基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)設計

1、引言進幾十年來變頻調速技術在工業(yè)化國家已開始了規(guī)模的應用.80年代末,我國的民用及工業(yè)建筑電氣設計等領域也開始使用變頻調速技術.變頻調速與傳統(tǒng)如直流電機調速比擬,具有很大的優(yōu)越性：整個系統(tǒng)體積小,重量輕,限制精度高,保護功能完善,操作過程簡便、可靠性高、通用性強,尤其是該技術用于一些高耗能設備的限制上,具有非常顯著的節(jié)能效果.通過對用電設備進行變頻調速技術改造,可使總耗電量減少30340%節(jié)能的量級產生了一種飛躍.變頻供水是從20世紀90年代迅速開展起來的一項供水應用新技術,主要用于水廠、各種類型的生產廠、高層樓宇的供水系統(tǒng),具有水壓恒定、噪聲小、節(jié)能等一系列優(yōu)點.由于供水系統(tǒng)在運行中流量和水

2、壓在一天中的變化較大,如果使用傳統(tǒng)的電氣限制,設備啟動頻繁,電流和水壓沖擊嚴重及設備維修量大,而且對供水壓力的限制來說也很麻煩,總得人工對水泵進行啟停操作,浪費大,最終還影響供水質量,供水本錢也高,而變頻供水的出現使這些問題迎刃而解.作為應用現代電力電子器件與微計算機技術有機結合的交流變頻調速裝置,隨著產品的開發(fā)創(chuàng)新和推廣應用,使得交流異步電動機調速領域發(fā)生一場巨大的技術革命.當前自動恒壓供水系統(tǒng)應用的電動機調速裝置均采用交流變頻技術,而系統(tǒng)的限制裝置采用PLC限制器.恒壓供水系統(tǒng)具有標準的通訊接口,可與城市供水系統(tǒng)的上位機聯網,實現城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化限制,為城市供水系統(tǒng)提供了現代化的調度、治

3、理、監(jiān)控及經濟運行的手段.第一章恒壓供水系統(tǒng)設計方案1.1 恒壓供水系統(tǒng)的組成及工作原理系統(tǒng)組成結構如圖1所示,采用了3臺水泵機組并聯運行供水方式,其中1、2號泵即可變頻又可工頻運行,3號泵只變頻運行；選用專為風機、泵用負載設計的普通功能型限制方式的三菱變頻器型號FR-A540-11K-CH,變頻器內置PID限制模塊；PLC選用易于操作的具有I/O點數,16/16的三菱FX2N-32MR壓力變送器選用普通壓力表Y-100和XMT-I270數顯儀實現壓力的檢測、顯示和變送.系統(tǒng)設有手動撥碼開關,可分別控制1、2號泵單獨在工頻下的運行與停止,這主要用于定期檢修和突發(fā)事件臨時供水.系統(tǒng)有普通生活供水

4、和火災供水兩種工作模式,系統(tǒng)要工作時PLC首先利用變頻器軟啟動1號泵,此時裝在管網上的水壓傳感器將實測的管網壓力反應到變頻器,同預先在變頻器面板設定的給定值進行比擬,通過變頻器內部PID運算,調節(jié)變頻器輸出頻率,以到達限制電機工作轉速.在用水量較大時,變頻器輸出頻率接近頻率上限時,PLC通過邏輯運行,將當前工作的變頻泵由變頻切換到工頻下工作,并復位變頻器,再將變頻器切換到下一臺泵,由變頻器軟起動該泵,到達增大供水量目的.當用水量較小時,壓力傳感器檢測到的管網壓力高于給定值時,經過變頻器PID運算后,可關斷工頻運行泵,同時變頻器復位,變頻工作泵號減一,然后由變頻器軟啟動該泵,以降低水壓.這樣根據

5、用水量大小調節(jié)投入水泵臺數的方案在全流量范圍內靠變頻泵的連續(xù)調節(jié)和工頻泵的分級調節(jié)相結合,使供水壓力始終保持給定值.管網壓力信號變頻器水泵機組用戶圖1恒壓供水系統(tǒng)組成結構圖1.2 恒壓供水系統(tǒng)其它輔助工作模式1.2.1 水池水位到達下限處理模塊當水池欠水位時,立即關斷所有工作泵,預防電機空載運行造成損壞,同時啟動報警指示燈,以提醒工作人員做出相應處理.當水位恢復正常滅掉指示燈,由變頻器軟啟動一號泵進入正常運行軌道.1.2.2 變頻器故障模塊當變頻器故障時,立即關斷所有工作泵,報警電鈴、指示燈均工作.此時我們可以手動分別限制1、2號泵工頻運行,以維持供水.當故障消除,報警電鈴、指示燈停止工作,軟

6、啟動一號泵,變頻運行進入正常軌道.1.2.3 火災模塊火災時,供水壓力設定值變大,指示燈、報警電鈴工作,此時供水和普通生活供水類似.滅火后,軟啟動一號泵,變頻運行進入生活供水模式,指示燈、報警電鈴停止工作.第二章供水系統(tǒng)組成部件簡單介紹2.1 PLC簡介可編程序限制器PL.主要以計算機的微處理器為根底,綜合計算機的應用技術、通訊技術以及自動限制技術而開展起來的一種通用限制器.最初,PLC還僅是作為繼電器接觸器限制系統(tǒng)的替代品,而自從進入電氣限制系統(tǒng)領域后,凸顯了其獨有的優(yōu)越性,以其自身強大的抗干擾水平、自診斷功能、通用性、模塊化結構、安裝簡單、調試方便、維護工作量小、編程語言簡單等特點,提升了

7、電氣限制系統(tǒng)的可靠性,根本解決了普通繼電器及接觸器中常見的故障問題,具有很強優(yōu)越性,得到普遍適用.本次恒壓供水系統(tǒng)設計依據要實現的功能選用三菱FX2N-32MR經過編程軟件測試能很好完成預期功能.2.2 變頻器簡介PID限制方式是現代工業(yè)限制中應用的最廣泛的反應限制力式之一.它的原理通過限制對象的傳感器等檢測限制量反應量,將其與目標值溫度、流量、壓力等設定值進行比擬.假設有偏差,那么通過此功能的限制動作使偏差為零.也就是使反應量與目標值相一致的一種通用限制方式.它比擬適用于流量限制、壓力限制、溫度限制等過程量的限制.2.2.1 變頻器工作原理本次設計選用內置PID模塊的FR-A540變頻器來限

8、制水泵電機的工作,其工作原理可結合圖2簡單說明：通過對變頻器面板設定的水壓值與壓力傳感器反應值進行比擬,產生偏差,然后由內部PID模塊按預先調節(jié)規(guī)律進行運算,得出調節(jié)量,限制變頻器輸出,從而改變水泵電機轉速,來保持供水管網壓力恒定.設定點ID運算&1十1廳i.業(yè)動電路圖2變頻器工作原理簡圖輸出額定電流-23A輸出額定容量-17.5KVA2.2.2變頻器參數設計參數號名稱設定范圍最小設定單位設定值1上限頻率0至120Hz0.01Hz100Hz2下限頻率0至120Hz0.01Hz30Hz3基底頻率0至400Hz0.01Hz50Hz4啟動頻率0至60Hz0.01Hz0.5Hz輸出電壓三相-3

9、80V2.3 壓力傳感器接線圖此裝置用于檢測供水管網壓力,同時把采集到值送人變頻器,來到達恒壓供水限制要求,其接線圖如下列圖3所示.壓力傳感器圖3壓力傳感器接線圖2.4 電機參數設計電機選擇三相交流異步電動機,設定參數如下：序號參數及設定參數功能123A電機額定電流211KW電機額定功率350Hz電機額定頻率41400r/min電機額定轉速第三章系統(tǒng)限制電路設計3.1系統(tǒng)主電路設計如下列圖所示：三臺電動機分別為MI、M2M&接觸器KM1KM3KM吩另限制一、二、三號泵的變頻運行；KM2、KM4分別限制一、二號泵工頻運行；FR1、FR2FR3分別為三臺泵電動機過載保護的熱繼電器；QS1Q

10、S2QS3分別為變頻器和一、二號泵電動機主電路的隔離開關；VVVF為通用變頻器；FU1FU2、FU3分別為三條線路保護熔斷器；FU4為引出線熔斷器；QF為主斷路器.3.2 PLC輸入、輸出根據預期要實現的功能,選擇輸入、輸出如以下兩個表格：3.2.1輸入信號序號實現功能乂了化1勺輸入口編號1火災消防供水啟動按鈕SB1X0002水池水位到達下限信號SB2X0013普通生活供水啟動按鈕SB3X0024變頻器故障信號SB4X0035消除報警燈、電鈴按鈕SB5X0046維修檢測啟動按鈕SB6X0057手動一號泉,頻運行撥他開關SC1X0068手動二號泉,頻運行撥他開關SC2X0079火災消防供水停止按

11、鈕SB7X01010普通生活供水停止按鈕SB8X01111變頻器正常信號SB9X01212水池水位正常SB10X01313維修檢測完成信號SB11X0143.2.2輸出信號序號實現功能代號編p1p泵工頻運仃KM2Y0002P集義頻運仃KM1Y0013二號泵,頻運行KM4Y0024號泵艾頻運行KM3Y0035變頻器故障指示燈HL1Y0046變頻器故障電鈴HA1Y0057火災指示燈HL2Y0068火災報警電鈴HA2Y0079.P水攵頻運行KM5Y01010水池水位下限指示燈HL3Y01111變頻器復位KA1Y0123.3 PLC硬件接線電路設計本次設計選擇輸入、輸出16/16型號PLC進行設計,依

12、據上面設計好的輸入輸出表格,根據PLC硬件接線規(guī)那么,連接好的電路如下列圖所示.o24+COMoNVSB1e,ADC1X024VFXAC'Y0Y21002LSB2TX1cNDQL4SB3e工COIX2X4/I1SB4TX3KM2Y1KM1SB5e.JKM4Y3KM3SB6TX5Y4Y6小X6X10A/YHLISC1Y5QyHA11VJ_HL2SC2X7Y/照32MSB7TRHA211Y10-SB87.X11Y11Y13CObY15Y17輸出端KM5HL3SB97,X12Y12<9卜KA1SB10rX13Y14SB117X14/I3Y16X15/I4頻率上限X16輸人端頻率卜限X1

13、7oCOIo4.1程序設計流程圖開始設定變頻泵號選擇工作方式變頻器頻、率達上限Y工頻泵號加17變頻器復位產生關變頻泵脈沖變頻泵號加1產生工頻啟動脈沖延時5秒,產生變頻啟動脈沖又y變頻器頻率達下限工頻泵號減1,變頻器復位產生關當您變頻泵脈沖產生關工頻泵脈沖變頻泵號減1產生變頻啟動脈沖第四章系統(tǒng)程序設計故摩消除土、變頻泵置初值停止所有工作泵指示燈,報警電鈴工作變頻器故障水位正常,工變頻泵置初值指示燈工作N一工水池欠水位火災消除,工變頻泵置初值啟動火災供水模式指示燈,報警電鈴工作Y1#、2#工頻運行1#、2#、3#變頻運行4.2系統(tǒng)程序設計.1,4：6272964M8O02TF-NI8O02xooo

14、xon?TIK-XQianrH卜XDllTFxoinxonKHnisHTHl白HIM4LDDOL7INCCALL(5ETGETpETpSTfMCVIOD2PIOni5H16HIS114D2H16M.TD2D<E5O/T37rincd4S£TM633mRSTKE-(SETALO-PSTK21_PLSKf?KEOTjg)_PLSIllF3TJ6-pSTHIO-|pSTK23jJ1800DM12fflTYCOCYO03Y31014JT援El卜平必井正一職TOOJYDI1KISM21-soM抨(YOOlMHM12NTYCOSYOOlY31JTl:酰£2HMJ4HKOY0O3工

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16、29：一|慳用K3iOD5：第五章總結與展望變頻調速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、平安、供水質量高等優(yōu)點.采用PLC為限制器,硬件結構簡單,本錢低,系統(tǒng)實現水泵電機無級調速,依據用水量的變化自動調節(jié)系統(tǒng)的運行參數,在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求.變頻恒壓供水系統(tǒng)在工業(yè)和生活中有很廣闊的應用前景,除了具有明顯的節(jié)能效果外,還具有操作方便、容易,維護量小的特點,變頻器的軟啟動功能也減少了對電網的沖擊,使設備運行方式更趨于合理,設備的自動化水平得到提升.總之,采用變頻恒壓供水系統(tǒng)是一種技術先進、經濟實用的選擇.采用PLC和變頻器相結合的方案設計的恒壓供水限制系統(tǒng),實現了自動啟閉、切換水泵、生活

17、用水時低恒壓運行、消防用水時高恒壓運行,保證了各臺水泵運行效率的最優(yōu)和設備的穩(wěn)定運轉,由于變頻器具有軟啟動功能,消除了啟動時大電流對電網的沖擊,從而延長泵的使用壽命,該系統(tǒng)不僅能保證用戶的用水和消防需求,同時還可解決現供水系統(tǒng)存在的問題,而且節(jié)能效果顯著.因此,在節(jié)能和改善用戶的生產生活質量上有著重要的實際意義.致謝經過兩周的努力,我終于完成了這次的課程設計.在設計的過程中,從論文的選題到確定思路,從資料的搜集和提綱的擬定到內容的寫作與修改,繼而諸多觀點的梳理,都得益于指導老師的悉心指導和匠心點撥.論文的點評中總是閃爍著智慧的火花,與你們每次交談我都能從中獲益.你們淵博的學識,敏銳的學術洞察力,嚴謹的治學態(tài)度,一絲不茍的負責精神,以及對學生孜孜不倦的教誨都給予了我極其深刻的印象,讓我受益匪淺.在此,向各位老師表示我最衷心地感謝和最誠摯的敬意.同時,也感謝我的同學和朋友們,感