PLC在变频调速恒压供水系统中的应用

PLC在变频调速恒压供水系统中的应用
摘要：速技术的发展和人们节能意识的不断增强，变频恒压供水系统的节能特
性被广泛地应用于住宅小区、高层建筑的生活及消防供水系统。

在智能建筑教学
领域，恒压供水系统已成为一个研究的重要课题，其典型结构是由压力传感器、
可编程控制器（PLC）、变频器、供水泵组等组成。

为了保证供水，机组常保持
在超压的状态下运行，爆损现象也挺严重。

关键词: 恒压供水；变频调速；PLC ；泵机切换
一绪论
1.本课题设计的背景
随着变压器调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高, 变频恒压供水系统
已逐渐取代原有的水塔供水系统, 广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统, 然而, 由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备(水泵) , 在对原有供水系统进行变频改造的实践中,往
往会出现一些在理论上意想不到的问题。

2.恒压供水系统的选型
该系统是由储水系统、动力系统，回水系统和控制系统（手动控制、自动控制）组成。

对象系统由四台不同功率的水泵机组组成，都为常规变频循环泵，用于模拟正常模式下的生
活供水动力系统；回水系统采用有机玻璃材料结构，以使实验系统具有可观察性。

3. 系统的硬件设计
PLC变频恒压供水控制系统由4台水泵，一台智能型电控柜（包括变频器、PLC、交流接
触器、继电器等），一套压力传感器、缺水保护器、断相相序保护装置以及供电主回路等构成。

二系统控制方案的确定
1频率功能的设置
①最高频率水泵属于平方率负载，当转速超过额定转速时，转矩将按平方规律增加，导致电动机严重过载。

因此，变频器的工作频率是不允许超过额定频率的，其最高频率只能
与额定频率相等，即Fmax=Fn=50HZ
②上限频率一般说来，上限频率以等于额定频率为宜。

但有时也可以预置得略低一些，原因有二：一是变频器内部有转差补偿功能，同在50HZ的情况下，水泵在变频运行时
的实际转速要高于工频运行时的转速，从而增大了水泵和电动机的负载；二是变频调速系统
在50HZ下运行时，还不如直接在工频下运行，可以减少变频器本身的损失。

因此，将上限
频率预置为49HZ或49.5HZ是适宜的。

2. 升速、降速时间
由于水泵电动机不需要频繁的起、停，对于起、停时间午严格要求。

整定变频器的升、
降速时间时主要考虑升、降速时间过短，变频器可能因过流或过压而跳闸；升、降速时间过长，则会使变频器调速系统反应迟缓，造成管路中欠压或超压时间过长，满足不了恒压供水
要求。

因此，升、降速时间的确定，应根据现场的实际情况来决定。

2.2 系统控制方案
PLC变频恒压供水控制系统本系统是以PLC为控制核心，由PLC控制器、变频调速器、
压力传感器、等其它电控设备以及4台水泵组成，如图2-1所示。

该系统的特点：
1)水泵能自动变频软启动，四台水泵自动变频软启动，并根据用水量大小自动调节泵台数。

2)电控自动状态时，四台水泵自动轮换变频运行，工作泵故障时备用泵自动投入，可转
换自动或人工手动开、停机。

3)设备具有缺相、欠压、过压、短路、过载等多种电气保护功能，具有相序保护防止水
泵反转抽空，并具有缺水保护及水位恢复开机功能。

该系统可分为手动和自动两种运行方式，四台水泵均可以在工频或变频调速状态下工作。

2、手动运行
当用手动方式时，把转换开关切换到自动挡。

按下启动按钮，启动电机变频运行；当系
统压力不够需要增加泵时，此时切断电机变频，同时PLC控制电机变频运行. 为了变频向工频切换时保护变频器免于受到工频电压的反向冲击，在切换时，用时间继电器作了0.5的时间
延迟，当压力过大时，可以手动按下停止按钮，切断工频运行的电机.
3系统硬件设计
3.1可编程控制器(PLC)的选型
3.1.1 PLC的选型
在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

工艺流
程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工
艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高
性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

1．输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的
可扩展。

余量后，作为输入输出点数估算数据。

实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品
特点，对输入输出点数进行圆整。

根据估算的方法故本课题的I/O点数为输入5点，输出10点。

2．存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用
户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

为了设计选型时能对程
序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。

3．控制功能的选择
根据本课题所设计的变频调速恒压控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。

（1）控制功能
PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟
量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度
和节省存储器容量。

（2）编程功能
离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。

完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行
控制，不能进行编程。

离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。

在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数
据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的
程序运行。

这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。

4系统软件设计
在自动运行方式下开始启动运行时，首先检测水池水位，若水池水位符合设定水位要求，1#泵变频交流接触器吸合，电机与变频器连通，变频器输出频率从0Hz开始上升，此时压力
变送器检测压力信号反馈PLC，由PLC经PID运算后控制变频器的频率输出；如压力不够，
则频率上升至50Hz，延时一定时间后，将1#泵切换为工频，2#泵变频交流接触器吸合，变
频启动2#水泵，频率逐渐上升，直至出水压力达到设定压力，依次类推增加水泵。

如用水量减小，出水压力超过设定压力，则PLC控制变频器降低输出频率，减少出水量
来稳定出水压力。

5结论
通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。

并且，更了解了有
关可编程控制器的功能。

我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。

这次设计，使
我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。