plc变频恒压供水系统设计

《交流调速》课程设计

课题名称变频恒压供水控制系统设计

学院(部) 兴华学院

专业电气工程及其自动化

班级61130802

学生姓名王平

学号6113080236

6 月2

7 日至7 月 1 日共 1 周

指导教师(签字)

11年 5 月30 日

一．概述

随着社会的飞速发展和城市建设规模的扩大，人口的增多以及人们生活水平的提高，对城市供水的质量、数量、稳定性等问题提出了越来越高的要求，我国中小城市供水的自动化配置相对落后，机组的控制主要依靠值班人员的手操作，控制过程烦琐，而且手动控制无法对供水管网的压力和水位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组常保持在超压的状态下运行，设计了一套基于PLC的变频恒压供水系统。恒压供水技术以其节能、安全、供水高品质等优点，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，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，恒压供水对水泵、电机也起到了很好的保护作用和有效地节约了电能的消耗。结合使用可编程控制器，可实现循环变频，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，延长了设备的使用寿命。

二．方案确定

变频恒压自动控制供水系统由可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器等组成。系统采用一台变频器拖动二台水泵运行，起动，调速。

在变频调速恒压供水系统中，单台水泵工况的调节是通过变频器来改变电源的频率f来改变电机的转速n,从而改变水泵的性能曲线来实现的。分析水泵的能耗比较图，可以看出利用变频器实现调速恒压供水，当转速降低时，流量与转速成正比，功率以转速的三次方下降，与传统供水方式阀门节流控制相比，在一定程度上可以减少能量损

耗，能够明显节能。系统正常运行时，用户用水管网上的压力传感器对用户的用水水压进行数据采样，传输至PLC，与用户设定的压力值进行比较，将结果转换为频率调节信号和水泵启动台数信号分别送至变频器和可编程控制器；变频器调节水泵电机的电源频率，进而调整水泵的转速；PLC控制水泵的运转。通过对水泵的启动和停止及其中变频泵转速的调节，将用户管网中的水压恒定于用户预先设计的压力值，达到“变量恒压供水”的目的。当用水量该系统能够对供水系统进行自动控制，有效的降低能耗，保持系统维持在最佳运行状态，提高生产管理水平。如果其中一台泵出现故障则另一台泵自动投入用行。其原理框图如下：

三．设备选型

（1）水泵的选择

IS系列常用水泵规格、型号、参数一览表

由于本设计要求水泵正常供水量为m3/h，最大供水量为35 m3/ h，扬程为45m。所以选择IS50—32—125较为合适。

（2）PLC选型

2.1控制系统的I/O点及地址分配

根据本设计控制要求,统计控制系统的输入、输出信号的名称，代码及地址编号如下表所示。

根据输入输出点可知系统共有开关量输入11个，开关量输出点8个,所以选用欧姆龙C20P（12点输入8继电器出）1台，即可满足用户供水控制要求

2.2PLC梯形图如附表（图二）所示：

2.3PLC梯形图指令如下表所示：

2.4压力传感器选择

在供水系统中，压力传感器既可以采用压力变送器，也可以采用远传压力表。在本设计中采用远传压力表，压力表相应接线端子接到变频器。

2.41远处压力表优点

由于压力远传表是一款把压力信号转换为电信号，输出为

4-20mA的标准信号，信号传送距离可以达到1-3公里的压力表。其优点是：传送精度高，寿命高，采用2根线传送数据，接线简单。这些优点是传统压力表永远无法取胜的。

3.变频爱参数设置

四．PID参数设置

PID控制器参数选择的方法很多，例如试凑法、临界比例度法、扩充临界比例度法等。但是，对于PID控制而言，参数的选择始终是一件非常烦杂的工作，需要经过不断的调整才能得到较为满意的控制效果。依据经验，一般PID参数确定的步骤如下：

A：确定比例系数Kp

确定比例系数Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，可以令Ti=0、Td=0，使之成为纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的60％～70％，比例系数Kp由0开始逐渐增大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数Kp逐渐减小，直至系统振荡消失。记录此时的比例系数Kp，设定PID的比例系数Kp为当前值的60％～70％。

B：确定积分时间常数Ti

比例系数Kp确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ti，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐增大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150％～180％。

C：确定微分时间常数Td

微分时间常数Td一般不用设定，为0即可，此时PID调节转换为PI调节。如果需要设定，则与确定Kp的方法相同，取不振荡时其值的30％。

D:系统空载、带载联调对PID参数进行微调，直到满足性能要求。

由以上方法可得PID的经验数据为：采样周期T=3秒，比例系数KP=140,积分时间Ti=24秒。因为供水系统没有较大的惯性环节所以不需要设置微分参数。

五．操作使用说明

（1）自动：将自动档位开关SA1旋到自动档位，如选择1号泵为备用泵，则将其备用选择开关SA2旋到1号泵备用档位。如选择2号泵为备用泵，则将其备用选择开关SA2旋到2号泵备用档位。再按下自动启动按钮SB1，则系统可自动工作。按下自动停止按钮SB2则可使整个系统停止运行，变频器自动关闭。

（2）手动：将档位开关SA1旋到手动档位。按下SB3启动1号泵工作，按下SB5启动2号泵工作。按下SB4停止1号泵工作。按下SB6停止2号泵工作。

（3）故障：当一号泵故障时FR1自动闭合，此时HL5灯亮，HR发出响声。当二号泵故障时FR2自动闭合，此时HL6灯亮，HR 发出响声。当变频器故障时30A自动闭合，此时HL8灯亮，HR发出响声。

六．系统工作原理

把旋转按钮打到自动状态接通0000，系统进入自动工作状态，再