基于plc与变频器控制的恒压供水系统.doc

(维修电工技师)论文题 目 姓 名 指导教师 二〇一二年七月一日摘要 随着人们对生活水平要求的不断提高和经济社会发展的需求；再加上目前能源的紧缺，严重制约着经济社会的发展利用现有的成熟技术，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 本文介绍了采用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在经过PID运算，通过PLC控制变频与工频的切换，实现闭环自动调节恒压变量供水运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等特点而本设计是针对居民生活用水而设计的电动机泵组成由三台水泵组成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出水口的压力和流量来控制变频器电动机泵的速度和切换，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水关键词：变频器，恒压供水，PLC目录第一章 绪论…………………………...…..........................................41.1变频恒压供水系统的国内研究现状...................................................41.2恒压供水系统的基本构成……………………………................…..51.3课题研究的目的和意义………………………………................…..5第二章 PLC功能选择及应用…………….....................................52.1 模拟量输入模块的功能及与PLC系统的连接…….................52.2 模拟量输入模块缓冲存储器（BFM）的分配……...................62.3 模拟量输出模块的功能及PLC系统连接……..........................62.4变频器的功能选择及原理……....................................................72.4.1 变频器的分类及工作原理……....................................................82.4.2 变频器硬件选择…….................................................................82.5压力传感器的作用及使用方法……............................................9第三章 系统设计……........................................................................103.1系统要求……...…………………………………....................... … 103.2控制系统的I/O及地址分配….........................................................103.3 PLC系统选型…….........……...…………….........................……..113.4 电器控制系统原理图……...............................................................113.4.1 主电路图....................................................................................113.4.2 控制电路图................................................................................12第四章 系统程序设计 ....................................................................124.1系统要求的工作泵组数量管理........................................................124.2程序的结构及程序功能的实现........................................................134.3 系统的运行分析...............................................................................14总结.........................................................................................................14致谢.........................................................................................................15参 考 文 献.........................................................................................15第一章 绪论随着社会经济的迅速发展，水对人民生活与工业生产的影响日益加强，人民对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。

把先进的自动化技术、控制技术、通讯及网络技术等应用到供水领域，成为对供水系统的新要求变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术与一体采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好的节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义 1.1变频恒压供水系统的国内研究现状 变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和传感器，对压力进行闭环控制 从查询的资料的情况来看，国内的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著地的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本的三菱公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。

它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只能搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机（泵）的供水系统这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统（如BA系统）和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器（PLC）及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件予以实现但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求可以看出，目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性（EMC）的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。

1.2恒压供水系统的基本构成 恒压供水泵站一般需要多台水泵及电机，这比设单台水泵及电机节能更可靠配单台电机及水泵时，它们的功率必须足够的大，在用水量少时开一台大电机肯定是浪费的，电机选小了用水量大时供水会不足而且水泵与电机都有维修的时候，备用是必要的恒压供水的主要目标是保持管网水压的恒定，水泵电机的转速要跟随用水量的变化而变化，这就要用变频器为水泵电机供电这也有两种配置方案，一是为每台水泵电机配一台变频器，这当然方便，电机与变频器间不须切换，供水运行时，一台水泵变频运行其余水泵工频运行，以满足不同用水量的需求调节器是一种电子装置，在系统中完成以下几种功能：设定水管压力的给定值恒压供水水压的高低依需求设定接受传感器送来的管网水压的实测值管网实测水压回送到泵站控制装置成为反馈，调节器是反馈的接收点根据结定值与实测值的综合，依一定的调节规律发出系统调节信号调节器的输出信号一般是模拟信号，4～20mA变化的电流信号或0～10V间变化的电压信号信号的量值与前边提到的差值成比例，用于驱动执行设备工作在变频恒压供水系统中，执行设备就是变频器1.3课题研究的目的和意义本系统是三泵生活/消防双恒压供水系统，变频恒压供水系统主要由变频器、可编程控制器、压力传感器组成。

本文研究的目标是对恒压控制技术给予提升，使系统的稳定性和节能效果进一步提高，操作更加简捷，故障报警及时迅速，同时具有开放的数据传输该系统可以生活供水和消防供水的双用供水系统 第二章 PLC功能选择及应用2.1 模拟量输入模块的功能及与PLC系统的连接FX2N-4AD 4模拟量输入模块具有4个通道，可同时接受并处理4路模拟量输入信号，最大分辨率为12位输入信号可以是-10～+10V的电压信号（分辨率为5MV），也可以4～20mA(分辨率为16uA)或-20～+20Ma(分辨率20uA)的电流信号模拟量信号可通过双绞屏蔽电缆接入，连接及方法如图2-1所示，当使用电流输入时，需将V+及I+端短接 图2-1 FX2N-4AD模块的连接图FX2N-4AD的宽及高与FX2N相同，在安装时装在FX2N基本单元的右边，将总线连接器接入左侧单元的总线插孔中FX系列可编程控制器中，与PLC连接的特殊功能扩展模块位置从左至右以此编号（扩展单元不所示，占编号），如图所示FX2N-4AD将消耗基本单元或电源扩展单元的+5VDC电源（内部电源）30mA电流，+24VDC电源（外部电源）55mA电流。

其通常转换速度为15ms/道，高速转换速度为6/ms道2.2 模拟量输入模块缓冲存储器（BFM）的分配 为了能适用于多种规格的输入、输出量，模拟量处理模块都设成可编程的FX2N-4AD模块利用缓冲存储器（简称模BFM）的设置完成编辑工作FX2N-4AD模拟量输入模块共有32个缓冲存储器，但目前只使用了一下21个BFM: 2-1特殊功能模块2.3 模拟量输出模块的功能及PLC系统连接 FX2N-2DA模块用来将12位数字信号转换成模拟电压或电流输出它具有2个模拟量输出通道这两个通道都可以输出0~10VDC（分辨率2.5mV）、0~5DVC(分辨率1.25mV)的电压信号，或4~20Ma(分辨率为4uA)的电流信号。