因城市管网供水中断后停止供水的时间。为防止蓄水池无水时电机水泵的空运转带来的设备损坏，必须加装水位检测装置，一般选用较为经济的浮球水位或缆线型水位器作为有水/无水的判断信号，当蓄水缓冲池无水时要求立即停机，当重新有水时要求系统不再需要人工操作干预而自动恢复运转。

2.3 火灾或消防报警信号 在办公楼宇或工业厂房的供水系统中，我们经常遇到需要在有火灾信号或消防信号到来时，要求平时给生活供水的恒压供水系统立即紧急停止运行或帮助消防系统供水。为此，需要在plc控制系统内实现两种不同的供水方式:正常恒压供水方式和协助消防供水方式。这就需要引入这两种不同工作方式的判断条件:火灾或消防报警接点信号。

2.4 气压罐压力上下限压力接点信号

在许多变频恒压供水系统中，吸收了气压罐方式供水的优点:利用气压罐蓄水功能维持低需求量时的续流供水。为此，需要在控制系统中引入这对压力上下限接点信号，以便于在停泵前强行向管网输出供水，直到压力达到上限后系统进入休眠状态即停机，在管网压力达到压力下限时再重新唤醒电机水泵以正常恒压供水方式工作。

2.5 pid调节仪上下限报警接点信号

通常变频状态下变频器频率给定信号来自于pid调节仪的dc4～20ma输出，以此来调节电机水泵的运转速度，满足恒压目的。我们利用pid仪表的上下限报警信号(报警范围可根据需要设定修改)来作为目前系统执行状态向下一个执行状态迁移的前提条件，结合稳定性延时判定来执行变频状态的变迁:增加或减少投运的台数并且自动完成变频驱动电机的切换功能。

2.6 变频器故障接点信号

当系统在变频工作选择方式下，若出现变频器故障时，要求控制系统保证供水压力在一定的范围内(注意:此时无法实现恒压控制，因只有工频运行，所以只能做到将管网压力保持在一定的压力范围内)，避免供水中断或管网压力超过管道承受压力的现象。

2.7 工频故障接点信号

无论在变频工作方式还是在工频工作方式下，若出现某个电机工频故障，要求在状态迁移时，自动进行轮值泵的回避措施，进入n-1个泵的循环方式，直到故障修复后，重新返回到n泵的循环方式，这样可以避免故障损失的进一步扩展的可能，减少设备的进一步损坏。

2.8 其他控制需求

诸如检修泵选择接点信号、少于等于n-2泵的组合方式的选择信号等。

显然，不是每套变频恒压供水系统，用户都会同时要求具备上面全部功能需求，一般来说只要具备2.1、2.2、2.5、2.6中所述这四项功能就可以满足大多数用户的供水需求。在完成需求描述后，我们就要在plc控制图中进行表达。为此，要进行硬件构造设计，如图2所示。

图2 四泵循环plc控制回路原理图 系统硬件构造设计

变频恒压供水系统主要由plc控制器、变频器、pid调节器、压力变送器、浮球水位、低压电器设备、动力控制线路以及4台电机水泵等组成。用户可以通过人机界面hmi或pid仪表来进行需求压力值的设定和上下限压力值的设定，可以通过hmi或控制柜面板上的按钮、指示灯、转换开关、电流表、电压表来监视变频恒压供水系统的运行状态。系统通过plc来监视运行过程的相关状态，并进行控制动作的判断输出，plc控制回路原理图如图2所示。

图2表示了完成相应需求功能和逻辑动作时，plc应配接的控制线路图。那么，变频器的运转频率是如何确定的呢？

首先，通过安装在出水管网上的压力变送器，将压力信号转换成标准的dc4～20ma的模拟量信号送入pid调节器;然后，经pid仪表将压力设定值与压力反馈值进行比较计算后，pid仪表输出一个执行值作为变频器的频率给定值，由变频器控制电机水泵的转速，调节管网出口处供水压力，达到恒压供水目的。若是通过hmi设定压力值，那么，实际管网压力反馈的模拟量信号就要进入plc模拟量输入端口，通过用户plc程序来完成设定值与实际值的比较计算，根据差值大小来决定每次执行值调节的频度与幅度(解决好调节频度与调节幅度的问题是保障管网压力稳定的关键所在，也是避免系统振荡的关键技术所在)，从而达到改变变频器的给定频率，实现实时调速的目的。pid闭环控制原理和控制接线图如图3所示。

图3(a)表示了多泵循环变频恒压供水系统压力闭环pid控制原理，图3(b)表示了具体的pid闭环控制实现方法:线路连接图。当压力设定值大于压力实际值时，pid仪表将通过增加模拟量输出值来加速水泵电机的运行;当压力设定值小于实际压力值时，pid仪表将通过减小模拟量输出值来降低水泵电机的运行;pid仪表将不断地通过改变模拟量输出值的大小来调节水泵电机的转速，从而达到供水管网压力恒定的目的。

图3 pid控制原理与接线图

当pid仪表的模拟量输出值达到最大且管网压力仍处于压力下限状态时(通过修改pid仪表的正负偏差值的大小来设定上下限报警点)，利用plc程序开始计时，在计时时间到后(计时的目的是为了对该报警信号的稳定性确认，避免增减投运台数的频繁动作或错误判断动作)，plc将作出一系列动作命令来实现当前状态向下一个状态的迁移，必须指出的是在每次状态迁移时，首先应断开变频器起动信号后再断开变频器与电机间的变频方式接触器，并且变频器停止方式参数最好设置为“自由停车”方式，若动作执行顺序相反，将会造成变频器故障或损坏。在变频工作方式向工频工作方式转换过程中，当断开变频接触器后应在尽量短的时间内完成工频工作方式的投入，否则，当电机转速降到一定程度后就会产生起动冲击。同样，当pid仪表的模拟量输出值达到最小且管网压力仍处于压力上限状态时，plc程序开始计时，计时时间到后，plc将完成当前状态向上一个状态的迁移，通常要设置一个最低输出频率下限的变频器参数，一般取15hz～20hz，这样做一方面是为了避免电机在低频状态下可能的失速现象和电机长时间低频运行的温升问题，另一方面也是为了减少频繁状态迁移带来的系统振荡。图4表示了四泵循环变频恒压供水方式的状态和状态迁移条件，由图4可以看出对于多泵循环变频恒压供水系统来说，其在正常条件下的状态数满足以下公式:

式中，sn为正常状态总数，n为多泵循环系统的泵的台数。

式(1)表达了正常状态与泵的台数的关系以及各个状态之间相互迁移的条件，它是一个典型的多入口多出口状态迁移图，控制逻辑较为复杂。其他诸如指定某台电机处于检修状态所增加的(n-1)2个状态还必须在应用程序设计中加以体现。因此，可以肯定地说，多泵循环控制系统的程序规模至少随着泵的台数的增加而成平方级增长。考虑到各种其他外部条件的因素，实际上程序规模可能会达到:

因此，对于6泵以上的循环控制方式，建议将其分割为3～6泵的控制方式来实施，避免因程序容量过大和逻辑关联太多造成应用程序调试和维护困难及程序中隐含错误的发生。图4表达了仅单台泵处于变频正常运转状态下的迁移和起始变频驱动泵的自动选择，它有效地解决了系统总是从某台泵开始运行这一现象和各台泵使用不均的问题。4 控制功能和工作原理 4.1 工频手动方式

如图2所示，系统设计了手动工频的操作方式，将转换开关打到“工频”档位，操作人员可以根据需要自己决定起动或停止任意一台泵的运行。由于在该操作方式下，plc、pid、变频器等均不参加控制，因此，从技术角度上来说，该方式无法保障出水管网压力值的恒定，所以必须有人监守。该方式主要供plc、变频器、pid仪表、压力变送器等设备故障检修时使用。

4.2 变频自动方式

将转换开关打到“变频”档位，按下变频起动按钮，系统将自动判断并选择起始变频运行泵入口，进入自动运行。在正常输入条件状态下，控制流程将严格按图4所表达的流程执行。

图4 四泵循环正常状态迁移图

(1)当某台电机故障或需要检修某台电机水泵时，控制系统将退减到3泵循环方式自动工作;(2)当变频器出现故障时，控制系统将采用工频驱动方式控制泵的运行与停止，来保证供水的压力在一定的范围内，但系统无法达到压力值的恒定，同时发出报警蜂鸣声响，通知操作人员进行处理;(3)当无水接点信号来临时，plc将关断所有变频和工频输出，直到无水接点信号消失，plc将自动恢复控制输出;(4)当消防信号到来时，plc控制将转入子程序段执行，关断生活用水，打开消防供水阀，实现对消防管道补充供水目的，系统将根据在plc程序中设置的消防供水压力设定值自动地完成恒定稳压消防供水。当消防信号解除后，系统自动恢复到变频恒压供水工作状态;(5)仅单台泵变频运行，且处于最低输出频率状态和较长时间无压力上下限出现时(可以认为此时的系统供水需求量接近为零)，控制系统将以变频50hz运行30s或使管网压力达到设定值的1.2倍左右后，立即停止运行，进入休眠状态，直到管网实际压力为压力设定值的80%左右，控制系统重新自动恢复变频运行，即休眠唤醒。当然，管网中若有气压罐，系统应以气压罐的压力控制器的上下限接点作为休眠与唤醒的条件进行控制。

基于plc控制的多泵循环变频恒压供水系统的plc应用程序(如:2泵循环、3泵循环、4泵循环)文本在此不再赘述。5 系统优缺点介绍

在过去的几年中，我们分别为上海原水股份临江自来水厂、上海自来水设备公司市南分公司、仲盛地产集团、久星房地产置业、武汉中房、无锡希门凯公司、宝钢集团等用户装配80多套变频恒压供水装置，不仅成功地完成了用户的需求，而且投入运行后系统稳定可靠。

5.1 优点

本系统的优点可以归纳为以下几个方面:(1)系统造价经济性

由于采用“一拖多”控制方式，与“一控一”方式相比较，硬件投资成本较少，具有较高的价格竞争优势;(2)系统构造简单和易维护性

系统由功能相对独立的通用设备单元构成，便于故障判断和日常维护保养及功能性单元替换;(3)通用性和灵活性

系统基本不受用户的使用场所和应用环境限制，可通过软件功能块的组合将其扩展到其他类同的供水应用场合，具有较强的灵活性;(4)智能性

系统可在无人职守的情况下，通过对故障的检测判断，自动地按“优美降级使用”方案处理，减少了系统停机断水现象;(5)保护功能全面性

系统除具有常规的过载、过流、过压等保护功能，还具有无水停机、管网上限压力保护等附加功能性保护。

5.2 缺点

当然，本系统也并非完美无缺，比如在某台电机变频运行向工频运行切换的过程中，由于在变频驱动切断后电机处于滑停运转方式，此时，电机处于感应发电状态，存在着感应发电相位与工频电源的相位不一致的可能性，容易造成在向工频切换时的电流冲击现象。为避免这一现象，可采用通过软起动器驱动各个需工频运转的电机的方案。在实际应用中，对于380v/110kw以下容量的电机，只要缩短电机自由滑停段的时间(一般控制在200ms以内)，就可以减少感应发电状态下的非同期相位的电量累积，减小工频切换时的冲击影响。6 结束语

通过以上各部分的分析与描述可知，在进行控制系统设计之前，必须调查清楚用户的需求，然后综合考虑各需求之间的关系和处理方法。对于3泵循环控制，其plc控制器大多选用lg k120s系列中的k7m-dr30u，其输入点为18，输出点为12，即能满足多数情况的需求又具有经济性。变频器多数选择lg公司的产品:ig5或is5或ih等，它不仅完全具备控制系统对其功能的需求，而且具有较高的可靠性和性价比。

基于plc控制的多泵循环变频恒压供水系统采用plc的开关量输入/输出方式来控制电机的起动与停止、状态迁移、检修与故障处理等功能，通过pid仪表、压力变送器来实现变频驱动电机水泵的速度调节(当然也可以通过触摸屏和模拟量输入输出混合模块来实现变频速度调节)，从而达到恒压供水的目的。控制系统在程序设计时充分考虑到负载均衡性原则，采取“先入先出”的排队策略，执行变频方式轮值，确保各泵使用率基本均衡。

变频恒压供水一改以往的定量供给方式，首次实现“按需分配”原则，因此变频恒压供水方式与工频控制方式相比，不仅具有上面所述功能优点，而且同样具备很好的节能效果，在以往的工程中通常节电率达到20%以上。参考文献

[1] lg k120s编程手册[z].[2] lg ih变频器使用说明书[z].[3] 王占奎.变频调速应用百例[m].北京:科学出版社,1999.作者简介

6.PLC在恒压供水系统中应用 篇六

1 变频调速在恒压供水系统中的节能原理

在流量稳定的情况下, 恒压供水系统中水泵的额定转数基本上是相对恒定的, 这种情况下根本就不需要变频调速, 不需要去改变水泵的运转速度。但是, 事实上居民生活区的用水昼夜之间存在着很大的差异, 当夜间所需水量小于正常用水量时, 水泵运转通过阀门调节的过程中, 就会有大量的能量白白消耗在管阻系统上。如果将变频调速应用在恒压供水系统中, 变频调速可以在用水需求量小的时刻降低水泵的转速, 进而降低水泵运转所消耗的能耗, 从而达到节能的目的。如图1所示。

在这里, Q表示用水量, 1代表阀门关小管阻特性线, 2代表阀门全开管阻特性线, 3代表电动机的额定转速曲线, 而4代表电动机转速下降曲线。

通过对图1的分析, 我们不难看出当水流量从QA降到QB的过程中, 变频调速系统能够发挥作用, 使水泵的运转速度下降, 而阀门仍然保持在原有的状态。在QB时, 水泵的扬程下降到HTC这一点, 其相应的水泵供水功率PG和图上面积OECH成正比, 分析和比较以后, 我们确定图上面积HCBF与节约的供水功率正好也成正比。可见, 使用了变频调速系统的恒压供水系统较之没有使用变频调速系统的恒压供水系统确实能够节约更多的能耗, 效果显著。

正是由于变频调速系统节能效果显著, 目前, 绝大部分居民区的生活供水系统都采用了这种变频调速系统。

2 变频调速在恒压供水系统中的应用

恒压供水系统是一种利用电机进行调速来控制水泵进行运转的供水系统。它能够对系统内运行的水泵的台数、启停状态进行实时调控, 以保证水泵以一种合乎供水需求和经济效益的方式运行。它有助于实现供水压力的闭环控制, 帮助在管网流量发生变化的时候稳定水压, 达到节能的目的。

2.1 变频调速恒压供水系统的结构

图2是变频调速恒压供水系统的系统图, 由图上我们可以看到, 这个系统是由三个水泵、一台PLC、一台变频器、以及压力传感器和模拟量输入和输出单元构成的。在这中间PLC、压力传感器和模拟量输入、输出单元组合在一起, 形成了一个闭环反馈控制系统。PLC对系统内各水泵的运行具有控制作用, 它能够控制运行中的水泵的台数, 进而达到控制供水流量的目的。PLC内部装有PID调节器, PID调节器能够控制变频器, 进而对变频泵进行速度调节, 从而控制供水的流量。其中, PID调节器的工作原理是这样的:当居民用水量减少, 管道的水压会上升, 水压反馈信号会相应增大, , 此时为保证恒压供水系统的恒压值恒定不变, PID调节器输出信号会减小, 在控制电路管理下的变频器输出电压随之降低, 电机转数减少, 供水流量减小, 供水压力值也随之下降。当供水压力恢复到恒压供水系统的设定值, 系统供水量与用水量恢复平衡, 变频调速系统所输出的频率稳定下来。当用水量增大, 供水量无法满足用水量时, 水压反馈信号减小, PID调节器输出信号会随之增大, 电动机转速增加, 水泵的供水流量随之增大, 相应的供水压力值上升, 直到供水量和用水量再次恢复平衡。这样, 通过PID的调节, 变频器控制电动机转速, 进而使水泵供水压力保持恒定。

2.2 变频调速恒压供水系统的控制原理

出水管网上装配有压力传感器, 这样以来, 传感器能够将出口搜集的压力信号转化成4m A~20m A的标准信号, 然后将信号传输到PLC模拟量输入端口, 经过PLC调节, 在经过一系列的运算和对比, 计算出调节参数发送给变频器, 再由变频器向水泵发出运转指令, 进而满足系统内的供水量, 保证供水管网内的压力符合给定的压力值。当用水需求超过一台水泵的供水量时, PLC会以实际用水量为依据确定水泵数量的增减, 变频器会对水泵进行实时调速从而实现恒压供水。在供水负荷发生改变的情况下, 输入电动机的电压和频率也会发生相应改变, 形成闭环控制系统。另外, 此系统还具有多种功能, 特别是它的硬件和软件功能强大、完善, 保证当运行水泵发生故障、进行维修时, 能够启动备用水泵进行正常的供水工作。

2.3 水泵的控制过程

图3是变频器外部接线图, 当启动运行时, 如果1号水泵变频启动, 水泵的转速由零开始随着频率增加不断上升。若变频器的频率达到50HZ, 水压不足未达到正常工作压力, 经过一段时间的延时, 1号水泵转换成工频运行, 这时变频器的频率由50HZ降为0HZ。此时, 2号水泵开始启动, 若此时的水压仍然不足, 便会启动3号水泵。同理, 进行切泵的时候, 如果三台水泵都处于运行状态, 当3号水泵变频运行的频率降为0HZ的时候, 水压依然处于超压状态, 经过一段时间的延时后1号泵停止运行, 变频器的频率由0HZ快速上升, 如果这个时候水压仍处于超压状态上, 就要延时一段时间, 使2号泵停止运行。采用这样的切泵方式, 有助于减少水泵的频繁启停给水泵带来的伤害, 延长水泵的使用寿命。同时, 在实际管网做出应对水压波动的反应以前, 变频器的调节可以使水压保持较为平稳的状态, 避免出现高层住户短时间断水的情况出现。

3 变频恒压供水的优势

变频调速恒压供水系统与传统的供水方式相比, 它能够维持24小时恒定压力, 还能根据压力信号大小实现无级压力调整, 避免由于压力造成的管网破裂和水龙头开启时的共振现象。近年来, 变频恒压供水系统渐渐取代了以往的高位水箱和压力罐供水设施, 不仅大大节省了资金和设施占地空间, 还能够减少水泵的损耗, 大大延长水泵的使用寿命。变频恒压供水系统能够有效避免传统供水方式中启停时的“水锤效应”, 避免供水系统中水压不稳, 同时减少水质污染问题的出现。

变频恒压供水系统能够根据用户的实际用水情况, 自动进行调节, 调整电机的转速, 使其达到更好的节能效果。变频恒压供水能够支持多泵循环工作, 这样一来, 可以解决传统供水方式中无论何时必须开启至少一个泵运行的问题, 大大节省了人力、物力。

4 结论

随着科学技术的发展, 我们的经济得到巨大的发展, 人们生活水平不断提高, 大家对衣食住行质量的要求也渐渐高了起来。生活用水作为与人们生活息息相关的重要资源, 自然会引起人们的广泛关注。变频恒压供水系统具有节能, 供水质量好等优势, 获得了社会各界的普遍认同。

摘要：近些年来, 随着人们节能意识的提高, 生活中的很多领域人们都在强调要降低能耗, 人们在衣食住行的很多方面都在重视节能减排。而变频调速技术应用于恒压供水系统有利于更好地配置资源, 达到节约能源的目的。本文浅析了变频调速在恒压供水系统中的节能原理, 对变频调速恒压供水系统进行了简述, 并对变频调速恒压供水系统的优势进行了概括, 希望能够给相关工作的同仁以帮助。

关键词：变频调速,水泵,恒压供水系统

参考文献

[1]陈立定, 吴玉香, 苏开才.电气控制与可编程控制器[M].广州:华南理工大学出版社, 2003.

[2]纪志祥.基于S7——200PLC的变频调速恒压供水系统改造设计[J].山东纺织经济, 2005 (6) .

7.PLC在恒压供水系统中应用 篇七

关键词：变频器,恒压供水,常见问题,对策

0引言

本文主要研究变频器在恒压供水中的常见问题和对策,为了更好的研究上述问题,是以西门子公司生产的S7-200型号的PLC作为控制器,选用MM440型号的变频器进行研究,上述设备的具体性能参数为 :

(1)S7-200型号PLC

S7-200系列PLC中可提供4种不同的基本型号的8种CPU供选择使用。它本身没有CPU,只能与基本单元相连接使用,用于扩展I/O点数。

(2)MM440型号变频器

MM440型号变频器具有模块化设计和CE标记。该变频器具有引导灵活、调试简单等特性,此外,该变频器还具有6个可以进行编程的独立的数字信号输入。

1 常见问题和原因

(1)变频器供水设备系统压力不稳,容易振荡

变频器恒压供水系统选用了气压罐的方式,通常情况下,是在气压罐上完成压力点的采集。由于空气具有可压缩性,且空气在水中的溶解度会跟随压力的大小而改变,这种情况直接会造成供水系统的振荡。

气压罐上压力点的采集位置用来安装压力传感器,假设在离水泵出水口较近的位置进行压力点的采取,由于该位置受到水泵出水口的流速影响特别明显,从而导致压力传感器的测量值会呈现不稳定的情况,使得恒压供水系统振荡。

恒压供水系统的控制器和变频器的加速时间、减速的时间不同,为了保证系统的稳定性,需要将控制器的加速时间、减速时间设置为不小于变频器加速时间、减速时间。

(2)变频器恒压供水设备泵的启动、停止过于频繁

在变频器恒压供水系统中,当全部的设备泵都已经“关闭”后,只有当恒压供水系统的实际压力值不大于给定的压力值时,上述的设备泵才会“启动”。针对这种情况,为了避免泵的启停频繁,可以将该项参数值设置高些。

(3)在恒压供水系统中,设备泵的模拟输出值不合理,此外,系统的工作频率和控制器的输出频率不相等

第一,要求确定出现上述情况大体是哪个硬件导致的。将控制器处于“手动”调试状态,然后使用万用表来测量频率在0赫兹、50赫兹情况下,控制器的输出情况。不妨设在频率为0赫兹情况时,控制器的输出不小于30m V ;在频率为50赫兹情况时,控制器的输出不大于该控制器的铭牌所标识的输出电压值,当系统的工作频率和控制器的输出频率不相等,直接表明该恒压供水系统已经出现问题,具体情况如下所述 :

A、如果随着恒压供水系统的工作频率的不断改变,控制器的输出量保持稳定,这种情况是不正常的,通常导致这种情况发生的大都是模拟输出电路出现损坏。

B、如果观测到恒压供水系统的控制器输出值是跟随工作频率不断变化的,但是却不能达到最大值,遇到这种情况,可以通过修改控制器中的相关电位器来实现输出值可达到最大值的情况。

第二,假设控制器的模拟输出值是正常的,当控制器输出达到最大值时,变频器不能达到50Hz,则表示变频器的设定值存在问题,可以通过调节变频器的频率增益来解决该问题。

(4)变频器供水设备水泵更换时,变频器输出不为零

第一,需要确定控制器给变频器的控制线全部接上,在水泵执行切换动作时,控制器会给变频器一个滑行停车信号,即EMG信号。如果EMG信号并没有输出,则表明控制器存在问题。

(5)变频器供水设备控制电机的接触器无动作,电机不启动

假设变频器的工作环境较恶劣,受到的干扰因素也较多,针对这种情况,则要求用户完成变频器运行参数的修改后,需要把控制器小窗口所显示的开关进行关闭,从而确保变频器工作的安全性和可靠性,同时,也保证了系统的运行数据信息不会丢失。假设数据信息一段时间会出现运行不正常,控制器能自动运行,系统的稳定压力也没有被改变,这种情况下的,控制器能够将原始的数据信息读取回来。

(6)控制电机的接触器无动作,电机不启动

需要通过查看控制器面板,来观察控制器的实际工作情况,然后根据控制器的使用说明书上,所给出的面板上某台泵的设定状态和运行状态执行操作。假设控制电机的接触器无动作所对应的控制器面板上某台泵的运行状态为“输出”,针对这种情况,设备维护人员必须对接触器的实际接线和继电器的逻辑进行检测,并判断该设备是否处于正常的工作状态。假设通过检测,接触器的实际接线盒继电器的逻辑之间没有问题,则使用万用表来对控制器所对应的继电器进行输出。

(7)压力传感器显示压力变化,而面板显示压力却不变

需要检查压力传感器和控制器的接线是否有松动或存在接触不良的现象。假设通过检查后,不存在上述现象,则使用万用表来对控制器的模拟量的输入口的电压值进行测量。具体测量步骤为 :

第一,测量SV端和GND端,假设两端之间的电压值为5V,则表示提供模拟量输入口的电源正常。

第二,可以把10K欧姆滑动电阻接在控制器的输入口的三个端子。

(8)工作时系统压力大于设定值,主机不停止工作

导致工作时系统压力大于设定值的原因有 :

压力传感器反应的压力和面板的压力不相符,只是压力传感器的压力大于设定值,控制器面板所显示的是“压力并未超出”,需要检查压力传感器是否损坏,接线是否存在问题。

假设压力传感器处于“正常工作状态”,则需要对变频器供水设备泵的实际运行状态进行检测。若处于“关闭”状态,主机不停止工作,是正常情况。若处于“开启”状态,需要对主泵电机的运行频率进行查看,并保证该运行频率的最低频率并不是给定的值,这种情况则表示系统是处在正常运行状态。

2 对策

(1)变频器恒压供水系统设计初期,必须在系统的设计图纸上,完成该系统所使用电机转速,从而避免上述问题的发生。

8.浅析PLC恒压供水系统 篇八

在供水系统管路中阀门开度保持某一数值不变的前提下, 供水系统中水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间关系f (Q) 呈现出如图1所示曲线。在图1中我们可以很直观的看到, 扬程H与流量Q两者之间保持反比例关系, 即扬程H越小, 流量Q越大。如果可以保证阀门开度和水泵转速保持恒定值不变, 那么我们就可以简单的将流量Q的大小与用户实际用水量联系起来, 同样只有保持水泵转速恒定, 对管阻特性进行研究才会具有一定的意义。所谓管阻特性即是指在阀门开度恒定的前提下, 扬程H与流量Q之间存在的函数关系H=f (Q) 。此外, 管阻特性直接表明出水泵能量在克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力等过程中消耗掉, 符合能量守恒定律。从扬程H与流量Q之间关系f (Q) 曲线图可以直接看出, 阀门开度变化时, 只是改变了某一扬程下, 供水系统向用户供水的能力, 扬程特性曲线与管阻特性曲线的焦点正是供水系统的工作点, 在该工作点处, 供水系统的供水量Q与用户的用水量Q始终保持着相对平衡关系, 换句话说, 只有供水系统满足了扬程和管阻两个特性时, 才能够保证供水系统稳定可靠的运行。

2 PLC恒压供水系统设计方案

PLC恒压供水系统是由控制器、变频器、水泵机组等部分组成的, 系统在控制器的控制下, 实现对多台水泵机的循环控制效果。通过一定的技术手段, 控制器能够对整个供水管网的水压加以控制, 在变频器的作用下实现对输出频率和电机转速的可靠控制, 保证供水管网始终运行在恒定值范围内。这里所讲的控制器就是PLC, 系统的主要设计方案为:

2.1 信号检测

供水系统需要对管网实时运行情况进行监测, 这里的信号主要包括传感器压力信号、差压变送器液位信号及PLC报警信号3种。压力信号是通过压力传感器收集到的信号, 该信号能够提供整个供水管网中的实时压力值, 进而实现实时监测功能。该信号是一个通过PLC模拟量传输通道进行传输的模拟信号;模拟信号是由差压变送器获得的, 该信号主要是用来表示水泵进水管网的液位值, 对于整个供水系统而言, 该信号在很多情况下是用来控制进水管网无水抽空的情况下起到一定保护作用, 避免严重情况发生。这一模拟信号同样是通过PLC的模拟量输入端子进行传输的;报警信号是通过变频器、压力传感器、差压变送器这3个部件共同获取的, 该信号主要是用来显示系统的运行状态 (不正常状态/正常状态等) 。

2.2 控制部分

PLC恒压供水系统的主要控制部分有PLC、变频器、电控设备。其中PLC是整个恒压供水系统的控制核心, 主要作用是获取整个系统运行过程中的各种重要信号, 根据监控信号来实现对供水系统运行状态的控制, 在变频器的作用下实现供水系统中水泵机组运行状态的及时调整;恒压供水系统中的变频器主要作用是对水泵机组进行控制, 其内置的PID功能可以对PLC信号进行实施检测, 进而保证水泵频率工作在正常范围内。

3 结论

当前PLC恒压供水系统已经在很多领域有着非常广泛的应用, 未来该系统将朝着更为智能化的方向发展。如果水泵机组采用的是3台并联供水方式, 那么我们就可以根据用户用水量的大小来决定投入多少水泵执行任务, 这在很大程度上降低了能源消耗。一旦用户用水量降低, 就可以通过单台泵变频来工作;随着供水量的不断增加, 水泵运行频率将逐步增大, 当水泵最大输出功率无法满足用户需要时, 恒压供水系统将直接自动调整至工频状态, 以满足用户需求。在今后的工作中, 笔者将继续致力于该领域的研究工作, 以期能够获得更多更有价值的研究成果。

参考文献

[1]朱思亮.基于PLC的恒压供水监控系统设计与实现[D].电子科技大学, 2013.

[2]殷智坚, 谭杰.PLC恒压供水系统变频节能的优化研究[J].科技风, 2012, 21:105.

9.PLC在恒压供水系统中应用 篇九

水是人生活中不可缺少的重要物质, 节水节能已经成为全球时代的发展趋势。本文是以小区供水系统为对象,采用PLC和变频技术相结合来设计一套城市小区恒压供水系统,使系统运行可靠,安全节能,获得最佳的运行工况。

2 系统理论分析

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,s表示转差率, p表示电动机极对数。由以上可知,三相异步电动机的调速方法有 :(l) 改变电源频率f ;(2) 改变转差率s ;(3) 改变电机极对数p。

变频恒压供水系统如图1所示 :

3 系统控制电路的设计

PLC主要是用于实现变频恒压供水系统的自动控制,要完成以下功能 :自动控制三台水泵的投入运行 ;能在三台水泵之间实现变频泵的切换 ;三台水泵在启动时要有软启动功能 ;对水泵的操作要有手动 / 自动控制功能,手动只在应急或检修时临时使用 ;系统要有完善的报警功能并能显示运行状况。

基于PLC的变频恒压供水系统主电路图如图2所示 :FU为主电路的熔断器 ; QS1、QS2、QS3、QS4分别为变频器和三台水泵电机与主电路的隔离开关 ;接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运 行 ;接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行 ; FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电机过载保护用的热继电器 [1-3] ;三台电机分别为M1、M2、M3,它们分别带动水泵1#、2#、3#。

本系统采用三泵循环变频运行方式, 即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行,其余水泵在工频下做恒速运行,在用水量小的情况下,如果变频泵连续运行时间超过3h,则要切换下一台水泵,即系统具有“倒泵功能”[4-5],避免某一台水泵长时间工作,因此在同一时间内只有一台水泵工作在变频下,但不同时间段内三台水泵都可以做变频泵。

三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器的R、S、T端,变频器的输出端U、V、W通过接触器的触点接至电机 [6-7]。当电机工频运行时,连接至变频器的隔离开关及变频器输出端的接触器断开,接通工频运行的接触器和隔离开关。主电路中的低压熔断器除接通电源外,同时实现短路保护,每台电动机的过载保护由相应的热继电器FR实现。

4 系统软件设计

PLC主程序由系统初始化程序、水泵电机起动及切换程序、采样信号的运行程序等构成。

(1) 系统初始化程序分析

在启动系统时,先对系统的整个当前状态进行检测,如果出现差错及时报警, 接着对变频器变频运行的上下限频率、PID控制的各参数进行初始化处理,赋予一定的初值,在初始化子程序的最后进行中断连接。系统进行初始化是在主程序中通过调用子程序来是实现的。在初始化后紧接着要设定白天 / 夜间两种供水模式下的水压给定值以及变频泵泵号和工频泵投入台数。

(2) 增、减泵判断和相应操作程序分析

当PID调解结果大于等于变频运行上限频率(或小于等于变频运行下限频率)且水泵稳定运行时,定时器计时5min (以便消除水压波动的干扰)后执行工频泵台数加1(或减1)操作,并产生相应的泵变频启动脉冲信号。

(3) 水泵的软启动程序分析

增减泵或倒泵时复位变频器为软启动做准备,同时变频泵号加一,并产生当前泵工频启动脉冲信号和下一台水泵变频启动脉冲信号,延时后启动运行。当只有一台变频泵长时间运行时,对连续运行时间进行判断,超过3h则自动倒泵变频运行。

(4) 各水泵变频运行控制逻辑程序分析

各水泵变频运行控制逻辑大体上是相同的,现在只以1# 水泵为例进行说明。当第一次上电、故障消除或者产生1# 泵变频启动脉冲信号并且系统无故障产生、未产生复位1# 水泵变频运行信号、1# 泵未工作在工频状态时,Q0.1置1,KM2常开触点闭合接通变频器,使1# 水泵变频运行,同时KM2常闭触点打开防止KM1线圈得电,从而在变频和工频之间实现良好的电气互锁,KM2的常开触点还可实现自锁功能。

(5) 各水泵工频运行控制逻辑程序分析

水泵的工频运行不但取决于变频泵的泵号,还取决于工频泵的台数。由于各水泵工频运行控制逻辑大体上是相同的, 现在只以1# 水泵为例进行说明。产生当前泵工频运行启动脉冲后,若当前2# 泵处于变频运行状态且工频泵数大于0,或者当前3# 泵处于变频运行状态且工频泵数大于1,则Q0.0置1,KM1线圈得电, 使得KM1常开触点闭合,1# 水泵工频运行,同时KM1常闭触点打开防止KM2线圈得电,从而实现变频和工频之间实现良好的电气互锁,KM1的常开触点还可实现自锁功能。

(6) 报警及故障处理程序分析

本系统中包括水池水位越限报警指示灯、变频器故障报警指示灯白天模式运行指示灯以及报警电铃。当故障信号产生时,相应的指示灯会出现闪烁的现象,同时报警电铃响起。而试灯按钮按下时,各指示灯会一直点亮。故障发生后重新设定变频泵号和工频泵运行台数,在故障结束后产生故障结束脉冲信号。

由于变频恒压供水系统主程序梯形图比较复杂,不方便全部画出,在此仅画出其控制过程的流程图。主程序流程图如图3所示。本设计主程序大体包括以下几部分 :(1) 调用初始化子程序,设定各初始值 ;(2) 根据条件确定工频泵运行数 ;(3) 根据增泵、倒泵情况确定变频泵号 ;(4) 通过工频泵数和变频泵号对各泵运行情况进行控制 ;(5) 进行报警和故障处理。

本设计采用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程仿真。其其CPU226和EM235的仿真图如图4所示 :

经过此次的仿真调试,所得的结果完全符合本设计的要求,通过信号的输入实现了恒压供水系统的正常启动、夜间与白天供水模式的正常切换、水位上下线报警等功能。

5 结论