基于PLC和變頻器串行通訊的變頻恒壓供水系統(tǒng)_百度文庫

1、基于PLC 和變頻器串行通訊的變頻恒壓供水系統(tǒng)（摘 要）介紹了一種基于PLC 和變頻器采用串行總線方式通訊的變頻恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定，在用水低谷時(shí)投入小流量泵，降低電能損耗。變頻器故障時(shí)仍能自動(dòng)運(yùn)行，保證不間斷供水，同時(shí)故障消除后能自啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無人值守全自動(dòng)運(yùn)行。（關(guān)鍵詞）可編程控制器 變頻調(diào)速 串行通訊 小流量泵（中圖分類號(hào)）TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)嗎AFrequency Conversion Constant Pressure Water Supply System Based onPLC and Frequency Con

2、vertor With Serial Communication（Abstract ） The composition and operational principle of an automatic frequency conversion constant pressure water supplying system based on PLC and frequency convertor with serial communication are introduced . The system adopts frequency conversion speed regulating

3、measure to adjust rotating speed of the motors of water pumps ，and to keep the press constant .This system can startup the little pump at the vale of using water to saving power . System can still operates automatically with failure of frequency conversion to obtain uninterrupted water supply and ca

4、n be auto startup after system recovery , this creates the possibility of fully automatic operation. （Key Word） PLC Frequency conversion and variable speedserial communication low flow pump在居民生活用水、工業(yè)用水、各類自來水廠、油田、油庫、鍋爐定壓供熱和恒壓補(bǔ)水噴淋及消防等供水系統(tǒng)中，采用傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓增壓等設(shè)備，不但占地面積和設(shè)備投資大，維護(hù)困難，且不能滿足高層建筑、工業(yè)、消防等高水壓、大流量

5、的快速供水需求。另一方面，由于供水量的隨機(jī)性，采用傳統(tǒng)方法難以保證供水的實(shí)時(shí)性，且水泵的選取往往是按最大供水量來確定，而高峰用水時(shí)間較短，這樣水泵在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)有較大余量，不僅水泵效率低，供水壓力不穩(wěn)，而且造成大量電力浪費(fèi)。這里介紹一種由可編程控制器控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)，它既能解決人工操作的繁雜勞動(dòng)和精神壓力，又能節(jié)約能源。1、系統(tǒng)介紹變頻恒壓供水控制系統(tǒng)由PLC 控制器、觸摸屏顯示器、變頻調(diào)速器、壓力變 送器、水位變送器、交流接觸器等其它電控設(shè)備以及3臺(tái)水泵（水泵數(shù)量可以根據(jù)需要設(shè)置）和一臺(tái)小流量泵等構(gòu)成，如圖1所示。在供水系統(tǒng)總出水管上安裝壓力變送器檢測(cè)出水壓力，在蓄水池安裝液位變送器

6、，PLC 具有模擬量輸入檢測(cè)模塊，檢測(cè)壓力變送器和液位變送器輸出的4-20mA 信號(hào)，將檢測(cè)的壓力信號(hào)與設(shè)定的壓力信號(hào)經(jīng)過PID 運(yùn)算后，通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的壓力閉環(huán)系統(tǒng)；自動(dòng)檢測(cè)水池水位信號(hào)與設(shè)定的水位低限比較，輸出水位低報(bào)警信號(hào)或直接停機(jī)。觸摸屏顯示器可以顯示電源電壓、電流、變頻器輸出頻率、實(shí)際供水壓力和設(shè)定供水壓力和各泵的工作狀態(tài)等信息；可以通過觸摸屏在線修改設(shè)定供水壓力和控制水泵的運(yùn)行。該系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，尤其是強(qiáng)電邏輯硬件互鎖功能，從而保證正常供水，且可以做到無人值守。2工作原理該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)

7、行方式：2.1手動(dòng)運(yùn)行方式選擇此方式時(shí)，按啟動(dòng)按鈕泵或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各水泵。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。2.2自動(dòng)運(yùn)行方式2.2.1啟動(dòng)程序在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，1#泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0Hz 開始上升，此時(shí)壓力變送器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋PLC ，由PLC 經(jīng)PID 運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz ，延時(shí)一定時(shí)間后，將1#泵切換為工頻，2#泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)2#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，依次類推增加水泵。2.2.2水

8、泵切換程序如用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，則PLC 控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值（水泵出水頻率，一般為25Hz ），而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，PLC 開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC 放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若在一定時(shí)間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力，根據(jù)先投先停的原則，PLC 將停止正在運(yùn)行的水泵中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。2.2.3啟動(dòng)小流量泵對(duì)于居民生活供水或其它用水時(shí)段性較強(qiáng)的供水系統(tǒng)，可設(shè)置一臺(tái)小流量水泵。例如在晚上12點(diǎn)到凌晨5點(diǎn)，居民生活用水很少，一臺(tái)30kW 的水泵為了維持供水

9、壓力也需要長(zhǎng)時(shí)間工作在25Hz 左右，電動(dòng)機(jī)不僅要消耗十幾個(gè)千瓦的電能，同時(shí)還要長(zhǎng)期工作在低頻狀態(tài)，大大影響電動(dòng)機(jī)的壽命。若系統(tǒng)中設(shè)置一臺(tái)5KW 左右的小流量水泵，為了維持出水壓力，由小流量水泵變頻工作，不僅電動(dòng)機(jī)工作在較高頻率，而且消耗的電能也很小。在小流量水泵的選擇上，其功率一般是主水泵功率的1/4到1/6，揚(yáng)程和主泵相同。2.2.4 水池水位檢測(cè)在自動(dòng)供水的過程中，PLC 實(shí)時(shí)檢測(cè)水池水位，若水位低于設(shè)定的報(bào)警水位時(shí)，蜂鳴器發(fā)出缺水報(bào)警信號(hào)；若水位低于設(shè)定的停機(jī)水位時(shí)，停止全部水泵工作，防止水泵干抽，并發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號(hào)；若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時(shí)，自動(dòng)關(guān)斷水池給水管電動(dòng)閥門。2.

10、2.5 自動(dòng)啟動(dòng)有時(shí)電源會(huì)突然斷電，若無人值班，恢復(fù)供電后若系統(tǒng)無法啟動(dòng)會(huì)造成斷水，為此本系統(tǒng)設(shè)置了通電后自動(dòng)變頻啟動(dòng)方式。在電源恢復(fù)后，PLC 會(huì)發(fā)出指令，蜂鳴器發(fā)出警告，然后按自動(dòng)運(yùn)行方式變頻啟動(dòng)1#泵，直到穩(wěn)定地運(yùn)行在給定水壓值。2.2.6 消防報(bào)警 當(dāng)出現(xiàn)消防報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)立即按照消防壓力運(yùn)行。2.2.7 故障處理變頻故障從冗余設(shè)計(jì)原則考慮，在變頻器發(fā)生故障時(shí)也要不間斷供水。當(dāng)變頻器突然發(fā)生故障，蜂鳴器報(bào)警，PLC 發(fā)指令使全部水泵停機(jī)，然后1#泵工頻運(yùn)行（若水泵功率大于37KW ，則需要采用降壓?jiǎn)?dòng)或其它啟動(dòng)方式），經(jīng)一定延時(shí)后根據(jù)壓力變化情況再使2#泵工頻運(yùn)行。此時(shí)，PLC 切換

11、泵則根據(jù)實(shí)際水壓的變化在工頻泵間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動(dòng)機(jī)欠壓、過壓、錯(cuò)相、電機(jī)故障等情況時(shí)，均能由蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲。條件許可時(shí)可以添加MODEM 模塊，在變頻器、電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)能通過遠(yuǎn)程通信口撥叫值班人員電話，通知有關(guān)人員前來維修。所有故障解決、恢復(fù)正常后，自啟動(dòng)前也要發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3 控制系統(tǒng)配置及軟件編程3.1控制系統(tǒng)硬件配置3.1.1 PLC的選擇可編程序控制器采用SIEMENS 的S7-200系列CPU-226主機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)(24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn) ，具有2個(gè)RS-485通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是S7

12、-200 PLC的一個(gè)很有特色的功能，它使S7-200 PLC 可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中PLC 可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用4路12位A/D模擬量輸入的EM231模塊，具有較高的精度。PLC 編程采用STEP7-Micro/WIN編程軟件，它提供一個(gè)完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換。3.1.2 變頻器及控制方式選擇在傳統(tǒng)的變頻控制系統(tǒng)中，變頻器的啟動(dòng)/停止由PLC 通過開關(guān)量輸出控制，變頻器頻率是由PLC 通過模擬量輸出端口輸出05(10V或420mA 信號(hào)控制的，這需要購買PLC 比較昂貴的模擬

13、量輸出端口模塊。對(duì)變頻器故障的檢測(cè)是只是由PLC 讀取變頻器的故障報(bào)警觸點(diǎn)，只是知道變頻器出現(xiàn)故障，但具體什么故障并不清楚，需操作人員查詢變頻器報(bào)警信息后再閱讀變頻器說明書才知道，這對(duì)于一般值班人員來說太難了。因此在本系統(tǒng)中PLC 對(duì)變頻器的控制是通過串行通訊的方式實(shí)現(xiàn)的，變頻器選用SIEMENS 的MM 系列或ABB 的ACS-400系列風(fēng)機(jī)/泵類專用變頻器，它們具有RS-485通訊接口，性價(jià)比較高。PLC 通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、頻率、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報(bào)警信息等參數(shù)，并通過觸摸屏顯示出來，這比通過外部端口控制

14、變頻器的運(yùn)行具有較高的可靠性，節(jié)省了PLC 寶貴的I/O端口，又獲的了大量變頻器的信息。3.1.3 觸摸屏觸摸屏選用臺(tái)灣HITCH 公司生產(chǎn)的PWS 系列，它具有豐富的驅(qū)動(dòng)程序，可方便地通過串口與S7-200系列PLC 通訊。通過觸摸屏可以直觀地顯示各泵的運(yùn)行狀態(tài)、管網(wǎng)實(shí)際出水壓力、設(shè)定壓力、變頻器的電壓、電流、功率及各種故障信息等參數(shù)；操作人員通過觸摸屏可以方便的在線設(shè)置生活供水壓力、消防供水壓力、變頻器加減速時(shí)間、各泵的在線/檢修狀態(tài)等參數(shù)，并可以通過觸摸屏控制各水泵的運(yùn)行。3.1.4 控制電路設(shè)計(jì)在控制電路設(shè)計(jì)中，注意到系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換、每臺(tái)水泵的變頻接觸器和工頻接觸器、各水泵的變頻接

15、觸器在電氣上的連鎖，防止系統(tǒng)中出現(xiàn)一臺(tái)水泵工頻和變頻電源同時(shí)接通或多臺(tái)水泵同時(shí)接通變頻電源的現(xiàn)象。系統(tǒng)主要控制回路如圖2所示。 圖23.2 PLC 軟件編程整個(gè)系統(tǒng)PLC 既有開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出，又有與變頻器和觸摸屏的通訊，因此在PLC 控制軟件編程上采用模塊式結(jié)構(gòu)，各種功能的程序模塊通過主程序有機(jī)地結(jié)合起來，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。在主程序中，PLC 上電初使化，檢測(cè)系統(tǒng)各部分狀態(tài)信息，若有報(bào)警信息則首先發(fā)出警告，若無報(bào)警信息，則開始從1#泵（1#泵被切除出系統(tǒng)，則從泵號(hào)最小的在線泵）變頻啟動(dòng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)出水壓力并進(jìn)行PID 運(yùn)算，控制變頻器的輸出頻率，保持供水壓力恒定；若變頻器頻率達(dá)到50Hz 延時(shí)幾秒后，出水壓力仍低于設(shè)定壓力，則將1#泵切換為工頻，變頻啟動(dòng)2#泵以保持壓力恒定并依此類推。若出水壓力超過設(shè)定壓力，則變頻器降低輸出頻率來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于設(shè)定水泵出水頻率而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，延時(shí)一段時(shí)間后根據(jù)先投先停的原則，停止正在運(yùn)行水泵中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)只有一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行且連續(xù)一段時(shí)間頻率低于設(shè)定出水頻率，則切除變頻運(yùn)行主泵，投入小流量泵，既保護(hù)主泵電動(dòng)機(jī)，又節(jié)約能源。4 結(jié)束語在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)