最新PLC在变频调速恒压供水系统中的应用b5.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-datePLC在变频调速恒压供水系统中的应用b5目 录PLC在变频调速恒压供水系统中的应用摘 要变频恒压供水系统是现代建筑中普遍采用的一种水处理系统，随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特性被广泛地应用于住宅小区、高层建筑的生活及消防供水系统。本课题满足了变频恒压供水系统中的基本要求，是由储水系统、动力系统，回水系统和控制系统组成。它利用流量

2、与转速成正比的关系来实现节能，即当需求的压力降低时，电动机转速降低，泵出口流量减少，电动机的消耗功率大幅度下降，从而达到节能的目的。控制系统采用手动和自动两种控制方式，在自动控制器失效的状态下，用手动控制系统也能保证系统地可靠运行。在系统投入自动运行前，手动控制还可用于检验动力线路和动力设备的工况。在有变频和工频两种运行状态的设备间，采用机械互锁和逻辑互锁的双重保护设计，以保障设备的安全运行；该系统同时采用过载保护、漏电保护、接地保护等多重保护机制，充分保障了操作者的人身安全和设备的运行安全。关键词: 恒压供水，变频调速，PLC，泵机切换目 录前 言3第一章 绪论41.1 本课题设计的背景41

3、.2 本课题设计的内容51.2.1 恒压供水系统的选型51.2.2 系统的硬件设计51.2.3 系统的软件设计51.3 本课设计的目的和意义6第二章 系统控制方案的确定82.1 变频调速82.1.1变频调速的工作原理82.2.2 变频器的技术特点及应用82.2 系统控制方案9第三章 系统硬件设计133.1 可编程控制器(PLC)的选型133.1.1 PLC概述133.1.2 PLC的选型143.2 变频器的选型153.3 水泵的选型163.4 压力传感器的选型173.5 PLC及变频器控制电路173.5.1 供水系统主电路173.5.2 供水系统控制电路183.5.3 缺水保护电路193.5.

4、4 缺相相序保护电路203.6 硬件接线图203.7 I/O分配表23第四章系统软件设计244.1 PLC-三菱-梯形图244.2 系统程序清单324.3 系统工作过程分析364.4 控制系统程序设计374.4.1启动程序374.4.2水泵切换程序374.4.3逐台停泵程序374.4.4 故障处理38第五章 结论39致 谢42参考文献40前 言随着变频调速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特性被广泛地应用于住宅小区、高层建筑的生活及消防供水系统。在智能建筑教学领域，恒压供水系统已成为一个研究的重要课题，其典型结构是由压力传感器、可编程控制器（PLC）、变频器、供水泵组等

5、组成。随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，机组的控制主要依靠值班人员的手操作，控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组常保持在超压的状态下运行，爆损现象也挺严重。本论文结合现状，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水系统。 本课题满足了变频恒压供水系统中的基本要求，是由储水系统、动力系统，回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）组成。它利用流量与转速成正比的关系来实现节能，即当需求的压力降低时，电动机转速降低，泵出口流量减少，电动机的消耗功率大幅

6、度下降，从而达到节能的目的。控制系统采用手动和自动两种控制方式，在自动控制器失效的状态下，用手动控制系统也能保证系统地可靠运行。在系统投入自动运行前，手动控制还可用于检验动力线路和动力设备的工况。在有变频和工频两种运行状态的设备间，采用机械互锁和逻辑互锁的双重保护设计，以保障设备的安全运行；该系统同时采用过载保护、漏电保护、接地保护等多重保护机制，充分保障了操作者的人身安全和设备的运行安全。第一章 绪论1.1 本课题设计的背景随着变频器调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高, 变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统, 广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统, 然而, 由于新系

7、统多会继续使用原有系统的部分旧设备(水泵) , 在对原有供水系统进行变频改造的实践中,往往会出现一些在理论上意想不到的问题. 本课题介绍的变频控制恒压供水系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题,既体现了变频控制恒压供水的技术优势,同时有效的实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：（1）逻辑运算（2）弱电控制强电。PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱（PLC、ROBOT、CAD/CAM）的首位。可编程控制器，

8、简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的的一中新型工业控制设备。 具有1.可靠性高、抗干扰能力强 2.设计、安装容易，维护工作量少 3.功能强、通用性好 4.开发周期短，成功率高 5.体积小，重量轻、功耗底等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；占位空间比继电接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、触器与于之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。因此，进行变频恒压供水系统的PLC控制系统的设计，可以推动

9、变频恒压供水系统行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。1.2 本课题设计的内容本设计将在以下几个方面对恒压供水控制系统进行研究和论证。1.2.1 恒压供水系统的选型该系统是由储水系统、动力系统，回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）组成。对象系统由四台不同功率的水泵机组组成，都为常规变频循环泵，用于模拟正常模式下的生活供水动力系统；回水系统采用有机玻璃材料结构，以使实验系统具有可观察性。1.2.2 系统的硬件设计PLC变频恒压供水控制系统由4台水泵，一台智能型电控柜（包括变频器、PLC、交流接触器、继电器等），一套压力传感器、缺水保护器、断相相序保护装置

10、以及供电主回路等构成。1.2.3 系统的软件设计系统的软件设计包括PLC的程序设计和变频器的功能参数设定。这里主要讨论PLC的程序设计。PLC的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过按钮控制水泵在工频下运行和停止，主要考虑系统调试或检修时用。当选择开关打到自动时，系统能够进入自动工作状态，由PLC和变频器联合控制各台电机的投入或切除、工频或变频运行方式。供水系统共有4台泵组电机，在根据水压决定投入泵组台数后，只有最初投入的电机进行变频调速，其它后投入的电机则在工频下全速运行，泵组电机的切换过程由逻辑控制单元PLC实现。1.3 本课设计的目的和意义随着电力技术的发展，以变频调速

11、为核心的智能供水控制系统取代了以往高位水箱和压力罐等供水设备，起动平稳，起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等东西的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应。其稳定安全的运行性能、简单方便的操作方式、以及齐全周到的功能，将使供水实现节水、节电、节省人力，最终达到高效率的运行目的。用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，

12、从而提高了供水的质量。PLC恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用PLC恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。PLC是面向工业生产过程控制的，特别是中小容量PLC成功地取代了传统的继电器接触器控制系统，使控制装置的可靠性大为提高，在改造传统工业控制设备和开发研制机电一体化高新技术产品中发挥了巨大作用。而变频器能节能和调速，并能实现自动控制程高精度控制，还能在恒压恒温控制应

13、用实现了智能控制等。本课程的基本要求是在了解PLC一般性硬软件基本构成和工作原理的基础上，并和变频器综合利用，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。第二章 系统控制方案的确定2.1 变频调速2.1.1变频调速的工作原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器的电路一般由整流环节、中间直流环节、逆变环节和控制环节4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。主电路是给异步电动机提供调压

14、调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。2.1.2 变频器的技术特

15、点及应用变频器的主要技术特点有减少功耗降低成本和简化机构提高性能。所以它在现代工业中起着重要的作用，广泛应用于航空航天，基础工业，自动控制等行业。2.2 系统控制方案PLC变频恒压供水控制系统是以PLC为控制核心，由PLC控制器、变频调速器、压力传感器、等其他电控设备以及4台水泵组成，如图2-1所示。 图2-1 变频调速恒压供水控制系统的原理图其工作过程：设定一个水压值后，根据变频恒压供水原理，利用安装在供水管网上的压力传感器，连续采集供水管网中的水压及水压变化率信号，并将水压信号转换为电信号（模拟量）通过PLC中的I/O模块儿转换为数字量送入PLC，PLC根据实际水压值与设定水压值进行比较和

16、经PID运算，并将运算结果转换为电信号，输出送到变频器的信号给定端，变频器根据给定信号，调节水泵的电源频率，从而调整水泵的转速，以维持供水管网中水压值在设定的水压范围内，当变频器频率到达最大最小时，由PLC控制加泵或减泵实现恒压供水，从而达到恒压供水的目的。这样也就形成了一个闭环控制的恒压供水系统。其中变频器的作用是为水泵电机提供可变频率的电源，实现水泵电机的无级调速，从而使管网水压连续变化，同时变频器还可作为电机软启动装置，限制电机的启动电流。压力变送器的作用是检测管网水压。智能PID调节器实现管网水压的PID调节。PLC控制单元则是泵组管理的执行设备，同时还是变频器的驱动控制，根据用水量的

17、实际变化，自动调整其它工频泵的运行台数。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续性调节提供了方便。实现了水泵电机的变频软启动, 消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击，延长机电设备的使用寿命。该系统的特点：1)四台水泵都能自动变频软启动，并根据用水量大小自动调节泵台数。2) 电控自动状态时，四台水泵自动轮换变频运行，工作泵故障时备用泵自动投入，可转换自动或人工手动开、停机。3) 设备具有缺相、欠压、过压、短路、过载等多种电气保护功能，具有相序保护防止水泵反转抽空，并具有缺水保护及水位恢复开机功能。4) 有设备工作、停机、报警指示。该系统可分为手动和自动两种运行方式，四台水泵均可以在工频或变频

18、调速状态下工作。1、手动运行当用手动方式时，把转换开关切换到手动挡。按下启动按钮，启动电机变频运行；当系统压力不够需要增加泵时，此时切断电机变频，同时PLC控制电机变频运行。 为了变频向工频切换时保护变频器免于受到工频电压的反向冲击，在切换时，用时间继电器作了0.5的时间延迟，当压力过大时，可以手动按下停止按钮，切断工频运行的电机。 使用该方式时，可根据需要，停按不同电机对应的启停按钮，可以依次实现手动启动和手动停止水泵。 该方式仅供自动故障时使用。2、自动运行由PLC在条件成立时，进行增泵升压和减泵降压控制.(1)升压控制:系统工作时，每台水泵处于三种状态之一，即工频电网拖动状态、变频器拖动

19、调速状态和停止状态。 系统开始工作时，供水管道内水压力为零，在控制系统作用下，变频器开始运行，第一台水泵软启动且转速逐渐升高，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间第一台泵处在调速运行状态。 当用水量增加水压减小时，通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一个稳定转速；反之用水量减少水压增加时，水泵按设定的速率减速到新的稳定转速。当用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频(即50HZ)时，水压仍低于设定值，锁相同步控制器控制变频器频率与工频同步，由PLC控制切换至工频电网后恒速运行；同时，使第二台水泵, 投入变频器并变速运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水

20、压达到设定值为止。在第二台投入变频运行以前，使变频器输出频率降至起动频率，然后再投入。 如果用水量继续增加，每当加速运行的变频器输出频率达到工频时，将继续发生如上转换，并有新的水泵投入并联运行。当最后一台水泵投入运行，变频器输出频率达到工频，压力仍未达到设定值时，控制系统就会发出故障报警。(2)降压控制:当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至起动频率时，水压仍高于设定值，系统将工频运行时间最长的一台水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。这样每台水泵的启动均经变频器的控制，全部机组实现循环软启动，即每台泵的启动频率先从设定的最低频率开始逐渐上升，并遵循“先开的泵先停，先停的泵先

21、开”的原则。当用水量继续下降，每当减速运行的变频器输出频率降至起动频率时，将继续发生如上转换，直到剩下最后一台变频泵运行为止。当一台水泵变速运行，用水量接近于零，水泵最小转速为临界转速时( 这是变速运行水泵最小工作转速) ，可根据这一工作状态的长短和系统用水的特点，使系统转入间歇运行或小容量水泵运行。除了具有上述自动切换功能外，系统具有一次水位检测功能，即在水位低限时报警和切断输出。该系统还设有多种保护、人机交互、强电逻辑硬件互锁、报警及上位连接功能，从而保证正常供水，且可以做到无人值守.第三章 系统硬件设计3.1 可编程控制器(PLC)的选型3.1.1 PLC概述可编程控制器，英文称Prog

22、rammable Controller，简称PLC，本课题中用PLC作为它的简称。PLC是用于工业现场的电控制器。它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。它通过运行存储在其内存中的程序，把经输入电路的物理过程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。PLC基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。而PLC则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题,入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是PLC实现

23、控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多、强的多。 PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。PLC有丰富的指令系统，有各种各样的I/O接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能：1逻辑处理功能；2数据运算功能；3准确定时功能；4高速计数功能；5中断处理（可以实现各种内外

24、中断）功能；6程序与数据存储功能；7联网通信功能；8自检测、自诊断功能。可以说，凡普通小型计算机能实现的功能，PLC几乎也都可以做到。像PLC这样。集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能，同时，也为节水行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。3.1.2 PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数

25、、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展。余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入5点，输出10点。2存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶

26、段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。因此本课题的PLC内存容量选择应能存储2000条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。3机型的选择目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。通过对输入/输出点的选择、对存储容量的选择、对I/O响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分

27、许。我决定使用的三菱公司生产的FX2N列的FX2N-32M型号的可编程控制作为变频调速恒压供水系统的控制器,但是由于和变频器之间的信号不同，我们要添加一个有A/D、D/A转换功能的模拟输入输出模块，将信号进行转换输入变频器。3.2 变频器的选型在传统的变频控制系统中，变频器的启动/停止由PLC通过开关量输出控制，变频器频率是由PLC通过模拟量输出端口输出05(10)V或420mA信号控制的，这需要购买PLC比较昂贵的模拟量输出端口模块。对变频器故障的检测是只是由PLC读取变频器的故障报警触点，只是知道变频器出现故障，但具体什么故障并不清楚，需操作人员查询变频器报警信息后再阅读变频器说明书才知道

28、，这对于一般值班人员来说太难了。因此在本系统中PLC对变频器的控制是通过串行通讯的方式实现的，我选用的是的三菱系列F500变频器风机/泵类专用变频器，采用最适磁通控制方式,实现更高节能运行。内置PID,变频/工频切换和多泵循环运行功能。PLC通过自由通讯口方式与变频器通讯，控制变频器的运行，读取变频器自身的电压、电流、功率、频率、累计运行时间和过压、过流、过负荷等全部报警信息等参数。其实物图如图31所示。图3-1 三菱F500变频器的实物图3.3 水泵的选型根据我们的需要，并结合它所具有的特点，我选用上海沪龙公司的IS式离心泵，它供输送清水及物理化学性质类似于清水的其他液体之用，适用于工业和城

29、市给排水、高层建筑增压送水、园林喷灌、消防增压、远距离输送、暖通制冷循环、浴室等冷暖水循环增压及设备配套，使用温度T：80。其实物图如图32所示。图3-2 ISG型立式离心泵的实物图3.4 压力传感器的选型根据我们的需要，并结合它所具有的特点，我选用PTH503压力传感器。它采用全不锈钢封焊结构，具有良好的防潮能力及优异的介质兼容性。输出信号: 420mA(二线制)、05V、15V、010V(三线制) 供电电压: 24DCV(936DCV)。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制，具有高精度、高稳定性、量程范围宽等优点。其实物图如图

30、33所示。图33 PTH503压力传感器的实物3.5 PLC及变频器控制电路3.5.1 供水系统主电路该系统有四台水泵， 如图34所示，合上空气开关后，当交流接触器1KM、3KM、5KM、7KM主触点闭合时，水泵为工频运行；当2KM、4KM、6KM、8KM主触点闭合时，水泵为变频运行。四个热继电器FR1FR4分别对四台电动机进行保护，避免电动机在过载时可能产生的过热损坏。图34 恒压供水的主电路3.5.2 供水系统控制电路如图35所示，Y0Y7为PLC输出软继电器触点，其中Y0、Y2、Y4、Y6控制变频运行电路；Y1、Y3、Y5、Y7控制工频运行电路。SAC为转换开关，实现手动、自动控制切换。

31、当SAC切在手动位时，通过1SB24SB2按钮分别起动四台水泵工频运行；当SAC在自动位时，由PLC控制水泵进行变频或工频状态的起动、切换、停止运行。1KA为缺水保护电路的中间继电器触点，当水池缺水或水位不足时，配合缺水保护装置断开控制电路，切断主电路，实现缺水保护作用。 图35 恒压供水系统的控制电路3.5.3 缺水保护电路当水池缺水或水位不足时，若不及时切断电源就会损坏水泵，甚至发生事故。本系统设置了缺水自动保护电路，如图36所示。利用液位继电器等装置时刻检测水池里的水位，经电路转换及处理后对控制回路电源进行控制。水池水位正常时，控制回路电源接通，系统正常工作。水池缺水或水位不足时，液位继

32、电器1K释放，系统报警、指示灯亮并通过1KA切断系统控制电路和主电路，水泵停止。水位正常后，液位继电器1K吸合，重新启动系统。 图36 缺水保护电路3.5.4 缺相相序保护电路水泵工作在三相交流电，电源发生缺相时，电动机中某一相无电流，而另外两相电流会增大，容易烧坏电动机；另外，为了避免电源相序相反，电动机反转水泵抽空的现象，设置了缺相相序保护电路，如图3-7所示。采用缺相相序保护电路继电器KP接在主电路电源进线空气开关之后，三相正常时，KP得电吸合，控制电路中KP的1-2触点吸合，接通PLC控制电路。反之，缺相或反向时，KP的1-2触点断开，会切断PLC控制电路，系统停止工作，缺相相序保护指

33、示灯亮。 图37缺相相序保护电路3.6 硬件接线图系统的硬件连接图即PLC和系统中各个硬件的连线。由于PLC所输出的信号是数字信号，不被变频器所识别，所以我们在他们之间加了个模拟量输入输出模块FX0N-3A。其功能为：该模块具有2路模拟量输入（010V直流或420mA直流）通道和1路模拟量输出通道。其输入通道数字分辨率为8位，A/D的转换时间为100s，在模拟与数字信号之间采用光电隔离，适用于FX1N、FX2N、FX2NC子系列，占用8个I/O点。具体的如图38所示：图3-8 PLC硬件接线图 图3-9 变频器硬件接线图 图3-10 变频器接线图变频器的适用电机容量：55（KW）；输出电压：三

34、相380V至480V 50Hz/60Hz；输出过载能力：12060秒，1500.5秒(反时限特性)；输出端额定电流：106（A）；输出端额定容量：80.9（KVA）表3-1 主要元器件明细元件型号数量PLC三菱FX2N-32M1（台）变频器三菱F5001（台）水泵ISG型立式水泵4（台）压力传感器PTH5031（个）继电器8（个）开关按钮5（个）3.7 I/O分配表表3-1 I/O分配表元件输入说明SB0X0启动SB1X1模拟调节上限SB2X2模拟调节下限SB4X3复位SB5X4故障输入信号元件输出说明2KM动作Y01#水泵接变频1KM动作Y11#水泵接工频4KM动作Y22#水泵接变频3KM动

35、作Y32#水泵接工频6KM动作Y43#水泵接变频5KM动作Y53#水泵接工频8KM动作Y64#水泵接变频7KM动作Y74#水泵接工频Y10指示灯Y11蜂鸣器第四章 系统软件设计4.1 PLC-三菱-梯形图 油泵启动复位M29油泵启动复位M24油泵启动复位M19油泵启动复位M14油泵启动送常数10到D23#水泵接工频将采样信号与设定值进行比较油泵启动计时器T3定时60S计时器T2定时10S达到压力上限M100为ON1#泵接变频软启动3#泵接变频T4定时运行T5定时运行2#泵接变频1#泵接工频从P0口调用程序置位保持M24从P0口调用程序置位保持M14计时器T0定时50SPID运算压力值大于0压力

36、值大于最大设定值M210,M211,M212任何一个为ON,M200为OND101D111时M43为OND110D111时M33为OND110D111时M31为OND101D110时M45为OND101D110时M35为ON主程序结束T10延时200S水压大于最小设定值水压不到最大设定值结束返回主程序在变频启动情况下，水压大于0，最先启动的水泵停止运行水压大于等于最大设定值，开始降频4.2 系统程序清单4.3 系统工作过程分析其流程图如下： 初始化子程序：采样信号与设定值比较，经PID运算由PLC控制变频器输出运行结果输出到PLC,输出继电器控制水泵运行或停止变频器输出频率达到最大值变频器输出

37、频率达到最小值结束变频切换开机程序功能：变频器切换到工频运行，变频器软启动另一台水泵逐台停泵功能：逐台停止工频泵运行开始YNNY 图4-1 系统流程图4.4 控制系统程序设计4.4.1启动程序在自动运行方式下开始启动运行时，首先检测水池水位，若水池水位符合设定水位要求，1#泵变频交流接触器吸合，电机与变频器连通，变频器输出频率从0Hz开始上升，此时压力变送器检测压力信号反馈PLC，由PLC经PID运算后控制变频器的频率输出；如压力不够，则频率上升至50Hz，延时一定时间后，将1#泵切换为工频，2#泵变频交流接触器吸合，变频启动2#水泵，频率逐渐上升，直至出水压力达到设定压力，依次类推增加水泵。

38、4.4.2水泵切换程序如用水量减小，出水压力超过设定压力，则PLC控制变频器降低输出频率，减少出水量来稳定出水压力。若变频器输出频率低于某一设定值（水泵出水频率，一般为25Hz），而出水压力仍高于设定压力值时，PLC开始计时，若在一定时间内，出水压力降低到设定压力，PLC放弃计时，继续变频调速运行；若在一定时间内出水压力仍高于设定压力，根据先投先停的原则，PLC将停止正在运行的水泵中运行时间最长的工频泵，直至出水压力达到设定值。4.4.3逐台停泵程序 当用户用水量较少，若变频器输出频率低于设定水泵出水频率而出水压力仍高于设定压力值时，延时一段时间后根据先投先停的原则，停止正在运行水泵中运行时间

39、最长的工频泵，直至出水压力达到设定值。若系统只有一台水泵变频运行且连续一段时间频率低于设定出水频率，则切除变频运行主泵，投入小流量泵，既保护主泵电动机，又节约能源。当外来管网压力达到设定压力时，则控制器完全停止各泵工作，外界管网直接向用户供水。4.4.4 故障处理变频故障从冗余设计原则考虑，在变频器发生故障时也要不间断供水。当变频器突然发生故障，蜂鸣器报警，PLC发指令使全部水泵停机，然后1#泵工频运行（若水泵功率大于37KW，则需要采用降压启动或其它启动方式），经一定延时后根据压力变化情况再使2#泵工频运行。此时，PLC切换泵则根据实际水压的变化在工频泵间切换。当出现水池无水停机、电动机欠压

40、、过压、错相、电机故障等情况时，均能由蜂鸣器发出警报声。所有故障解决、恢复正常后，自启动前也要发出报警信号结 论本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了利用可编程控制器控制变频调速恒压供水的功能，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当系统的功能增加时，硬件接线上只需增加行程开关输入信号。原来的接线不需改变，软件上只需增加相应程序以及输出的功能，要改动的地方也较少。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了

41、弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。参考文献 1 李树雄.可编程序控制器原理及应用.北京:北京航空航天大学出版社,2003.9 2 孔凡才. 自动控制系统及其应用M. 北京: 机械工业出版社, 20003 宫淑贞. 可编程序控制器原理与应用M. 人民邮电出版社, 2004 4 陈建洪。 PID控制程序在恒压供水系统中的应用J.龙岩师专学报，2004 5 吕汀, 石红梅. 变频技术原理与应用M. 北京: 机械工业出版社,2003 6 张燕宾.PWM变频调速应用技术M.北京: 机械工业出版社,2004 7 屈有安.变频器PID恒压供水系统J，

42、江苏电器，2002 8 孙忠献.电机技术与应用.福建:福建科学技术出版社,2004.3 9 鲁远栋. PLC 机电控制系统应用设计技术M . 北京: 电子工业出版社, 2006.10 殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护3 北京：机械工业出版社，2003(6)致 谢在做论文的过程中老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作精神给了我深刻的启发，也给了我很大的触动。另外，老师经常给我讲解不懂的地方，教我怎么入手，使我能尽快的完成论文。还要感谢系里其它的老师的指导，给了我很大的帮助。在此，对老师在工作和生活中给予的指导和关心致以最真诚的谢意。感谢系里其它的一些同学在设计中提供大量的支持和帮助。我们即将毕业，在此，再一次向三年中在学习和生活中给予过我帮助的老师和同学致谢。-