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基于PLC变频控制恒压供水系统设计_杨月

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网络出版时间:2013-12-02 12:09 网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2086.TN.20131202.1209.098.html

基于PLC变频控制恒压供水系统设计
中北大学机械工程与自动化学院 南京信息工程大学自动控制系 杨 贺 月 鑫
【摘要】本文介绍了PLC与变频调速技术的恒压供水控制系统的设计在实验室中的应用,采用PLC进行逻辑控制,变频器用来调节管网口的压力。通过测得管网口 的压力与给定的压力进行比较,由PLC控制变频与工频的切换。本文采用OMRON C系列小型PLC控制器结合富士FRENIC 5000G11S系列变频器控制水泵,现变频 恒压供水系统[1]的设计。并结合一些辅助控制器件实现对系统的保护,使系统运行*稳可靠。 【关键词】变频器;PLC;恒压供水

1.引言 随着变频调速技术的发展和人们对生 活用水质量的提高,变频恒压供水系统取代 了传统的供水系统,已普遍用于居民用水系 统。目前,国内大多数企业仍使用传统恒压 泵进行切换加压的供水方式,水压不稳,而 且造成能源浪费。所以,开发可靠性高,价 格优廉、控制性能好的恒压供水系统具有很 高的实用价值。变频恒压供水方式与过去水 塔或高位水箱以及气压供水方式相比,不论 是设备的投资,运行的经济性,还是系统的 稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有 无法比拟的优势,而且具有节能效果。目前 变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字 化微机控制、多品种系列化的方向发展。本 文采用PLC和变频器实现恒压供水控制系统 的设计[2]。水压波动小,运行*稳。是当今 先进合理的节能供水系统。 2.变频调速恒压供水系统结构及原理 系统采用两水泵进行供水,选用FRENIC 5000G11S变频器,PLC选用欧姆龙小型 PLC [3],变频调速控制是恒压供水系统的核 心,系统由变频器控制水泵将水直接加压或 减压送至管网出口,根据测得的管网出口处 的压力,由压力传感器将压力信号送入PID 调节器,PID调节器根据压力设定值与压力 实际值的偏差,对压力进行PID调节,输出 频率给定信号IRF(4~20mA)给变频器, 变频器根据频率给定信号IRF控制水泵的转 速,并在PID调节器上设定压力的上下限, PID将此信号送入PLC控制器,从而实现两台 水泵之间的工频、变频的切换。其系统原理 图如图1所示:

以“先开先关”顺序关泵,既保证了系统有 备用泵,又有效的防止备用泵长期不用出现 “绣死”现象。系统主电路图如图2所示:

用手动或自动两种工作方式,系统启动后, 泵1首先进人变频运行,当检测到压力上限 信号时,变频泵切换为工频,启动另一台泵 变频运行,当检测到压力下限信号时,工频 泵切除,仅变为变频泵工作,系统设计程序 流程图[5]如图4所示:

图2 系统回路图

3.2 控制电路设计 控制电路如下图3所示,SB1控制系统的 启动,SB2控制系统的停止,当水泵出现过 载时,A5灯亮。当变频器出现故障时,A6灯 亮。A1、A2分别为泵1的变频、工频运行指 示灯,A3、A4分别为泵2的变频、工频运行 指示灯。其PLC控制器的I/O点数分配如表1 所示:
表1 I/0点数分配 输入 启动按钮 停止按钮 压力上限信号 压力下限信号 变频器故障信号 0002 0003 0004 0005 0006 输出 泵1变频控制 泵1工频控制 泵2变频控制 泵2工频控制 泵过载指示灯 变频器故障报警指示 图4 变频恒压供水系统设计流程图 0500 0501 0502 0503 0504 0505

5.结论 由OMRON C系列小型PLC控制器结合富士 FRENIC 5000G11S系列变频器和压力传感器组 成的恒压供水系统,达到恒压供水的目的, 实现真正意义上的无人值守的起闭、循环切 换水泵。由于变频器具有软启动的功能,消 除了启动大电流对电网的冲击,从而延长泵 的使用寿命。该系统可广泛应用于工业供 水、生活供水、消防供水、集中供热等供水 系统。实际运行情况证明了本系统具有可靠 性高、自动化程度高、便于维护和高节能性 等特点,具有很大的应用价值。
参考文献 [1]魏景田.基于变频调速的恒压供水系统[J].科技资 讯,2008(2):48-49. [2]李丽敏,叶洪海,张玲玉.PLC恒压供水系统的设计 [J]自动化与仪器仪表,2008(01):19-25.

图1 恒压供水系统原理图

3.恒压供水系统设计 3.1 主电路设计 系统采用手动和自动两种控制方式, PLC首先使主水泵变频启动,压力传感器将 母管压力反馈给PLC,与预先设定的给定压 力比较,通过PID运算,调节变频器的输出 频率 [4],以维持水压恒定。若用水量大到1 台水泵全速运行也不能达到给定压力时, PLC将该水泵由变频运行投入到工频运行, 同时将另一台水泵投入到变频运行,增加 管网供水量以保证压力稳定。当用水量减少 时,PLC首先将工频运行的泵停掉,减少供 水量,整个系统保证变频运行时只有1台泵 变频恒压供水。系统采用变频泵循环方式,

图3 系统控制回路图

[3]郑*,范学玲,赵振林.基于PLC与变频调速的恒压 供水系统设计[J].硅谷,2010(12):57. [4]周雄,王浩.论变频控*谀芗际跫坝τ肹J].贵州科 学(增刊),2007,25:334-338. [5]廖常出.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社, 2004. 作者简介:杨月(1987—),女,安徽蚌埠人,中 北大学机械工程与自动化学院硕士研究生在读,主 要研究方向:模式识别与智能系统。

4.PLC控制流程图设计 根据恒压供水操作要求,PLC控制系统 要随时监控自来水以及供水口的情况来决定 是否要起动水泵,PLC控制程序设计的主要 任务是接收各种外部开关量信号的输入,判 断当前的供水状态、输出信号去控制继电 器、接触器、等的动作,进而调整水泵的运 行。PLC和变频器是本系统的核心部分,系 统稳定运行的关键取决于PLC程序的合理性 和可行性以及变频器参数的设定。本系统采

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