基于plc的变频调速供水系统论文.docx

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1、基于plc的变频调速供水系统论文shixi导语：采用电动机调速装置与可编程控制器PLC构成控制系统，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时到达稳定供水压力和节约电能的目的1.概述恒压供水控制系统的根本控制策略是：采用电动机调速装置与可编程控制器PLC构成控制系统，进展优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时到达稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目的是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反应的总管压力实际值进展比拟，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，进而到达给水总管压力稳定在设

2、定的压力值上。随着电力电子技术的开展，电力电子器件的理论研究和制造工艺程度的不断进步，电力电子器件在容量、耐压、特性和类型等方面得到了很大的开展。进入90年代电力电子器件向着大容量、高频率、响应快、低损耗的方向开展。作为应用当代电力电子器件与微计算机技术有机结合的沟通变频调速装置，随着产品的开发创新和推广应用，使得沟通异步电动机调速领域发生一场宏大的技术革命。目前自动恒压供水系统应用的电动机调速装置均采用沟通变频技术，而系统的控制装置采用PLC控制器，因PLC不仅可实现泵组、阀门的逻辑控制，并可完成系统的数字PID调节功能，可对系统中的各种运行参数、控制点的实时监控，并完成系统运行工况的CRT

3、画面显示、故障报警及打印报表等功能。自动恒压供水系统具有标准的通讯接口，可与城市供水系统的上位机联网，实现城区供水系统的优化控制，为城市供水系统提供了当代化的调度、治理、监控及经济运行的手段。2.控制方案在住宅小区水厂的管网系统中，由于管网是封闭的，泵站供水的流量是由用户用水量决定的，泵站供水的压力以知足管网中压力最不利点的压力损失P和流量Q之间存在着如下关系：P=KQ2；式中K为系数设PL为压力最不利点所需的最低压力，那么泵站出口总管压力P应按下式关系供水，那么可知足用户用水的要求压力值，又有最正确的节能效果。P=PL+P=PL+KQ2；因此供水系统的设定压力应该根据流量的变化而不断修正设定

4、值，这种恒压供水技术称为变量恒压供水，即供水系统最不利点的供水压力为恒值而泵站出口总管压力连续可调。典型的自动恒压供水系统的构造框图如图1所示；系统具有控制水泵出口总管压力恒定、变流量供水功能，系统通过安装在出水总管上的压力传感器、流量传感器，实时将压力、流量非电量信号转换为电信号，输入至可编程控制器PLC的输入模块，信号经CPU运算处理后与设定的信号进展比拟运算，得出最正确的运行工况参数，由系统的输出模块输出逻辑控制指令和变频器的频率设定值，控制泵站投运水泵的台数及变量泵的运行工况，并实现对每台水泵根据CPU指令施行软启动、软切换及变频运行。系统可根据用户用水量的变化，自动确定泵组的水泵的循

5、环运行，以进步系统的稳定性及供水的质量。3.系统功能该系统选用FR-500日本三菱变频器。该系统中具有功能：3.1自动切换变频/工频运行功能变频器提供三种不同的工作方式供用户选择：方式0：根本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵并实时根据其输出频率：控制其他辅助泵启停。即当变频器的输出频率到达最大频率时启动一台辅助泵工频运行、当变频器的输出频率到达最小频率时那么停顿最后启动的辅助泵。由此控制增减工频运行泵的台数。方式1：交替方式，变频器通常固定驱动某台泵，并实时根据其输出频率，使辅助泵工频运行，此方式与方式0不同之处在于假设前一次泵启动的顺序是泵1泵2，当变频器输出停顿时，下一次启动顺序变为泵2

6、泵1。方式2：直接方式。当启信号输入时变频器启动第一台泵当该泵到达最高频率时，变频器将该泵切换到工频运行，变频器启动下一台泵变频运行，相反当泵停顿条件成立时，先停顿最先启动的泵。3.2PID的调节功能由压力传感器反应的水压信号(4-20MA或者-5V)直接送入PLC的A/D口(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC计算何以需切换泵的操纵完成系统控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完好。3.3“休眠功能系统运行时经常会碰到用户用水量较小或者不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停

7、顿工作，2、3泵不工作，水泵停顿(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停顿1泵，当水压下降到一定值时将先启动变频器运转2泵或者3泵，当频率到达一定值后将启动1泵调节2或者3泵的转速。 “休眠值变频器输出的下限频率PR507设置。 “休眠确认时间用参数PR506设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即tdtn时变频器继续工作，当tdtn时变频器将进入休眠状态。“唤醒值由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。经测试“休眠值为10HZ。 “休眠确认时间td:20s “唤醒值70%3.4通讯功能该系统具有计算机的通讯功能，PLC变频器均提供有RS

8、232或者485接口PLC可选用西门子的S7-200计算机可以与一套或者多套系统进展通讯，利用计算机同时可以监测：电流、电压、频率、转速、压力等也可以控制变频器的各类参数。此外该系统还具有手动/自动操纵，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。4.运行特征以三台水泵的恒压供水系统为例，系统在自动运行方式下，可编程控制器控制变频器软启动1#泵，此时1#泵进入变频运行状态，其转速逐渐升高，当供水量Q1/3Qmax时Qmax为三台水泵全部工频运行时的最大流量，可编程控制器CPU根据根据供水量的变化自动调节1#泵的运行转速，以保证所需的供水压力。当用水量Q在1/3Qmax当外供水量

9、减少至1/3Qmax5.系统经济效益分析及系统优点。5.1经济效益分析变量泵的功率N1、供水量Q1与泵转速n1三者的关系如下式：N1/Q1=n1/n3Q1/Q=n1/n式中Q额定流量，Q1N额定流量Q时的轴功率n水泵的额定转速因额定流量Q=100%时，n=100%，N=100%，假设n1=90%n时Q1=90%Q，N1=72.9%N，即可节电27.1%。假设n1=80%n时Q1=80%Q，N1=51.2%N，即可节电48.8%。5.2系统优点5.2.1恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而到达调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截

10、流损失的效能。5.2.2由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。5.2.3因实现恒压自动控制，不需要操纵人员频繁操纵，降低了人员的劳动强度，节省了人力。5.2.4水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，防止电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也防止了电动机忽然加速造成泵系统的喘振。5.2.5由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行经过中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行经过中可节约可观的电能，其经济效益是特别明显的。由于其节电效果明显，所以系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常宏大。0