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基于PCC控制的变频恒压供水系统设计_李盾

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信息技术
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基于PCC控制的变频恒压供水系统设计
【摘要】作为一种新型供水方式，选用PCC控制变频器能够实现变频恒压供水，同时起到高效率、低能耗、高稳定性的效果，解决了传统高层建筑供水方式中的一些难题。

【关键词】PCC；变频；恒压
1、概述
传统的供水方式主要是通过采用恒速供水和水塔存储供水方式，前者有大量的能耗损失，频繁启停电机会给系统带来冲击，而后者导致供水压力不一致。

国外普遍采用一个水泵配置一个变频器的方式，但成本较高。

本系统主要研究一种新型供水方式----变频恒压方式，通过变频设备控制水泵的频率，从而使水泵的转速改变地下水箱出水的流量。

通常情况下，只有一台水泵处于变频运行，其他水泵处于停止或工频运行状态。

变频运行的水泵通过频率的改变对流量进行细调，从而保证水压基本不变，使高层建筑供水更加灵活、高效和节能。

2、变频恒压供水系统分析
本系统通过研究PCC来控制变频器从而实现变频恒压供水。

通过变频器恒压供水方案的分析设计出系统的主电路、控制电路及各个硬件的连接电路，所使用的控制器是贝加莱X20系列PCC，通过控制器操纵西门子供水专用的MM430型变频器进行PID控制供水。

控制系统由PCC完成，而系统中采用的变频器则主要负责PID的整合及频率调节。

3、变频恒压供水系统的硬件电路设计
本系统采用一个变频器拖动4台水泵的方式，用PCC作为控制器，根据压力变送器反馈的数据改变变频器的频率和水泵运行台数，其中一台水泵作为备用水泵。

通过PCC控制变频器，水泵的转速会根据变频器的实际运行频率来改变。

当用水量增大时，供水管道内安装的压力检测计检测到的压力值会降低，传感器把压力信号变成标准信号传输至压力控制器。

压力传感器输出0-10V的信号到PCC和变频器，变频器的频率从而开始增大。

如果变频器提高频率达到工频后仍不能满足压力的下降，则改台水泵就切换至工频运行，变频器开始软启动下一台水泵从而维持水压的稳定；当用水量减少时，压力检测计检测到的压力值就会增加，变频器的频率就开始降低，如果变频器降低的频率达到水泵的启动频率仍然不能满足压力的上升，则该台水泵退出运行。

图1 PCC控制的变频供水系统框图
本系统选用的水泵型号为100DL3型，共计4台，给水泵供电的电机功率选择为30千瓦；供水管道内的压力传感器采用YTZ-150型，传感器为两线制0-10V ，压力范围是0-1.0MPa，精度是0.01MPa；断路器QF5起过流、欠压保护和电气隔离作用，本系统中考虑的过载能力为150%，故额定电流为90A；断路器QF1-QF4用于水泵工频运行时保护系统，额定电流为150A；接触器的触点控制电机的运行，额定电流必须大于电机的额定电流，所以选择为70A；PCC按钮回路供电电压是24V直流，采用LAY3-11型，U N =24V ，I N =0.3A；变频器选用西门子专用供水设计的MM430型，具有很好的可靠性。

经过I/O分配得出，本系统共有25路数字量输入信号、10路数字量输出信号和2路模拟量输入信号，故PCC选用B&R的X20型，CPU使用X20CP1484，输入模块选用2只X20DI9371和1只X20DI4371，输出模块
选用1只X20DO9322模块，模拟量输入选用采用1只X20AI4622模块。

4、变频恒压供水系统的软件设计
B&R的PCC编程软件是Automation Studio，可新建一个工程，打开硬件配置，选择的CPU是X20CP1484，再打开X2X link配置系统的输入与输出。

控制变频恒压供水系统的各个按钮和开关安装在控制柜上，可以对系统进行控制。

供水管网中的压力反馈信号AIW0和变频器实际运行频率的信号AIW2都输入至PCC中，PCC通过分析反馈的信号和设定的值比较来确定频率的增减及变频与工频的转化。

频率的增减通过KM1-KM4进行控制，增加水泵台数或减少水泵台数可以通过KM5-KM8进行控制。

当系统发生故障时，水位低信号或水泵组合错误时，系统故障灯亮起，系统自动停止。

变频器的压力设定值是通过操作面板上的加减按键来设定的。

当设定好压力值后，远程压力传感器测量实际水压，并反馈至PCC。

PCC 中水压的上下限分别为0.15MPa和0.6MPa，所对应PCC内部值分别是5000和20000；反馈的数据经PCC计算分别与设定的最低效率和最高频率比较，最低频率设置为30Hz，最高频率设为50Hz，分别对应PCC内值10000和15000。

如果小于10000则最低频率标志置位，开始频率过低的程序；如果大于15000则最高频率标志置位，开始频率过高的程序控制，随后就按通变频器开始工作。

控制系统时有手动和自动两种控制方式。

手动控制先是手动选择供水的组合，共有4种选择组合。

选择一种组合后系统先检查是否存在故障，若没有发现故障就不会出现报警，可以开始手动控制各个水泵。

若按下手动变频启动1号水泵，1号水泵就会开始以变频方式工作，当要把水泵切换到工频运行时，可以按下工频切换按钮。

如果此时水泵的频率达到了工频值，则1号水泵会自动切换至工频状态。

若不能满足切换条件，则保持变频运行。

实现自动控制程序时，首先选择一种水泵组合，以1、2、3号水泵组合为例。

组合选择完毕后，变频器延时1S启动，1号水泵以变频方式启动。

当实际压力下降时，变频器频率开始增大，当频率上升至50Hz压力仍在下降，则变频向工频切换信号有效。

延时1S后1号水泵由变频变为工频运行，同时2号水泵以变频方式启动，此时系统为“1工2变”状态。

当2号水泵变频运行，实际压力还继续下降，变频器再次开始上升达到50Hz 时压力仍在下降时，2号水泵变频向工频切换信号有效。

延时1S后2号水泵由变频转换为工频运行，同时3号水泵以变频方式启动，此时系统状态为“1工2工3变”运行。

5、结论
通过对国内外恒压变频供水设施现状的分析，设计出一套适合国情的供水系统。

通过本次设计，成功的解决了普通恒压变频供水方式能耗损失以及供水压力不平衡问题，使供水更加灵活节能。

李盾
河南省索克实业有限公司 河南郑州 450000
参考文献
[1]徐占国,郑凤翼,潘桂林.图解触摸屏・PLC ・变频器综合应用工程实例[M].北京:电子工业出版社,2010
[2]吴建华.供水泵站工程新技术[M].北京:中国水利水电出版社,2009
DOI:10.13751/ki.kjyqy.2014.03.255。

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基于PCC控制的变频恒压供水系统设计

基于PCC控制的变频恒压供水系统设计


【 关键 词ｌ Ｐ Ｃ Ｃ ； 变 频； 恒压
１ ， 概 述 传统 的供水方式 主要是通 过采用恒 速供水和 水塔 存储供水方式 ， 前者有大 量的能耗 损失 ， 频 繁启停 电机会 给系统 带来 冲击， 而后者导致 号和 设定 的值比较 来确 定频率 的增减 及变 频与工频 的转化 。 频率 的增 － ＫＭ４ 进行控 制 ， 增加 水泵台数 或减 少水 泵台数可以通 过 供水压 力不一 致。 国外普遍 采用一个 水泵配置一个变频 器的 方式 ， 但 成 减通 过ＫＭ １ 本较 高。 本 系统 主要研 究一种 新型供水方式 … 一 变频恒 压方式 ， 通过 Ｋ Ｍ５ － Ｋ Ｍ８ 进行控制 。 当系统发 生故障 时， 水位 低信 号或水泵组合 错误 系统 故障灯亮起 ， 系统 自 动停止 。 变频 设备 控制 水泵的频 率 ， 从而 使水泵 的转 速改 变地下水箱 出水的 流 时， 量。 通常情况下 ， 只有一 台水泵处 于变频 运行， 其他水泵 处于 停止或 工 变频 器的压力设 定值是 通过 操作面 板上 的加 减按 键来设 定的 。 当 远程 压 力传 感器测量 实际水压 ， 并反馈至 Ｐ Ｃ Ｃ 。 Ｐ Ｃ Ｃ 频运行状 态。 变 频运行的水泵通过 频率的改变对 流量进行 细调 ， 从而 保 设定 好压力值后 ，
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术
基于Ｐ Ｃ Ｃ 控制的变频恒压供水系统设计
李盾 河 南省索克实业有 限公 司 河南郑州
【 摘 要】作为一 种新型供 水方式， 选用Ｐ ｃ ｃ 控制 变频器能够实现 变频
恒压供水，同时起 到高效率、 低 能耗 、 高稳定性的效果 ， 解决了传统高层建 筑供水方式中的一些难题 。
打开硬件 配置， 选择 的Ｃ Ｐ Ｕ 是Ｘ ２ ０ Ｃ Ｐ １ ４ ８ ４ ， 再 打开Ｘ２ Ｘ ｌ ｉ ｎ ｋ ￣ ｇ 置系统 的输 入 与输 出。 控 制变频 恒压 供水 系统 的各 个按 钮和 开关安 装在 控制 柜上 ， 可以 对系统进行 控制 。 供 水管 网中的压力反馈信号ＡＩ Ｗ０ ＊ Ｉ 变频 器实 际运 行频率 的信 号ＡＩ Ｗ２ 都 输入至 Ｐ Ｃ Ｃ 中， Ｐ Ｃ Ｃ 通过 分析反馈 的信
变频恒压供水控制系统方案

变频恒压供水控制系统方案

变频恒压供水控制系统方案1.方案介绍变频恒压供水控制系统基本由水泵、变频器、压力传感器和PLC控制器组成。

该系统可以对水泵的运行速度进行调节，以使供水系统的压力始终保持在设定值范围内。

当系统检测到压力超过设定值时，将降低水泵的运行速度，反之则提高运行速度。

2.系统原理变频恒压供水控制系统的原理基于水泵的调速运行。

通过变频器控制电机的转速，可以实现水泵的流量调节。

系统中的压力传感器会实时监测供水系统的压力，并将压力信号传给PLC控制器。

PLC控制器根据设定的压力范围和实际的压力信号来调节变频器的输出频率。

当实际压力超过设定范围时，PLC控制器会降低变频器的输出频率，降低水泵的运行速度；当实际压力低于设定范围时，则相反地提高运行速度。

3.系统优势(1)节能环保：相比传统的供水系统，在需求较低时能够降低水泵的运行速度，减少能耗和噪音。

在需求较高时，能够提高运行速度以满足压力需求，提高系统的响应性和供水能力。

(2)压力稳定：采用变频恒压供水控制系统可以实现对供水系统压力的精确控制，保证水压始终保持在设定值范围内，提高供水质量和稳定性。

(3)设备寿命长：通过变频器控制水泵的运行速度，可以减少启停次数，减轻设备的磨损，延长水泵和其他设备的使用寿命。

(4)自动监控保护：系统可以实时监测供水压力，一旦超过设定范围，系统会自动调节水泵的运行速度，确保供水稳定，同时还能提供报警功能，及时发现和排除故障。

4.实施步骤(1)系统设计：根据实际需求，确定供水系统的压力范围和变频器的参数配置。

(2)设备选型和采购：选购符合系统需求的水泵、变频器、压力传感器和PLC控制器等设备。

(3)设备安装和连接：安装和连接好水泵、变频器、压力传感器和PLC控制器等设备。

(4)系统调试和运行：通过调节变频器的参数和设定压力范围，实现系统的压力控制和供水调节。

(5)系统监测和维护：定期检查和维护系统的各个部件，确保系统正常运行。

总结：通过变频恒压供水控制系统的应用，可以实现供水系统的智能化、高效化和节能环保化。

基于PLC的变频恒压供水系统的设计

基于PLC的变频恒压供水系统的设计

基于PLC的变频恒压供水系统的设计一、概述供水系统的重要性及其在现代社会中的应用：供水系统在现代社会中具有至关重要的地位。

随着城市化进程的加速和人口规模的不断扩大，稳定、高效、节能的供水系统已成为满足居民生活需求、保障工业生产和推动城市可持续发展的重要基础设施。

变频恒压供水系统的优势：变频恒压供水系统是指在供水管网中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。

相比传统的水塔、高位水箱、气压罐等供水方式，变频恒压供水系统具有以下优势：高效节能：变频恒压供水系统能根据用水量自动调节水泵转速，节能效果显著，可节能3060。

PLC在变频恒压供水系统中的应用：PLC（可编程逻辑控制器）在变频恒压供水系统中的应用，使得系统能够通过微机检测、运算，自动改变水泵转速以保持水压恒定，满足用水需求。

PLC的应用不仅提高了系统的可靠性和稳定性，还简化了系统控制接线，方便了维修和调试。

系统原理：变频恒压供水系统以管网水压（或用户用水流量）为设定参数，通过微机控制变频器的输出频率从而自动调节水泵电机的转速，实现管网水压的闭环调节（PID），使供水系统自动恒稳于设定的压力值。

设备特点：变频恒压供水系统采用可编程控制器，程序灵活多变，精度高，可靠性强，功能多，反映速度快。

系统还配有稳压泵或稳压罐稳压，在用水量小到一定值时，主泵可停止运转，减少水泵电机的机械磨损并且节约电能。

应用前景：变频恒压供水系统作为一种先进的、合理的节能供水系统，在工业、商业和居民生活等领域具有广泛的应用前景。

它不仅能够满足用户对水压和水量的要求，还能够提高供水品质和供水效率，是一种理想的现代化建筑供水设备。

1. 供水系统的重要性和挑战供水系统在城市发展中扮演着至关重要的角色，它直接关系到居民的生活质量和健康。

一个可靠的供水系统能够确保居民获得充足、安全的饮用水，同时支持城市的工业、农业和其他用水需求。

保障居民健康：水质的好坏直接关系到居民的健康。

供水系统需要确保提供的水质符合卫生标准，以减少水源性疾病的传播。

基于PLC恒压供水系统设计

基于PLC恒压供水系统设计

关键词 ： Ｐ Ｌ Ｃ 变频 器 恒压供水 组 态 中 图分类 号： Ｐ Ｌ Ｃ ２ ７ ３
文献 标识 码： Ａ
文章 编号 ： １ ０ ０ Байду номын сангаас — ９ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ５ ． ０ ０ ０ ９ 一 Ｏ ｌ
目前国内的变频调速恒压供水系统有待进一步 的提高 ， 不能适 应于各种供 水场 所 ， 系统的稳定性 、 通讯 能力 、 抗干扰能力 、 监控能 力需要进一 步改善。 水泵 电机多采用三相异步交流 电动机， 异步 电动机的转速公式
Ｉ 触术
数控 技术
基于 Ｐ Ｌ Ｃ恒压供水系统设计
郭 继 祖
（ 西北民族 大学 甘肃兰州 ７ ３ ０ ０ ３ ０ ）
摘要： 基 于Ｐ Ｌ Ｃ的变频 恒压供 水 系统 采用 闭环控 制， 包括 可编程 逻辑控 制 器控 制器 、 变频 器、 水 泵机 组 、 液位传 感 器、 压 力传 感器及 上位 机监控 系统等主要 结构 。 Ｐ Ｌ Ｃ 将 传送 来的压 力传感器 的信 号通 过程序计 算将其 与管压 力设定值 比较， 将处理 结果传递 给 变频 器， 再 由变频 器控 制水泵 电机 的 转 速， 从 而使 管 网压 力 与设 定压 力保持 恒 定 。
）
其中： 壤 示 电源工作频 率 ； ｐ 表示 电动机极对数 ； ｓ 表示转差率 。 从上式可知 ， 三相 异步 电动机 的调速方法 有 ： 改变转差率ｓ ， 电 动极对数Ｐ 和 电源频率ｆ 。 改变 可以可获得不同的转速。 由于低压时 机械特性 太软 ， 转速变化 大 ； 改变 Ｐ 也通过 改变极对数 改变 电机速 度， 但是 电机速度控制精度 不高 ； 改变 电源 频率是改变 电动机速度 的理想选择 ， 但是不能一 味的改变 电源频率 ， 还需改变 电压的大小 ， 否则 电机磁路满 负荷 工作 ， 可能能将 电机烧毁 。 供 水公司的水先储 存的水池 中， 按照用户 的需求给用户提供水 源。 在水池 中加入水泵 ， 通过水泵可 以把水提 供用户 。 此次恒压供 水系统设计采用Ｐ ｌ Ｃ 变频控制方式 ： 这种控制方 式 较为灵活 ， 控制精度 较高 ， 可 以安装上位机 监控 系统 ， 随时随地对 整 个供 水系统 的数据进行监控 。 采用Ｐ Ｌ Ｃ 控制较为方便 ， Ｐ Ｌ Ｃ 可以扩展 数字模块 ， 模拟模块和通信模块 ， 后期如果要追加功能 ， 硬件 安装更 换和软件调试较为方 便。 由于Ｐ Ｌ Ｃ 结构与应用性使其应用各种生产 生活场合 ， 稳定性强 、 抗干扰能力高 。 变 频恒压供 水系统 的工作 原理如 图１ 所示 ， 本系统 采用Ｐ Ｌ Ｃ 与 变频器控制结合 的控 制方式 。 本设计 包括 三个 水泵 ， 其 中一个水泵 受变频器 的控制 ， 另外两个 电机根据管 网压力 的大小 ， 进行 选择 性 的工频运行 。 Ｐ Ｌ Ｃ 根据管网压力 的大小控 制变频器和电机运行 。 每 台 水泵的 电路控 制具有接触器控制 ， 且每 台水泵的出水管均安装有手 动阀 门以供 以后 维修 。 工作人员将管 网压力输入 到上位机系统 ， 上位机通过与Ｐ Ｌ Ｃ 通 讯将压力设定值 （ 数字信号） 传送给Ｐ Ｌ Ｃ 。 同时压力变送器将 从官 网 获得的压力信号 传送到Ｐ Ｌ Ｃ ， 由于压力 信号为４ —２ Ｏ ｍＡ 的 电信号 ， 需要Ａ／ Ｄ转换为数字信号 ， 再把 信号传给Ｐ Ｌ Ｃ， Ｐ Ｌ Ｃ 将数字信号 与