PLC与变频器在恒压供水系统中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇PLC与变频器在恒压供水系统中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘要】介绍了自行设计的恒压供水系统，采用plc进行逻辑控制，采用变频器进行压力调节.变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件，时刻跟踪管网压力与给定压力的偏差变化，经变频器内部PID运算，通过可编程控制器控制变频与工频切换，自动控制水泵投入的台数和电机转速，实现闭环自动调节恒压变量供水，在保持恒压下达到控制流量的目的，运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等特点。

【关键词】PLC；变频；恒压供水

一、引言

现如今随着我国城市家庭人均日生活用水量的逐年提高，每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大，仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。还有当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡，所以，采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。恒压供水系统是利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使管网压力保持恒定，代替了传统的水塔供水控制方案，具有自动化程度高，高效节能的优点，在小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用，并取得了明显的经济效益。

二、恒压供水系统原理

根据反馈原理：要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引这个物理量与恒值比较，形成闭环系统。我们要想保持水压的恒定，因此就必须引入水压反馈值与给定值比较，从而形成闭环系统。但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统，现在控制和PID相结合的方法，在压力波动较大时使用模糊控制，以加快响应速度；在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。这通过PLC加智能仪表可时现该算法，同时对PLC的编程来时现泵的工频与变频之间的切换。实践证明，使用这种方法是可行的，而且造价也不高。

系统主要由一台三菱FR-F700-11K变频器,一台三菱FXON-60MR可编程程序控制器（PLC），水压传感器，自动开关，显示仪表，接触器，三台水泵等构成的，变频器FR-F700-11K适配电机功率11KW,它的基本配置中带有PID功能。图1 恒压供水系统原理图。

三、变频器设计

该系统用的是三菱变频器如图3所示，三菱FXON-60MR。变频器有2个作用，一是作为电机的软起动装置，限制电动机的启动电流；二是改变异步电动机的转速，实现恒压供水。

图2变频控制主回路原理图

图2中KM0,KM1分别控制1#泵工频运行和变频运行，KM2,KM3分别控制2#泵工频运行和变频运行，KM4,KM5分别控制3#泵工频和变频运行，KM6为变频器上电控制交流接触器。

变频器的作用是为电动机提供可变频率的电源，实现电动机的无级调速，从而使管网水压可控。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输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输送给变频器一个频率控制信号。若采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出端口另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。这样，可编程控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个带开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。

该系统有手动和自动两种运行方式：（1）手动运行方式，该运行方式主要供检修及变频器故障时用。可根据需要分别按下相应启动或停止按钮，控制1#~3#泵工频运行。（2）自动运行方式，该方式为系统的正常工作时的运行方式。

四、系统程序流程

PLC 首先利用变频器软启动一台加压泵，此时安装在管网上的传感器将实测的管网压力反馈给变频器，与预先通过变频器面板设定的给定压力值进行比较，通过变频器内部PID 运算，调节变频器输出频率。实际上，这是一个动态调整过程。在用水量较大时，变频器输出频率接近工频，而管网压力仍达不到压力设定值，PLC 将当前工作的变频泵由变频切换到工频下工作，并关断变频器，再将变频器切换到另一台泵，由变频器软启动该泵，实现一台工频一台变频双泵供水。随着用水量减少，变频器输出频率下降，当降至频率下限，而压力仍能达到压力设定值时，PLC 将工频工作泵切除，只由剩下的单泵变频供水。系统无论单泵变频工作，还是双泵一台工频一台变频工作，始终控制管网压力与给定压力值保持一致，实现恒压供水。

五.恒压供水系统特点及系统应用范围?人们之所以采用恒压供水，其主要有以下几个特点：

1、?节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；2、?节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；3、?运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。4、?联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。5、?控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。6、?自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。 而这个系统的应用范围也比较广泛，如在自来水厂，居民生活区、宾馆及其它建筑，企业生产用水都可以用该系统来解决原先系统所碰到的一些困难。

六．结束语

在供水系统中采用变频调速技术，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水管网中压力保持在给定值，并最大限度的节约能源，并且该系统的运行状态很可靠，所以在当今社会是很适用的，应极力推广。

【参考文献】

［１］变频器说明手册[Z]. 富士电机有限公司。

［２］任彦硕，赵一丁，张家生.动控制系统 北京邮电大学出版社。