PLC恒壓供水控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u30928PLC恒壓供水控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)案例 1274021.1恒壓供水控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 1136761.1.1恒壓供水控制方式分析 1157501.1.2恒壓供水發(fā)展與展望 2205191.1.3恒壓供水的優(yōu)點(diǎn) 2136731.2恒壓供水控制系統(tǒng)基本原理 252231.3硬件方案設(shè)計(jì) 4226721.4軟件方案設(shè)計(jì) 41.1恒壓供水控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)目前我國(guó)對(duì)工業(yè)用水、居民用水以及消防用水的供水方式上還處于落后階段。主要是因?yàn)槲覈?guó)的居民生活用水量隨時(shí)間變化大，季節(jié)和晝夜相差也很大。而隨著我國(guó)近些年的飛速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及高層建筑的層高在不斷的加高，供水壓力和供水要求也在不斷提高，以往的供水管網(wǎng)和供水壓力已經(jīng)逐漸無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)今的供水要求，需要改進(jìn)現(xiàn)在的供水方式已滿(mǎn)足現(xiàn)在的供水需求。傳統(tǒng)城市的居民建筑都比較低矮，對(duì)供水質(zhì)量的要求都不是很高，一般情況下可以直接用管網(wǎng)供水，大多數(shù)建筑的供水只要連接水網(wǎng)的供水就可以滿(mǎn)足建筑控水的需求。但隨著近年來(lái)城市和經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足供水的需求了，大多數(shù)城市開(kāi)始使用二次供水來(lái)滿(mǎn)足城市的供水需求，因此近些年供水方式得到快速的發(fā)展，比如單片機(jī)變頻調(diào)速供水、水塔高位水箱供水、恒壓泵加壓供水、氣壓罐供水等方式。但這些供水方式雖然在供水穩(wěn)定性方面有改進(jìn)，但還是有一些缺點(diǎn)。1.1.1恒壓供水控制方式分析這種供水方式是通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，來(lái)滿(mǎn)足對(duì)供水管網(wǎng)中對(duì)水壓的要求，以實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的。系統(tǒng)供水管網(wǎng)中的壓力是通過(guò)壓力傳感器測(cè)量的。用戶(hù)期望的水壓可以提前進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)系統(tǒng)在進(jìn)行供水時(shí)通過(guò)壓力傳感器的反饋信號(hào)和壓力的設(shè)定值進(jìn)行比較，然后通過(guò)PLC的PID控制器進(jìn)行控制，輸出一個(gè)反饋信號(hào)給變頻器然后對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種控制方式因?yàn)橐褂玫絇LC的模擬量接口，所以控制成本比較高。1.1.2恒壓供水發(fā)展與展望在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的發(fā)展中，直流電動(dòng)機(jī)在所有的電機(jī)的調(diào)速控制中一直有著廣泛的應(yīng)用。但是直流電機(jī)的價(jià)格比較昂貴，而且設(shè)備的保養(yǎng)成本也比較高。因此使用異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)高性能調(diào)速一直被人們所追求著。三相異步電機(jī)的調(diào)速方法有很多，比如變頻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、有極調(diào)速、變級(jí)調(diào)速等。但是由于都有缺點(diǎn)所以沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。但70年代由于自動(dòng)控制技術(shù)和自動(dòng)控制原理的快速發(fā)展，促使晶體管變頻器的產(chǎn)生。晶體管變頻器克服了很多以往交流調(diào)速方案的缺點(diǎn)，并且它的調(diào)速能力和直流電機(jī)的調(diào)速能力不相上下。但是三相電機(jī)具有好維修價(jià)格便宜，適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，這種轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。到80年代，三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的十分成熟，它把經(jīng)過(guò)三相電機(jī)的電流經(jīng)過(guò)二級(jí)管變換變成直流電，然后經(jīng)過(guò)IGBT模塊等元件逆變成頻率可調(diào)的交流電源，用此電源帶動(dòng)電機(jī)在變速狀態(tài)下運(yùn)行，讓電機(jī)自動(dòng)適應(yīng)變負(fù)荷的情況。它改變了傳統(tǒng)工廠中電機(jī)的固定的啟動(dòng)方式，從而可以節(jié)約能源。1.1.3恒壓供水的優(yōu)點(diǎn)基于變頻調(diào)速技術(shù)的很多優(yōu)點(diǎn)比如：機(jī)械性能好，調(diào)速的精度和范圍都很好，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，而且變頻調(diào)速系統(tǒng)所占體積比較小，維護(hù)起來(lái)也很容易，自動(dòng)控制程度高等優(yōu)點(diǎn)受到了很多傳統(tǒng)公司的喜愛(ài)。尤其是它用在該供水系統(tǒng)中，很大的結(jié)約了電能保護(hù)了環(huán)境污染。提高了系統(tǒng)的可靠性，給出了較高的自動(dòng)化程度，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化工作，降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。水泵可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，避免了大電流對(duì)電網(wǎng)沖擊。系統(tǒng)可以根據(jù)用水量的多少來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供水管網(wǎng)的水壓，節(jié)約電能的損耗，提高了整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。使用這個(gè)系統(tǒng)可以減少的水泵、閥門(mén)、管網(wǎng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的沖擊，減少了整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了整個(gè)系統(tǒng)的工作年限，做到了經(jīng)濟(jì)利益最大化。整個(gè)系統(tǒng)具有一定的擴(kuò)展能力，當(dāng)用水量擴(kuò)大時(shí)，可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)的需求。1.2恒壓供水控制系統(tǒng)基本原理本工程的目標(biāo)是為住宅建筑提供供水系統(tǒng)。由于水壓較低時(shí)對(duì)高水壓的要求較高，因此高層用戶(hù)將無(wú)法正常用水，甚至無(wú)水。使用PLC控制供水系統(tǒng)是一個(gè)基于PID控制由變頻器、水泵電機(jī)以及各種傳感器所構(gòu)成的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)的控制流程圖如圖所示。這是向這座小建筑供水的過(guò)程。由水廠送出，先存于水池中，再經(jīng)水廠送至消費(fèi)者手中泵。供水系統(tǒng)控制圖如圖1.1所示。圖1.SEQ圖1.\*ARABIC1供水系統(tǒng)控制圖由圖可以看出系統(tǒng)由實(shí)行部分、信號(hào)識(shí)別部分、管理部分三大部分組成，具體為：(l)實(shí)行部分：實(shí)行部分是由三臺(tái)電機(jī)組成，它們直接對(duì)自來(lái)水用戶(hù)進(jìn)行供水，其中電機(jī)有兩種運(yùn)行狀態(tài)變頻和工頻，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)水泵變頻和工頻狀態(tài)的調(diào)整來(lái)對(duì)管網(wǎng)中的流量和壓力進(jìn)行調(diào)整從而實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的。(2)信號(hào)識(shí)別部分：在恒壓供水系統(tǒng)中需要識(shí)別的信號(hào)有用戶(hù)出水口的壓力信號(hào)、蓄水倉(cāng)的水位信號(hào)和警告報(bào)警裝置。供水管道的壓力值即是所提供給自來(lái)水用戶(hù)的壓力值信號(hào)，這是整個(gè)系統(tǒng)最為關(guān)鍵的回饋信號(hào)。壓力信號(hào)是模擬信號(hào)，在輸入PLC時(shí)，要對(duì)其使用轉(zhuǎn)換器進(jìn)行變換。在這個(gè)系統(tǒng)中為了使整個(gè)系統(tǒng)更加的穩(wěn)固，還要對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的最大壓力和最小壓力進(jìn)行觀測(cè)，將所采集到的數(shù)據(jù)輸送給PLC，作數(shù)字量輸入；蓄水倉(cāng)中的液位信號(hào)反映出供水水量是否足夠。當(dāng)采集到信號(hào)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)程序就要對(duì)供水水泵進(jìn)行保護(hù)，用于防止水泵在沒(méi)有水的情況下發(fā)生對(duì)電機(jī)的損害。這個(gè)信號(hào)是放置在水池中的液面感應(yīng)器；警報(bào)信號(hào)是對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行控制，水泵有沒(méi)有發(fā)生超負(fù)荷運(yùn)行、變頻器有沒(méi)有發(fā)生故障，這個(gè)信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。(3)管理部分：恒壓供水系統(tǒng)的所有裝置是放置在控制箱中，其中有可編程控制器、變頻器以及其他控制器件。PLC控制器是整個(gè)恒壓供水的核心。PLC會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的水壓、水位、警告信號(hào)進(jìn)行歸納。PLC還會(huì)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算解析然后對(duì)控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行反饋，進(jìn)而使用變頻器和控制開(kāi)關(guān)對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行管理；變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，根據(jù)壓力的反饋對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供水的目標(biāo)。1.3硬件方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要通過(guò)研究PLC來(lái)控制變頻器達(dá)到恒壓供水。通過(guò)學(xué)習(xí)并熟悉了PLC的工作原理，編程原理以及編程方法。進(jìn)行硬件選型，軟件編程，控制系統(tǒng)的主電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)，本次系統(tǒng)的控制設(shè)備選用S7-1200系列的PLC，CPU型號(hào)為1214。變頻器選用西門(mén)子泵類(lèi)專(zhuān)用的變頻器型號(hào)MM430，水泵選擇的是三臺(tái)湘泵公司的IS50-32-250系列水泵，壓力傳感器選用的是YTZ-150型帶電接點(diǎn)式的壓力感應(yīng)器，液位開(kāi)關(guān)方面選擇的是BL-YW120連桿浮球式液位開(kāi)關(guān)，接觸器選擇的是天水二一三電器有限公司生產(chǎn)的GSC3-25AC交流接觸器，熱繼電器選擇的是JRS4-dR型號(hào)過(guò)載繼電器。在控制過(guò)程中，電控系統(tǒng)由S7-1200完成，PID控制由變頻器和PLC完成。1.4軟件方案設(shè)計(jì)恒壓供水裝置是通過(guò)裝在用戶(hù)管道上的壓力感應(yīng)器檢測(cè)出水水壓，而檢測(cè)出的水壓將會(huì)被變成電壓信號(hào)，給出的電壓信號(hào)將是恒壓供水的關(guān)鍵。由于壓力感應(yīng)器餓信號(hào)為模擬量信號(hào)，所以要通過(guò)轉(zhuǎn)換器變換后才可以和規(guī)定值進(jìn)行對(duì)比，然后對(duì)比出的值在PID控制器中進(jìn)行計(jì)算，然后計(jì)算出的結(jié)果信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換器變換為模擬信號(hào)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行控制，然后來(lái)改變電機(jī)的速度，控制管網(wǎng)中的流速，進(jìn)而滿(mǎn)足管網(wǎng)的供水壓力，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程如下:供水系統(tǒng)有控制開(kāi)關(guān)，可控制系統(tǒng)的自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)使用手動(dòng)工作時(shí)，可以使用按鈕來(lái)管理3臺(tái)水泵的工頻模式下的關(guān)開(kāi)，這是為了在檢修情況下使用；當(dāng)使用自動(dòng)模式運(yùn)行時(shí)，PLC使用變頻器運(yùn)行P1電機(jī)，這種情況下放置在出水口的壓力感應(yīng)器將測(cè)得的壓力信號(hào)反饋給變頻器，和事先規(guī)定在系統(tǒng)中壓力值進(jìn)行對(duì)比，然后使用PID控制器計(jì)算，對(duì)變頻器的頻率進(jìn)行改變。當(dāng)用水快速增大時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行頻率達(dá)到工頻而用戶(hù)水壓無(wú)法得到滿(mǎn)足，將會(huì)把此時(shí)的變頻電機(jī)改變?yōu)楣ゎl下使用，將變頻器轉(zhuǎn)換給P2電機(jī)，控制P2電機(jī)的變頻工作，實(shí)現(xiàn)一電機(jī)變頻電機(jī)工頻雙電機(jī)工作。如果此時(shí)電機(jī)的工作頻率還接近工頻而用戶(hù)的出水口壓力還無(wú)法得到滿(mǎn)足時(shí)，此時(shí)把P2電機(jī)變換到工頻狀態(tài)，把變頻器給P3電