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基于PLC的变频恒压供水系统(完整版).doc
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基于PLC的变频恒压供水系统(完整版).doc
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基于
PLC
的变频恒压供水系统
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。变频恒压供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力变送器等构成。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。压力变送器检测当前水压信
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。并且通过
PLC实现报警控制。
关键词:变频调速,恒压供水,PLC
- I -
基于
PLC
的变频恒压供水系统
ABSTRACT
This paper according to the requirements of the water supply of China's urban district,
d e s i g n e d a s e t o f v a r ia b l e f r e q u e n c y s p e e d r e g u l at i o n b a s e d o n P LC o f c o n s t an t p r e s s u r e
water supply system. Frequency conversion constant pressure water supply system by PLC,
frequency converter, pump unit, pressure transmitter, etc. This system includes three pump
motor, they constitute frequency conversion cycle operation mode. The frequency converter
to realize the three-phase pump motor soft start-up and frequency control, run by switching
"first rev. First stop" principle. Pressure transmitter detection current water pressure signal,
into PLC and setting after comparison PID operation, so as to control the output voltage and
f r e q u e n c y c o n v e r t e r , a n d c h a n g e t h e w a t e r p u m p m o t o r s p e e d t o c h a n g e w a t e r s u p p l y ,
e v e n t u a l l y , k e e p t h e p i p e p r e s s u r e s t a b l e v a l u e i n n e a r b y . A n d t h r o u g h t h e P L C a l a r m
control.
Keywords: Frequency control, constant pressure water supply, PLC
- II -
基于
PLC
的变频恒压供水系统
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
1.2.1 变频恒压供水系统的国内外研究与现状......................................................................2
1.2.2 变频调速技术的国内外发展与现状.............................................................................4
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...................................................................................6
2.1 变频恒压供水系统的理论分析 6
2.1.1 电动机的调速原理........................................................................................................ 6
2.1.2 变频恒压供水系统的节能原理.....................................................................................6
2.2 变频恒压供水系统控制方案的确定 9
2.2.1 控制方案的比较和确定.................................................................................................9
2.2.2 变频恒压供水系统的组成及原理图...........................................................................10
2.2.3 变频恒压供水系统控制流程.......................................................................................12
2.2.4 水泵切换条件分析......................................................................................................13
3 系统主电路设计.............................................................................................................15
3.1 系统主电路结构 15
3.2 系统主电路工作原理 17
4 控制系统的硬件设计.....................................................................................................17
4.1 系统硬件的结构 17
4.2 PLC概述 18
4.2.1 可编程控制器的定义..................................................................................................18
4.2.2 PLC的发展和应用....................................................................................................... 18
4.2.3 PLC的工作原理........................................................................................................... 19
4.2.4 欧姆龙CP1H的特点.....................................................................................................20
4.2.5 CP1H 的功能简介....................................................................................................... 20
4.3 PID控制器参数整定 21
4.3.1 PID控制及其控制算法................................................................................................21
4.3.2 PID参数整定............................................................................................................... 22
4.4 变频器概述 24
4.4.1 变频器的基本结构......................................................................................................24
4.4.2 变频器的分类..............................................................................................................24
4.4.3 变频器的控制方式......................................................................................................24
4.4.4 变频器的接线及参数..................................................................................................26
4.5 压力变送器的选择 26
4.6 液位变送器 27
- III -
基于
PLC
的变频恒压供水系统
4.7 元器件的选择 27
4.8 PLC的选型 28
4.9 PLC的I/O端口分配及外围接线 28
5 控制系统的软件设计.....................................................................................................31
总 结..................................................................................................................................33
致 谢.................................................................................................................................33
参考文献...........................................................................................................................34
- IV -
基于
PLC
的变频恒压供水系统
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。小区供水系统的建设是其中的一个重要方面,供水的可靠性、稳定性、经济性
直接影响到小区住户的正常工作和生活,也直接体现了小区物业管理水平的高低。
传统的小区供水方式有:恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液
力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式,其优、
缺点如下:
(1) 恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应,水泵的增减都依
赖人工进行手工操作,自动化程度低,而且为保证供水,机组常处于满负荷运行,不但
效率低、耗电量大,而且在用水量较少时,管网长期处于超压运行状态,爆损现象严重
电机硬起动易产生水锤效应,破坏性大,目前较少采用。
(2) 气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点,但此方式调节量小
水泵电机为硬起动且起动频繁,对电器设备要求较高、系统维护工作量大,而且为减少
水泵起动次数,停泵压力往往比较高,致使水泵在低效段工作,而出水压力无谓的增高
也使浪费加大,从而限制了其发展。
(3) 水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不
停水等优点,但存在基建投资大,占地面积大,维护不方便,水泵电机为硬起动,启动
电流大等缺点,频繁起动易损坏联轴器,目前主要应用于高层建筑。
(4) 液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油,发热需冷却,效率低,
- 1 -
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