浅议PLC及变频调速技术在泵站恒压供水中的应用
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PLC、变频器在恒压供水系统中的应用【摘要】在恒压供水中通过变频器控制水泵的速度,用以调节水管中压力,并利用PLC进行逻辑控制。
PLC作为整个控制系统的核心经过检测元件实时监视、跟踪水管内压力,并经变频器的PID调节保证供水压力,通过PLC 控制变频与工频切换,自动控制水泵投入的台数和电机转速,实现闭环自动调节恒压变量供水,在保持恒压下,达到控制流量的目的。
目前变频调速器已成为恒压供水设备的主体,它不仅可以完全取代传统的高位水箱、水塔等供水方式,而且也消除水质的二次污染,更具有节省能源、自动化程度高、供水操作的利用率均衡,供水泵房,在运方便、提高经济效益等优点。
【关键词】PLC;变频调速;恒压供水;PID控制1.引言当下常用的供水方式有市政管道直接给用户供水、通过天台的水池供水、恒压供水几种。
市政管道直接给用户供水用户不需要自己添加设备、成本低,供水压力一般只能供到6层楼以下,压力不稳定,一般只是在城郊结合农村和小城镇。
通过天台的水池供水只能对9层楼以下的建筑,如果楼层太高,采用这种方式供水,则建筑物的承重负荷大;容易造成二次污染,天台水池长期不清晰容易滋生各种细菌、微生物,不利于人体健康;供水消耗电能多,不利于技能,压力比较稳定。
恒压供水用户用水压力稳定,无论在用水高峰期,还是低谷,水管压力的波动小(因为系统是根据设定压力值与实际压力值进行PID调节,保证水管中的压力稳定);没有二次污染,在天台不需要做水池,楼的承重低;节能、节约电能呢个大约是常规供水的20%。
通过比较可以看出无论是从日后改造还是节能角度恒压供水都已经是最好的供水方式。
2.恒压供水系统的组成及原理2.1恒压供水系统的组成恒压供水所用到的新电工技术包括PLC、变频器控制技术、传感检测技术。
PLC属于核心技术,变频器主要进行调速,在工业控制中使用非常广泛,在风机、水泵负载中使用有节能的功能。
传感检测技术将测量量(如速度、流量、压力等)变化,信号(0-5V或4-20mA)A/D、D/A转换[A/D模块→PLC→D/A模块],控制变频器输出频率起到调节水泵的转速。
PLC与变频器在恒压供水控制系统中的应用作者:王学书来源:《中国化工贸易·上旬刊》2020年第05期摘要:较详细地介绍了采用PLC与变频调速恒压供水系统的基本原理,给出了系统的电路的设计和控制,以及系统的主要功能与特点,并在实际中得到了应用。
关键词:可编程控制器;变频器;速度调节;恒压供水;电气原理0 概述随着PLC和变频调速技术的发展,以及人们对用水要求的不断提高,变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔、高位水箱供水系统,广泛应用于生活用水和工业供水系统。
水泵在市电供电下,其转速保持恒定,而生活或工业用水量却在时刻变化,因此在市电下工作的供水系统管网压力随用水量不同而变化,用水量少时管网压力过大,对供水管网造成很大破坏,对能源也是极大的浪费。
变频调速恒压供水系统的诞生将以上的问题迎刃而剑。
它根据管网的用水情况,通过监测管网压力变化,利用变频器(内置PID控制器)可以改变到水泵电机的供电电压和频率的原理对水泵转速和投入、切除台数进行控制,完成供水压力的闭环控制,调节供水量使管网压力基本保持在恒定的设定压力值。
本文介绍了利用1臺变频器拖动两台水泵,即“一拖二”实现变频恒压供水的目的。
1 控制原理本恒压变量供水系统由ABB ACS550通用变频器(内置PID模块)、三菱FX1S30MR可编程控制器(PLC)、两台水泵、压力变送器、液位探针、接触器与继电器低压电器、指示灯、动力与控制电路等组成。
用户可通过控制柜面板上的按钮、旋钮开关等主令电器来对系统实施手动/自动控制。
另外,本系统还可根据水池水位的高低控制水泵启停。
当水位降到水位下限时,设备自动停泵,有水自动起泵,确保设备及水泵安全。
“一拖二”实现变频恒压供水电气原理图见下。
通过安装在出水管网上的远传压力表,把压力信号通过压力变送器变成4~20mA的模拟电信号送入变频器的5、6端,输入的信号经与给定压力参数进行运算比较和PID调节,将需要执行的命令送给变频器的输出端,由变频器控制水泵的转速,调节系统供水量,使供水系统管网中的压力保持在设定的压力上。
浅谈基于PLC的新型变频调速恒压供水系统随着社会经济的不断发展,变频调速技术以及PLC控制技术也有着一定的进步,为众多行业的发展和生产提供了一定的帮助,基于PLC控制系统的新型变频调速恒压供水系统就是综合这两项技术的结晶,在水厂中得到广泛的应用,有效的提高了水厂供水的可靠性和有效性。
标签:PLC控制系统;变频器;调速;恒压供水系统1 变频调速恒压供水系统概述变频调速恒压供水系统主要由变频器、TC时间控制器、PLC、PID调节器、液位传感器、水泵、压力传感器、动力控制线路等几部分组成,用户在平时操作的过程中,主要是通过控制柜面板上的按钮以及相应的指示灯来实现操作,这样就可以对变频调速恒压供水系统的运行进行相应的控制。
2 新型变频调速恒压供水系统的运行方式新型变频调速恒压供水系统的运行方式主要分为手动运行方式和自动运行方式等两种[1]。
手动运行方式主要是通过相应的功能按钮来实现水泵的启动和停止操作,一般情况下,水厂在正常运营的过程中,新型变频调速恒压供水系统很少采用手动运行方式,只有在对供水系统进行检修或变频器出现故障的情况下,会采用手动运行方式。
自动运行方式自然通过供水系统的主控制系统对运行状况进行掌控,在正常合上自动开关启动自动运行之后,水泵电机通电,供水系统的输出频率也将由0Hz逐渐上升,与此同时,PID调节器也会接收供水系统压力传感器的信号,经过压力参数的比较来将参数传输给供水系统的变频器上,这样就可以实现变频调速恒压供水系统的自动运行。
当然,在供水系统运行的过程中,可能会受到外部因素的影响,例如,电源停电,当电源停电时,供水系统也将停机,如果是处在自动运行状态下电源停机的话,待电源恢复之后,供水系统也将恢复自动运行的方式,在自动运行方式下,变频器也将会完成供水系统对水泵的启动、停止、循环等全部的操作。
一般情况下,新型变频调速恒压供水系统由至少4个水泵组成,在启动自动运行模式时,率先对1号水泵进行通电,并将电压传输至变频器,再有变频器来从0Hz频率逐渐提升,指导提升至标准信号为止,在自动运行模式运行的过程中,需要注意的是压力参数的比较环节,适当的去调节电压参数,从而实现对供水量的调节,充分发挥出新型变频调速恒压供水系统的自动调节供水量的功能。
PLC及变频调速技术在二次加压泵房恒压供水中的运用浅析摘要:目前,依据工业生产中使用的工业恒压供水系统,在工业供水的要求以及供水指标方面全都采用了PLC及变频调速技术来控制加压泵房中的水泵。
通常情况下,PLC以及变频调速技术控制系统主要包含以下部分,即软件以及硬件两大部分,在本篇文章中,主要阐述了系统中的硬件、软件以及系统的工作原理以及在二次加压泵房恒压供水中的运用等。
并且依据实际的试验情况得出科学合理的结论,在PLC及变频调速技术使用到二次加压泵房恒压的供水系统当中,具有良好的稳定性以及可靠性。
关键词:PLC及变频调速技术;二次加压泵房;恒压供水;应用浅析引言:伴随着经济的不断发展,供水技术得到了一定的更新,并且其逐渐成为了人类社会生活的重要保障,对于我们国家的经济发展来说意义深远。
对于变频调速技术而言,是最新型的并且已经发展成熟的交流电机无极调速技术,可以通过变频调速技术自身独特的优良控制的能力,将其广泛的应用到控制速度的领域之内,特别是我们国家的供水行业当中。
但是,由于工业中所使用的二次加压泵房的恒定供水的过程当中,却对于供水质量以及可靠性有着极高的要求,因此在恒压供水技术方面就特别的严格,这就需要将变频调速技术逐步的全面应用到整个供水系统当中。
因为恒压供水方式具有先进性、操作简单等优点。
在泵站进行供水的过程中具有一些所描述的几项功能:在最大程度上确保水压的恒定、控制系统的自动运行,将多台泵自动设置为自动切换模式、整个控制系统的睡眠以及唤醒等。
其中,PLC及变频调速技术在二次加压泵房恒压供水中的运用情况如下所示。
1.恒压供水系统的硬件基本构造工业中的恒压供水系统硬件的主要构造主要包含了压力传感器、PLC以及相应的变频器,在恒压供水系统当中,这些都是整个恒压供水系统的主要控制设施,通过传感器以及PLC及变频器可以在最大程度上实现所需要的功能。
首先,在恒压供水系统的整个管网干线当中,需要安装压力传感器,通过压力传感器可以对于管网内的水压进行检测,与此同时,还可以将水压转化为恒压供水系统的电流信号,从而可以提供给PLC变频器一定的能量。
PLC与变频器在恒压供水系统中的应用介绍了自行设计的恒压供水系统,采用PLC进行逻辑控制,采用变频器进行压力调节.变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件,时刻跟踪管网压力与给定压力的偏差变化,经变频器内部PID运算,通过可编程控制器控制变频与工频切换,自动控制水泵投入的台数和电机转速,实现闭环自动调节恒压变量供水,在保持恒压下达到控制流量的目的,运行结果表明,该系统具有压力稳定,结构简单,工作可靠等特点。
标签:PLC;变频;恒压供水一、引言现如今随着我国城市家庭人均日生活用水量的逐年提高,每天不同时段用水对供水压力的要求变化较大,仅仅靠供水厂值班人员依据经验进行人工手动调节很难及时有效的达到目的。
还有当发生火警时,若供水压力不足或无水供应,不能迅速灭火,可能引起重大经济损失和人员伤亡,所以,采用恒压供水系统,具有较大的经济和社会意义。
恒压供水系统是利用PLC、传感器、变频器及水泵机组组成闭环控制系统,使管网压力保持恒定,代替了传统的水塔供水控制方案,具有自动化程度高,高效节能的优点,在小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用,并取得了明显的经济效益。
二、恒压供水系统原理根据反馈原理:要想维持一个物理量不变或基本不变,就应该引这个物理量与恒值比较,形成闭环系统。
我们要想保持水压的恒定,因此就必须引入水压反馈值与给定值比较,从而形成闭环系统。
但被控制的系统特点是非线性、大惯性的系统,现在控制和PID相结合的方法,在压力波动较大时使用模糊控制,以加快响应速度;在压力范围较小时采用PID来保持静态精度。
这通过PLC加智能仪表可时现该算法,同时对PLC的编程来时现泵的工频与变频之间的切换。
实践证明,使用这种方法是可行的,而且造价也不高。
系统主要由一台三菱FR-F700-11K变频器,一台三菱FXON-60MR可编程程序控制器(PLC),水压传感器,自动开关,显示仪表,接触器,三台水泵等构成的,变频器FR-F700-11K适配电机功率11KW,它的基本配置中带有PID功能。
PLC和变频器在恒压供水系统设计中的应用摘要:该文阐述了恒压控制系统结构,用PLC和变频器实现了对三台生活泵的逻辑控制及速度控制,可靠性高,抗干扰能力强。
在保持恒压状态下,达到控制流量的目的。
关键词:PLC;变频器;恒压供水系统设计;应用1.引言某热动力厂生活水系统由三台22KW的生活泵组成。
一直采用手动操作模式,分时段切换电机进行供水,严重浪费能源,频繁开停水泵使水泵因负荷突变而缩短使用寿命,使管网经常受到较大的压力冲击,不能根据水位及管网需要随时调节供水量和供水压力。
为使热动力厂供水实现自动化,根据瞬时变化的用水量,统过PLC和变频器自动调节水泵的转速及台数,来改变水泵出口的压力和流量,使生活用水压力保持恒定值。
2.系统结构图一:给煤机电动机变频调速系统的硬件结构供水系统如图一所示,P1、P2、P3为三台生活泵,用于加压供水,F1、F2、F3为手动阀门,F4、F5、F6为止回阀。
正常供水时,F1、F2、F3为开启状态,只有在检修时才关闭。
蓄水池内设有液位控制,当蓄水池呢水位过低时,向PLC 发送信号使系统停机,以防水泵抽空。
在生活泵现场设立现场操作箱进行就地控制,操作箱上设置“手动/自动”切换开关,以提高系统可靠性,当自动控制系统出现故障,生活泵正常运行,不影响生产。
3.恒压供水原理图二:恒压供水原理图本系统以PLC为控制核心,如图二所示,通过PC机设定所需压力,利用安装在出水管网上的远传压传感器将压力信号转换为4—20mA的标准电信号,经过信号处理及由PLC A/D扩展单元变换成数字信号送入PLC,将此数字信号与PC上通过485口传输给PLC的设定值进行比较运算,由数字控制PID算法得出调节参量,经PLC的D/A扩展单元变换后送到变频器,控制变频器输出频率,从而控制水泵电机转速,使管网压力与给定压力一致。
4.系统硬件设计4.1.系统主电路设计图三为恒压供水系统主电路图,采用了一台22KW的ABB公司的ACS510系列变频器作为控制系统的核心,采用5SJ63D断路器及3TB40交流接触器作为主要电气元件。
北京理工大学毕业论文PLC在恒压供水系统中的应用The Operating Theory of Essential Truth in Journalism作者姓名:学科、专业:学号:指导教师:完成日期:Shandong Universit摘要本论文根据中国城市小区的供水要求,设计了一套基于PLC 的变频调速恒压供水系统,并利用组态软件开发良好的运行管理界面。
变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器、工控机等构成。
本系统包含三台水泵电机,它们组成变频循环运行方式。
采用变频器实现对三相水泵电机的软启动和变频调速,运行切换采用“先启先停”的原则。
压力传感器检测当前水压信号,送入PLC与设定值比较后进行 PID 运算,从而控制变频器的输出电压和频率,进而改变水泵电机的转速来改变供水量,最终保持管网压力稳定在设定值附近。
通过工控机与 PLC的连接,采用组态软件完成系统监控,实现了运行状态动态显示及数据、报警的查询。
关键词:变频调速 , 恒压供水, PLC,组态软件目录1 绪论 (1)1.1 课题的提出 (1)1.2 变频恒压供水系统的国内外研究现状 (2)1.3 本课题的主要研究内容 (4)2 系统的理论分析及控制方案确定 (5)2.1 变频恒压供水系统的理论分析 (5)2.2 变频恒压供水系统控制方案的确定 (8)3 系统的硬件设计 (16)3.1 系统主要设备的选型 (16)3.2 系统主电路分析及其设计 (20)3.3 系统控制电路分析及其设计 (22)4 系统的软件设计 (28)4.1 系统软件设计分析 (28)4.2 PLC 程序设计 (30)5结束语参考文献 (46) (48)致谢 (49)符号说明输出功率 P出水流量 Q水压 H水泵的转速 nf表示电源频率p表示电动机极对数s表示转差率上限频率下限频率设定压力反馈压力1 绪论1.1 课题的提出水和电是人类生活、生产中不可缺少的重要物质,在节水节能已成为时代特征的现实条件下,我们这个水资源和电能源短缺的国家,长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后,自动化程度较低,而随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高,以及住房制度改革的不断深入,城市中各类小区建设发展十分迅速,同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。
PLC和变频器在恒压供水系统中的应用摘要:本文阐述了PLC、变频器和触摸屏在恒压供水系统中的应用,分别介绍了变频恒压供水系统的基本构成,调节器的基本功能以及PLC在恒压供水系统中所发挥的功能,使用PLC和变频器能够使泵站的出水量始终保持恒压,以达到管路出水量始终保持恒定的目的。
关键词:PLC、变频器、调节器、触摸屏一、恒压供水系统1、概述PLC变频调速恒压供水系统(PLC&Inverter Controlled System of Constant Hydraulic Pressure),它集PLC和变频器、控制于一体,整套设备硬、软件配套齐全,可以进行单独操作和PLC及变频器的组合运行,具有智能化、网络化的特点,充分体现出现代工业控制“快捷”、“高效”、“集中”的特点。
2、变频恒压供水系统的基本构成如图1-1所示为恒压供水泵站的构成示意图,压力传感器用于检测管网中的水压,常装设在泵站的出口处。
当用水量大时,水压降低,用水量小时,水压升高。
水压传感器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给调节器。
图1-1 变频器恒压供水泵站的构成示意图3、调节器是一种电子装置,在系统中完成以下几种功能:(1)调节器设定水管压力的给定值。
恒压供水水压的高低根据需要而设定,供水距离越远,用水地点越高,系统所需供水压力越大。
给定值即是系统正常工作时的恒压值。
另外有些供水系统可能有多种用水目的,如将生活用水与消防用水共用一个泵站,水压的设定值可能不止一个,一般消防用水的水压要高一些。
调节器具有给定值设定功能,可以用数字量进行设定,有的调节器也可以模拟量方式设定。
(2)调节器接受传感器送来的管网水压的实测值。
管网实测水压回送到泵站控制装置称为反馈,调节器是反馈的接收点。
(3)调节器根据给定值与实测值的综合,依一定的调节规律发出系统调节信号。
调节器接收了水压的实测反馈信号后,将它与给定值比较,得到给定值与实测值之差。
如果给定值大于实测值,说明系统水压低于理想水压,要加大水泵电动机的转速;如果水压高于理想水压,要降低水泵电机的转速。
浅谈PLC控制的变频器恒压供水系统摘要:随着PLC以及变频器技术的发展,使用PLC以及变频器等等较为先进的技术,进行变频器恒定水压供水控制,同时也是恒压供水技术革新的必然发展趋势,基于此,本文探讨了PLC控制的变频器恒压供水系统。
关键词:PLC;变频器;恒压供水引言随着人们生活水平的不断提高,对于用水的需求量和要求也越来越高。
随着计算机技术和向工业和民用领域的不断渗透,几乎所有领域都在使用计算机技术,在计算机技术中加入自动控制系统能够使控制更加灵活多变,直观性强,控制精度高,不需要浪费大量的劳动力,因此计算机自动控制系统在国民生产和生活的各个领域中得到了广泛的应用。
1、系统的控制要求恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时,需要保持出水口压力不变的供水方式。
供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。
传统的恒压供水方式是采用水塔、高位水箱、气压罐等设施实现的。
随着计算机控制技术、变频调速技术和PLC技术的日益成熟和广泛的应用,利用先进的控制算法和智能的控制设备有机结合组成的自动供水系统以其良好的性能和操作性受到了越来越多用户的青睐。
2、恒压供水系统的构成PLC变频恒压供水系统的恒压变流量供水功能,是通过变频器、PLC、接触器和继电器对水泵的运行状态进行有效控制而实现的,其中系统的核心是PLC 和变频器。
在运行设备时,水泵的出水管处设置一个压力传感器,实现对管网的压力进行实时监控,并将监控信号传输至PLC,再由PLC将这一反馈信号与压力设定值进行比较、PID运算等处理后,输出标准的控制信号至变频控制器的模拟信号输入端,控制变频器的输出频率,进而对水泵电动机的转速进行控制,并确保其转速与管网内所需流量的一致性,以此实现恒压变量供水的最终目的。
图一变频器恒压供水系统3、控制器件的选择3.1、PLC可编程控制器水泵M1、M2、M3、M4可变频运行也可工频运行,通过8个交流接触器实现4台泵的工频和变频运行切换。
PLC与变频器在恒压供水系统中的应用摘要:进入21世纪以来,市场经济蓬勃发展,生产力不断提高,自动控制系统得到广泛发展与应用,自动控制系统已经成为工业生产的支柱,其中可编程控制器PLC、计算机、变频器更是在工业自动化领域中起着至关重要的作用。
本文主要介绍了PLC与变频器、触摸屏在恒压供水系统中的实际应用。
关键词:PLC;变频器;触摸屏;调节器;压力传感器0.引言电和水都是人们生活、生产不可或缺的重要资源,节能节水已经成为当今社会的主流话题。
我国是一个水资源和电能源短缺的国家,长期以来在工业生产循环供水、高层建筑供水、市政供水等方面都很落后,自动化程度较低。
随着国家对供水行业的关注和投资逐年增大,供水系统自动化水平不断提高,PLC、变频器在供水行业应用逐步增多。
变频恒压供水现已成为供水行业的主流,利用PLC驱动变频器实现集中控制和在线监控,再通过与触摸屏连接,可以使数据更清晰,控制更加形象、直观,操作更加简单方便。
1.变频恒压供水系统的组成变频恒压供水系统的基本构成主要PLC、变频器、触摸屏、压力传感器、调节器、电动机以及水泵组成。
系统主要可以分为执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分。
(1)执行机构是由一组水泵组成,其中包括一台变频泵和两台工频泵构成,变频泵用于将水供入用户网络,由变频器调节电动机转速,来维持管网水压恒定。
工频泵只运行启、停两种工作状态,用以在水量大的情况下工作。
(2)信号检测机构就是在系统控制过程中需要检测管网的水压信号、水池水位信号和报警信号,管网水压信号主要就是恒压供水控制的反馈信号,反映用户的水压值。
水池水位信号是对供水的上限压力和下限压力进行检测,反应水泵进水水源是否充足。
报警信号反应水泵电机是否过载,变频器是否异常。
(3)控制机构包括PLC系统、变频器和触摸屏三个部分。
PLC系统直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集,对来自压力传感器上的4-20mA或者0-10V标准信号通过运算与给定压力参数比较,输出运行频率到变频器进行控制。
基于PLC的变频调速技术在恒压供水系统中的应用摘要:文章介绍了一种变频调速恒压供水系统。
该系统应用PLC模糊控制技术编程设计了在线自调整控制器,通过模糊控制实现了管网压力的闭环自适应控制。
关键词:PLC 变频调速恒压供水1、供水系统中常见的问题随着现代社会的发展,城市规模不断扩大,高层建筑不断增多,城市供水问题越来越突出。
由于用户用水的多少经常发生变动,供水不足或供水过剩就成为城市供水的主要问题,如何在用水高峰保证供水系统压力避免末端供水不足,如何在用水低谷避免供水系统初端压力过大,减少能源消耗,避免供水管道破裂,成为当前供水系统面临的主要问题。
同时高层楼房的供水系统同样面临末端供水压力不足,初端供水压力过剩的问题。
另外,在一些企业的生产过程当中,由于工艺技术的要求,也可能要求企业提供一种平稳恒定的供水方案。
由于供水系统所面临的上述问题就催生处各种不同的供水方案,按照供水方式、控制方式等的不同,可对供水系统进行如下分类。
1)按供水方式可分为恒压供水系统和变压供水系统。
在恒压供水系统中,水泵的出口压力始终保持恒定,设备的供水量可随用户用水量的需求而变化。
与恒压供水系统不同,变压变量供水系统的控制压力检测点设在用户给水系统的末端,用此测定压力来控制水泵转速,因此水泵的出口压力是变化的。
2)按控制方式分微机控制和PC控制。
两者的区别是控制核心的不同,微机控制的核心是单片机,而PC控制型的控制核心是可编程控制器。
3)按水泵台数分为单台式(控制一台水泵调速运行,另一台泵备用,两台交替使用)和多台并联式(控制一台水泵变频调速运行,多台工频运行)。
另外,还可按结构形式和系统用途等方面分类。
本文将着重对基于PLC变频调速技术的恒压供水系统进行分析。
2、变频调速恒压供水系统城市供水系统面临的上述问题催生了恒压供水系统的诞生。
恒压供水系统城市建设、社会稳定具有非常重要的意义。
例如,恒压供水系统能够保证发生火灾时为消防系统提供充足的水源。
PLC在变频调速恒压供水系统中的应用
许建平;焦建雷
【期刊名称】《九江职业技术学院学报》
【年(卷),期】2004(000)001
【摘要】本文详细地介绍了三菱公司FX系列小型PLC在小区高楼恒压供水系统中的应用,并具体说明了系统工作原理和控制系统的设计.实际系统中由一台变频器和自耦降压启动器带动多台水泵,采用PLC实现PID调节和水泵的工频、变频运行切换.现场运行表明,该系统自动化程度高,稳定性好,完全符合工艺要求.
【总页数】3页(P24-26)
【作者】许建平;焦建雷
【作者单位】九江职业技术学院,江西,九江,332007;九江职业技术学院,江西,九江,332007
【正文语种】中文
【中图分类】TM571.6
【相关文献】
1.PLC的PID指令在变频调速恒压供水系统中的应用 [J], 王鲜芳;杜志勇
2.变频调速技术及PLC控制在小型恒压供水系统中的应用 [J], 杨欣
3.PLC在变频调速恒压供水系统中的应用 [J], 郑国海
4.数字PID变频调速在PLC恒压供水系统中应用 [J], 张建奇
5.PLC及变频调速技术在恒压供水系统中的应用 [J], 李崇华
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浅议PLC及变频调速技术在泵站恒压供水中的应用
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摘要:根据工业恒压供水的要求,采用P L C与变频调速技术对供水泵组进行控制,并在控制系统中引进了软硬件双重滤波技术和数字P I D在线控制技术。
介绍了系统的硬件构成、软件设计、工作原理、运行方式、参数整定等。
长时间的运行表明系统的稳定性和安全性很好。
关键词:恒压供水;变频调速;水泵;P L C
0引言
供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。
传统供水方式占地面积大,水质易污染,基建投资多,而最主要的缺点是水压不能保持恒定,导致部分设备不能正常工作。
变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术,它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域,特别是供水行业中。
由于安全生产和供水质量的特殊需要,对恒压供水压力有着严格的要求,因而变频调速技术得到了更加深入的应用。
恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高,在泵站供水中可完成以下功能:(1)维持水压恒定;(2)控制系统可手动/自动运行;(3)多台泵自动切换运行;(4)系统睡眠
与唤醒。
当外界停止用水时,系统处于睡眠状态,直至有用水需求时自动唤醒;
(5)在线调整P I D参数;(6)泵组及线路保护检测报警,信号显示等。
将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较,当管网压力不足时,变频器增大输出频率,水泵转速加快,供水量增加,迫使管网压力上升。
反之水泵转速减慢,供水量减小,管网压力下降,保持恒压供水。
1系统硬件构成
系统采用压力传感器、P L C和变频器作为中心控制装置,实现所需功能。
安装在管网干线上的压力传感器,用于检测管网的水压,将压力转化为4~20m A的电流信号,提供给P L C与变频器。
变频器是水泵电机的控制设备,能按照水压恒定需要将0~50H z的频率信号供给水泵电机,调整其转速。
A C S变频器功能强大,预置了多种应用宏,即预先编置好的参数集,应用宏将使用过程中所需设定的参数数量减小到最小,参数的缺省值依应用宏的选择而不同。
系统采用P I D控制的应用宏,进行闭环控制。
该宏提供了6个输入信号:启动/停止(D I1、D I5)、模拟量给定(A I1)、实际值(A I2)、控制方式选择(D I2)、恒速(D I3)、允许运行(D I4);3个输出信号:模拟输出(频率)、继电器输出1(故障)、继电器输出2(运行);D I P开关选择输入0~10V电
压值或0~20m A电流值(系统采用电流值)。
变频器根据给定值A I1和实际值
A I2,即根据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器获得的反馈电流信号,利用P I D控制宏自动调节,改变频率输出值来调节所控制的水泵电机转速,以保
证管网压力恒定要求。
根据泵站供水实际情况与需求,利用一台变频器控制3台水泵,因此除改变
水泵电机转速外,还要通过增减运行泵的台数来维持水压恒定,当运行泵满工频抽水仍达不到恒压要求时,要投入下一台泵运行。
反之,当变频器输出频率降至最小,压力仍过高时,要切除一台运行泵。
所以不仅需要开关量控制,还需数据处理能力,采用F X-4A D(4模拟量入)获得模拟量信号。
它在应用上的一个重要特征就是由P L C自动采样,随时将模拟量转换为数字量,放在数据寄存器中,
由数据处理指令调用,并将计算结果随时放在指定的数据接触器中。
通过其可将压力传感器电流信号和变频器输出频率信号转换为数字量,提供给P L C【1>,与恒压对应电流值、频率上限、频率下限(考虑到水泵电机在低速运行时危险,必须保证其频率不低于20H z,因此频率上限设为工频50H z,下限设为20H z)进行比较,实现泵的切换与转速的变化。
系统在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换过程尽可能快,以保
证供水的连续性,水压波动尽可能小,从而提高供水质量。
但元件动作过程太快,会有回流损坏变频器。
为了防止故障的发生,硬件上必须设置闭锁保护,即1Q 与4Q,2Q与5Q,3Q与6Q不能同时闭合。
2系统软件设计
控制系统软件是指用梯形图语言编制的对3台泵进行控制的程序。
它对3台泵的控制,主要解决系统的手动及自动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处理、3台泵的启动、切换及停止的条件、顺序、过程等问题。
当变频器输出频率达到频率上限,供水压力未达到预设值时,发出加泵信号,投入下1台泵供水。
当供水压力达到预设值,变频器输出频率降到频率下限时,发出减泵信号,切除在工频运行方式中的1台泵。
系统刚启动时,情况简单,首先启动一号泵即可。
但考虑3台泵联合运行时情况复杂,任1台或2台泵可能正在工频自动方式下运行,而其他泵则可能在变频器控制下运行,因此必须预先设定增减水泵的顺序。
即获得加泵信号后,按照1号泵、2号泵、3号泵的顺序优先考虑。
获得减泵信号后,按照3号泵、2号泵、1号泵的顺序优先考虑。
为了防止故障的发生,软件上也必须设置保护程序,保证1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不能同时闭合。
在加减泵时必须设置元件动作顺序及延时,防止误动
作发生。
系统切换泵流程见图3。
考虑到系统工作环境对运行状态的影响,在设计中采用硬件、软件上的双重
滤波来消除干扰的影响。
硬件上变频器提供了滤波时间常数,当模拟输入信号变化时,63%的变化发生在所定义的时间常数中;软件上采用数字滤波的方式,系统采用平均值的方法【2>。
计算最近10次采样的平均值,其计算公式如下:
3系统参数的确定
系统变频运行主要靠变频器来实现。
变频器有一数量很大的参数群,初始情况下,只有所谓的基本参数可以看到。
只需设定简单的几个参数,变频器就可以工作。
除基本参数外,还必须对完整参数进行设定。
完整参数的设定主要是P I D参数的整定,它是按照工艺对控制性能的要求,决定调节器的参数K p,T I,T D。
控制表达式为:
变频器根据偏差调节P I D的参数,当运行参数远离目标参数时,调节幅度加快,随着偏差的逐步接近,跟踪的幅度逐渐减小,近似相等时,系统达到一个动态平衡,维持系统的恒压稳定状态【3、4>。
4试验结果
由于系统的显示和通讯功能,可以对系统工作情况进行监测。
考虑到管网覆盖面积大,泵站海拔高度相对低,远端供水压力需维持3k g,因此泵站出水口压力必须维持5k g。
试验条件为管网初始无压力,电磁阀控制一定量相同用水情况下启动系统。
获得的数据经M A T L A B进行插值拟合可得系统在不同条件下跟踪压力变化的曲线【5>。
试验记录的数据显示,系统在未进行滤波和P I D控制时,响应速度特别慢、误差大、振荡严重,见图5。
在未进行滤波而引入数字P I D控制时,响应速度明显加快,但振荡问题未能得到解决,这是由于喘振现象的存在;当管道压力与设定值近似相当时,水锤效应影响明显,压力波动异常,P I D的参数跟踪整定,形成恶性循环,管道中空气的存在也会导致振荡问题。
该系统是按照工业生产需求设计的,实现了预定的一系列功能,保证了系统的稳定和安全性,在长时间运行中取得了良好的效果。
只需作相应修改就可推广到相关供水系统中。