高级技师职业资格鉴定论文
文章题目：PLC在控制恒压供水系统的应用
姓名：刘恩龙
所在省市：山东省济宁市兖州区
所在单位：山东省济宁兖州通力轮胎有限公司职业（工种）：维修电工
摘要：本设计是针对居民生活用水/消防用水而设计的。由变频器、PLC控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组之间的切换及速度，使系统运行在最合理的状态，保证按需供水。采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力调节。通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压供水。运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠操作方便等优点。
关键词：供水系统变频器 PLC
目录
第一章概述 (1)
1-1 常见的供水方式及变频恒压调节的 (1)
一、原理 (1)
二、水泵选择的一般性原则 (1)
1-2 PLC、变频器控制的恒压供水系统方案 (3)
一、恒压供水系统组成及主要自控设备的作用 (3)
二、方案特点 (3)
三、变频-工频双回路恒压供水方案优点 (3)
四、设备选型及目的 (4)
第二章硬件部分设计 (6)
2-1硬件选择 (6)
一、PLC介绍 (6)
二、变频器介绍 (7)
2-2变频驱动方式和传感变频器的使用 (7)
一、驱动方式 (7)
二、调节方式 (7)
三、关于压力传感变频器的使用 (8)
2-3 电动机调速方案的比较 (9)
一、电动机的选择 (9)
二、模拟供水系统的拟定 (10)
第三章主电路设计 (11)
3-1 硬件电路 (11)
一、电路介绍 (11)
二、控制流程图 (14)
三、输入输出元件与PLC地址对照表 (15)
第四章软件系统设计 (17)
4-1 PLC程序设计 (17)
总结 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
第一章概述
变频供水的一种典型方式是变频恒压供水。变频恒压供水时使用变频器的调速功能通过调节供水的水泵的转速，以维持供水始端压力，变使之保持相对的恒定，故又称恒压供水。现在变频供水以逐步渗透到各种行业，品种也从单一简单的变频恒压供水向专业多功能和高级的变频、变压供水及职能化控制的方向发展。
基于触摸屏和PLC作为控制变频器作为驱动调速的恒压供水技术，相对于传统的技术而言具有节能效益明显、控制和保护功能完善、可实现机组的软件停机、输入电压范围宽、电磁冲击小、泵机运行组合切换灵活方便等优越性，目前广泛应用于水厂送水泵站、二次加压站、工业锅炉供水、小区和高楼给水、其他工业供水等领域。
触摸屏和PLC在对现场系统和设备的自动控制上显示出令人鼓舞的优势，现代的供水系统已随着微型计算机及电力电子技术的发展，在传统的供水基础上将触摸屏、PLC和变频器等应用到其中，不断的提高供水的质量以及整个供水系统的自动化程度。
1-1 常见的供水方式及变频恒压调节的原理
一、原理
生产和生活中的供水方式有多种，常见的供水方式通常会设一台或多台泵；有多台泵时会根据不同的用水量启动不同数量的泵运行，供水水压式波动的。要保证供水质量，稳定供水出口（或管网）的压力，变频恒压供水是最好的方式之一。
变频恒压供水系统实现恒压的工作过程和原理：安装于供水管或主管道上的压力传感变送器将供水管网压力转换成4~20mA（0~20mA、0~10V）的标准电信号，送到PID调节器（或过程控制器、PLC、DCS 等），经过运算处理后仍以标准电信号直接送到具有内置PID调节功能的变频器；变频器根据调速的给定信号或对压力传感变送器的标准电信号进行运算处理后，决定其输出频率实现对驱动典动机的转速调节，从而实现对供水的水量及供水压力调节，最终实现了对供水管网的压力调节，即实现恒压供水。
实际应用中，除了要实现变频恒压供水系统的PID调节功能外，
还需配备外围辅助电路及PLC和触摸屏控制系统，来实现切换选择等自动控制功能，以保证自动控制系统出现故障时刻通过人工调节方式维持系统运行，保证连续生产。
图1-1 控制原理示意图
二、水泵选择的一般性原则
1.供水系统的水泵应尽量选用先进的低噪音、节能型水泵，不可采用淘汰产品。
2.根据实际流量、扬程选泵。考虑因磨损等原因造成水泵出力下降，可按计算所得的扬程值乘以1.05~1.1后选泵，应能保证水泵工作在高效率的地方。
3.对单位及小规模的供水系统因尽量减少泵的台数，以用一台为宜，且配小型气压罐；当一台运行能满足要求时，则不宜采用多台泵并联方式；若必须采用多台并联运行或大小泵搭配方式时，其型号不宜太杂，台数不宜过多，型号一般不宜超过两种，泵的扬程范围应相同；并联运行时仍能保证每台泵在高效率范围内运行
4.对于水厂及供水规模较大的供水系统及用水不均匀，且流量变化大的供水系统，则宜采用多台水泵组合供水，或多台水泵运行时，可按1或2台进行变频调速其余为工频恒速的方式运行。
5.同一供水系统所配水泵的扬程要相同，主供水泵之间的流量应相同或相近，液压泵流量和主供水泵流量的流量之比以不小于1/3为宜。
6.应注意的问题：抽水扬程越低，电机负荷越小—这是种错误的
认识.
1-2 PLC、变频器控制的恒压供水系统方案通常，生产和生活中常见的供水系统的控制并不复杂，但是对供水系统的质量及可靠性却有较为严格的要求。根据该供水系统的设备配置情况及供水系统的特点做如下方案：该自动供水系统的控制核心采用PLC，并配置常规电气配电控制系统。
一、恒压供水系统组成及主要自控设备的作用
1.在主系统中配置一台变频器分别驱动两台泵，使两台均为双主回路（变频-工频）的驱动方式。
2.控制系统有压力传感器、压力开关、液位控制器、PLC与触摸屏及电气自动控制系统等组成。
1）压力传感器。用来测量供水水压。
2）PID调节器。用来实现恒压控制。
3）压力开关。作为水泵启动后能否投入供水系统运动的信号。
4）液位控制器。用来监视并向PLC传递供水水箱的液位信号。
PLC电气控制系统用来完成整个供水系统的自动控制。
二、方案特点
1.该供水系统控制方案可以在原有的供水系统的基础上改造，也可以作为新建供水系统的控制方案。
2.采用PLC为控制核心，利用变频器调速，控制面板采用常规的按钮开关控制。
3.保护配置：
1）水泵电动机在工频状态运行时，受热继电器（过载）和空气断路器（短路、过电流）保护。
2）水泵电动机在变频状态运行时，受变频器（过载、短路、过电流、过电压、缺相）保护。变频器又受空气断路器（短路、过电流）保护。
三、变频-工频双回路恒压供水方案优点
1.具有自动调节及控制功能。
2.可设置跳跃频率避开管路的不良。
3.变频系统与工频控制系统互为备用，合理利用现有设备。
4.系统保护功能完善，如电机过电流、过载、过热；电源缺相，过、欠电压；电机接地故障；系统水压过高、水压过低；管网泄漏、堵塞等。
5.可设变频、工频自动切换任务。
系统组成结构：传感器、变频器、PLC与触摸屏及电气自动控制系统等组成。
四、设备选型及目的
1.可编程控制器
整个控制系统的核心是PLC，选用日本三菱Fx2n-32MR-001可编程控制器。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，FX2n系列三菱PLC可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
2.变频器
变频器连续调速功能是使用变频器的追踪速度模拟给定信号来改变输出频率功能，在此选择的变频器主要从其所驱动的负载特性、稳定性、品牌、价格及用户的要求几个方面来考虑，本文选用三菱FR-A540-2.2KW-CH型变频器。
3.其他
开关电源、继电器、接触器、变压器、断路器等设备均应选用性能稳定、质量优良的产品。
变频系统的初次投资容易给投资者一种投资高、风险大的感觉，这主要是对变频节能效果不很了解或将变频系统的初次投资于传统的一些如液力耦合、滑轮电机、变速等调速装置的初次投资在为充分考虑节能效果及变频器功能的情况下进行比较，以及对变频器的质量、稳定性、售后服务等还不太了解；变频节能系统（装置）在各类调速系统中使用时，其节能效果对于单台设备可做到5%-75%，在风机水泵这类设备的一般应用的节能效果中，这些均值也可做到8%-50%，在未受到其他因素影响的情况下一般可取上限节能效果平均值，是在实际应用中得到，权威性数据可由市场上公开出售的资料书
查到；通过这些数据在进行一些简单的投资回收率的计算可知：变频节能系统（装置）的投资回收期一般为4-20个月。
采用变频-工频双回路恒压供水装置及触摸屏监控使各类供水最大限度地得到经济、稳定和持续的保障。
综合上述，采用自动化程度较高的变频恒压供水系统，不仅能够最大限度地提高整个系统效率、延长寿命、节约能源，而且灵活性好，能构成复杂的、功能强大的供水系统。