基于PLC小區(qū)變頻恒壓供水中期報(bào)告

1、燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告1、 工作進(jìn)展在這段時(shí)間的學(xué)習(xí)中，我完成了系統(tǒng)所需器件的選型，系統(tǒng)的流程圖、連接原理圖設(shè)計(jì)與繪制，掌握了系統(tǒng)的流程關(guān)系以及各部分的連接關(guān)系。系統(tǒng)主要的任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動(dòng)以及變頻水泵與工頻水泵的切換。恒壓供水系統(tǒng)通過(guò)安裝在用戶供水管道上的壓力傳感器實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為420mA的電信號(hào)，此檢測(cè)信號(hào)是實(shí)現(xiàn)恒壓供水的關(guān)鍵參數(shù)。系統(tǒng)將壓力傳感器提供的管網(wǎng)壓力信號(hào)傳送給變頻器，根據(jù)傳感器的采樣值與變頻器的設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)內(nèi)置的PID功能進(jìn)行數(shù)據(jù)處

2、理，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果作為變頻器頻率的給定輸入，控制變頻器的輸出頻率，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速。居民用水量增加，管網(wǎng)壓力隨之下降，此時(shí)壓力的變化通過(guò)PID運(yùn)算后，最終是變頻器輸出頻率增加，是水泵轉(zhuǎn)速增加或增加投入運(yùn)行的水泵臺(tái)數(shù)，以此增加管網(wǎng)壓力，保證供水。當(dāng)用水量減少時(shí)，管網(wǎng)壓力將增加，壓力的變化通過(guò)PID運(yùn)算后變頻器輸出頻率下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降或減少運(yùn)行的水泵數(shù)量，以此減小管網(wǎng)壓力，保持恒壓供水。未完成的工作包括參數(shù)的設(shè)定，程序的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。作為一個(gè)控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過(guò)載、變

3、頻器報(bào)警、電網(wǎng)過(guò)大波動(dòng)、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對(duì)各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由PLC判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動(dòng)作控制，以免造成不必要的損失。二、器件選型變頻恒壓供水系統(tǒng)由變頻器，泵組電機(jī)，壓力傳感器，三菱PLC控制單元以及若干連接器件構(gòu)成1、 PLC可編程控制器 采用三菱FX2N系列PLC可編程控制器，采用FX2N-2AD作為PLC的模擬量輸入模塊。PLC是泵組電機(jī)管理的執(zhí)行設(shè)備,根據(jù)采樣的模擬量頻率值和管網(wǎng)水壓值,自動(dòng)調(diào)整工頻泵和變頻泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù);同時(shí)PLC還是變頻器的驅(qū)動(dòng)控制2、變頻器根據(jù)設(shè)計(jì)需求變頻器采用三菱變頻器FR-A540，其作用是為可邊頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)極變速，從

4、而使官網(wǎng)水壓保持基本恒定；同時(shí)變頻器還可以作為電機(jī)軟啟動(dòng)裝置，限制電機(jī)的啟動(dòng)電流，克服供水過(guò)程中的水錘效應(yīng)；另外該變頻器內(nèi)還自帶PID調(diào)節(jié)器，對(duì)壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)水壓的瞬時(shí)值作PID運(yùn)算，其輸出量轉(zhuǎn)化為可調(diào)頻率控制泵組電機(jī)。由于變頻器自帶PID調(diào)節(jié)器，PID參數(shù)可由經(jīng)驗(yàn)值直接確定，PID的參數(shù)設(shè)定由變頻器參數(shù)128-134來(lái)設(shè)定。3、水泵機(jī)組水泵機(jī)組的選型基本原則：一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行。以求取得較好的節(jié)能效果，要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。初步設(shè)定樓房為10層樓高，高度約為35米約有住戶800人。通過(guò)資料得知用水量標(biāo)準(zhǔn)為0.1

5、9m/人日0.25m/人日，由此得供水管道壓力估算值為P =（0.08+0.04樓層數(shù)）MPa=0.48MPa 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定水泵機(jī)組的電動(dòng)機(jī)額定功率為75KW。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求并結(jié)合實(shí)際中小區(qū)生活用水情況，最終確定確定采用3臺(tái)上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵機(jī)組（電機(jī)功率75KW）。SFL型低噪音生活給水泵在外殼、軸上采用不銹鋼材質(zhì)，葉輪、導(dǎo)葉采用鑄造件，經(jīng)過(guò)靜電噴塑處理，效率可提高5%以上；采用低噪音電機(jī)，機(jī)械密封，前端配有泄壓保護(hù)裝置，噪聲更低(室外噪音60分貝)、磨損小、壽命更長(zhǎng)；下軸承采用柔性耐磨軸承，噪音低，壽命長(zhǎng)；采用低進(jìn)低出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水力模型先進(jìn)，性能更可靠。它可以

6、輸送清水及理化性質(zhì)類似于水的無(wú)顆粒、無(wú)雜質(zhì)不揮發(fā)、弱腐蝕介質(zhì)，一般用在城市給排水、鍋爐給水、空調(diào)冷卻系統(tǒng)、消防給水等。因此本設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)功率為75KW的上海熊貓機(jī)械有限公司生產(chǎn)的SFL系列水泵3臺(tái)。4、壓力傳感器壓力傳感器使用CY-YZ-1001型絕對(duì)壓力傳感器。該傳感器的量程為02.5MPa，工作溫度為560 ,能實(shí)時(shí)地測(cè)量參考點(diǎn)的水壓，檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)換為420mA的電信號(hào)。該傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成，當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí)，敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化，信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理，同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償，使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)

7、的要求。5、保護(hù)元件及連接元件熱繼電器選用TK-E02T-C，額定電流58A，額定電流為69 A熔斷器FU選用RT18系列接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw按鈕均選用LAY311型，其主要技術(shù)參數(shù)為：UN=24VDC，IN=0.3A，含1對(duì)常開(kāi)和1對(duì)常閉觸點(diǎn)。三、系統(tǒng)控制方案與框圖1、系統(tǒng)控制方案選用通用變頻器+PLC(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+壓力傳感器這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通用性強(qiáng)；由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控

8、制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過(guò)PC機(jī)來(lái)改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。同時(shí)由于PLC的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高，因此系統(tǒng)的可靠性大大提高。該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場(chǎng)合，并且與供水機(jī)組的容量大小無(wú)關(guān)。2、系統(tǒng)原理圖如圖1所示系統(tǒng)原理圖，整個(gè)電路分為主電路,手動(dòng)控制電路和PLC自動(dòng)控制電路三部分。主電路和手動(dòng)控制電路組成手動(dòng)運(yùn)行模式,主電路和PLC自動(dòng)控制電路組成自動(dòng)運(yùn)行模式。手動(dòng)運(yùn)行主要用于檢修及自動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的應(yīng)急供水方式中。當(dāng)手動(dòng)運(yùn)行時(shí),完全脫開(kāi)PLC及變頻器的控制,合上開(kāi)關(guān)SB1進(jìn)行手動(dòng)控制,根據(jù)實(shí)際用水量,合上開(kāi)關(guān)SB2,SB4,SB6中的任一個(gè),兩個(gè)或者三個(gè),

9、可啟動(dòng)這幾臺(tái)泵工頻運(yùn)行,按下按鈕SBQ可停止。自動(dòng)運(yùn)行為正常的運(yùn)行狀態(tài)。采用三組電機(jī)-水泵對(duì)水網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水,每臺(tái)電機(jī)均可工作在變頻方式或工頻方式,但每次又僅有一臺(tái)電機(jī)工作在變頻調(diào)速狀態(tài)。工作時(shí)由壓力傳感器反饋的電流信號(hào)420mA送入變頻器4號(hào)引腳,與壓力設(shè)定值在變頻器內(nèi)部進(jìn)行PID運(yùn)算,運(yùn)算的結(jié)果控制輸出頻率的增減,從而控制泵組電機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外,可編程控器PLC根據(jù)當(dāng)前的壓力情況和變頻器輸出頻率值來(lái)對(duì)泵組電機(jī)進(jìn)行合理切換,及時(shí)進(jìn)行增泵或減泵操作,實(shí)現(xiàn)最佳匹配。當(dāng)合上開(kāi)關(guān)SB0時(shí),系統(tǒng)能夠進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài),由PLC和變頻器聯(lián)合控制各臺(tái)電機(jī)的投入或切除、工頻或變頻運(yùn)行方式。PLC控制變頻器的啟動(dòng)

10、與停止,啟動(dòng)變頻器后,先由1號(hào)水泵變頻運(yùn)行,壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口總水壓仍不能達(dá)到設(shè)定值,且變頻器輸出頻率已達(dá)到上限頻率49.5Hz(上限頻率通過(guò)變頻器參數(shù)1來(lái)設(shè)定),說(shuō)明用水量增大,延時(shí)20后管網(wǎng)壓力仍小于設(shè)定值,PLC控制程序使1號(hào)泵工頻運(yùn)行，并啟動(dòng)2號(hào)泵使之變頻運(yùn)行。壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口總水壓如果已達(dá)到設(shè)定值,則1號(hào)泵工頻運(yùn)行,2號(hào)泵變頻運(yùn)行;同理如果壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口總水壓扔不能達(dá)到設(shè)定值,且變頻器輸出頻率已達(dá)到上限頻率49.5Hz,說(shuō)明用水量還在增大,延時(shí)20后,由PLC使2號(hào)泵變?yōu)楣ゎl運(yùn)行,并啟動(dòng)3號(hào)泵使之變頻運(yùn)行。壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口總水壓如果已達(dá)到設(shè)定值,則1號(hào)泵工頻運(yùn)

11、行,2號(hào)泵工頻運(yùn)行,3號(hào)變頻運(yùn)行;壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出口總水壓如果超過(guò)設(shè)定值,且變頻器輸出頻率已達(dá)到下限頻率20Hz時(shí)(下限頻率通過(guò)變頻器參數(shù)2來(lái)設(shè)定),延時(shí)20后,由PLC切除3號(hào)泵的運(yùn)行,1號(hào)泵工頻運(yùn)行,2號(hào)泵變頻運(yùn)行。運(yùn)行一段時(shí)間,如果壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出口總水壓超過(guò)設(shè)定值,且變頻器輸出頻率已達(dá)到下限頻率,可由PLC切除2號(hào)泵,單獨(dú)由1號(hào)泵變頻運(yùn)行。總之,在用水量增大,管壓降低時(shí),增加泵組電機(jī)工作;在用水量減少,管壓增加時(shí),減少泵組電機(jī)工作。PLC程序通過(guò)互鎖設(shè)計(jì)使同一臺(tái)泵機(jī)不能同時(shí)處于變頻和工頻狀態(tài),以防發(fā)生短路,當(dāng)然也不會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)泵機(jī)同時(shí)處于變頻運(yùn)行狀態(tài),因?yàn)樽冾l器是按單臺(tái)電機(jī)容量選

12、配的。另外,變頻器設(shè)定了啟動(dòng)頻率為10Hz,水泵在啟動(dòng)前,其葉輪全部在水中,啟動(dòng)時(shí),存在著一定的阻力,在從0Hz開(kāi)始啟動(dòng)的一段頻率內(nèi),實(shí)際上是轉(zhuǎn)不起來(lái)的,因此,應(yīng)適當(dāng)預(yù)置啟動(dòng)頻率值,使其在啟動(dòng)瞬間有一點(diǎn)沖擊力。圖1 系統(tǒng)原理圖3、流程圖3.1 系統(tǒng)住流程圖圖2 系統(tǒng)主流程圖3.2 臨界流程圖圖3 泵2臨界流程圖 如圖3所示，以泵2為例在臨界條件下的系統(tǒng)流程圖。3.3運(yùn)行控制流程圖圖4 泵2運(yùn)行控制流程圖如圖4所示為以泵2為例的控制流程圖，在相應(yīng)條件下觸發(fā)泵1和泵3的運(yùn)行控制。三、進(jìn)度安排第11周 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行第12、13周 進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)第14周 PLC程序的的調(diào)試與仿真第15周 完

13、善系統(tǒng)，使之更加合理，節(jié)能 第16、17周 撰寫(xiě)論文準(zhǔn)備答辯參考文獻(xiàn)1劉大銘，沈暉.基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì).寧夏工程技術(shù)，2009(3): 251一257。2丁芳等，智能PID算法在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.微計(jì)算機(jī)信息，2010(1): 103一1053趙小惠，趙小娥.基于可編程控制器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)2008(2)：18-204盧建勤.PLC及變頻器在恒壓變量供水系統(tǒng)中的應(yīng)用.機(jī)床電器，20011(4):58一625陸秀玲.PLC控制的恒壓供水系統(tǒng).自動(dòng)化儀表，2012(4)6李國(guó)厚，趙明富，徐君鶴.可編程控制器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.自動(dòng)化儀表，2012，26(8):38一407林心關(guān).可編程控制器在水泵變頻控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.中山大學(xué)學(xué)報(bào)