基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)畢業(yè)論文.DOC

河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院1基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)摘要：本文介紹了以PLC-變頻器為核心構(gòu)成系統(tǒng)的控制原理、接口組成、軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)。變頻器-PLC調(diào)控技術(shù)在水壓控制系統(tǒng)成功應(yīng)用,有效地解決了控制負(fù)荷波動(dòng)大,調(diào)節(jié)頻繁的難題，證明了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)優(yōu)越的技術(shù)性能和極其顯著的經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值和進(jìn)一步的研究價(jià)值。關(guān)鍵詞:PLC；變頻器；調(diào)節(jié)器(PID)；控制系統(tǒng)Abstract：Theauthorintroducesthecontrolprinciple、interface、softwaredesignandadvantagesinthisFrequencyConverterPLCcontrolsystem.ItsolvedeffectivelyproblemsuchasbigloadfluctuationandfrequentadjustmentbythefrequencyConverter-PLCcontroltechnique.AndithasprovedthatthefrequencyConvertercontrolsystemhasadvancedtechniqueandnotablebenefit.Inaddition,Ithasgoodapplicationvalueandmoreresearchvalue.KeyWord：FrequencyConverter；PLC；Regulator；ControlSystem0引言隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個(gè)典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實(shí)踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。1系統(tǒng)介紹1.1系統(tǒng)組成本系統(tǒng)主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時(shí)間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動(dòng)力控制線路以及4臺(tái)水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院2通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號(hào)變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí)，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)配備的時(shí)間控制器和PID控制器，使其具有定時(shí)換泵運(yùn)行功能（即鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（PID控制器和時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)）。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時(shí)維修和系統(tǒng)的正常供水。1.2工作原理開始時(shí)，若硬件、軟件皆無備用（兩者同時(shí)有效時(shí)硬件優(yōu)先），1#泵變頻啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間（避免由于干擾而引起誤動(dòng)作）后，1#泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，2#泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則依次啟動(dòng)3#、4#泵，泵的切換過程同上；若開始時(shí)1#泵備用，則直接啟2#變頻，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升，如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時(shí)水壓還在下限值，延時(shí)一段時(shí)間后，2#泵切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz，3#泵變頻啟動(dòng)，如水壓仍不滿足，則啟動(dòng)4#泵，泵的切換過程同上；若1#、2#泵都備用，則直接啟3#變頻，具體泵的切換過程與上述類同。同樣，若3臺(tái)泵（假設(shè)為1#、2#和3#）運(yùn)行時(shí)，3#泵變頻運(yùn)行降到0Hz，此時(shí)水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使1#泵停止，變頻器頻率從0Hz迅速上升，若此后水壓仍處于上限值，則延時(shí)一段時(shí)間后使2#泵停止.這樣的切換過程，有效地減少泵的頻繁啟停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對水壓波動(dòng)做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時(shí)間停水的情況發(fā)生。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時(shí)，通常是采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁啟停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中，直接停工頻泵，同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實(shí)現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)缺水現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院3圖1恒壓供水系統(tǒng)原理圖1.3運(yùn)行方式該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式：手動(dòng)運(yùn)行按下按鈕啟動(dòng)或停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時(shí)用。自動(dòng)運(yùn)行合上自動(dòng)開關(guān)后，1#泵電機(jī)通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，啟2#變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)；待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式啟動(dòng)1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對多臺(tái)泵軟起動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。1.4故障處理(1)故障報(bào)警當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時(shí)，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)；特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時(shí)，系統(tǒng)河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院4還會(huì)自動(dòng)停機(jī)，并發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)，通知維修人員前來維修。此外，變頻器故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停機(jī)，此時(shí)可切換至手動(dòng)方式保證系統(tǒng)不間斷供水。(2)水泵檢修為維護(hù)和檢修水泵，要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下，在一段時(shí)間間隔內(nèi)使某一臺(tái)水泵停運(yùn)，系統(tǒng)設(shè)有水泵強(qiáng)制備用功能（硬件備用），可隨意備用某一臺(tái)水泵，同時(shí)不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；為了使水泵進(jìn)行輪休，系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能（鐘控功能，由時(shí)間控制器實(shí)現(xiàn)），工作泵與備用N泵具有周期定時(shí)切換功能，周期間隔由時(shí)間控制器設(shè)定：1小時(shí)每次96小時(shí)每次連續(xù)可調(diào)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1PLC的選擇根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在滿足控制要求的原則上，盡量降低成本，選用松下電工生產(chǎn)的FP0系列的PLCFP0-C32CP。以下是FP0系列PLC的特點(diǎn)：超小型尺寸：一個(gè)控制單元只有25毫米寬，甚至擴(kuò)充到I/O128點(diǎn)，寬度也只有105毫米，它的安裝面積是同類產(chǎn)品中最小；可選擇三種安裝方式：DIN導(dǎo)軌條安裝、底面直接安裝、附面直接安裝；控制單元寬度：30mm；控制單元尺寸：寬25高90長60毫米，最大可擴(kuò)充至128點(diǎn)，此時(shí)尺寸：寬105高90長60毫米。2.2變頻器的選擇變頻器和PLC一樣是整個(gè)系統(tǒng)的核心元件，在滿足控制要求的情況下，選A737W恒壓供水系列A737W變頻器系列是為風(fēng)機(jī)、泵類、空氣壓縮機(jī)流量和壓力控制特點(diǎn)研制的專用變頻調(diào)速器，除具有一般變頻器的特性外，還具有節(jié)能功因控制（PFC）、低噪音運(yùn)轉(zhuǎn)、PID反饋等特點(diǎn)，有短路及接地故障保護(hù)，允許有電壓波動(dòng)的電網(wǎng)環(huán)境，比其他品牌變頻器更具特色。本產(chǎn)品也考慮到恒壓供水（氣）