基于PLC变频恒压供水系统的设计.doc

目 录

1 引 言......................................................................1

1.1 选题背景.................................................................................................................................1

1.2 课题意义.................................................................................................................................1

1.3 国内外在该方向的研究概况................................................................................................1

1.4 本文的主要工作....................................................................................................................3

2 系统总体分析和设计.................................................4

2.1 系统概述.................................................................................................................................4

3.1.2 简介 PLC 的发展状况及其发展趋势........................................................................7

3.1.3 简介 PLC 的应用领域................................................................................................7

3.1.4 PLC 的工作过程.........................................................................................................8

3.2 变频器.....................................................................................................................................8

3.2.1 变频器的选型.............................................................................................................8

3.2.2 变频器的特点.............................................................................................................9

3.3 PID 调节器...........................................................................................................................10

3.4 压力传感器的选择...............................................................................................................11

3.5 元件表...................................................................................................................................12

4 PLC 控制及编程.....................................................13

4.5 PLC 与变频器的接线..........................................................................................................15

.....................................................................................................................................................16

图 4-2 PLC 与变频器接线..........................................16

结论.......................................................................17

谢辞.......................................................................18

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参考文献.................................................................19

附录.......................................................................20

外文资料.................................................................25

1 引 言

水是生产生活中不可缺少的重要组成部分，在节水节能己成为时代特征的

现实条件下，我们这个水资源和电能短缺的国家，长期以来在市政供水、高层

目前,居民生活用水和工业用水增长幅度日益加大.由于居民日常生活用水会

随季节、 昼夜等时间段的不同而不同,如采用传统的供水方式则会出现供水和用

水不平衡的现象,造成资源浪费。传统的供水系统已经不能满足人们的要求.为了

节约能源, 可采用变频恒压供水方式对传统供水系统加以改造,以达到节能、控制

简单、 供水稳定、 减少污染等目的。

1.2 课题意义

本文介绍的是关于变频恒压供水系统的设计，因变频调速恒压供水技术其

节能、安全、供水品高质等优点，在供水行业得到了广泛应用。恒压供水调速

系统实现水泵电动机无级调速，依据用水量的变化（实际上为供水管网的压力

变化）自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用

起制动控制、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，

变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定 ，

需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅

的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台

水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而

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投资成本高。即 1968 年，丹麦的丹佛斯公司发明并首家生产变频器(丹佛斯是

传动产品全球五大核心供应商之一)后，随着变频技术的发展和变频恒压供水系

统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大

家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功

的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如

BA 系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实

际使用时其范围将会受到限制。

目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外品牌的变频

器控制水泵的转速，水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的

采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现；有的采用单片机及相应的软件

予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面

的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。原深圳华为(现己更名

为艾默生)电气公司和成都希望集团〔森兰牌变频器)也推出了恒压供水专用变频

器(2.2kw-30kw)，无需外接 PLC 和 PID 调节器，可完成最多四台水泵的循坏

电磁兼容性(EMC)的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的。因

此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于

生活、生产实践中。

采用变频调节以后，系统实现了软起动，电机起动电流从零逐渐增至额定

电流，起动时间相应延长，对电网没有较大的冲击，减轻了起动机械转矩对于

电机的机械损伤，有效的延长了电机的使用寿命。这种调控方式以稳定水压为

目的，各种优化方案都是以母管(市政来水管)进口压力保持恒定为条件。实际上，

给水泵站的出口压力允许在一定范围内变化。因此这种调控方式缩小了优化范

围，所得到的解为局部最优解，不能完全保证泵站始终工作在最优状态.

变频调速是优于以往任何一种调速方式(如调压调速、变极调速、串级调速

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本文采用电动机、变频器与可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控

制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，

在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵

站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较 ，

其差值输入 CPU 运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行

变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供

水就是利用 PLC 的 PID 或 PI 功能实现的工业过程的闭环控制。即将压力控制检

测的压力信号(0-5V)到变频器中，由 PLC 用户设定的压力值进行比较，并通过

变频器内置 PID 运算将结果转换为频率调节信号调整水泵电机的电源频率，从

而实现控制水泵转速。

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2 系统总体分析和设计

速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水

压恒定以满足用水要求。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功

能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义 。

变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设

备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都

具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向

高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、

系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络

供水调度和整体规划要求的必然趋势。

2.3 恒压供水系统硬件设计