基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)畢業(yè)論文.DOC_第1頁
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河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院1基于PLC的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)摘要:本文介紹了以PLC-變頻器為核心構(gòu)成系統(tǒng)的控制原理、接口組成、軟件設(shè)計及系統(tǒng)優(yōu)點。變頻器-PLC調(diào)控技術(shù)在水壓控制系統(tǒng)成功應(yīng)用,有效地解決了控制負(fù)荷波動大,調(diào)節(jié)頻繁的難題,證明了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)優(yōu)越的技術(shù)性能和極其顯著的經(jīng)濟(jì)效益,具有很好的推廣應(yīng)用價值和進(jìn)一步的研究價值。關(guān)鍵詞:PLC;變頻器;調(diào)節(jié)器(PID);控制系統(tǒng)Abstract:Theauthorintroducesthecontrolprinciple、interface、softwaredesignandadvantagesinthisFrequencyConverterPLCcontrolsystem.ItsolvedeffectivelyproblemsuchasbigloadfluctuationandfrequentadjustmentbythefrequencyConverter-PLCcontroltechnique.AndithasprovedthatthefrequencyConvertercontrolsystemhasadvancedtechniqueandnotablebenefit.Inaddition,Ithasgoodapplicationvalueandmoreresearchvalue.KeyWord:FrequencyConverter;PLC;Regulator;ControlSystem0引言隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高,變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而,由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備(如水泵),在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實踐中,往往會出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng),是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實踐中,根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的,該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題,既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢,同時有效的節(jié)省了資金。1系統(tǒng)介紹1.1系統(tǒng)組成本系統(tǒng)主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、TC時間控制器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院2通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,得出一調(diào)節(jié)參數(shù),送給變頻器,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上;當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時,通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速,實現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時,輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化,這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。同時系統(tǒng)配備的時間控制器和PID控制器,使其具有定時換泵運行功能(即鐘控功能,由時間控制器實現(xiàn))和雙工作壓力設(shè)定功能(PID控制器和時間控制器實現(xiàn))。此外,系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能,尤其是硬件/軟件備用水泵功能,充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。1.2工作原理開始時,若硬件、軟件皆無備用(兩者同時有效時硬件優(yōu)先),1#泵變頻啟動,轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升,如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時水壓還在下限值,延時一段時間(避免由于干擾而引起誤動作)后,1#泵切換至工頻運行,同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz,2#泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則依次啟動3#、4#泵,泵的切換過程同上;若開始時1#泵備用,則直接啟2#變頻,轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升,如變頻器頻率到達(dá)50Hz而此時水壓還在下限值,延時一段時間后,2#泵切換至工頻運行,同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz,3#泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則啟動4#泵,泵的切換過程同上;若1#、2#泵都備用,則直接啟3#變頻,具體泵的切換過程與上述類同。同樣,若3臺泵(假設(shè)為1#、2#和3#)運行時,3#泵變頻運行降到0Hz,此時水壓仍處于上限值,則延時一段時間后使1#泵停止,變頻器頻率從0Hz迅速上升,若此后水壓仍處于上限值,則延時一段時間后使2#泵停止.這樣的切換過程,有效地減少泵的頻繁啟停,同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前,由變頻器迅速調(diào)節(jié),使水壓平穩(wěn)過渡,從而有效的避免了高樓用戶短時間停水的情況發(fā)生。以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時,通常是采用停變頻泵,再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進(jìn),但其容易引起泵組的頻繁啟停,從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中,直接停工頻泵,同時由變頻器迅速調(diào)節(jié),只要參數(shù)設(shè)置合適,即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換,使水壓過渡平穩(wěn),有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象,提高了供水品質(zhì)。河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院3圖1恒壓供水系統(tǒng)原理圖1.3運行方式該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式:手動運行按下按鈕啟動或停止水泵,可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。自動運行合上自動開關(guān)后,1#泵電機(jī)通電,變頻器輸出頻率從0Hz上升,同時PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標(biāo)準(zhǔn)信號,經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器,如壓力不夠,則頻率上升到50Hz,1#泵由變頻切換為工頻,啟2#變頻,變頻器逐漸上升頻率至給定值,加泵依次類推;如用水量減小,從先啟的泵開始減,同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。若有電源瞬時停電的情況,則系統(tǒng)停機(jī);待電源恢復(fù)正常后,系統(tǒng)自動恢復(fù)運行,然后按自動運行方式啟動1#泵變頻,直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能,系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。1.4故障處理(1)故障報警當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓、差壓等情況時,系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報警信號;特別是當(dāng)出現(xiàn)缺相、變頻器故障、液位下限、超壓時,系統(tǒng)河南科技學(xué)院機(jī)電學(xué)院4還會自動停機(jī),并發(fā)出聲響報警信號,通知維修人員前來維修。此外,變頻器故障時,系統(tǒng)自動停機(jī),此時可切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水。(2)水泵檢修為維護(hù)和檢修水泵,要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下,在一段時間間隔內(nèi)使某一臺水泵停運,系統(tǒng)設(shè)有水泵強(qiáng)制備用功能(硬件備用),可隨意備用某一臺水泵,同時不影響系統(tǒng)正常運行;為了使水泵進(jìn)行輪休,系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能(鐘控功能,由時間控制器實現(xiàn)),工作泵與備用N泵具有周期定時切換功能,周期間隔由時間控制器設(shè)定:1小時每次96小時每次連續(xù)可調(diào)。系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1PLC的選擇根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求,在滿足控制要求的原則上,盡量降低成本,選用松下電工生產(chǎn)的FP0系列的PLCFP0-C32CP。以下是FP0系列PLC的特點:超小型尺寸:一個控制單元只有25毫米寬,甚至擴(kuò)充到I/O128點,寬度也只有105毫米,它的安裝面積是同類產(chǎn)品中最??;可選擇三種安裝方式:DIN導(dǎo)軌條安裝、底面直接安裝、附面直接安裝;控制單元寬度:30mm;控制單元尺寸:寬25高90長60毫米,最大可擴(kuò)充至128點,此時尺寸:寬105高90長60毫米。2.2變頻器的選擇變頻器和PLC一樣是整個系統(tǒng)的核心元件,在滿足控制要求的情況下,選A737W恒壓供水系列A737W變頻器系列是為風(fēng)機(jī)、泵類、空氣壓縮機(jī)流量和壓力控制特點研制的專用變頻調(diào)速器,除具有一般變頻器的特性外,還具有節(jié)能功因控制(PFC)、低噪音運轉(zhuǎn)、PID反饋等特點,有短路及接地故障保護(hù),允許有電壓波動的電網(wǎng)環(huán)境,比其他品牌變頻器更具特色。本產(chǎn)品也考慮到恒壓供水(氣)

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