PLC控制恒压供水系统.x

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1、PLC 控制恒压供水系统国家职业资格全省统一鉴定维修电工技师（国家职业资格二级）所在省市： 江苏省常州市摘 要：本设计是针对居民生活用水 / 消防用水而设计的。由变 频器、 PLC 控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三 台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水 系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换 及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水。采用 PLC 控制的变频调速供水系统，由 PLC 进行逻辑控制，由 变频器进行压力调节。 通过 PLC 控制变频与工频切换， 实现 闭环自动调节恒压供水。运行结果表明，该系统具有压力稳 定，结构简单，工作可靠操作方便等优点

2、。关第一章 概述(1)1-1常 的供水方式及恒的(1)、水 的一般性原(1)1-2PLC 、 器控制的恒 供水系 方案(3)、方案特点(3)四、型及目的(4)硬件(6)二、 器介(7)二、 方式(7)机 速方案的比、模 供水系 的定(10 )一、 路介(11 )三、 入出元件与 PLC 地址 照表(15)程序(17)(20)致(21)参考文献(22 )第一章概述供水的一种典型方式是 恒 供水。 恒 供水 使用 器的 速 功能通 供水的水 的 速，以 持供水始端 力， 使之保持相 的恒定，故又称恒 供水。 在 供水以逐步渗透到各种行 ，品 种也从 一 的 恒 供水向 多功能和高的 、 供水及 能

3、化控 制的方向 展。基于触摸屏和 PLC 作 控制 器作 速的恒供 水技术，相对于传统的技术而言具有节能效益明显、控制和 保护功能完善、可实现机组的软件停机、输入电压范围宽、 电磁冲击小、泵机运行组合切换灵活方便等优越性，目前广 泛应用于水厂送水泵站、二次加压站、工业锅炉供水、小区 和高楼给水、其他工业供水等领域。触摸屏和 PLC 和变频器等应用到其中， 不断的提高供水的质 量以及整个供水系统的自动化程度。1-1 常见的供水方式及变频恒压调节的原理一、原理 生产和生活中的供水方式有多种，常见的供水方式通常会设 一台或多台泵；有多台泵时会根据不同的用水量启动不同数 量的泵运行，供水水压式波动的。

4、要保证供水质量，稳定供 水出口（或管网）的压力，变频恒压供水是最好的方式之一。 变频恒压供水系统实现恒压的工作过程和原理：安装于供水 管或主管道上的压力传感变送器将供水管网压力转换成 420mA （020mA 、 010V ）的标准电信号，送到 PID 调 节器（或过程控制器、 PLC 、 DCS 等），经过运算处理后仍 以标准电信号直接送到具有内置 PID 调节功能的变频器； 变 频器根据调速的给定信号或对压力传感变送器的标准电信 号进行运算处理后，决定其输出频率实现对驱动典动机的转 速调节，从而实现对供水的水量及供水压力调节，最终实现 了对供水管网的压力调节，即实现恒压供水。实际应用中，

5、除了要实现变频恒压供水系统的 PID 调节功能外， 还需配备外围辅助电路及 PLC 和触摸屏控制系统， 来实现切换选择等自动控制功能，以保证自动控制系统出现故障 时刻通过人工调节方式维持系统运行，保证连续生产。图 1-1 控制原理示意图二、水泵选择的一般性原则1. 供水系统的水泵应尽量选用先进的低噪音、节能型水泵， 不可采用淘汰产品。2. 根据实际流量、扬程选泵。考虑因磨损等原因造成水泵出 力下降，可按计算所得的扬程值乘以 1.051.1 后选泵，应能 保证水泵工作在高效率的地方。3. 对单位及小规模的供水系统因尽量减少泵的台数，以用一 台为宜，且配小型气压罐；当一台运行能满足要求时，则不 宜

6、采用多台泵并联方式；若必须采用多台并联运行或大小泵 搭配方式时，其型号不宜太杂，台数不宜过多，型号一般不 宜超过两种，泵的扬程范围应相同；并联运行时仍能保证每 台泵在高效率范围内运行4. 对于水厂及供水规模较大的供水系统及用水不均匀，且流 量变化大的供水系统，则宜采用多台 水泵组合供水，或多台水泵运行时，可按 1 或 2 台进行变频 调速其余为工频恒速的方式运行。5. 同一供水系统所配水泵的扬程要相同，主供水泵之间的流 量应相同或相近，液压泵流量和主供水泵流量的流量之比以 不小于 1/3 为宜。6. 应注意的问题：抽水扬程越低，电机负荷越小这是种错 误的认识 .1-2PLC 、变频器控制的恒压

7、供水系统方案通常，生产和生活中常见的供水系统的控制并不复杂，但是对供水系统的质量及可靠性却有较为严格的要求。根据该供水系 统的设备配置情况及供水系统的特点做如下方案：该自动供水 系统的控制核心采用 PLC ，并配置常规电气配电控制系统。一、恒压供水系统组成及主要自控设备的作用1. 在主系统中配置一台变频器分别驱动两台泵，使两台均为 双主回路(变频 -工频)的驱动方式。2. 控制系统有压力传感器、压力开关、液位控制器、 PLC 与 触摸屏及电气自动控制系统等组成。1)压力传感器。用来测量供水水压。2)PID 调节器。用来实现恒压控制。3)压力开关。作为水泵启动后能否投入供水系统运动的信号。4）液

8、位控制器。用来监视并向 PLC 传递供水水箱的液位信号。 PLC 电气控制系统用来完成整个供水系统的自动控制。二、方案特点1. 该供水系统控制方案可以在原有的供水系统的基础上改造， 也可以作为新建供水系统的控制方案。2. 采用 PLC 为控制核心， 利用变频器调速， 控制面板采用常 规的按钮开关控制。3. 保护配置：1） 水泵电动机在工频状态运行时，受热继电器（过载）和空气 断路器（短路、过电流）保护。2） 水泵电动机在变频状态运行时，受变频器（过载、短路、过 电流、过电压、 缺相）保护。变频器又受空气断路器 （短路、 过电流）保护。三、变频 -工频双回路恒压供水方案优点1. 具有自动调节及控

9、制功能。2. 可设置跳跃频率避开管路的不良。3. 变频系统与工频控制系统互为备用，合理利用现有设备。4. 系统保护功能完善，如电机过电流、过载、过热；电源缺 相，过、欠电压；电机接地故障； 系统水压过高、 水压过低； 管网泄漏、堵塞等。5. 可设变频、工频自动切换任务。系统组成结构：传感器、变频器、 PLC 与触摸屏及电气 自动控制系统等组成。FX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先进的系列。 由于 FX2n 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行 更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及 满足单个需要的大量特殊功能模块， FX2n 系列三菱 PLC 可 以为

10、你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。2. 变频器变频器连续调速功能是使用变频器的追踪速度模拟给 定信号来改变输出频率功能，在此选择的变频器主要从其所 驱动的负载特性、稳定性、品牌、价格及用户的要求几个方 面来考虑，本文选用三菱 FR-A540-2.2KW-CH 型变频器。3. 其他 开关电源、继电器、接触器、变压器、断路器等设备均应选 用性能稳定、质量优良的产品。变频系统的初次投资容易给投资者一种投资高、风险大 的感觉，这主要是对变频节能效果不很了解或将变频系统的 初次投资于传统的一些如液力耦合、滑轮电机、变速等调速 装置的初次投资在为充分考虑节能效果及变频器功能的情况 下进行比较，

11、以及对变频器的质量、稳定性、售后服务等 还不太了解；变频节能系统（装置）在各类调速系统中使用 时，其节能效果对于单台设备可做到 5%-75% ，在风机水泵 这类设备的一般应用的节能效果中，这些均值也可做到 8%-50% ，在未受到其他因素影响的情况下一般可取上限节 能效果平均值，是在实际应用中得到，权威性数据可由市场 上公开出售的资料书查到；通过这些数据在进行一些简单的 投资回收率的计算可知：变频节能系统（装置）的投资回收 期一般为 4-20 个月。采用变频 -工频双回路恒压供水装置及触摸屏监控使各类供 水最大限度地得到经济、稳定和持续的保障。综合上述，采用自动化程度较高的变频恒压供水系统，不

12、仅 能够最大限度地提高整个系统效率、延长寿命、节约能源， 而且灵活性好，能构成复杂的、功能强大的供水系统。第二章 一、 PLC 介绍PLC 即可编程控制器， 是针对工业自动化控制领域开发设计 的、适用于工业现场工作的、以现代微处理技术为核心的控 制器。PLC的控制功能可以根据使用者所编辑的软件的不同 而不同，且可实现多种功能。从结构上分， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。 固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电 源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架 这些模块可以按照一定规则

13、组合配置。CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心， 起神经中枢的作用， 每套 PLC 至 少有一个 CPU ，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存 贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来 的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 进入 运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按 指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电 路。CPU 主要由运算器、 控制器、 寄存器及实现它们之间联 系的数据、控制及状态总线构成， CPU 单元还包括外围芯片、 总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数

14、据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 可编程控制器作为一种通用的自动控制装置。它在控制系统 中具有一些独特的优点。1、可靠性高： PLC 平均无故障时间可达几十万小时，也就 是说一台 PLC 连续运行 30 多年不出故障。可靠性非常好。2、具有丰富的 I/O 接口模块。 PLC 针对不同的工业现场信 号，有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块； 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。 3、采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了单 元式的小型 PLC 以为，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。 PLC 的各

15、个部件，包括 CPU 、电源、 I/O 等均采用模块化设计 有机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可 根据用户的需要自行组合。4、对环境要求低：它对温度，湿度要求不高，抗震和抗冲 击性能好，对电源电压要求也不高，还有很强的抗电磁干扰 能力。因此可以用于输恶劣的环境中。由于 PLC 强大功能和优点，使得 PLC 在我国的工业自动化中 得到广泛的应用。二、变频器介绍变频器是以电子技术、微电子技术和现代控制理论在交流调 速系统中的应用为基础上发展起来的智能型的调速设备。变 频器原用于交流电动机的调速，其性能不仅超过以往的多种 交、直流调速方式，而且结构简单、调速范围宽、调速精度 高、控制灵活、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳