PLC及变频调速技术在泵站恒压供水中的应用.docx

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1、PLC及变频调速技术在泵站恒压供水中的应用张英菊导语：介绍了系统的硬件构成、软件设计、工作原理、运行方式、参数整定等。长时间的运行说明系统的稳定性和平安性很好。摘要：根据工业恒压供水的要求，采用PLC与变频调速技术对供水泵组进展控制，并在控制系统中引进了软硬件双重滤波技术和数字PID在线控制技术。介绍了系统的硬件构成、软件设计、工作原理、运行方式、参数整定等。长时间的运行说明系统的稳定性和平安性很好。关键词：恒压供水；变频调速；水泵；PLC0引言供水系统是国民消费生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致局部设备不能正常工作

2、。变频调速技术是一种新型成熟的沟通电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，十分是供水行业中。由于平安消费和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因此变频调速技术得到了更加深化的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操纵方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：1维持水压恒定；2控制系统可手动/自动运行；3多台泵自动切换运行；4系统睡眠与唤醒。当外界停顿用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒；5在线调整PID参数；6泵组及线路保护检测报警，信号显示等。其工作原理如图1所示。将管网的实际压力经反应后与给定压力进展比拟，当

3、管网压力缺乏时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。1系统硬件构成系统采用压力传感器、PLC和变频器作为中心控制装置，实现所需功能。图2为3台泵恒压供水系统的构造图。安装在管网干线上的压力传感器，用于检测管网的水压，将压力转化为420mA的电流信号，提供应PLC与变频器。变频器是水泵电机的控制设备，能按照水压恒定需要将050Hz的频率信号供应水泵电机，调整其转速。ACS变频器功能强大，预置了多种应用宏，即预先编置好的参数集，应用宏将使用经过中所需设定的参数数目减小到最小，参数的缺省值依应用宏的选择而不同。系统

4、采用PID控制的应用宏，进展闭环控制。该宏提供了6个输入信号：启动/停顿DI1、DI5、模拟量给定AI1、实际值AI2、控制方式选择DI2、恒速DI3、允许运行DI4；3个输出信号：模拟输出频率、继电器输出1故障、继电器输出2运行；DIP开关选择输入010V电压值或者020mA电流值系统采用电流值。变频器根据给定值AI1和实际值AI2，即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反应电流信号，利用PID控制宏自动调节，改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速，以保证管网压力恒定要求。根据泵站供水实际情况与需求，利用一台变频器控制3台水泵，因此除改变水泵电机转速外，还要通过增减运行泵的台数来

5、维持水压恒定，当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时，要投入下一台泵运行。反之，当变频器输出频率降至最小，压力仍过高时，要切除一台运行泵。所以不仅需要开关量控制，还需数据处理才能，采用FX4AD4模拟量入获得模拟量信号。它在应用上的一个重要特征就是由PLC自动采样，随时将模拟量转换为数字量，放在数据存放器中，由数据处理指令调用，并将计算结果随时放在指定的数据接触器中。通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量，提供应PLC1，与恒压对应电流值、频率上限、频率下限考虑到水泵电机在低速运行时危险，必须保证其频率不低于20Hz，因此频率上限设为工频50Hz，下限设为20Hz进展比拟，

6、实现泵的切换与转速的变化。系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换经过尽可能快，以保证供水的连续性，水压波动尽可能小，进而进步供水质量。但元件动作经过太快，会有回流损坏变频器。为了防止故障的发生，硬件上必须设置闭锁保护，即1Q与4Q，2Q与5Q，3Q与6Q不能同时闭合。2系统软件设计控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进展控制的程序。它对3台泵的控制，主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停顿的条件、顺序、经过等问题。当变频器输出频率到达频率上限，供水压力未到达预设值时，发出加泵信号，投入下1台泵供水。当供水压力到达预设值

7、，变频器输出频率降到频率下限时，发出减泵信号，切除在工频运行方式中的1台泵。系统刚启动时，情况简单，首先启动一号泵即可。但考虑3台泵结合运行时情况复杂，任1台或者2台泵可能正在工频自动方式下运行，而其他泵那么可能在变频器控制下运行，因此必须预先设定增减水泵的顺序。即获得加泵信号后，按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序优先考虑。获得减泵信号后，按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序优先考虑。为了防止故障的发生，软件上也必须设置保护程序，保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。在加减泵时必须设置元件动作顺序及延时，防止误动作发生。系统切换泵流程见图3。考虑到系统工作环境对运行状态的影响，在设计中

8、采用硬件、软件上的双重滤波来消除干扰的影响。硬件上变频器提供了滤波时间常数，当模拟输入信号变化时，63的变化发生在所定义的时间常数中；软件上采用数字滤波的方式，系统采用平均值的方法。计算最近10次采样的平均值，其计算公式如下：3系统参数确实定系统变频运行主要靠变频器来实现。变频器有一数目很大的参数群，初始情况下，只有所谓的根本参数可以看到。只需设定简单的几个参数，变频器就可以工作。主要根本参数见表1。除根本参数外，还必须对完好参数进展设定。完好参数的设定主要是PID参数的整定，它是按照工艺对控制性能的要求，决定调节器的参数Kp，TI，TD。控制表达式为：系统运算程序见图4。变频器根据偏向调节P

9、ID的参数，当运行参数远离目的参数时，调节幅度加快，随着偏向的逐步接近，跟踪的幅度逐渐减小，近似相等时，系统到达一个动态平衡，维持系统的恒压稳定状态。4试验结果由于系统的显示和通讯功能，可以对系统工作情况进展监测。考虑到管网覆盖面积大，泵站海拔高度相对低，远端供水压力需维持3kg，因此泵站出水口压力必须维持5kg。试验条件为管网初始无压力，电磁阀控制一定量一样用水情况下启动系统。获得的数据经MATLAB进展插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线5。试验记录的数据显示，系统在未进展滤波和PID控制时，响应速度十分慢、误差大、振荡严重，见图5。在未进展滤波而引入数字PID控制时，响应速度明

10、显加快，但振荡问题未能得到解决，这是由于喘振现象的存在；当管道压力与设定值近似相当时，水锤效应影响明显，压力波动异常，PID的参数跟踪整定，形成恶性循环，管道中空气的存在也会导致振荡问题，见图6。引入滤波与数字PID控制后，系统控制品质明显好转，响应速度快，克制了振荡问题，见图7。表2为试验数据表。该系统是按照工业消费需求设计的，实现了预定的一系列功能，保证了系统的稳定和平安性，在长时间运行中获得了良好的效果。只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。参考文献1钟肇新.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，1993.2张建奇.数字PID变频调速在PLC恒压供水中的应用J.北京：微计算机信息，2002，184.3任成玉.计算机控制技术与系统M.北京：水利电力出版社，1985.4何克忠.计算机控制系统分析与设计M.北京：清华大学出版社，1988.5孙德宝.自动控制原理M.北京：化学工业出版社，2002.0