基于PLC的变频恒压供水系统设计
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目前国内变频恒压供水装置大多采用小型PLC 为核心控制器,实现了自动化控制,降低了能耗。
1控制原理
基于S7-300的变频调速恒压供水的工作原理是利用S7-300型的PLC 为核心控制器,利用压力传感器检测管道出水口的实际压力值,然后将实际值与设定值比较,其差值输入CPU 进行运算处理后,由PID 运算的结果发出控制指令,控制水泵的转速。
当管内所测压力值比实际压力值大时,需要自动控制PLC 的模拟输出模块,控制变频器的输出频率(降低)但不能低于变频器的最低频率(下限);当管内所测压力值比实际压力值小时,需要自动控制PLC 的模拟输出模块,控制变频器的输出频率(升高)但不能高于变频器的最高频率(上限)。
即当供水负载变化时,输入电机的电压和频率也随之变化。
在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的实现管网的恒压供水,这样就构成了以压力设定值为基准的闭环控制系统。
图1系统原理框图
2系统硬件设计2.1主电路设计
基于PLC 的变频恒压供水系统主电路图如图2所示:整个系统采用4台水泵并联运行方式,供电线路采用常用的三相四线制,可以保证系统的稳定供电。
四台电机分别为M1、M2、M3、M4,它们分别带动水泵1#、2#、3#、4#。
接触器KM1、KM2、KM3、KM4分别控制M1、M2、M3、M4的工频运行;接触器KM5、KM6、KM7、KM8分别控制M1、M2、M3、M4的变频运行;FR1、FR2、FR3、FR4分别为四台水泵电机过载保护用的热继电器,是利用电流的热效应原理工作的保护电路;QM1为变频器主电路的断路器,切断和接通负荷电路,以及切断故障电路,在系统发生故障时能与保护装置和
自动装置相配合,迅速切断故障电流,防止事故扩大,从而保证系统安全运行,QM2、QM3、QM4、QM5为分路断路器;FU1为主电路的熔断器,FU2、FU3、FU4、FU5分别为四台电机的熔断器,防止电气设备短路和严重过载。
初始运行时,必须观察电动机的转向,使之符合要求。
如果转向相反,则可以改变电源的相序来获得正确的转向。
系统启动、运行和停止的操作不能直接断开主电路穴如直接使熔断器或断路器断开雪,而必须通过变频器实现软启动和软停。
为提高变频器的功率因数,必须接电抗器。
当采用手动控制时,必须采用自耦变压器降压启动或软启动的方式以降低电流,本系统采用软启动器。
最初1#泵变频启动,变频器工作、接触器KM1闭合,当水压没有达到设定值时KM1断开,KM5闭合,1#工频运行;如果还没有达到压力值就按照1#的工作顺序直到4#泵也是工频运行。
如果大于设定值开始减泵,先启先停,1#泵从工频变成变频再到完全停下,如果还是大于设定值按照1#的方式挺泵直到最后一台泵在变频运行。
图2系统主电路图
2.2控制电路设计
图3为S7-300PLC 接线图,CPU 采用314C-2DP ,外部扩展一个数字量输入模块SM321、一个数字量输出模块SM322,数字量I /O 模块的输入侧接有一个功能按钮SB1系统自动。
一
基于PLC 的变频恒压供水系统设计
张清恒(河南工业大学,河南郑州450001)
李彦阳(中车大连机车研究所有限公司,辽宁大连116021)张义超(大连交通大学,辽宁大连116028)
李兆宇
(赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司,内蒙古赤峰024039)
摘要:主要设计了以西门子S7-300PLC 为核心控制器的变频恒压供水系统,采用一台变频器控制多台水泵循环工作的方式,以管网的出水压力为控制对象,实时采集管网压力,通过PID 调节器形成闭环控制系统,让管网实际压力维持在设定压力值。
该系统改善了传统供水系统中人为控制的不足,提高了系统的稳定性。
关键词:S7-300PLC ,变频调速,恒压供水,PID 调节
Abstract 押This paper studies based on Siemens S7-300PLC variable frequency constant pressure water supply automat⁃ic control system熏and the system of remote ing a frequency converter control of multi pump work熏to the water out⁃let pressure of the pipe network as the control object熏real-time collection pipe network pressure熏through a proportional inte⁃gral differential regulator to form a closed-loop control system熏let the actual pipe network pressure is maintained in the set pressure value.The system improves the shortage of artificial control in the traditional water supply system and improves the stability of the system.
Keywords 押S7-300PLC熏frequency control熏constantpressure water supply熏PID
Regulation
基于PLC 的变频恒压供水系统设计
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《工业控制计算机》2018年第31卷第9期
(上接第151页)
参考文献
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[收稿日期:2018.5.18]
个模拟量输入、输出模块SM334,模拟量输入模块接有压力变送器,压力变送器输出标准4~20mA电流信号给PLC。
模拟量输出模块与变频器AGND、AI2引脚相连,PLC输出标准4~20mA 电流信号,控制变频器对应的0~50Hz频率。
图3PLC硬件连接图
2.3变频器的选用
本文采用的是ABB ACS550变频器,适用于各类型负载,针对风机、水泵应用做了特别的优化。
典型的应用包括恒压供水,冷却风机,地铁和隧道通风机等等。
ACS550功率范围是1.1~160kW,供电电压:380~480V。
一台变频器最多可以连接7个电机,使用时电机和变频器的功率要保持一致。
可使用基本型或助手型操作盘进行参数设置。
3系统软件设计
3.1主程序设计
正常自动启动过程是先设定压力值然后采集压力传感器的模拟量经过换算成数字量,然后和设定的压力值进行比较,如果低于设定值1#泵开始变频启动,之后会变成工频运行,每过20s 钟程序会自动比较一次,如果没有达到设定值则会开始下一台水泵的启动,也是一个从变频到工频的过程直到达到设定的压力值。
如果高于设定的压力值则开始减泵,根据先启先停的原则,当达到设定的压力值原来工频运行的一号泵会变成变频再到停止,如果还高于则减下一台泵直到最后一台泵处于变频运行。
图4主程序流程图
3.2PID控制算法
在STEP7当中,PID控制类型分为FB41(连续控制器)、FB42(脉冲发生器)、FB(步进PI控制器)、FB58、FB59。
在本次设计选用FB41,添加到程序当中后需要新建一个DB块,命名为DB10,打开DB10里面自动生成了PID控制所需的所有参数。
其中MAN_ON为手自动切换,当该位为0时,即为自动;当该位为1时,即为手动。
SP_INT为设定值,类型为REAL;PV_IN 为过程量输入;MAN为手动时手动输入的值,类型为REAL; LMN为PID的输出量,类型为REAL;DEADB_W是死区,当过程量正好在设置的死区当中时,PID不动作。
3.3组态画面设计
由图5可以看到系统的运行可以进行手动自动运行的切换,还能看到各水泵的运行状态,各泵都对应有一个手动的开关,可以进行压力值的设定手动输入或者用旁边的滚动条输入,压力传感器检测到的压力也可以在画面上看到,还可以显示水泵故障的报警状态。
组态软件的应用不仅可以实现对水泵的控制还能实现实时监控。
图5组态画面
4结束语
本文设计的系统依据实际生产控制的需要,设计出了能实现手动、自动两种控制方式的恒压供水控制系统,便于工作人员的实际工作。
采用一台变频器拖动四台水泵的运行模式,能够给更高的楼层供水。
采用积分分离PID算法,设计的系统是经典的恒压供水控制器,提供了较为完整的电路设计图、程序设计思想、组态程序,具有较高的应用价值。
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[收稿日期:2018.6.21
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