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1、课程设计说明书- 0 -目录1 引言 .12 变频恒压供水系统构成及工作原理 .22.1 系统的构成 .22.2 工作原理 .42.3 变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析 .52.4 主电路接线图 .63 相关器件的选型及接线 .73.1 PLC 的 CPU 选型 .73.2 PLC 的接线 .73.3 变频器的选型 .83.4 变频器的接线 .93.5 PID 调节器 .93.6 压力传感器的接线图 .113.7 原件表 .114 PLC 控制及编程 .134.1 PLC 控制 .134.2 系统运行模式 .144.2.1 手动运行 .144.2.2 自动控制运行 .134.3 自动运行顺
2、序功能图 .165 结束语 .16参考文献 .17附录：梯形图 .18课程设计说明书- 1 -1 引言随着社会主义市场经济的发展，社会对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然的趋势本论文采用变频器和 PLC 实现恒压供水和数据传输，然后用数字 PID 对系统中的恒压控制进行设计。最后对系统的软硬件设计进行了详细的介绍。具体讲述了系统的总体设计与软件的实现，并对系统采取的可靠性措施进行了说明。由于变频调速具有调速的机械特性好，效率高，调速范围宽，精度高，调整特性曲线平滑，可以
3、实现连续的、平稳的调速，体积小、维护简单方便、自动化水平高等一系列突出的优点而倍受人们的青睐。本论文的变频恒压供水系统已在国内许多实际的供水控制系统中得到应用，并取得稳定可靠的运行效果和良好的节能效果。经实践证明该系统具有高度的可靠性和实时性，极大地提高了供水的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。关键词：变频器；可编程控制器；恒压供水 课程设计说明书- 2 -2 变频恒压供水系统构成及工作原理2.1 系统的构成图2-1 系统原理图如图2-1 所示，整个系统由三台水泵，一台变频调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调
4、节水量之用，两台泵协调工作以满足供水需要，另一台泵用作备用泵，当两台工作中的任一台出现故障或者两台水泵都达到工频仍不满足要求时备用泵自动投入使用，同时发出声光报警；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈05V电压信号)或压力变送器(反馈420mA电流) ；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、以及报警装置等部分组成。(1)执行机构执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用水管网，图2.3中的2个工作水泵分为二种类型:调速泵:是由变频调速器
5、控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。恒速泵:水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。(2)信号检测在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号:课程设计说明书- 3 -水压信号:它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。报警信号:它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。(3)控制系统供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。供水控制器:它是整个变频恒压
6、供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的工况、压力、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵)进行控制。变频器:它是对水泵进行转速控制的单元。变频器跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。电控设备:它是由一组接触器、保护继电器、转换开关等电气元件组成。用于在供水控制器的控制下完成对水泵的切换、手/ 自动切换等。(4)通讯接口通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先
7、进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等(5)报警装置作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，因此系统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。2.2 工作原理合上空气开关，供水系统投入运行。将手动、自动、单步、单周期开关打到自动上，系统进入全自动运行状态，PLC中程序首先接通KM1、 KM2、 KM3，并起动变频器。根据压力设定值(根据管网压
8、力要求设定)与压力实际值( 来自于压力传感器)的偏差进行PID调节，并输出频率给定信号给变频器。变频器根据频率给定信号及预先设定好的加速时间控制水泵的转速以保证水压保持在压力设定值的上、下限范围之内，实现恒压控制。同时变频器在运行频率到达上限，会将频率到达信号送给PLC，PLC则根据管网压力的上、下限信号和变频器的运行频率是否到达上限的信号，由程序判断是否要起课程设计说明书- 4 -动第2台泵。当变频器运行频率达到频率上限值，并保持一段时间，则PLC会将当前变频运行泵切换为工频运行，并迅速起动下1台泵变频运行。此时PID会继续通过由远传压力表送来的检测信号进行分析、计算、判断，进一步控制变频器
9、的运行频率，使管压保持在压力设定值的上、下限偏差范围之内。增泵工作过程：假定增泵顺序为l、2泵。开始时， 1泵电机在PLC控制下先投入调速运行，其运行速度由变频器调节。当供水压力小于压力预置值时变频器输出频率升高，水泵转速上升，反之下降。当变频器的输出频率达到上限，并稳定运行后，如果供水压力仍没达到预置值，则需进入增泵过程。在PLC的逻辑控制下将1泵电机与变频器连接的电磁开关断开，1泵电机切换到工频运行，同时变频器与2泵电机连接， 控制2泵投入调速运行。减泵工作过程：假定减泵顺序依次为2、1泵。当供水压力大于预置值时，变频器输出频率降低，水泵速度下降，当变频器的输出频率达到下限，并稳定运行一段时间后，把变频器控制的水泵停机，如果供水压力仍大于预置值，则将下一台水泵由工频运行切换到变频器调速运行，并继续减泵工作过程。如果在晚间用水不多时，当最后一台正在运行的主泵处于低速运行时，如果供水压力仍大于设定值，则停机并启动辅泵投入调速运行，从而达到节能效果。出现故障：当任一台工作水泵出现故障时，PLC会自动启动备用
