基于plc的恒压供水系统的设计.doc

基于plc的恒压供水系统的设计（恒压供水系统的原理及电气控制要求。Plc在机电系统中的应用和工作原理。西门子变频器的工作原理MM440。Plc编程原理及程序设计方法。电器原理图接线图。）恒压供水系统的原理1．系统介绍生产生活中的用水量常随时间而变化季节、昼夜相差很大。用水和供水的不平衡集中体砚在水压上用水多而供水少则水压低用水少而供水多则水压高。以前大多采用传统的水塔、高位水箱或气压罐式增压设备容易造成二次污染同时也增大了水泵的轴功率和能量损耗。随着电力电子技术的发展变频调速技术广泛应用于送水泵站、加压站、工业给水、小区和高楼供水等供水等领域。相对于传统的技术而言它具有节能效益明显、保护功能完善、控制灵活方便等优点。恒压供水控制系统的基本控制策略是:采用电动机调速装置与可编程控制器(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。系统的控制目标是总管的出水压力及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。恒压供水系统由PLC控制器变频器触摸屏显示器压力变送器水位变送器软启动器水泵电机组电机保护装置以及其他电控设备等构成如图1所示。压力变送器水位变送器PLC变频器触摸屏显示器软启动器控制回路水泵电机电机保护装置水压水位图1恒压供水系统示意图2．系统构成系统采用了S7-200型PLC(14个输人点10个输出点)、MM440型变频器、压力传感器及其他控制设备。系统构成如图2所示。用户管网PLCS7-200控制设备1#泵压力传感器变频器M4402#泵3#泵图2系统构成图压力传感器将用户管网水压信号变成电信号(4一20mA)送给变频器内部PID控制器PID控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算并给出信号控制水泵电动机的电压和频率。当用水量较少时1#泵在变频器控制下变频运行。如需水量加大压力传感器在管网端测的水压偏小则变频器输出频率上升直到50Hz。这时1#泵由变频切换为工频运行状态。同时系统对2#泵进行变频起动和调节。如果两台泵供水仍不能满足供水要求则系统将2#泵投人工频进行将3#泵投人变频运行。供水量增大加泵情况依次类推。如用水量减少变频器的频率会下降。当变频器频率下降至下限值时PLC将最先工频运行的水泵停掉如果频率下限值仍持续出现PLC再停止第2台工频运行的水泵。系统按先开起的泵先切除的顺序逐台切换泵以维持管网水压恒定。3．系统原理系统控制原理结构如图3:压力传感器从供水管网反馈电压信号电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号经过PLC（s7-200）PID模块PI调节后发出控制电压信号送到变频器MM440的模拟电压信号与连接到变频器MM440的三相交流电的频率一一对应调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统其设计是按照三个电机就可以完全满足供水要求。压力传感器反馈压力信号不同频率三项交流电模拟电压信号压力偏差信号给定压力信号PI调节MM440异步电机供水管网滤波放大图3系统闭环控制原理框图系统中采用了数字PID控制技术使PID的参数整定和调整实现在线控制通过对系统压力的检测根据水压的大小使系统分时操作。实现系统了快速、稳定的输出。将管网的实际压力经反馈后送到比较器的愉人端与给定压力进行比较当管网压力不足时通过对参数运算调整PID的参数控制电压上升使频率相应增大水泵转速加快供水量加大近而使管网压力上升。反之水泵转速减慢供水量减少近而使管网压力下降如果单泵在调节范围内不能达到管网压力要求时可以依靠增加或减少水泵数量来保持恒压供水的稳定。二、系统构成及控制原理系统由西门子变频器MM440、3台供水水泵、可编程控制器西门子S7-200及主控开关等组成。变频器是调速核心设备其主要作用是通过改变输出电源频率而对电机、水泵实现无级调速达到随用水量变化而自动调节电机、水泵转速使管网保持恒压的目的。可编程控制器为控制系统主控器件控制系统自动运行1#泵、2#泵、3#泵3台泵将轮换循环作变频泵变频运行从而每台泵的工作时间与休息时间都大致相同每台泵都有充足的休息时间降低了设备的故障率。同时可切换3台水泵至市电直接供电运行3台泵轮换循环方式下所示:运行24h运行24h1#泵变频(3#泵工频备自投)2#泵变频(1#泵工频备自投)3#泵