基于PLC的高楼恒压供水控制系统的设计

课题名称基于PLC的高楼恒压供水控制系统的设计姓名：王镇日期：2011年11月10日目录摘要……………………………………………………………………1关键词……………………………………………………………………11.引言……………………………………………………………………12恒压供水的特点…………………………………………‥………52系统结构图…………………………………………………………53软件部分……………………………………………………………63.1PLC程序…………………………………………………………63.2I\O分配表………………………………………………………103.3变频器参数设定……………………………………………………104控制电路图…………………………………………………………114.1主电路图……………………………………………………………114.2控制电路图…………………………………………………………115主要器件的选择……………………………………………………125.1MD-W恒压供水压力传感器的介绍………………………………125.2PLC的特点…………………………………………………………136变频器的特点…………………………………………………………147系统要实现的功能有…………………………………………………157.1手动运行……………………………………………………………157.2自动运行……………………………………………………………167.3特殊情况……………………………………………………………168这个系统的优越性……………………………………………………16总结……………………………………………………………………17基于PLC的高楼恒压供水控制系统的设计摘要：建设节约型社会，合理开发、节约利用和有效保护水资源是一项艰巨任务。居民生活用水具有时间集中，用水量变化较大的特点，而采用原供水系统存在成本高，可靠性低，水资源浪费和管网系统待完善的问题。为此采用变频器与可编程控制器（PLC）构成控制系统，优化控制泵组的调速运行，自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，提出用自来水水压供水与水泵提水相结合的方式，并配以变频器、PLC、压力传感器、溢流阀等将管网的压力，通过压力传感器把数据传给PLC，PLC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，使水管中的压力始终保持在合适的范围。PLC恒压供水的优点在于当管网流量变化时，能达到稳定供水压力和节能、安全、供水高品质等优点。关键词：变频器；PLC；恒压供水；1.引言现在的恒压供水应以经济合理，技术先进，供水安全可靠为原则。传统的供水方式（包括水箱/水塔供水和气压供水）。水箱/水塔供水称为重力供水，具有供水压力比例恒定和储水的功能。它是由位置高度形成的压力来进行供水的，为此需要建造水塔或将水箱置于建筑物的顶上。但是常常不能满足供水要求，难以满足不断增加的用水需求。同时在屋顶上形成很大的负重，增加了结构面积，也妨碍了美观。此外，屋顶水箱必须高出水面几米，建筑方面较难处理，而且投资周期长。气压供水：在地下室或某些空旷之处加压送到管网中去。其优点是灵活性大，建设快，少受污染，不妨碍美观，有利于扩张与消除管道中的水锤与噪声，且可以通过改变压力罐的压力来满足不断增加的供水需求。缺点是需要压力罐，其体积和投资大，压力变化大，运行效率低，还需要使用张力膜或设置空气压缩机充气。因此，电能消耗大，运行费用高。随着交流电机变频调速技术的日益成熟，为实现恒压供水提供了可靠的技术条件。利用变频器、压力计，PLC等器件的有机结合，构成控制系统调节水泵的输出流量，取代水塔、水箱、气压罐，实现了恒压供水。且配置日趋合理，成为供水网的替代产品。本设计的系统要求有：（1）能提供某一小区800人的平时用水，保证在高峰时期小区高层用户的恒压供水；（2）保证在用水低谷时不会造成电力的浪费，在停电后恢复通电时恒压供水装置能自动启动；（3）可实现手动控制运行和自动运行（用一个转换开关控制，有自动挡和手动挡）；（4）能实现故障报警；（5）备用水泵能在不影响供水系统的情况下进行自动轮休；（6）操作简易，维护简单，保证楼层生活水系统、生产水系统的正常运行。2.恒压供水的特点恒压供水的特点为：（1）节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行；（2）节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象；变频器继电器组压力变送器水泵4状态指示灯PLC手动控制水泵3水泵1水泵2（3）运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵实现由工频到变频的无冲击切换，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。（4）控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。（5）自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。3.系统结构图（图1）（图1）说明的是PLC控制变频器和继电器实现水泵的恒压供水，水压的是否稳定通过压力变送器传送给PLC进行检测做出判断，PLC做出相应的控制。4主要器件的选择我选用欧姆龙CP1HPLC和三菱E700变频器，MD-W恒压供水压力传感器，实现恒压供水。以下我简单介绍一下使用到的器件的特点及功能。4.1MD-W恒压供水压力传感器的介绍针对在供水系统中变频器的使用，采用抗变频干扰电路，保证输出信号的稳定性。同时，专用电路中对传感器的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行精密补偿，使之具有集成度高、体积小、精度高、一致性好、抗干扰能力强、响应速度快等特性。技术参数：测量压力(Mpa)0.10.711.63.5510过载能力0.21.523.571015外壳不锈钢精度0.5%0.2%测量介质水供电电源9-32VDC信号输出4-20mA/0-5V负载RA≤(UB-8V)/0.02A绝缘电阻10MΩ500Vdc激励下长期稳定性±0.25％FSO/year介质温度-20～85℃储存温度-20～110℃补偿温度范围-20～80℃零点平均温度系数Typ.≤±0.2/10k量程的平均温度系数Typ.≤±0.15/10k响应时间≤1msCE-一致性抗干扰性接线保护反极性和短路保护密封性能优于IP65防爆类型本安防爆ExiaⅡCT6接口尺寸M20×1.5G1/4NPT1/4水管通用接口接线方式DIN/直出/航插4.2PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。4.3变频器的特点（1）可控的加速功能变频调速能在零速启动并按照用户的需要进行光滑地加速而且其加速曲线也可以选择(直线加速S形加速或者自动加速)而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生剧烈的振动这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗降低机械部件和电机的寿命另外变频启动还能应用在类似灌装线上以防止瓶子倒翻或损坏（2）可调的运行速度运用变频调速能优化工艺过程并能根据工艺过程迅速改变还能通过远控PLC或其他控制器来实现速度变化（3）能调节电动机转矩，在整个电动机转速范围提供恒定转矩：闭环控制驱动系统提供绝对速度控制；低转速运行时仍维持高效率；选用变频器时不必加大一级，即可在低转速时获得额定电动机转矩值；典型功率因素值为0.95；有无电动机转速回馈都可运行；动态响应及效率均优于直流电动机。（4）低频转矩大，即使运行在1HZ（或0.5HZ）时，也能产生足够大的转矩，且不会产生在U/f控制方式中容易遇到的磁路饱和现象；机械特性好，在整个频率调节范围内，都具有较硬的机械特性，所有机械特性基本都是平行的；动态响应好，尤其是有转速反馈的矢量控制方式，其动态响应时间一般都能小于100ms；能进行四象限运行。5控制电路图5.1主电路图1234变频器123465784321123（图4）5.2控制电路图模拟量输出端模拟量输入端变频器（图5）6.软件部分（1）PLC程序（图2）这个PLC程序中，实现了对压力计电压量传给PLC的模拟量端口输入端的AD转换，也实现了PLC的模拟量端口输出端输给变频器电压量的DA转换。实现了PLC的模拟量对变频器的控制，实现了恒压供水。在这个程序中，也实现了对四台水泵的轮休工作，当第一台水泵变频状态下工作时，水压不够要打开另一台水泵时，第一台工作的水泵切换到工频状态，第二台水泵变频运行，当水压还不够时，依次这样切换过去。当水压过高时，PLC首先切断最先工作的水泵。这样就实现了四台水泵的轮休工作。当有一台水泵坏了的时候，也不会影响整个系统的正常工作。（2）I\O分配表名称作用自动手动复位停止水泵一手动工频水泵一手动变频地址.00.01...04.05作用名称地址.水泵二手动工频.水泵二手动变频分配表水泵四手动变频.03水泵四手动工频.02.01.00水泵三手动变频水泵三手动工频.04热继电器.05行程开关.04.05.正转信号.0001.异常指示灯（图3）（3）变频器参数设定P1=49上线频率设定P2=2下线频率设定P7=10加速时间设定P8=10加速时间设定P79=2运行模式选择，外部运行模式固定P73=0模拟量输入选择0~10V7系统要实现的功能有7.1手动运行手动运行用于系统调试时测试系统各部分是否正常。1、2、3、4四台泵都可以选择工频运行，其中有一台水泵可以在变频的条件下运行，且可以在PID调节下运行，保证在手动条件下也能实现恒压供水。分别有四个转换开关控制四台水泵，转换挡位有工频运行，变频运行，停止，当有一台水泵选择变频运行，其它泵就不能选择变频运行，选择了相当选择停止。7.2自动运行进入自动运行状态，控制系统首先检测水管的压力，当压力低于设定值时一台水泵变频启动，当一台水泵运行频率在49HZ的情况下，水管压力连续10秒还不够，变频启动了的水泵切换到工频运行，变频启动第二台水泵，当第二台运行到49HZ，水管压力连续10秒还不够，第二台泵切换到工频，第三台泵变频启动，依次进行水压不够切换。当水压偏高10秒时，首先停止最先运行的水泵，然后依次停止，直到水压恒定。7.3特殊情况当恒压供水出现问题是，有一盏异常情况指示灯会亮，只有当按下复位键，才能解除异常指示灯的报警，再去操作其它功能有效。8这个系统的优越性我这个系统是通过压力传感器，输送0到5伏的电压给PLC的模拟量的输入端，PLC的模拟量时时采集压力传感器的电压值，进入PLC，PLC进过内部处理，通过PLC的模拟量输出控制变频器，也通过PLC的继电输出控制交流接触器，实现对水泵的控制。在整个恒压供水系统的内部加一个储能罐，这样可以降低整个恒压供水的波动，从而使恒压供水的效果更加的好。为了防止高水压导致水管破裂，在水管处装有一个溢流阀，在溢流阀的顶杆处装一个行程开关。当水压超过10MPa时，溢流阀自动动作排水，同时动作行程开关，行程开关把动作信号送给PL