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1、基于基于 PLCPLC 的变频供水控制装置的变频供水控制装置说说 明明 书书电信工程学院自动化 5 班XX指导教师：2014 年春季学期摘要摘要随着社会主义市场经济的发展，人们对供水质量和供 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 本论文分析变频供水的原理及系统的组成结构，提出 控制方案，通过研究和比较，本论文采用变频器和 PLC 实 现供水和数据传输。且对系统的软硬件设计进行了详细的 介绍。通过报警信号灯来应对变频器及水泵发生的故障， 以作及时的停车处理。故障指示由任何一
2、个停止按钮复位。 本论文设计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。 本论文的变频供水控制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。关键字：变频调速； PLC FrequencyFrequency ConversionConversion ConstantConstant PressurePressure Water-supplyWater-supplySystemSystem BasedBas
3、ed onon PLCPLCAbstractAbstract：With the rapid development of socialistic marketing economy,there is a growing demand for better quality of water supply and higher reliability of supply system. In addition ,considering the current common energy crisis, achieving the scheme of automatingthe water supp
4、ly system. So it is an inevitable tendency to design and create an energy-savingconstant-pressure water supply system of excellent performance with the help of advancedtechniques of automation,monitor- control system; and communication. Meanwhile, the System can also adapt to various water Supply re
5、gions. This paper analyzes the structure of VF speed regulating constant-pressure water supply,and proposes several control methods.By careful study and comparison, PLC and inverters method fits water supply system and datatransmission very well. Finally the paper shows the design of constant pressu
6、re supply water controller according to PID data and detailed introduction of its software and hardware. And then illustrates its general design, software implement and the measures of preventable disturbance in details. The system, which has initially been completed with reliable performance and ex
7、cellent energy-saving effect, proves to possess high reliability and real-time quality. The system can not only remarkably improve the quality of water supply, but also economize on labor, which will surely bring us both economic and social benefits.KeyKey Words:Words: VF speed; constant pressure wa
8、ter supply; PLC目录目录第第 1 1 章章 设计方案依据设计方案依据第第 2 2 章章 硬件参数选择（硬件参数选择（KM,KA,FR,SB,SQ,SA,KM,KA,FR,SB,SQ,SA,传感器）传感器）第第 3 3 章章 软件配置选型软件配置选型第第 4 4 章章 程序调试及心得体会程序调试及心得体会第第 5 5 章章 程序流程图程序流程图参考文献参考文献第第 1 1 章章设计方案依据设计方案依据1.11.1 变频供水控制系统变频供水控制系统基于 PLC 变频供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度
9、等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。在变频调速供水控制系统中控制对象是时刻变化的。 当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启 动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态， 电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换， 保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程 序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。 用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒 压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电 流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击 同时减少了启动惯性
10、对设备的大惯量的转速冲击，延长了 设备的使用寿命。1.21.2 设计内容及技术要求设计内容及技术要求供水系统共有三台水泵组成，每隔 36 小时切换一台水泵，每台水泵采用一用一备方式运行，备用泵为并泵时使用。供水系统具有自动和手动运行两种方式。（1）手动/自动选择A、自动：在“自动”方式下，按 1#（或 2#，或 3#）起动按钮，分别变频起动 1#（或 2#，或 3#）泵，。 。 。 。 。 。（摘抄任务书）1.31.3 设计方案选择设计方案选择目前国内变频恒压供水设备电控柜的控制方式有： 1逻辑电子电路控制方式 这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量 变频调节，往往采用一台泵固定于变频
11、状态，其余泵均为 工频状态的方式。因此，控制精度较低、水泵切换时水压 波动大、调试较麻烦、工频泵起动时有冲击、抗干扰能力 较弱，但其成本较低。 2单片微机电路控制方式 这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不 同供水情况时，调试较麻烦；追加功能时往往要对电路进 行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都 不太好。 3可编程序控制器(PLC)的控制方式 该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源。 实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器 的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用 户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输 入可编程控后，经可编程控制器
12、内部控制程序的计算，输 出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设 定信号和压力反馈信号送入PLC，由PLC内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。 此次设计采用第三种方案。1.41.4 主电路图主电路图图 2-4 水泵主回路接线图图 主电路图 电机有两种工作模式即：在工频电下运行和在变频电 下运行。KM1、 KM3、 KM5 分别为电动机 M1 、M2 、M3 工 频运行时接通电源的控制接触器，KM0、 KM2 、KM4 分别 为电动机 M1、M2、 M3 变频运行时接通电源的控制接触器。热继电器(FR)是利用电流的热效应原理工作的保护电 路，它在电路中的用作电动机的过载保护。
13、 断路器（QF）是电路中的一种简单保护装置。使用中， 防止电气设备严重过载。1.51.5控制系统及故障报警控制系统及故障报警 （1）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
14、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。（2）故障报警装置 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 1.61.6工作原理工作原理 合上空气开关，供水系统投入运行。将手动、自动开 关打到自动上，系统进入全自动运行状态，PLC中程
15、序首先 接通KM6，并起动变频器。根据压力设定值(根据管网压力 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动第2 台泵(或第3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
16、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、3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。如果还没到达 设定值，则继续按照以上步骤将2泵切换到工频运行，控制 3泵投入变频运行。 减泵工作过程：假定减泵顺序依次为3、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
