PLC和变频器在城市节能供水系统中的应用.doc

目 录

1 绪论............................................................................................................................1

2 设计功能及方案论证................................................................................................1

2.1 设计功能..........................................................................................................1

2.2 系统设计方案分析及方案论证......................................................................1

2. 3 系统控制方框图..............................................................................................2

3.系统硬件选型.............................................................................................................3

3.1 PLC 可编程控制器部分...................................................................................3

3.1.1 PLC 概述..............................................................................................................3

3.6 软起动器..................................................................................................................9

4 硬件电路设计...........................................................................................................10

4.1 主电路控制电路图.........................................................................................10

5 软件设计..................................................................................................................11

5.1 水位控制部分.................................................................................................11

5.2 压力控制部分................................................................................................13

5.3 机械故障处理部分........................................................................................16

6 结束语......................................................................................................................17

致谢..............................................................................................................................17

参考文献......................................................................................................................18

1 绪论

的实现上提出了一种利用 PLC 梯形图编程语言实现模糊控制的新方法，彻底取

代了高位水塔或直接水泵加压供水方式，为城市供水系统的建设提出了一条极具

推广应用的新途径。当前国内多数企业中仍使用传统的恒速泵组切换加压的供水

方式，其水压不稳且浪费电能。有文献介绍，我国每年水泵消耗的电能约占电能

总耗的 20%以上，而电耗又占水费成本的 60%以上，故如何优化对水泵的控制

具有重要的意义，很多文献曾做过有益的探索，本文针对小区的工况开发出以可

编程控制器，和变频调速为核心的恒压供水控制系统其结构简易紧凑水压波动小、

运行平稳可靠，运行一年节约的电费就为该企业收回技改设备投资。

2 设计功能及方案论证

2.1 设计功能

（3） 在自动方式下，当系统水压力低于设定压力下限时，三组电机将根据

系统水压与设定水压的比较投入工作运行，分为工频运行、变频运行和停止三种

工作状态

（4） 根据水位限制和压力限制来确定系统的故障现象，并能够实时报警。

（5） 根据压力的变化能够确定用水量是否超过供水负荷，并能够及时的预

警和报警。

（6） 系统可以在线调试及现场在线监控。

2.2 系统设计方案分析及方案论证

目前国内多数供水企业水泵类机械的典型电气传动仍是用鼠笼式异步电动

机驱动，因为它具有结构简单、运行可靠、维修方便、价格低廉等优点。但其本

身调速较难，故常为恒速运转；当需要调节流量时，则采用调节阀门的方法，这

气传动方案宜采用多台拖动水泵的电机并联传动取代拖动 1 台大水泵的电机传

动，这样可以根据不同用水情况合理地增加或切掉水泵，从而提高水泵工作效率，

增加灵活性。根据供水量和扬程量确定水泵的容量和数量，通常是 1～3 台泵和

1 台辅助小泵。如果只采用一台变频调速器(VVVF)顺序拖动各台泵的电机，那

么可减少投资，因为变频调速装置的成本一般要占整个调速系统成本的四分之三。

由 PLC 控制四台拖动水泵的电机启动和停止，及在工频电网与变频器输出之间

进行切换运行，并可通过程序控制自动实现 (任意一台泵连续运行超过规定时间)

停机轮休，防止烧坏变频器，以延长泵组的使用寿命。以上系统功能的实现有以

下方案可供选择：

（1）单片机控制，利用压力变送器和水位限制器、及 A/D 转换和 D/A 转换

关参数的继电器也可以实现恒压供水功能，但是恒压供水控制器具有不可编程性，

因此在现场调试和现场监控性能差，不易实现 PID 运算，控制的精度不够高，相

关的报警、故障诊断电路比较复杂。

（3）PLC 控制，利用 PLC、变频器及相关的继电器控制，可以完全实现上

述的控制功能，具有控制精度高，高度节能、具有良好的人机界面、现场监控和

现场调试方便、能够适应复杂的电磁环境、具有寿命长、故障率低等一系列的优

势。因此，经过慎重的论证，本设计采用 PLC 控制作为核心的控制单元。

2. 3 系统控制方框图

本控制系统有可编程控制器（PLC）、A/D 转换模块、D/A 转换模块、变频

器、传感器部分、监控对象和电控回路组成。其硬件功能框架图如图 1 所示。

算机相类似，由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM、EEPROM

等）、输入接口、输出接口、I/O 扩展接口、外部设备接口以及电源等组成。

CPU 单元由微处理器、系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存

储器等组成，它是 PLC 的核心部件，是由大规模或超大规模的集成电路微处理

芯片构成，主要完成运算和控制任务，可以接收并存储从编程器输入的用户程序

和数据。进入运行状态后，用扫描的方式接收输入装置的状态或数据，从内存逐

条读取用户程序，通过解释后按指令的规定产生控制信号。分时、分渠道地执行

数据的存取、传送、比较和变换等处理过程，完成用户程序所设计的逻辑或算术

运算任务，并根据运算结果控制输出设备。

存储器单元按照物理性能分为两类，随机存储器（RAM）和只读存储器

除 ROM，这种 ROM 只能写入一次，不能改写。另一种是可擦除 ROM，这种 ROM

经过擦除以抂这可以重写。其中 EPROM 只能用紫外线探险内部信息，E2PROM

可以用电擦除内部信息，这两种存储器的信息可以保留 10 年左右。

输入输出单元由输入模块、输出模块和功能模块构成，是 PLC 与现场输入

输出设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC 通过输入模块把工业设备或生产

接口单元包括扩展接口、编程器接口、存储器接口和通信接口。扩展接口是

用于扩展输入输出单元。它使 PLC 的控制规模配置得更加灵活。这种接口为总

线形式，可以配置开关量的 I/O 单元，也可以配置如模拟量、高速计数等特殊 I/O