基于PLC的变频恒压供水设计(2)

常州信息职业技术学院

摘 要

随着我国社会经济的不断发展，人们的生活水平也在不断提高，其中人们对供水的质量和供水系统的可靠性要求比较高。由于目前的能源紧缺，所以利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术来设计一个能适应不同领域的变频恒压供水系统。

本论文通过对PLC 200的编程来实现恒压供水系统，从而取代了直接水泵加压和高位水塔供水方式。由变频器、压力传感器、PLC及PID调节器组成控制系统。采用变频器实现对水泵电机的软启动和变频调速。压力传感器经管网压力信号通过PID处理传送给变频器，变频器通过压力大小调整电机转速来改变供水量，从而保证管网压力的恒定。这样有益于保护环境、减少资源，而且操作简单，维护方便，同时也降低了电能的损耗和对电网的影响。所以用PLC来设计变频恒压供水系统不仅能够满足现实需要，也能提高整个系统的效率，延长系统的寿命、节约能源，是现代化城市和生活小区供水较为理想的供水方式。

关键词：PLC ;变频器; PID ;压力传感器;供水系统

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Abstract

With China’s economic and social development,people’s living standard has been improved,the reliability of water quality and water supply system requirement is relatively high. Because of the shortage of energy, so the use of automation technology, control technology and communication technology to design a can adapt to variable frequency constant pressure water supply system in different fields.

This paper based on the programming of PLC 200 to realize the constant pressure water supply system, thus replacing the direct water pump pressure and high water tower water supply mode.The control system consists of transducer, pressure sensor, PLC and PID regulator.Implementation of the water pump motor soft start and frequency converter. Pressure sensor managerment net pressure signal to the inverter through the PID transmission, the converter to change the water supply pressure size by adjusting the rotation speed of the motor,thus ensuring a constant pressure of the pipe network.It is beneficial to protect environment ,reduce resource,and has the advantages of simple operation,convenient maintenance,but also reduces the power loss and the impact on the grid.So the use of PLC to design of variable frequency constant pressure water supply system can not only meet the needs of reality,but slao can improve the efficiency of the whole system,extending the system lifetime,energy conservation,is a modern city and living in the area of water supply an ideal water supply mode.

Key words: PLC; frequency changer; PID; preaaure pickup; water supply sys

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第1章 前言

众所周知，水是生命之源，是人类生活和生产过程中不可缺少的重要资源之一。我国是一个水资源短缺的国家，所以我国长期以来在供水方面的技术比较落后，自动化程度也比较低。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，人们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。

传统的供水方式普遍不同程度的存在浪费水力资源和电力资源、效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。变频调速恒压供水系统是集变频技术，电气传动技术，现代控制技术于一体先进的供水控制系统。它可以根据用水管网瞬间用水量的不同所引起的压力变化，自动地改变水泵的转速，自动调节峰谷供水量，保证管网供水压力恒定，以满足用水的要求。其优越性表现在：一是节能显著；二是在开、停机时能减小电流对电网的冲击以及供水水压对管网系统的冲击；三是能减小水泵、电机自身的机械冲击损耗。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。

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第2章 系统的发展及其意义

2.1 课题的背景和研究的意义

水是我们赖以生存的资源，而我国是个水资源短缺的国家。随着社会的飞速发展，人口的不断增长，用水量也在急剧增加，从而出现供水不足的现象，同时造成管网水压浮动较大。而变频调速恒压供水系统是集变频技术，电气传动技术，现代控制技术于一体先进的供水控制系统。它可以根据用水管网瞬间用水量的不同所引起的压力变化，自动地改变水泵的转速，自动调节峰谷供水量，保证管网供水压力恒定，以满足用水的要求。

供水厂希望通过对原有系统的技术改造，提高生产过程的自动化水平。并在此基础之上配备相应的系统管理软件，改变传统的落后管理方式，使管理工作规范化，提高水厂的业务管理水平。由于水厂原有的供水控制系统是一个完全依靠值班人员手动控制的系统，所以对该系统技术改造的要求是在原有系统的基础进行，设计一套取水和供水的自动控制系统，克服由于采用单纯手动控制系统进行控制带来的控制不方便、控制系统对供水管网中压力和水位变化反应迟钝的问题，降低能源消耗和资源浪费，提高设备的可维护性和运行的可靠性，以达到降低自来水的生产成本和提高生产管理水平的目的。

在相当比较大规模的工业生产供水系统，以PLC控制的变频调速恒压供水有它自身的特点：

（1） 供水量在短时间内(一天时间内)变化大，这种变化在几个小时内甚至是几倍或上十倍。

（2） 对供水压力的要求比较严格，供水的压力随供水的流量的变化而变化，甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。

（3）一般情况下，供水系统的水流量受到水消耗量的控制，而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。

从上即可结论：以PLC为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要，也提高整个系统的效率，延长系统寿命、节约能源、而且能够构成复杂的功能强大的供水系统。

2.2 变频恒压供水系统的国内外研究现状

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。目前国外的恒压供水系统变频器成熟可靠，恒压控制技术先进。变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，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压力传感器，对压力进行闭环控制。 目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求低的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量变频器上，还有待完善。也有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外品牌的

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变频器控制水泵的转速，水管的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、抗干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。同时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)的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的。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、生产实践中。

采用变频调节以后，系统实现了软起动，电机起动电流从零逐渐增至额定电流，起动时间相应延长，对电网没有较大的冲击，减轻了起动机械转矩对于电机的机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。这种调控方式以稳定水压为目的，各种优化方案都是以母管(市政来水管)进口压力保持恒定为条件。实际上，给水泵站的出口压力允许在一定范围内变化。因此这种调控方式缩小了优化范围，所得到的解为局部最优解，不能完全保证泵站始终工作在最优状态.

变频调速是优于以往任何一种调速方式(如调压调速、变极调速、串级调速等)，是当今国际上一项效益最高、性能最好、应用最广、最有发展前途的电机调速技术.它采用微机控制技术;电力电子技术和电机传动技术实现了工业交流电动机的无级调速，具有高效率、宽范围和高精度等特点。以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本低能耗等诸多特点。

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Samco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，只要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。

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