基于PLC的新型变频恒压供水系统设计.pdf

第 2期 总第 l 6 5期 2 0 1 1年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI C AL ENGI NEERI NG 8 乙 AUT0MAT1 0N No． 2 Ap r ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 2 0 1 4 1 0 3 基于 P L C的新型变频恒压供水系统设计 胡盘峰 ，陈慧敏 1 ．常州信息职业技术 学院 ，江 苏 常州 2 1 3 1 6 4 ；2 ． 常州轻工职业技术 学院 ，江苏 常州 2 1 3 1 6 4 摘要 介 绍 了一种基于 P L C控制 的新型 变频恒压供水 系统 ， 整个 供水 系统 的运行采用 闭环 变频恒压供水控制。 该系统具有节能环保、简单实用、可靠性好、便于维护等特点，利用 P L C与变频器结合。能够很好地解决恒 压供水问题。详细介绍了三菱F X系列 P L C以及变频器在恒压供水系统中的硬件配置及软件设计。 关键词 P L C；变频器 ；恒压供水 系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 “ 节能、环保”这一主题越来越被当今社会重视， 在现代生活小区供水系统 的建设 中不仅要考虑供水的 可靠性 、稳定性 ，也要考虑供水的经济节能性。传统 的恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水 、气压罐供水 等供水方式不同程度地存在效率低 、可靠性差、自动 化程度不高等缺点 ， 难 以满足当前经济生活的需要 。 与 传统的通过阀门调节来实现恒压供水相 比，采用变频 调速来实现恒压供水 ，节能的效果将十分明显。 本文 以某住宅小 区供水系统为控制对象 ，采用 P I C和变频技术相结合的技术 ， 设计 了一套有 7段速 度的城市小区恒压供水系统 。 1 控制 系统的基本原理 变频恒压供水系统控制的基本要求如下①供水 压力基本恒定 ，换泵时的水压波动小 ；②共有 3台水 泵 ，2台运行 ，1台备用 ，运行与备用 1 O 天轮换一次 ； ③变频器的速度以及工 、变频运行由管网压力传感器 来控制 ；④水泵投入工频运行时，电动机的过载由热 继 电器保护 ，并有报警信号指示 。 由三菱变频器 F R--E7 0 0 、 水泵、 P I C、 A／ D模块 以及压力变送器等构成闭环控制系统 。其中主要通过 P I C对水泵进行节能优化控制 ， 调整水泵的运行 台数 和运行速度 ，达到稳定水压和节约电能的目的。系统 最终要求达到的效果是用户供水水管压力能稳定在系 统设定的值 。首先通过传感器系统采集压力信号，再 由A／ D转换模块 将设定值 与采 集信 号值进行 比较 ， P I D根据变频器 的参数设置进行数据处理 ，将处理结 果以运行频率的形式输 出。P I D控制模块具有 比较和 差分的功能 ，当管网供水压力低于设定压力时，变频 器将升高运行频率 ，反之则降低 ，而且将由压力变化 的快慢进行差分调节。供水压力经 P I D调节后 的输 出 量将通过交流接触器组切换后输出给水泵的电动机， 最终 由 P I C根据频率变化来控制水泵的运行数量和 工变频情况 ，以此来确保管网水压的稳定。供水系统 原 理 图如 图 1 所示 。 2系统的硬件设计 利 用 三 菱 F R～ E 7 0 0变 频 器 、三 菱 F X2 N一 4 8 MRP I C、三 菱 F XO N一 3 A 模 拟 量 处 理 模 块、 P MM2 0 1压力变送器等器件构成闭环控制系统 ，以调 节水泵的工变频情况 ，实现恒压供水。 2 ． 1 主 电路 电气原理 图 恒压供水系统主电路接线图如图 2所示 ，接触器 KM2 、KM4 、KM6分别控制电动机 M1 、M2 、M3的 工频运行 ，接触 器 KM1 、KM3 、K M5分别控制 电动 机 M1 、 M2 、 M3的变频运行 ， P I C的输 出端子 Y0 控 制变频器的启动 ， F R1 、F R 2 、F R3为电机 M1 、M2 、 M3 过载保护用的热继电器。 2 ． 2 恒压供 水 系统的 P 1 C接 线 恒压供水系统 P I C的 1 ／ 0分配见表 1 。 系统的 P I C接线图如图 3所示，P I C的输出端子 Y1 ～Y6分别控制接触器KMI KM6的线圈。为防止 电动机出现短路， 在电路设计中必须加入电气互锁， 同时 在电动机 M1的两个接触器 KM1 、KM2的线圈中分别 串接对方的常闭触头， 形成电气互锁。 系统管网压力值由 变频器的端子 Z和端子 5 0 V～5 V 进行设定，频率检 测的上／ 下限信号由0I 和 F U分别输 出到 P I c的输入 收稿 日期 2 0 1 0 0 9 2 5 ；修 回日期 2 0 1 0 1 0 2 7 作者 简介 胡盘蜂 1 9 7 8 一 ， 男 ， 江苏宜兴人 ， 讲师 ， 硕 士， 研究方向 机电一体化 C AD、 C AM。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 2 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1 年第 2期 端X1 、 X2 ， P I 。 C控制相应接触器线圈实现工频电源或变 频电源的切换，以控制水泵的运行数量和运行速度。 L 1 L 2 L 3 液位阀 图 1 供水系统原理图 来 自用户管 网 一 l ’ 7 ． 频 罴 喜 、 ． 、 、 L ． _ r r I／Q 。 C O 1 L l／Q F 2 - ● U R S T S T F S D 1 0 2 5 4 f T ． 丁 ． T ． 1 T ． 1 T ． V 一 lL X 船 1 一 - W F R E TO 0 O L 变频器 F U L f f K f l1fI3 f 6 i l OCM sE I 1 0 l I ， I ’ ⋯l 表 1 P L C的 I ／ O 分配表 图 2 恒压供水系统主电路电气原理 图 输入 功能 输 出 功能 XO 自动 Y O 运行 S TF Xl 水压下限检测 Yl 1 泵变频 X2 水压上限检测 Y2 1 泵工频 X3 停止按钮 Y3 2 泵变频 X4 F RI 常开 Y4 2 泵工频 X5 F R2 常开 Y5 3 泵变频 X6 F R3 常开 Y6 3 泵工频 本系统采用的是三菱经济型高性能变频器F R E7 0 0 ，带有 P I D调节功能，能够保证供水系统运行的 稳定性和可靠性 ，具体参数设置见表 2 。 3 系统的程序设计 系统启动运行时 ， 1 泵的交流接触器吸合 ， 电机 与变频器连通 ，变频器输出频率从0 Hz 开始上升到设 定值 。 如果进入用水高峰，管网内水压过低 ，而变频器 已经达到上限设定值时 ， 变频器的 0 I 端将输出“ 频率 上限”信号 ， P I C根据上限信号将使触点 KM1断开、 KM2吸合 ，此时 1 水泵 由变频运行转为工频运行 ， 同时接触器触点 K M3吸合，启动 2 水泵变频运行。 l l l l l 【 l S B O J o L j J 0 J F R 1 1 J F R 3 1 E ＼ ＼ ＼ E ＼ ＼ ＼ ＼ } } | } f f I I l I I C 0 M X O Xl X 2 X3 X 4 X 5 X 6 F X 。 w 4 8 MR C O MI YO Yi Y 2 Y3 C 0 M 2 Y 4 Y5 Y6 藉 。 赫 I 、 ＼ 1 l _1 ＼ 、 图 3 P L C接线图 表 2 变频器 参数设置 参数 号 功能 设定值 参数号 功能 设定值 P r l 上限频率 Hz 4 9 P r 1 2 8 P I D动作选择 2 0 P r 2 下限频率 Hz 3 0 P r l 2 9 P I D 比例常数 1 0 0 P r 3 基底频率 H z 5 0 P r l 3 0 P I D积分时间 s O ． 5 P r 7 加速时间 s 2 P r l 9 3 O L端子功能选择 4 P r 8 减速时问 s 2 P r 1 9 4 F U 端子功能选择 5 P r 7 9 操作模式选择 3 如果用户用水处于低谷时，即变频器运行频率偏 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 2 期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 4 3 低、 管网内水压过高时， 变频器将输出下限信号， P L C 运行控制水泵的程序 ， 停止正在运行 的 “ 变频泵” ，另 一 台水泵由工频运行变为变频运行。 设置运行和备用的转换时间以保证所有水泵的均 衡使用。P L C程序流程见图 4 。 启动A ／ D 转换 ，管 网压 力存入D O ，液面高度D l J l 届驯，义 童 透 日月 ’ l 坦1 J l l 启动变频器／ 保持目前 启动变频器／ 保持目前 运行状态 运行状态 人 N／ 是 否时间＼＼ ／ ● Y 进行水泵轮换避免某台 水泵长时间工作 4结 束语 本 文就某住宅小区恒压供水的实际要求 ，采用 P I C可编程序控制器和变频器调速对水泵控制系统 进行改造设计 。该系统可以根据设定水压来 自动调节 水泵电机的运行速度和水泵运行的数量 ，使供水系统 管网中的压力保持在给定的值 ， 以求最大限度地节能、 节水 。该系统能处于可靠运行状态 ，来实现变频恒压 供水 。 参考文献 [ 1 ] 廖常初． F X系列 P L C编程及应用[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 1 ． Ch a n g z ho u Co l l e g e o f I n f o r ma t i o n Te c h n o l o g y， Ch a n g z h o u 2 1 3 1 6 4，Ch i n a； 2 ． Ch a n g z h o u I n s t i t u t e o f Li g h t I n d u s t r y Te c h n o l o gy’Ch a n g z h o u 2 1 31 6 4， Chi n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s a n e w v a r i a b l e f r e q u e n c y c o n s t a n t p r e s s u r e wa t e r s u p p l y s y s t e m b a s e d o n P LC t h e o p e r a t i o n o f t h e e n t i r e wa t e r s u p p l y s y s t e m i s c o n t r o l e d b y a c l o s e d l o o p c o n t r o l s y s t e m．Th e s y s t e m i s s i mp l e i n s t r u c t u r e，r e l i a b l e i n p e r f o r ma n c e a n d e a s y i n ma i n t e n a n c e ．Th i s p a p e r d e t a i l e d l y i n t r o d u c e s t h e h a r d wa r e c o n f i g u r a t i o n a n d s o f t wa r e d e s i g n o f t h e s y s t e m，i n c l u d i n g t h e a p p l i c a t i o n o f a M i t s u b i s h i F X s e r i e s PL C a n d f r e q u e n c y c o n v e r t e r i n t h e wa t e r s u p p l y s y s t e m ． Ke y wor ds PLC；i nv e r t er；c o ns t a nt pr e s s ur e wa t e r s uppl y s ys t em 上接第 1 4 0页 4 4 9 3 - 4 9 6 参考文献 E 2 3 孙魏． 废气再循环 系统 的研究 [ D ] ． 南 京 南 京林业 大学 ， E l q 王天灵 ， 李 骏． 吴君 华， 等． E GR和 VN T 的匹配对增 压柴 2 0 0 3 3 9 油机 排放 的影 响 E J ] ． 吉 林大 学 学报 工 学 版 ， 2 0 0 6 ， 3 6 Ca l i br a t i o n S t r a t e g y o f El e c t r i c a l EGR o n Di e s e l En g i ne FENG Xi a n ’ Ta i hu Co l l e g e，J i a n g n a n Un i v e r s i t y．W u x i 2 1 4 0 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t Ex h a u s t g a s r e c i r c n l, a t i o n EGRt e c h n o l o g y i s a s i mp l e a n d e f f e c t i v e me t h o d t o r e s t r a i n NOx e mi s s i o n o f d i e s e l e n g i n e ． I n t h i s p a p e r 。 t h e me t h o d t o c a l i b r a t e t h e e l e c t r i c a l EGR i n c o mmo n a i r s y s t e m i s d i s c u s s e d ．I n a d d i t i o n，t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e wa y t O c o n t r o l t h e a i r s y s t e m a n d p o s i t i o n g o v e r n o r S y s t e m． Th e r e s u l t s h o ws t h e s t a t i c s t a b i l i t y a n d d y n a mi c f o l l o wi n g p e r f o r ma n c e o f t h e a i r s y s t e m i S s a t i s f i e d．a n d t h e a i r s y s t e m c a n me e t t h e Eu r o I V e mi s s i o n s t a n d a r d ． Ke y wo r d sI C e ng i n e； di e s el e ngi n e}EGR 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m