PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用（通用9篇）

篇1：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

引言

恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。

基于上述情况对某生活区供水系统进行了改造，采用plc作为中心控制单元，利用变频器与pid相结合，根据系统状态可快速调整供水系统的工作压力，达到恒压供水的目的，提高了系统的工作稳定性，得到了良好的控制效果。2 系统结构与工作原理

供水系统由主供水回路、备用回路、储水池及泵房组成，其中泵房装有1#~3#共3台150kw泵机。另外，还有多个电动闸阀或电动蝶阀控制各供水回路和水流量。由于该供水网较大，系统需要供水量每小时开2台泵向管网充压，供水量大时开3台泵同时向管网充压。要想维持供水网的压力不变，在管网系统的管道上安装了压力变送器作为反馈元件为控制系统提供反馈信号，由于供水系统管道长、管径大，管网的充压比较慢，故系统是一个大滞后系统，不宜直接采用pid调节器进行控制，而应采用plc参与控制的方式来实现对控制系统起调节作用。选择frn160g7p-4变频器实现电动机的调速运行，可编程序控制器选择日本松下fp1-c40型，且配有a/d和d/a模块，其原理框图如图1所示。

图1 恒压供水系统原理图

控制系统主要由plc、变频器、切换继电器、压力传感器等部分组成。控制核心单元plc根据手动设定压力信号与现场压力传感器的反馈信号经plc的分析和计算，得到压力偏差和压力偏差的变化率，经过pid运算后，plc将0~5v的模拟信号输出到变频器，用以调节电机的转速以及进行电机的软启动;plc通过比较模拟量输出与压力偏差的值，通过i/o端口开关量的输出驱动切换继电器组，以此来协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整电机组中投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使动力系统的工作压力稳定，进而达到恒压供水的目的。3 系统程序设计和plc的i/o分配

系统程序包括启动子程序和运行子程序，其流程图如图2所示。运行子程序又包括模拟调节子程序(其流程图如图3所示)和电机切换子程序(流程图略)，电机切换子程序又包括加电机子程序和减电机子程序(程序设计略)。plc的输入、输出端子分配情况如附表所示。

图2 启动程序流程图

图3 模拟调节流程图 系统工作过程

加上启动信号(x4)后，此信号被保持，当条件满足时，(即x2为“1”)时，开始启动程序，此时由plc控制1#电机变频运行(此时y0、y6、y7亮)，同时定时器t0开始计时(10s)，若计时完毕x2仍亮，则关闭y0、y6，(y7仍亮，)t2延时1s。延时有两方面的原因: 一是使开关充分熄弧，防止电网倒送电给变频器，烧毁变频器;二是让变频器减速为0，以重新启动另一台电机。延时完毕，则有1#机投入工频运行，2#机投入变频运行，此时y1、y2、y6、y7亮，同时定时器t1开始计时(10s)，若计时完毕x2仍未灭，则关闭y2、y6，(y1、y7仍亮，)t3延时1s，延时完毕，将2#机投入工频运行，3#机投入变频运行，(此时y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7灭掉后，则整个启动程序执行完毕，转入正常运行调节程序，此后启动程序不再发生作用，直到下一次重新启动。在启动过程中，无论几台电机处于运行状态，x2一旦灭掉，则应视为启动结束(y7灭掉)，转入相应程序。综合整个启动过程，完成三台电机的启动最多需要22s的时间。

运行过程中，若模拟调节器节上、下限值均未达到(即x1、x2灭)，则此时变频器处于模拟调节状态(此时相应电机运行信号和y6亮)。

若达到模拟调节上限值(x1亮)，则定时器t4马上开始定时(5s)，定时过程中监控x1，若x1又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节;若t4定时完毕，x1仍亮，则启动一低速(y8亮)，进行多段速调节，同时定时器t5开始定时(3s)。定时完毕，若x1仍亮，则关闭此多段速，启动一更低速(y9)，同时定时器t6定时(10s)。定时完毕，若x1仍亮，则关掉y9，此后x0很快会通，转入切换动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x0亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行切换动作，即转入切换程序，同样，若无论何时，x1灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。

若达到模拟调节下限值(x2亮)，则定时器t7马上开始定时(5s)，定时过程中监控x2，若x2又灭掉，则关闭定时器，继续摸拟调节，若t7定时完毕，x2仍亮，则启动一高速(y7、y2)，进行多段速调节，同时定时器t8开始定时(3s)，定时完毕。若x2仍亮，则关闭此多段速，启动一更高速(y8、y9)，同时定时器t9定时(10s)，定时完毕。若x2仍亮，则关掉y8、y9，此后x3很快会通，转入加电机动作程序。在此两级多段速调节过程中，无论何时，若x3亮，则会关闭相应多段速和定时器，同时进行加电机动作，即转入加电机程序。同样，若无论何时，x2灭掉，则关闭运行多段速和定时器，转入模拟调节。

电机切换程序分为电机切除程序和加电机程序两部分。此程序动作的条件是:启动结束后无论何时x0亮，一旦条件满足，即由plc根据电动机的运行状态来决定相应切换哪台电机，切换时只能切换工频运行电机。

若工作状态是一台变频一台工频，则立即切除工频电机，然后计数值减1，即完成此过程，再由调节程序运行，调节至满足要求为止。

若3台电机同时工作，则应由plc来决定切除哪台工频运行电机。切除依据是3台电机对应计数器的大小，谁大切谁，切除掉一台后，要由定时器定时(5s)等待，以便变频器调节一段时间，防止连续切除动作。这主要是考虑到本系统的非线性和大小惯性因素而采取的措施。

加电机程序, 其动作程序是:启动结束后无论何时x2亮, 一旦条件满足, 立即关掉变频运行电机和变频器，延时一段时间后(原因同上), 将原变频运行电机投入工频运行，同时打开变频器和将要启动电机的变频开关, 完成加电机。

同样，若原有2台电机工频工作，则x2一亮，立即开始加另一台电机(无延时)，(加电机依据是判断计数值，谁小加谁)。但加电机完成以后，定时器要开始定时(5s)等待，让变频器调节一段时间，防止连续加电机动作。其过程分为:结束语

用变频器来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。其优点是: 起动平稳,起动电流可限制在额定电流以内，从而避免了起动时对电网的冲击;由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵和阀门等的使用寿命;可以消除起动和停机时的水锤效应;在锅炉和其他燃烧重油的场合,恒压供油可使油的燃烧更加充分，大大地减轻了对环境的污染。参考文献

[1] 常斗南.电气控制与plc应用.北京:机械工业出版社,2003 [2] fp1型可编程控制器c24/c40/c60操作手册 [3] 变频器说明手册.富士电机有限公司

[4] 曾 毅.变频调速控制系统.济南:山东科学技术出版社,2002 作者简介

张全庄(1963-)男 讲师/硕士 主要研究方向:工业电气自动控制与plc应用。

篇2：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

1引言

供水系统在各行各业的生产和生活中都起着至关重要的作用。如何保证供水系统安全、可靠、稳定地运行是很多行业都很关注的问题。把先进的PLC控制技术和变频技术等自动化控制技术应用到供水领域，成为对供水系统的要求。

在供水系统中，如果用户用水量需要变化时，利用改变阀门开度变化传统的调整方法，会造成供水压力不足或过大情况，容易造成资源浪费和产生安全隐患。因此，在一些用水量变化大、水压控制高且流量完全由用户确定的供水系统采用变频调速技术则显得尤为重要。

图1变频恒压供水系统原理图

2变频恒压供水工作原理

变频恒压供水就是变频调速技术在供水中的应用，其采用PID调节技术，使供水压力恒定在一个设定范围，其具有恒水压力波动小，节能效果明显。实验中采用循环软启方式。

它的工作原理是：当变频泵运行到工频50Hz时，此时的实际供水压力若还没有达到设定的供水压力，不是直接启动另外一台水泵，而是将当前以变频运行的水泵直接切换到工频方式运行，而以变频方式启动另外一台水泵，以达到维持系统压力的目的。在切换水泵时，按照先启先停的方式进行。这样的好处是机组中的每一台水泵在工作中都可以被使用到。变频恒压供水系统的原理图，如图1所示。

从图1可以看出，在系统运行过程中，将供水管网实际压力与设定压力比较，将得到的压力差经过PID控制器计算与转换，得到变频器输出频率的变化值后，调节水泵机组的运行方式和运行速度，最终使实际供水压力与设定压力值相等。

图2 系统结构框图 系统硬件设计

变频恒压供水系统结构原理图[1][2]如图2所示。系统由水箱、管路、阀门和水泵机组、电气操作系统和各种传感器、仪表等组成。电气操作系统由PLC(德国SIEMENS公司的S7-200型)、变频器(MM440)、小型断路器、交流接触器、热继电器、直流电源、小型电磁继电器以及各种指示灯和主令器件组成；传感器和仪表包括温度传感器、压力传感器、电压变送器、电流变送器、功率变送器等。

在此系统中，传感器将供水管中的压力转换成电量信号后，传送到PLC的特殊功能模块，进行数据处理后传给变频器控制电动机。变频器[3]是这个系统中的核心器件，通过PLC对变频器的控制，就可以改变供水管中的压力[4]，实现恒压供水的要求。PLC将模拟量输入、输出模块经过转换后的数据进行PID运算，然后将计算值输出变频器，变频器根据输入的模拟量，改变输出的电压及频率，从而实现对电机转速的调节，改变管内压力值。

根据控制要求[5]，水泵机组由四台水泵组成。第一台水泵变压不足时，将第一台水泵切入工频运行，再投入第二台变频泵第四台水泵启动。停泵时先停第一台工频泵，再停第二台工频先开先停。

图3 主程序流程图 系统软件设计 4.1程序模块设计

软件系统设计基于Windows平台的32位编程软件包STEP-7 Micro WIN，采用模块化设计方法，主程序的流程图如图3所示。

除主程序的流程以外，程序模块设计还涉及到定时器T0初始化程序、中断服务程序、故障报警子程序等相应的模块。

4.2组态软件

本系统我们采用WINCC组态软件[6]。WINCC是一个工控系统中的一个电脑控制组态软件，它他可以和PLC通讯，可以点击组态中的按钮来操作一些设备的运行或停止；PLC是可编程控制器[7]，可以利用自己的程序来控制一些设备的运行顺序和状态，是工业中必不可少的一种控制方式。

因组态软件不能直接读取AIW通道中的数据，所以运用STEP7中的传送指令，将AIW通道中的数据传送到变量存储区中，以便组态软件从中读取数据。

4.3WINCC与S7-200PLC的通信

WINCC与S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和PROFIBUS两种协议之一进行。通过PROFIBUS协议进行WINCC与S7-200系列PLC通信的实现,需要以下几点：(1)软硬件要求

PC机，Windows98操作系统；S7-200系列PLC；CP5412板卡或者其他同类板卡，如：CP5613，CP5611；EM277 Profibus DP模块；Profibus电缆及接头；安装CP5412板卡的驱动；安装WINCC 4.0或以上版本；安装COM Profibus软件。(2)组态

首先，打开SIMATIC NETCOM Profibus，重新建立一个组态，主站为SOFTNET-DP，从站是EM277 Profibus-DP。(3)设置PG/PC interface 在设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。(4)WINCC的设置

在WINCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择PROFIBUS DP.CHN，设定参数。(5)建立变量

WINCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的，即In表示WINCC从S7-200系列PLC读入数据，Out表示WINCC向S7-200系列PLC写出数据。In和Out与数据存储区V区对应。(6)优缺点

优点：该方法数据传输速度快，易扩展，实时性好；

缺点：传送数据区域有限(最大64字节)，在PLC中也必须进行相应的处理，且硬件成本高，需要Profibus总线等硬件，还需要Com Profibus软件。

应用场合：适用于要求高速数据通信和实时性要求高的系统。

图4 系统实时监测界面

5系统运行实时监测界面 图4为系统实时监测界面。

6结束语

文中介绍的新型供水方式不论在设备的投资运行的经济性，还是系统的稳定性和可靠性，自动化程序等方面，都是具有无法替代的优势，而且具有显著的节能效果。目前，该系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种的方向发展，而追求高度智能化、系列化、标准化将成为必然趋势。

篇3：变频调速系统在恒压供水中的应用

关键词：变频调速系统,恒压供水,功能

随着不可再生的能源匮乏,节能技术在当今越来越被广泛利用。其中在城市管网供水方面,恒压供水被广泛采用,以替代过去的调节阀门,来达到调节流量的目的。与此同时,变频器技术的日益成熟和完善,为恒压供水提供了更多可行性和灵活性。

1 变频恒压供水介绍

1.1 变频调速的节能原理

在采用变频调速之前,调节流量一般都是通过调节阀门的开度来实现的,这是改变管网特性(R—Q曲线)的方法(见图1)。假设使阀门开度变小,流量从Q1点到Q2点时,水泵的管网特性曲线也由R1变到R2,系统的工作点从A1点移到B1点,此时,流量虽然减少了,但管网的压力却增加了,输入的功率由面积(P1A1Q1O)变为面积(P3B1Q2O),变化不大。如果采用变频调速方案,它改变的是水泵特性(P—Q曲线),同样使流量从Q1点到Q2点,工作点却沿着R1曲线变化,即由A1点到A2点,功率减少部分为面积(P1A1Q1O)与面积(P2A2Q2O)之差,显然功率降低了很多。

水泵在改变转速时,其内部几何尺寸并没有改变,根据水泵的相似原理可知:当速度变化时流量与转速成正比(Q∝V),扬程与转速的平方成正比(h∝V 2),轴功率与转速的立方成正比(h∝V 3)。从这一比例定律关系可见:同一台泵在转速变化时,泵的主要性能参数将按上述比例定律变化,并且在变化过程中保持效率基本不变。由此可见,采用调节转速的方法来调节流量,电动机所取用的功率将大为减少,因而是一种能够显著节约能源的好方法。

1.2 多泵应用于恒压供水

泵的组合方式一般采用最为常见的多泵并联的供水模式,这样不但提高供水系统运行调度的灵活性,而且供水的可靠性也会进一步得到保障。我们的设计原则应该是在保证可靠供水的前提下,再谈节能问题,所以水泵选择一定要设有备用泵,同时考虑到日后维修方便,尽量采用相同型号的水泵。在变频器的使用搭配上,采用变频、工频混合的配置方式,应该是较为经济和实用的。

1.3恒压供水内部PID调节原理概述

图2为恒压供水系统图,该供水系统变频器的作用是为电机提供可变频率的电源,实现电机的无级调速,从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。传统方法是将压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后,经可编程控制器内部PID控制程序的计算,输出给变频器一个转速控制信号。现在,随着变频器技术的快速发展,很多厂家推出了水泵、风机专用变频器,其变频器内拥有内置PID调节器。在变频器PID调节器内设定一个目标值,目标值与用户要求的压力对应的值进行比较,通过调节PID参数来调节变频器的输出频率,从而调整水泵转速,改变水泵流量,使压力保持恒定。

2 ATV 61变频器在恒压供水方面的应用

1)ATV 61变频器标准内置PID调节器。可以直接接收过程控制中传感器的反馈信号,从而实现过程量的自动控制。此PID调节功能可以对预设的给定量进行设置,误差求反,对反馈量进行监测,并具有上下限报警功能。

2)限制流量功能。本功能实现流体的流量限幅,将变频器的某一模拟输入设定为外部流量传感器的输出,通过限制内部速度给定,实现流量限制。如果本功能跟PID调节器一起使用,限制的将是PID调节器的输出。

3)检测过程欠负荷。a.在空泵或没有灌满水的情况下避免泵的运行。b.仅当稳态运行的情况下本功能才能有。c.检测水平,脱扣延时,以及停车模式均可以编程设置。

4)针对流量的信息具有休眠、唤醒功能。本功能与PID调节器结合使用。变频器在低速运行持续一段时间后,可以以编程设定时间后,变频器停止调节。当误差或反馈值超过某编程设定的水平后变频调节重新启动。

5)监视能耗值功能。本功能可以显示:瞬时输入功率in(kW)、累积输入能耗(kW·h)、瞬时输出功率in(kW)、累积输出能耗in(kW·h)。通过在图形终端上客户定制,可以计算电能成本。

6)用传感器检测零流量。如果过程使用了流量传感器(有或无),其输出可以配置给变频器的模拟输入,在没有流量的情况下,变频器自由停车。故障消失后,变频器重新启动。

7)可以配置专用于恒压供水的多泵卡。最多可以用一台变频器拖动五台泵,使用此卡可以使ATV 61的功能更加完善,任何流量下系统中均保持恒定的压力。通过ATV 61对泵进行简单的设置和诊断,更方便的实现恒压供水。

3 变频恒压供水应用方案举例

一小高层住宅小区,总人口4 000人,按常住用水人口3 200人,其住宅按最大用水量时平均秒流量为节点流量。

3.1 参数选取

用水定额为200L/(人·d),Kb=2.4,则:

1)平均时用水量:

2)最大时用水量:

3.2 泵和变频器的选择

按照用水量要求,选泵方法为:按流量Qh等于最大流量1/2Qh2时,选择3台泵,其中1台备用,1台恒速运行,1台变速运行。选择DFG 50-200(I)/2/7.5型水泵,最大流量为32.5m 3/h,最大扬程为52.7m H2O,配用电动机功率为7.5kW,相应变频器配套功率为7.5kW,型号为ATV 61HU 75N 4,同时,配上普通多泵卡,型号为VVV 3A 3 502。本系统采用1台变频器拖动3台泵的方式。当用水量小于最大流量1/2Qh2时,投入1台泵,由变频器调速运行(称为变速泵),使流量在0m 3/h～32.5m 3/h之间变化;当用水量大于最大流量1/2Qh2时,投入2台泵,其中1台泵通过接触器旁路运行(称为恒速泵),1台泵由变频器调速运行(称为变速泵),使流量在32.5m 3/h～65m 3/h之间变化。

3.3 主回路和控制回路图

主回路和控制回路图见图3,图4。

3.4 运行方式

该系统有手动和自动两种运行方式:1)手动运行。此时,按下按钮启动或停止水泵,可根据需要分别控制1号～3号泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。2)自动运行。合上自动开关后,1号泵电机通电,变频器输出频率从0上升,同时PID调节器接收到来自压力传感器的标准信号,经运算与给定压力参数进行比较,将调节参数送给变频器,如压力不够,则频率上升到50Hz,1号泵由变频切换为工频,延时一段时间后,变频启动2号泵,变频器逐渐上升频率至给定值;如用水量减小,根据PID调节器给的调节参数,逐步变频停止泵,使系统平稳运行。

若有电源瞬时停电的情况,则系统停机,待电源恢复正常后,系统自动恢复运行,然后按自动运行方式变频启动1号泵,直至在给定水压值上稳定运行。系统配有多泵卡,可自动检测并存储每台泵的运行时间,启动时,运行时间最短的泵先运行;停止时,运行时间最长的泵先停止做到各台泵的负荷率基本一致达到了所有泵的自动循环,延长了泵的使用寿命。

3.5 故障处理和维护方法

当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、欠压等情况时,系统皆能发出声响报警信号,特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时系统还会自动停机,并发出声响报警信号,通知维修人员前来维修。此外,变频器故障时,系统自动停机,此时,可切换至手动方式,在保证系统不间断供水的前提下进行检修。

4 结语

新型的变频调速系统在恒压供水方面,不论在设备的投资,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,在实际中被证明是最优的系统设计,越来越得到广泛的应用。

参考文献

[1]张广溢,郭前岗.电机学[M].重庆:重庆大学出版社,2009.

[2]何建平,陆治国.电气传动[M].重庆:重庆大学出版社,2007.

篇4：PLC在恒压供水系统中的应用

在供水系统中，水压的变化规律是无法预先确定的时间函数。恒压供水系统的任务是被控量能够以一定的精度跟随实际水压变化的控制系统。随着可编程序控制器功能模块的增加以及控制指令的完善，恒压供水系统在这种随动系统中得到了越来越广泛的应用。恒压供水系统的基本控制策略是：用压力传感器监测管路中的水压，其反馈的实际值经A/D转换后输入至PLC的数据寄存器中与设定值进行比较，其差值由CPU进行PID运算处理后，进行D/A转换，将输出结果控制变频器，实现对水泵电动机的无级调速，从而达到给水管压力稳定在设定的压力值上。

二、控制方案

根据控制要求，该系统采用PID控制，其控制原理图如图1所示。系统通过安装在出水总管上的压力传感器实时将当前水压转换成电信号，通过与PLC配套的功能模块A/D转换器，将和压力成正比的模拟信号转换为数字信号输入至可编程序控制器（PLC），与设定的信号进行比较，经PID运算处理后得出最佳的运行参数，经D/A转换后送至变频器的模拟控制输入端，从而控制变频器的输出频率，使水泵电动机根据当前实际的水压在合理的转速上运行。

三、主要电器元件选型

1.PLC的选型

恒压供水系统中的输入信号不是很多，最基本的包括两个开关量信号（启动和停止）和一个模拟量信号（压力信号）。两个输出信号则用于控制电源输入和控制变频器的输出频率，其中控制变频器的输出频率是模拟量信号。

2.模拟量控制器件

FX2N-4AD和FX2N-DA是FX2N系列PLC的模拟量控制器件，分别为四路模拟量的输入特殊功能模块和输出特殊功能模块。它们转换精度极高，且分辨率为12bit的二进制数。

FX2N-4AD有四个模拟量输入通道：CH1、CH2、CH3和CH4。输入端子对应V+、I+，VI-为公共端。每路的输入形式均可设定为电压或电流形式，输入范围为DC：-10-- +10V、-20-- +20mA、+4-- +20mA。FX2N-4DA有四个模拟量输出通道：CH1、CH2、CH3和CH4。输出端子对应V+、I+，VI-为公共端。每路的输入形式均可设定为电压或电流形式，输出范围为DC：-10-- +10V、+4-- +20mA。

连接在FX2N基本单元扩展接口上的特殊功能模块均占用特殊功能模块编号，基本单元可以对其进行准确的读/写（FROM/TO）数据。从最靠近的基本单元的第一个开始，顺序编号为0—7。I/0扩展模块不占编号，特殊功能模块最多不能超过8个，FX2N-16MR与特殊功能模块的连接如图2所示。

FX2N-4AD和FX2N-DA的功能是进行A/D与D/A的转换，使PLC能够完成对模拟量的处理。FX2N-4AD和FX2N-DA内均有自己的数据缓冲区BFM，相关模块的输入/输出方式的设定、输入/输出范围设定、采样次数设定、零点与增益调整、模块识别码等有关信息均存储在缓冲区BFM当中，对FX2N-4AD和FX2N-DA模块的操作就是对其数据缓冲区的读/写。

FX2N系列PLC的基本单元与模拟量模块数据缓冲区的读/写，是通过FROM和TO指令来实现的，其数据交换应通过以下步骤来进行。

（1）确定FX2N-4AD和FX2N-DA的位置。特殊功能模块的识别码存放在其数据缓冲区（BFM）的#30单元中（FX2N-4AD为K2010，FX2N-DA为K3020）。将该位置的识别码读入PLC，然后将此数据同这种模块的识别码相比较，若相等则表示该位置上安装的是这种模块。

（2）对FX2N-4AD和FX2N-DA进行初始化设置。设定参数在BFM的#0、#20、#21、#22、#23和#24单元中，涉及输入/输出的类型与范围，增益与零点的调整等。另外FX2N-4ADBFM的#1、#2、#3、#4可设定四通道的采样次数。可用TO指令对上述BFM进行写操作，来设定模块的工作状态，以满足控制要求。

（3）对模拟量数据进行处理。模拟量的输入数据（已经A/D转换成数字量），四个通道的平均值分别储存在FX2N-4AD BFM的#5--#8单元中。模拟量的输出数据（已经A/D转换成数字量），分别储存在FX2N-4DA BFM的#1--#4单元中。用FROM指令将对应通道的输入数据，读入PLC的数据寄存器D中，供系统分析处理用。用TO指令将系统处理后的模拟量输出控制数据，写入对应通道的BFM。

3.变频器

变频器用于控制实际管路中的水压控制水泵的转速，变频器输出频率高时水泵转速就快，反之则慢。其中控制变频器频率的是模拟量电压0-10V，当模拟量电压是0时变频器输出频率为0，当模拟量电压为10V时变频器输出频率为50Hz。

变频器功能参数很多，在实际应用中，多数只要采用出厂设定值即可。但有些参数要根据实际的控制要求进行设定。在本系统中，变频器的输出频率要根据输入的模拟电压信号（DC0-10V）自动调节，因此把变频器恢复出厂设定值后，还需要设置PR.79为2(外部运行模式)；PR.73为0（模拟量输入选择0-10V）；PR.125为50（模拟量输入端子2最大的频率）。

4.压力传感器

压力传感器是将管路中的压力信号转换和其成正比的标准的直流电流或直流电压信号，例如DC0--10V或4--20MA。压力传感器分为电流输出型和电压输出型，电压输出型具有恒压源的性质。电流输出型具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。

四、系统构成及软元件分配

1.系统构成（如图3所示）

2.软元件分配

五、程序处理

1.模拟量的处理

系统中有两个模拟量：一是实际压力测量的反馈值，二是将实际压力与设定压力进行PID运算后产生的控制信号。测量值为模拟量输入，采用FX2N-4AD实现，将FX2N-4AD的CH1通道设定为电压输入方式，将压力反馈值进行A/D转换，为PID运算提供反馈信号。控制信号为模拟量输出，采用FX2N-4DA完成，将FX2N-4DA的CH1通道设定为电压输出方式，经PID运算后产生的压力控制信号进行D/A转换，作为变频器的控制电压。

2.PID调节

FX2N系列PLC提供PID指令。该指令对当前值D20和设定值D10进行比较，通过PID回路處理两者之间的偏差来产生一个调节值，存入D30中，通过FX2N-4DA送给变频器。梯形图如图4所示，其中M100为启动信号。

[S3]为PID的参数设置：PID参数存放在以[S3]为首的23个数据寄存器组成的数据堆栈中。这些软元件有些是要输入数据的，通过参数的设置，可用PID指令组成不同的回路组态。PID控制器的4个主要参数TS、KP、TI和TD需要整定。无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定时首先应把握PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。在P、I、D这三种控制中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数KP越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但若KP过大，也会造成系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。调节器中的积分作用与当前的大小和误差的历史情况都有关系，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。因此积分部分可以消除稳态误差，提高系统精度。但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响，因此很少单独使用。积分时间常数TI增大时，积分作用减弱，系统的动态性能可能有所改善，但是消除稳态误差的速度减慢。因为微分部分具有超前和预测的特点，所以，根据误差变化的速度，微分部分能提前给出较大的调节，反映系统变化的趋势。当微分时间常数TD增大时，超前量会相应减小，动态性能得到改善，但是高频干扰的能力会降低。如果TD过大，系统输出量可能出现频率较高的振荡。这些参数的设定要根据系统的实际情况进行现场调试。

恒压供水技术采用变频器改变水泵电动机电源频率，系统在运行过程中可有效节约电能，经济效益十分显著。同时因实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，也节省了人力。

篇5：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

该系统采用PLC作为控制中心，完成PID闭环运算、多泵上下行切换、显示、故障诊断等功能，由变频器调速方式自动调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。

一、前言

随着控制技术的发展与完善，变频器及PLC在各个行业的应用愈来愈广，PLC与变频器的可靠性与灵活性得到了用户的认可。同时传统的水塔供水方式暴露了很多缺点：水的二次污染，用水高低峰的不平衡，管道阀门易损坏，维修保养费用过高等等。在此条件下各种恒压供水方式应运而生，其中由变频器、PLC控制的方式尤为普遍，这种方式的特点：系统稳定，功能强大，变频器用于供水更加节能，所以广泛应用在多层住宅小区生活消防供水系统中，现在好多场合也有应用，比如中央空调系统、供水加压站、集中供热等，这种方式经受了时间的考验，已有很多的应用实例。本文介绍的系统在宝鸡某电厂家属区已从98年运行至今，系统稳定，性能可靠，得到了用户的肯定和好评。

二、系统组成：

1、原理框图：参见图一所示。

图

一、恒压供水原理框图

2、系统概述：

该系统由四台大泵（22KW）与一台小泵（5.5KW）组成；PLC部分由西门子可编程控制器S7-200系列的CPU226，文本显示器TD200组成；变频器采用三菱FR-A540系列，功率22KW。

用户所需的生活用水压力、消防用水压力、运行方式等参数在TD200文本显示器上设定，压力传感器把用户管网压力转换为0-10V标准信号送进PLC模拟量模块EM235，PLC通过采样程序及PID闭环程序与用户设定压力构成闭环，运算后转换为PLC模拟量输出信号送给变频器，调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。

该系统有各个泵的运行时间累计功能，通过PLC的数据区保持可以断电记忆。每次起动时先起动1#小泵，当用水量超过一台泵的供水能力时，PLC通过程序实现泵的延时上行切换，切换原则为当前未运行的大泵累计运行时间最少的先投入；当压力超过时，PLC通过程序实现泵的延时下行切换，切换原则为当前正在运行的大泵运行时间最多的先撤出。直到满足设定压力为止。追求的最终目标为压力恒定。

当供水负载变化时，变频器的输出电压与频率变化自动调节泵的电机转速，实现恒压供水。

系统还可通过PLC的实时时钟自动定时供水，用户在TD200上设定每天最多6段（段数也可设定）定时供水，比如早上6：00到8：30，中午11：20到1：30等。

系统可动态显示各种参数，如设定压力，运行压力，水位高度，运行方式，实时时间，日历，各个泵的运行时间累计（精确到秒），运行状态，故障信息等等。为了不使系统中TD200画面显得死板，在PLC程序中控制TD200中的画面定时切换，动态显示；

系统还有故障自诊断功能，各泵发生过载、缺相、短路、传感器断线、传感器短路、水位下限、水压超高、水压超低、变频器故障等，都会有声光报警，TD200上同时显示故障类型，通知设备维修人员处理，并可记忆故障发生时间及班次，以便追查原因及相关责任。

3、工作原理：

3．1 自动手动方式

（1）手动运行时，可按下按钮起动停止水泵在工频状态下运行，完全脱离开PLC及变频器的控制，该功能主要用在检修及自动系统出现故障时的应急供水方式中。

（2）自动运行时，全部泵的运行依程序自动工作。

上行过程：当在自动运行方式时，按下TD200上的起动软健，系统先起动1#小泵，PLC程序控制模拟量模块EM235给定变频器一固定频率输出，此时若用 PID运算输出直接控制变频器则（设定压力大，运行压力为零，所以运算输出最大）变频器依设定的上升时间运行，升速太快，系统冲击很大。等泵运行一会儿，管网压力积累后，再用PID运算输出控制变频器。具体时间和频率与管网系统有关，在现场调试时这两个参数在TD200上设定调整。管网越大，时间越长。

当 1#小泵到达50HZ后，系统压力仍偏低，则延时一段时间后，系统靠PLC程序把1#泵切换到工频运行，同时由PLC输出一个开关量给变频器的MRS端子，变频器瞬间禁止输出，此时PLC把运行时间最少的泵变频接触器接通后，撤掉禁止输出，相应的泵变频起动运行；延时切断1#小泵，系统中相应的一台大泵变频运行，压力自动调节，若系统压力平衡，则频率稳定在一个相对的范围，若频率到达50HZ后压力仍然偏低，则再投入一台大泵，比较剩下的泵的累计运行时间，时间少的先行投入，以此类推。注意，上行中，只要有一台大泵运行，则1#小泵要断开，大泵与小泵同时运行时，小泵的效率很低。

下行过程：当系统压力偏高，变频器运行在18HZ左右（18HZ以下泵的效率很低，经验值）时，PLC程序判断运行在工频状态的泵累计运行时间（若只有一台泵不作判断），运行时间最多的泵延时先行撤出，在撤出的瞬间，PLC控制变频器运行频率在50HZ，要不系统冲击过大，容易有水垂现象，延时一会儿后，再把 PID运算输出投入即可；以此类推。注意：下行过程中，到最后一台大泵运行时，频率在18HZ左右，系统压力仍然偏高时，则把1#小泵切换到变频运行。这种情况在夜间可能发生，当供水管网很大时，也许没有这个可能性。

三、注意事项：

1、该系统中有泵的工频变频上行切换，为了系统的快速响应，切换时间最好越短越好，切换时时间差很小，所以各个泵的变频接触器与工频接触器最好用可逆接触器，电气线路与PLC程序中也要有互锁功能。以免发生意外短路事故。对系统或变频器造成危害。

2、变频器上行下行切换时间设定，如果设定值过大，则系统不能迅速对管网的用水量做出反应；如果设定值过小，则可能引起系统频繁的投入泵，撤出泵的动作；为此，PLC程序中增加判断设定压力与运行压力在临界切换状态时，只要不超过允许的误差范围内，不做泵的切换。

篇6：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

目录

摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

一、变频器的工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.1变频器的基本构成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2变频器基本原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

二、控制系统总体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

三、水位检测电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

四、操作保护功能设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

五、系统自启动功能设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5（1）自启动概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5（2）自启功能的实现null„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5（3）自启动的预置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

六、结束语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 1

摘要：

随着各住宅小区的宿舍楼等一座座高楼拔地而起，相应的生活用水量也大幅度增加。人们对提高供水质量的要求越来越高，另外人们的节能意识及对运行的可靠性的要求越来越强。采用变频器及PLC技术实现的无塔恒压供水系统，不仅能提高供水质量，而且在节约能源和运行可靠性具有较好的改善。其中，采用变频调速的主要目的是通过调速来恒定用水管道的压力以达到节能的目的，恒压供水则是为了满足用户对流量的要求。

应用PLC技术是为了实现系统的软启动，减少手动操作或抚慰操作，同时替代部分继电器减少机械触点的故障，增强可靠性。下面笔者根据这方面的工作经验谈谈在恒压供水系统设计和实践过程中的一些思路和做法。

一、变频器的工作原理

在恒压供水控制系统中，关键技术主要是变频技术。目前效率最高、性能最好的系统是变压变频调速控制系统。

1.1变频器的基本构成

变频器的基本构成如图1所示，由主回路（包括整流器、滤波器、逆变器）和控制电路组成。

整流器的作用是把三相交流整流成直流。滤波器是用来缓冲直流环节和负载之间的无功能量。逆变器最常见的结构形式是利用六个半导体器件开关组成的三相桥式逆变电路，有规律地控制逆变器中主开关的通与断，可以得到任意频率的三相交流输出。

控制电路主要是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。

1.2变频器基本原理

变频器的基本原理是利用逆变器中的开关元件，由控制电路按一定的规律控制开关元件的通断，从而在逆变器的输出端获得一系列等幅而不等宽的矩形脉冲波形，来近似等效于正弦电压波。图2所示出正弦波的正半周，并将其分为n等分（n=12）。每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等幅矩形所代替。这样，由n个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的正半周等效。

正弦波的负半周也可以用相同的方法来等效。可采用正弦波与三角波相交的方案来确定各分段矩形脉冲的宽度。当逆变器输出端需要升高电压时，只要增大正弦波相对三角波的幅值，这时逆变器的输出的矩形脉冲幅值不变而宽度相应增大，达到了调压的要求。当逆变器的输出端需要变频时，只要改变正弦波的频率就可以了。

二、控制系统总体设计

过去的供水控制系统投资多，采用的模式为多台小功率水泵供水。在运行实践中暴露出主控电路设计不合理和逻辑控制设计不合理的现象。

新系统总体设计方案如图3所示。在该供水系统的控制电路中除采用了变频器（VVVF），还采用一些先进控制装置如数字调节器（PID）、可编程控制器（PLC）等，这些装置都是以电脑芯片为内核完成各自不同的控制功能。

为简化控制电路，根据负荷需要，使用一台18．5KW大容量水泵供水。为提高使用的安全系数，选用一台日本富士22．5KW变频器进行水泵调速，该变频器内置PID调节功能，但不具备参数监视功能。为能有效监视调节工况，特选数字显示调节器进行监视和控制，以备实现串级PID控制。鉴于外部I／O可控点数不多，可编程控制器PLC选用20点即可满足控制要求。

三、水位检测电路设计

3．1水位检测开关

考虑到水位检测装置要求故障率少，运行可靠，为简化检测环节，设计中采用结构简单的浮子式水位检测开关，但为防止信号串扰，另外增加了一个隔离转换装置。该装置内选用了干簧继电器用以提高开关接点的可靠性和使用寿命。3．2水位检测逻辑控制

水位检测逻辑控制功能如前所述完全由可编程控制器PLc编程实现，减少了硬件配置，提高了运行的可靠性和应用的灵活性。PLC的I／O地址分配见图4（a）所示，简化梯形图如图4（b）所示。其逻辑电路主要完成如下功能，见图4（b）所示。

（1）水位信号保持功能水位开关检测分别由PLC的常开接点实现。由于水位由于簧管的常开接点来检测，只有在水面越过该点时闭合，低于该点即断开，因此信号需由PLC保持。

（2）水位信号显示、报警、保护功能水位正常时01002动作，使输出绿灯亮。水位低时01003动作，使输出红灯亮，且通过其常闭接点停供水泵。水位高时20000、01000同时启动，使输出黄灯亮（闪光l5秒转平光）且无条件停蓄水泵。

四、操作保护功能设计

除了常规保护功能外还增加了人性化操作功能。考虑到泵短时间内的频繁启动对泵运行不利，故设置1分钟内只允许连续启动两次，第三次需延时3分钟后进行，以利泵的散热，延长设备使用寿命，减少功耗。编程时可采用定时器和计数器配合来实现。这项功能在启停调试设备过程中得到检验。

五、系统自启动功能设计

（1）自启动概述

为了方便运行维护人员，有两种情况可以考虑自启动：

①系统断电一段时间后恢复供电的自启动，系统在正常运行工况下突然停电时，如果其它检测无异常则来电后可实现自启动，这一点在夜间更为重要，可给维护人员带来方便，此项功能得到了维护人员的认可。

②低水位使泵跳闸后水位恢复时的自启动管网用水负荷过大或蓄水水压过低流量减少造成的低水位，会引起供水泵跳闸。在水位恢复正常后可实现自启动。

（2）自启功能的实现null

如图5所示。图中，“自启动条件”有两个：一是计数器C103接点，二是“水位正常”信号接点。由于计数器C103具有停电记忆特性，所以只要水位恢复正常时01002闭合就可自启动。其过程是：微分继电器20006（13）产生的微分信号由20009继电器保持，再经时间继电器“1”020延时后使其输出的常开接点“1”020（见图4b）接通启动回路，则水泵重新运转。（3）自启动的预置

自启动功能可根据用户需要事先预置，否则，该功能会被屏蔽。设计方案如下：

①预置和解除均借用运行状态下的启动按钮。预置时按动启动按钮三下使计数器C103启动，则其常开接点C103闭合。解除自启功能：按住启动按钮1秒，使计数器C103复位或按停止按钮使泵停运的同时也解除了自启动设置。

②预置的显示借用水位正常灯（闪光3秒），解除借用高水位报警灯（闪光3秒）。

六、结束语

上述无塔供水控制系统经投入使用，各项设计功能运行正常，供水质量有了很大提高，单位大功率设备用电量也明显减少。期间，还经历了系统实际异常情况自动处理的考验，如“储水罐满水后的蓄水泵自动跳闸”、“电力网停电来电后的供水泵自启动”、“电源缺相报警”等，这些功能都得到了很好的验证。

参考文献

[1]张燕宾主编．变频调速应用实践．机械工业出版社，2001．

篇7：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

大中型自来水厂的水泵驱动电机一般是由高压电机驱动，其供水压力与流量的调节大多采用传统的方式，通过控制水泵的运行台数，辅助于阀门的开度变化的方式进行调节，由于供水时间相对集中，一日内的负荷变化较大，特别是在午夜与凌晨的时段，产生大马拉小车的现象，这种情况在春冬两季更为明显，既浪费能源，又使供水管网的压力波动，为了解决这一问题，平顶山煤炭集团自来水厂领域决定选用安邦信的AMB-HV1型高压变频器，对原有的水泵驱动电机进行变频节能改造。

系统概况

原高压电机以工频电源驱动时，电机定速运行，只能靠水泵出口侧的阀门来调节供水流量，不仅浪费能源，而且会产生“水锤效应”和“憋泵”现象，对此，我们采用安邦信高压变频器内置PID功能进行节能改造。

PID功能介绍：水泵变频调速是一个压力闭环控制系统，设定水泵出工侧压力参数为控制对象，当实际压力与设定压力发生偏差±H时，高压变频器则根据压力传感器反馈的信号，自动调节变频器的输出频率与电压，从而改变水泵驱动电机的转速，使水泵出口侧的压力维持恒定。

风机泵类负载变频调速的节能原理

风机泵类负载一般是通过改变阀门挡板的开度进行流量、压力调节的。图-1为泵(风机)扬程流量特性曲线(H-Q)图。在阀门控制的方式下，当系统流量从Qmax减少到Q1时，必须相应地关小阀门。这时，阀门的阻力变大，流体的节流损失增加，流道的阻力线从A0到A2。

泵(或风机)运行的工况点，从b点移到c点，扬程从H0上升到H2，而实际需要的工况点为d点。

根据泵(风机)的功率计算工式：式中：

P—水泵使用工况轴功率(KW)

ρ—输出介质的密度(kg/m3)

Q—使用工况点的流量(m3/s)

g—动力加速度(m/s2)

η—使用工况点泵的效率。

可求出运行在c点和d点泵的轴功率分别为：

Pc=PgQ1H2/1000η; Pd=PgQ1H1/1000η;

两者之差为ΔP=Pc-Pd=PgQ(H2-H1)/1000η

上式说明，用阀门控制流量时，有ΔP的功率被损耗浪费掉了。而且，随着阀门不断关小，这个损耗还要增加。

用变频调速控制时，当流量从Qmax减少到Q，由于阀门的开度没有变化，管网的阻力曲线不变，泵的特性曲线随转速由n0变化到n1。泵(风机)运行的工况点，则从b点移到d点，扬程从H0下降到H1，而用转速控制时，根据流量Q，扬程H，功率P和转速N之间的关系：

Q1/Q2=n1/n2; H1/H2=(n1/n2)2; P1/P2=(n1/n2)3

可知：流量Q与转速N的一次方成正比;扬程H与与转速N成平方比;而功率P与转速N成立方比，若转速下降20%，则轴功率对应下降49%，由此可见，采用变频调速可以大幅降低电机的电耗，节省能源，降低企业成本。

高压变频器的选型：

高压变频器是价格不菲的传动控制设备。因此，我们在设备的选型上要慎之又慎。国际知名的电气公司诸如：ABB,西门子，富士都在生产6KV系列高压变频器，而且在国内企业均有成功应用的例子，但它们的产品一般都售价高昂，同时在技术支持及售后服务方面不及国内便捷。近年，国内企业生产的高压变频器，经不断完善，其技术与十分成熟。综合产品价格、售后服务、设备的可靠性诸方面因素，最终我们选用了AMB-HV1型变频器。AMB-HV1型高压变频器采用了工业控制领域已广泛应用的成熟，可靠技术，诸如移相整流技术，H桥单相逆变技术等，因而具有很高的可靠性。

安邦信高压变频器与国外某品高压变频器性能对照表

AMB-HV1型高压变频器的基本原理与技术特点：

电源侧与逆变功率单元之间，设置了移相整流变压器，移相变压器边各绕阻之间互相错开一定的电角度，给逆变功率单元供电，各功率与移相变压器连线如图-2所示，

移相变压器的多重二次绕组对电网而言，类同多相负载，它即为逆变功率单元的电压叠加提供了条件，又解决了电源网侧的谐波问题。对AMB-HV1型高压变频器而言，每相有6个不同的相位组，形成了36脉冲的二极管整流电路。因此，它的基波电流值高，理论上讲35次以下的谐波可以消除电流的畸变率 THPi<190.

AMB-HV1型高压变频器采用载波移相技术，各功率单元在主控CPU发生的控制电平下，依次导通关断。各功率单元输出的1，0，-1电平叠加后，形成了频率电压可调的多重化阶梯形，得到了几近完美的正弦波形。逆变功率单元由整流电路，电解电容滤波电路，H桥逆变路构成，其基本原理如图-3所示。

各功率单元的输入电压为590V，功率模块为低饱合压降，耐压为1700V的IGBT，功率单元与控CPU板之间监控电平由光纤传递，使布线的杂散电感减至最少，杜绝噪声损耗。

因为每相的逆变功率单元按一定的相位差串联，其输出的电压波形是多段阶梯波，且等效的开关频率很高。因此，它没有通用变频器6脉波逆变电路产生的 6K±1的高次谐波产生的转矩脉动问题，避免了谐波电流引起的电机发热，杜绝了共模电压与dv/dt应力对电机与电缆的损害。因此，系统不需要再配置电抗器，滤波器。

实际使用情况：

系统采用2台水泵驱动电机共用一台高压变频器的形式，高压变频器分别控制2台水泵驱动电机的启动与调速及工频/变频的切换。

高压电机铭牌标定参数

额定电压：UN=6KV;额定电压IN=27A;额定转速NN=1475r/min;额定功率PN=220KW

电机启动平稳，消除了刺耳的启动噪音。

原高压电机工频启动时，由于起动时间短，起动冲击电流大(IN5~7倍)，电机与水泵振动较大，会产生刺耳的噪音。使用高压变频器后，这些现象彻底消除。使用变频器后，电机启动时，电机的转速在高压变频器设定的范围内，从零开如平缓上升，电机电流亦随之平稳变化，电流表的指针平稳偏转，杜绝了工频启动时对电网的冲击。

电机启动时，水泵出口侧阀门关闭，变频器输出超始频率为2Hz，电机相电流为0.6A，1分钟以后，输出频率为43Hz,电机的相电流为18A。未采用变频器时，每当用水量大，水压低时，值班人员要及时开大水泵出口侧阀门，加大出水量;而当用水量小，水压电时，值班操作人员要及时关小水泵出口侧阀门，减小出水量。采用变频器后，网管水压通过压力闭环控制系统自动控制，供水压力始终保持在0.45MPa的设定压力上。而且，泵的启停台数由PLC根据工况情况自动控制，使系统由人力控制的方式上升到自动化控制的台阶。

节省电能降低企业设备运行成本

原高压电机以工频电源驱动时，电机定速运行，只能靠水泵出口侧的阀门来调节供水流量，不仅浪费能源，而且会产生“水锤效应”和“憋泵”现象，使用高压变频器，不仅解决了这些问题，而且可以根据供水管网所需流量，自动调节电机转速，从而节省电能，减少企业供水产生成本。解决了“水锤效应”“憋泵”水压忽高忽低的问题，减少管网爆管，水的“跑、冒、滴、漏”，可见使用变频器也利于节水。

表2为30天时内，工频与变频时电机的对照表，该表说明使用了变频器后水泵的电耗降低了30%，以当地电价0.55元/KWH计算，每月可节省27000元左右。

原高压电机未装置功率因数补偿电容，盘面上的功率因数表的读数在0.85的刻度上，使用高压变频器后，因高压逆变功率单元内均装置有大的电解电容，相当于在电网侧与机之间加入了一级容性隔离。使整个系数的效率大为提高。现在功率表的读数在0.95以上。可见，高压变频器不仅调频、调压、调速，软起动的功能，而且具有功率因数补偿的功能。

结束语：

我们这次装置AMB-HV1系列高压变频器一次调试成功，说明安邦信的高压变频器具有很高的可靠性，高压变频器的成功运行，不仅为企业带来了节能效益，减少了设备维修，而且提高了供水系统的自动化水平。可以说高压变频调速为企业节能降耗，提高经济效益开掘了新途径。

参考文献：

篇8：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

1 恒压供水系统的基本构成

本系统主要有进线开关、接触器、变频器、PLC控制系统、触摸屏、压力变送器等。本系统采用变频器和PLC控制系统。管网压力值可以在触摸屏上调节, 实际管网压力值通过压力变送器, 把反馈值送入PLC进行PID运算, 运算结果输送给变频器的反馈信号输入端, 从而调整变频器频率, 改变电动机的转速, 调整管网压力, 保持恒定的管网压力。PLC与触摸屏进行通信, 在触摸屏上对压力数值进行显示并实现系统起停控制、压力设定值的修改。

水泵站由三台水泵组成, 这有两种配置方案, 一是为每台水泵电机配一台变频器, 这当然方便, 电机与变频器间不须切换, 但购买变频器的费用较高。另一种方案是数台电机配一台变频器, 变频器与电机之间可以切换, 供水运行时, 一台水泵变频运行, 其余水泵工频运行, 以满足不同用水量的需求。本系统采用由一台变频器拖动三台电机运行, 变频器与电机之间可以切换, 供水运行时, 一台水泵变频运行, 其余水泵视管网压力选择工频运行或者作为备用, 以满足不同用水量的需求。为了避免一台水泵连续工作时间过长, 三台水泵每运行24h自动切换。

图1为恒压供水水泵站的基本构成。图中压力变送器用于检测管网中的水压, 装设在泵站的出水口水平于管道处。当用水量大时, 管网压力降低:用水量少时, 管网压力升高。压力变送器将水压的变化转变为电流或电压的变化送给PLC进行PID运算。

压力传感器的输出信号一般是模拟信号, 4~20m A变化的电流信号或0~10V间变化的电压信号。

2 PLC控制恒压供水系统控制要求

对三泵恒压供水的基本要求:

1) 生活供水时, 系统恒压值运行。

2) 三台水泵根据恒压的需要, 采取“先开先停”的原则接入和退出。

3) 在用水量小的情况下, 如果一台泵连续运行时间超过24h, 则要切换下一台泵, 即系统具有“到泵功能”, 避免一台泵工作时间过长。

4) 三台泵在启动时都要有软启动功能。

5) 要有完善的报警功能。

6) 对泵的操作要有手动控制功能, 手动只在应急或检修时临时使用。

3 恒压供水系统特点

1) 节电:节能优化的控制系统, 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;

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) 自我保护功能完善:如某台水泵出现故障, 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。

4 结束语

该系统采用PLC和变频器相结合, 系统运行平稳可靠, 实现了真正意义上的无人职守的全自动循环倒泵、变频运行, 保证了各台水泵运行效率的最优和设备的稳定运转启动平稳。

参考文献

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].机械工业出版社, 2007.

[2]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].航空航天大学出版社, 2007.

[3]夏田, 陈婵娟, 祁广利.PLC电气控制技术[M].化学工业出版社, 2008.

[4]王曙光, 魏秋月, 张高记.S7-200PLC应用基础与实例[M].人民邮电出版社, 2007.

篇9：PLC在恒压供水变频调速控制系统中的应用

关键词：数字PID;变频调速;PLC;恒压供水

一、基本原理

高层恒压供水是现代城市高层建筑的一项主要配套工程，它具有供水模式变换多，水压稳定，自动保护等特点，可以广泛应用于工业及民用建筑中。

由PLC控制的高层恒压供水系统采用数字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对正常工作和消防供水两种分别采用PID控制和PD控制，使系统实现了快速、稳定的输出。

将管网的实际压力经反馈后送到比较器的输入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，迫使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，迫使管网压力下降。以保持恒压供水的稳定。

二、系统工作

系统可完成以下功能：1.生活供水自动恒压;2.自动/手动供水选通;3.定时换泵（PLC 30秒检测一次，无人用水十分钟停机）;4.工作状态自动保持;5.消防供水自动控制;6.消防生活连锁控制;7.管网压力自动起停泵。

工作方式有自动和手动两种，通过开关控制。

系统模拟输入输出模式模块选用CM235，从A口输入给定参数，B口输入反馈压力信号，模块输出直接用来控制变频器，被控水泵电机可以由变频器输出控制，也可直接由50Hz工频信号控制。

三、算法原理

为了能够可靠的控制变频器的运行并满足差值电压的跟踪，当输入信号的变化不大时，系统不再读取数据，将原来的计算值直接保持。当输入信号的变化值较大时，系统立即跟踪这一变化，并计算最新的采样值，并将其保持，一次作为参数运算的依据。

考虑到系统工作环境对系统运行状态的影响，在设计中除采用硬件上加装滤波器外，还采用数字滤波的方式来消除干扰的影响，数字滤波采用模拟输入平均值的方法，其总体运算公式：

Avg=（N-1）AvgN+NewN

为运算方便，将上述运算方法转换成下面的运算方法：

Rsum=Rsum-Avg+New

Avg=RsumN

该法的运算.思路是使用每次扫描的运算和，计算出新的平均值，其中最新平均值.总是位于指定的输出位置。考虑到运算时的符号处理，运算过程采用浮点运算。故需进行整数与浮点数之间的转换。如果采样值为正值，系统直接进行运算，如果系统采样值为负值，符号扩展至双字节，然后对双字节数据进行运算。

PID控制的模拟表达式为

P（t）=Kp[e（t）+β（1＼T1）?e（t）dt+TD（de（t） ﹨dt）

控制时，根据系统运行状态中偏差e（k）选择β值。

当正常供水时，若le（k）l， ≤△p使β=1，其增量式PID控制算法：

U（k-1）=kpe（k-1）=k1Σe（?）+k0[e（k-1）-e（k-2）]

U（k）=kpe（k）=k1Σe（j）=kD[E（K）-e（k-1）]

由上两式可得

ΔU（k）=Ae（k）-Be（k-1）+Ce（k-2）

U（k）-L（k-1）=Ae（k）-Be（k-1）+C（k-2）

U（k）=Ae（k）=f（k-1）

式中：f（k）=U（k）-Be（k）+Ce（k-1）

A=kp（1=T＼T=Ta＼T）

B=kp（1+2T＼T）

C=ktTB＼T

PID运算程序如图所示

VW56为中断调用次数;VW30为给定偏差量;VW60为系统偏差值;VW60为系统反馈量;该反馈量通过压力传感器获得，由于环境的影响可能会使该参量发生扰动，该变化会直接影响到参数量偏差。

2.通讯过程

无论计算机向变频器发出的是读数据命令还是写数据命令，变频器都可能返回两种形式的结果。一种是通讯正常时的正常响应，一种是通讯不正常的响应。当变频器收到信息时，先检验起始时间间隔+STX位，然后监测信息长度值LGE如果这些信息出现不符，那么所发送的信息无效。在信息接受前和接受过程中还会检测多段时间。如相应延迟时间，信息有效时间，字節延迟时间等。在接受过程中，还要产生校验位，只有以上信息需正确，且奇偶效验和地址字节没有问题时，发送的信息才会被正确接收且执行。

在通讯过程中，一个命令或响应信号只能对一个参数进行操作，计算机发出指令后必须等待相应的应答信号.同时不断重复指令。如果计算机投有从相应地址的变频器那里收到响应情号，它必须采取相应措施;变频器并不需要知道计算机是否收到了应答信号。指令和应答信号都必须在一次信息发送中完成，如果应答信号的方法是通过辨认响应参数中参数值和参数号。当计算机收到变频器对一个指令的应答信号后，再次发出指令信号时，变频器就认为是一项新的指令。