变频供水系统范文1
关键词：PLC；变频调速；流量；水压
1 系统总体方案及其要求
1.1 总体要求：
a)由多台水泵机组实现供水，流量范围600m3/h，扬程60米左右。
b)设置一台小泵作为辅助泵，用于小流量时的供水;
c)供水压力要求恒定，尤其在换泵时波动要小;
d)系统能自动可靠运行，为方便检修和应急，应具备手动功能；
e)各主泵均能可靠地实现软启动；
f)具有完善的保护和报警功能；
通过分析，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备PLC和变频器作为主要控制设备来设计变频调速恒压供水系统， 其总体结构如下图所示。
2 主电路的设计方案
主电路设计如上图所示。三台大容量的主水泵(1#，2#，3#)根据供水状态的不同，具有变频、工频两种运行方式，因此每台主水泵均要求通过两个接触器分别与工频电源和变频电源输出相联，注意：每台主水泵的两个接触器都一定要进行接触器联锁，即KM1与KM2、KM3与KM4、KM5与KM6必须相互联锁，否则有可能会因接触器故障而造成变频器的输出端接上电源输入端而损坏;辅助泵只运行在工频状态，通过一个接触器接入工频。
3 控制电路设计方案
3.1 设备启动后，首先某一台主泵在变频调速器控制下，投入变速运行，只有当输出压力达到预定值至其流量与用水流量相平衡时，转速稳定到某一值。
3.2 当用水流量增加时，主泵按设定速率（曲线）加速到另一稳定转速；而用水量小时，主泵按设定的速率（曲线）减速到新的稳定转速。
3.3 当变速运行主泵的转速达到最大转速后，用水量进一步增加时，该主泵转换到工频电源后恒速运行；变频调速器则转换到控制另一台主泵，使之投入变速运行。每当变速运行的主泵转速到最大时，将发生如上的转换 并有新的主泵投入并联运行。
3.4 当变速运行主泵的转速，因用水量减小而达到临界低转速后，用水量时一步减小，则PLC将控制停掉先开的一台主泵，遵守先开先停，后开后停原则；直到剩下一台主泵为止。
3.5 当只有一台主泵变速运行，且用水量接近于零时，产泵转速达到临界低转速时（这时变速运行主泵处于最小工作转速）。此主泵也被停泵而启用小容量辅助泵运行，以期节能和减少设备的无效运行。
4 PLC的程序设计
4.1 PLC的I/O端子接线图及变频器的端子接线图
4.2 PLC的流程图设计
5 总结
本系统具有以下的特点:
a) 采用了可靠性高、使用简单、编程灵活的工控设备PLC和内置PID调节模块的变频器作为主要控制设备，在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合，确保恒压供水；
b) 系统具有完备的故障处理能力，可通过自动工频运行、远程手动控制和现场手动控制等方式确保供水，具有故障实时的现场报警和远程电话自动报警功能，具有故障电机锁定功能；
c) 系统实现了计算机和PLC的有效结合，具有远程监控与管理能力，具有先进性;
d) 系统采取变频调速方式实现恒压供水，节能效果明显；
e) 采用了PID调节方式，水压波动小，响应快。
参考文献:
[1] 韩安荣主编.通用变频器及其应用．机械工业出版社
[2] 姜乃昌陈锦章主编．水泵及水泵站．中国建筑工业出版社
[3] 张燕宾．变频供水的节能分析与近似计算．自动化博览，2000年
[4]王占奎等主编．变频调速应用百例．科学出版社，1999年
[5]张小明黄鸣春．变频调速供水系统使用研究．广东高校后勤研究
变频供水系统范文2
引言
渭南市临渭区地处关中平原东部，渭河将其分为塬区、城区和渭北。由于渭北大部分地区属于苦咸水区，地下水及地表水都不宜饮用， 1987年，中、省、市对渭北饮改水工程进行了总体规划，并实施了渭北北移民安置区饮改水工程。渭北供水服务总面积728平方公里，辖10个镇、224个行政村，服务人口40.07万人，下辖辛市、官道、下吉、侯家、南师、等12个供水管理站及小什、什马等8个村级供水站，各供水管理站具体负责饮改水工程的供水及日常维护。其中，侯家站作为东、西两大干管的分界点，在肩负着东线供水任务的同时，兼顾给西线供水（正常情况下，西线由另一水源供水），在整个渭北饮改水工程中的地位十分重要。为了能够给渭北农村群众提供更好的供水服务，我局将变频恒压供水的原理应用于侯家站。
1 变频恒压供水原理概述
变频控制恒压供水系统是在管网的主管出口处安装压力变送器，变送器将主管出口处压力变换为4--20mA直流信号，作为调控参数送入恒压供水控制器，控制器上可以设定正常运行时系统工作压力，控制器将两个压力信号进行比较，其差值由控制器作PID运算，然后输出一个模拟量信号给变频器，控制变频器的输出频率，从而控制水泵转速，改变水泵的出水量，维持管网出口压力稳定在设定的压力值上，实现恒压供水。
近年来，随着交流变频技术的成熟，变频恒压供水控制系统以其节能、高效、安全的供水特点，在农村饮水安全工程中得到广泛应用。变频恒压供水系统实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。不论是设备的投资、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，是当前最先进、合理的节能型供水系统。
2 候家站变频恒压供水原理
图1给出了侯家站供水管网示意图。侯家站管网有两个出水口，在实际运行过程中，需要实现两个出水口同时出水或单独出水，并要达到自动化控制。为满足这种供水需求，在实际中设置了阀门，利用控制设备和阀门的配合实现以上供水要求。
图1 侯家站供水管网示意图（注：从左到右依次为1至7号电机）
2.1 变频恒压供水一拖四
在阀门F1、F3关闭，阀门F2打开的情况下，实现恒压供水一拖四控制。运行时，四台电机由PLC实现恒压供水一拖四起停控制，其中一台电机由变频器控制，另外，三台电机分别由三台软启动器控制。
2.2 变频恒压供水一拖三
在阀门F1、F2关闭，阀门F3打开的情况下，此时实现恒压供水一拖三控制。运行时，三台电机由PLC实现恒压供水一拖三起停控制，其中一台电机由变频器控制，另外，两台电机分别由三台软启动器控制。
2.3 变频恒压供水一拖七
阀门F1、F2和F3全部打开的情况下，此时实现恒压供水一拖七控制。将一拖四和一拖三合并在一起控制将实现一拖七控制。
3 系统框图及工作过程
3.1 系统框图
3.2通过转换“手动/自动”开关实现手动、自动模式切换，选择自动模式时，有三种控制模式可选择，模式一是一拖四、模式二是一拖三、模式三是一拖七。
3.2.1手动控制模式。用户可以手动起动变频器和软起动，实现独立控制七台水泵的起停。并通过面板上的旋钮电位器手动调节变频器的输出频率，从而达到对水泵出水量的控制。手动方式一般在调试时使用，用来检查水泵运转情况。
3.2.2自动控制模式。选择模式一时，实现恒压供水一拖四控制。自动状态下，首先由变频器控制1#水泵起动，用户只需要更改触摸屏上的设定压力值，PLC就可以根据采集的实际压力调节变频器输出频率，从而控制1#水泵的实际转速。当实际用水量较大，管网压力降低，即反馈压力低于设定压力时，变频器输出频率增大，1#水泵转速增加，管网压力就增高;反之亦然，调节水量以保持管网压力恒定在设定值上。当用水量增加，变频器的输出频率保持上限（50HZ）一段时间，系统压力值仍然达不到压力设定值，即一台水泵不能满足当前用水量时，系统自动软起动2#水泵，起动完成后，2#水泵工频运行，同时实时调节1#水泵转速以维持总管网的压力恒定。当两台水泵满转运行仍旧不能满足供水需求，起动3#水泵，其它水泵控制原理相同。
当用水量降低时，如两台水泵同时运行，供水量大于用水量，管网压力增加，变频器的输出频率下降，如果输出频率保持下限频率一段时间，管网压力仍旧不能恢复到设定值，则系统自动停止2#水泵工作，从而维持管网压力恒定并达到节能的效果。
其它水泵的投切与上述原理相似。投切顺序先起先停。
选择模式二时，实现恒压供水一拖三控制。
选择模式三时，实现恒压供水一拖七控制。
4 系统性能及特点
4.1智能化程度高，操作简便。供水过程中可根据需要进行手动、自动操作，供水压力、压力上下限值、PID值等参数自行设定，能够满足多数供水场合的需要。供水运行可靠，操作简便，维护工作量极少;
4.2供水恒压控制精度高。机泵切换过程实现无极切换，供水压力波动小，对管网、电机、水泵等供水设施的冲击小，延长了设备寿命;
4.3保护功能完善，安全性能高。系统具有完善的电气安全保护功能，对过流、过压、过载、缺水等故障均能报警并保护;
4.4 系统适应性强，能耗低。系统能适应从0到最大用水量的工作状态，且系统都工作在最佳状态，最大限度的降低了能耗，节约了供水成本。
5 注意事项及措施
5.1 最大程度的减小外界电磁干扰。
解决办法：首先，在这些控制信号线的外层接屏蔽线，并在控制器的一边或者变频器的一边选取一点作为屏蔽的接地点，以提高系统的抗干扰能力，如果屏蔽线在两端都接地，会使屏蔽线上产生电势差，形成新的干扰。其次，将模拟信号线和动力线分别走线，也能提高系统的抗干扰能力。
5.2避免形成系统震荡。
解决办法：一是选择合理的压力采集点，尽可能的避免出口流速对管网压力的影响，一般选取在离水泵出水口较远的地方。二是根据电机功率合理设置控制器的加速时间，一般情况下，电机功率越大，其加减速时间也就越长。三是控制器和变频器的加减速时间要一致，控制器的加减速时间设定应大于或等于变频器加减速时间。
参考文献：
[1]康会峰，黄新春，王元.基于DSP的变频恒压供水模糊控制系统应用.《电机与控制应用》.2010年5期
变频供水系统范文3
【关键词】变频器；PLC；恒压供水
1.引言
随着变频调速技术的发展和人们对生活用水质量的提高，变频恒压供水系统取代了传统的供水系统，已普遍用于居民用水系统。目前，国内大多数企业仍使用传统恒压泵进行切换加压的供水方式，水压不稳，而且造成能源浪费。所以，开发可靠性高，价格优廉、控制性能好的恒压供水系统具有很高的实用价值。变频恒压供水方式与过去水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，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，而且具有节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。本文采用PLC和变频器实现恒压供水控制系统的设计[2]。水压波动小，运行平稳。是当今先进合理的节能供水系统。
2.变频调速恒压供水系统结构及原理
系统采用两水泵进行供水，选用FRENIC 5000G11S变频器，PLC选用欧姆龙小型PLC[3]，变频调速控制是恒压供水系统的核心，系统由变频器控制水泵将水直接加压或减压送至管网出口，根据测得的管网出口处的压力，由压力传感器将压力信号送入PID调节器，PID调节器根据压力设定值与压力实际值的偏差，对压力进行PID调节，输出频率给定信号IRF（4～20mA）给变频器，变频器根据频率给定信号IRF控制水泵的转速，并在PID调节器上设定压力的上下限，PID将此信号送入PLC控制器，从而实现两台水泵之间的工频、变频的切换。其系统原理图如图1所示：
图1 恒压供水系统原理图
3.恒压供水系统设计
3.1 主电路设计
系统采用手动和自动两种控制方式，PLC首先使主水泵变频启动，压力传感器将母管压力反馈给PLC，与预先设定的给定压力比较，通过PID运算，调节变频器的输出频率[4]，以维持水压恒定。若用水量大到1台水泵全速运行也不能达到给定压力时，PLC将该水泵由变频运行投入到工频运行，同时将另一台水泵投入到变频运行，增加管网供水量以保证压力稳定。当用水量减少时，PLC首先将工频运行的泵停掉，减少供水量，整个系统保证变频运行时只有1台泵变频恒压供水。系统采用变频泵循环方式，以“先开先关”顺序关泵，既保证了系统有备用泵，又有效的防止备用泵长期不用出现“绣死”现象。系统主电路图如图2所示：
图2 系统回路图
3.2 控制电路设计
控制电路如下图3所示，SB1控制系统的启动，SB2控制系统的停止，当水泵出现过载时，A5灯亮。当变频器出现故障时，A6灯亮。A1、A2分别为泵1的变频、工频运行指示灯，A3、A4分别为泵2的变频、工频运行指示灯。其PLC控制器的I/O点数分配如表1所示：
表1 I/0点数分配
输入 输出
启动按钮 0002 泵1变频控制 0500
停止按钮 0003 泵1工频控制 0501
压力上限信号 0004 泵2变频控制 0502
压力下限信号 0005 泵2工频控制 0503
变频器故障信号 0006 泵过载指示灯 0504
变频器故障报警指示 0505
图3 系统控制回路图
4.PLC控制流程图设计
根据恒压供水操作要求，PLC控制系统要随时监控自来水以及供水口的情况来决定是否要起动水泵，PLC控制程序设计的主要任务是接收各种外部开关量信号的输入，判断当前的供水状态、输出信号去控制继电器、接触器、等的动作，进而调整水泵的运行。PLC和变频器是本系统的核心部分，系统稳定运行的关键取决于PLC程序的合理性和可行性以及变频器参数的设定。本系统采用手动或自动两种工作方式，系统启动后，泵1首先进人变频运行，当检测到压力上限信号时，变频泵切换为工频，启动另一台泵变频运行，当检测到压力下限信号时，工频泵切除，仅变为变频泵工作，系统设计程序流程图[5]如图4所示：
图4 变频恒压供水系统设计流程图
5.结论
由OMRON C系列小型PLC控制器结合富士FRENIC 5000G11S系列变频器和压力传感器组成的恒压供水系统，达到恒压供水的目的，实现真正意义上的无人值守的起闭、循环切换水泵。由于变频器具有软启动的功能，消除了启动大电流对电网的冲击，从而延长泵的使用寿命。该系统可广泛应用于工业供水、生活供水、消防供水、集中供热等供水系统。实际运行情况证明了本系统具有可靠性高、自动化程度高、便于维护和高节能性等特点，具有很大的应用价值。
参考文献
[1]魏景田.基于变频调速的恒压供水系统[J].科技资讯，2008（2）：48-49.
[2]李丽敏，叶洪海，张玲玉.PLC恒压供水系统的设计[J]自动化与仪器仪表，2008（01）：19-25.
[3]郑平，范学玲，赵振林.基于PLC与变频调速的恒压供水系统设计[J].硅谷，2010（12）：57.
[4]周雄，王浩.论变频控制节能技术及应用[J].贵州科学（增刊），2007，25：334-338.
变频供水系统范文4
随着电力电子器件向大功率化、高频化、模块化、智能化方向发展，极大地促进了变频调速整机系统性能的提高，变频器整机的控制性能、自诊断和自保护功能越来越强。在变频调速控制系统中，加入微处理器、单片机、PLC构成的复合系统功能更强。各种功率水平、价格档次且性能上各具特点的变频器广泛应用于工业生产、社会生活的各个领域。在城市供水系统中，使用变频调速技术，在提高供水质量及优化供水系统性能的同时，节电效果可观。下面就北京局部地区的小区、饭店供水系统的变频调速技术应用例给予介绍和分析。
2某小区热水供暖系统一次网中调速供水应用例
北京育新花园小区热水供暖系统一次网采用3台ISB200/150-400-50A型水泵，其中1台备用。根据系统一次网的设计流量，采用1台水泵即可满足系统的正常使用要求。热水供暖系统一次网为实现在室外温度变化时，循环水泵保持在最佳流量工况下运行的目标，系统一次网的循环流量应随着系统热负荷的变化而动态调整。对小区热水供暖系统一次网采用“质量-流量优化调节”，对应不同的热负荷，系统循环水量在整个采暖季的分布情况和调节情况对应关系如表1。
表1系统一次网循环水泵两种方法调节流量时的轴功率比较
表1中数据表明:系统一次网在流量为159t/h和300t/h的工况下运行的时间较多，大约各占700个小时;而流量小于150t/h和大于400t/h的工况运行时间较少，大约各占80个小时。用变频器驱动水泵电机，进行质量-流量优化调节，实现供暖系统的优化运行。
表1中的数据给出了热水供暖系统一次网中在不同的循环水量状态下运行时，传统的循环水泵阀门调节和变频调速调节的轴功率对比。电价以0.6元/kWh计算，系统一次网循环水泵在一个采暖季里，采用阀门调节流量，运行电耗费用:123，9022×0.6=7.4万元(人民币);采用变频调速方式，运行电费支出:43，040×0.6=2.6万元。一个采暖季中，小区热水供暖系统一次网循环水泵使用变频调速方式可减少电耗80，802kWh，节省费用4.8万元。
市场上变频器的价格大约在800～900元/kW，ISB200/150-400-50A型水泵的功率为75kW，循环水泵配用变频调速设备使用投资大约为元6万元左右，从统计数据上看，不到两个采暖季就可收回投资。
3某饭店供水系统应用例
北京西直门外地区某饭店的供水系统原来由3台泵组成，每台泵的出水管均装有手动阀门，供检修和调节水量用。经变频调速改造后，新系统中除了有变频器以外，还有反映管网压力的压力传感器和电接点压力表及信号放大系统，还有实现逻辑控制的PLC。PLC控制3台水泵的启动和停止，压力传感器为变频器提供了反馈量，并和变频器组成了压力闭环系统，使系统始终在恒压状态工作。电接点压力表用来检测管路的最小压力。
新系统中，一台变频器循环启动3台泵，1号、2号泵的功率是15kW,3号泵为11kW。经测算1号泵或2号泵全力工作一般就会满足整个系统的最大用水量，3号泵是备用泵。白天供水投入1号泵，使它工作在变频调速状态，构成压力闭环系统。但为了均衡水泵的使用寿命，采用定时换泵的方式8小时轮换一个班次，即8小时后，2号泵工作运行，1号泵转为备用，循环使用。当夜间供水量减小，或这两台泵处于检修状态时，3号泵启动并变频运行和维持恒压。
系统采用了富士变频器FRN15P11S-4CX，容量23kVA，额定电流30A，频率变动范围0～120Hz，1号和2号泵的型号为80DL50-20×3额定电压380V，额定电流30A，额定转速1450rpm。3号泵的型号为65LG3620×3，是立式多级分段式离心泵。由于变频器在任何一个确定的时间只驱动一台泵的拖动电机，故3台泵的启动、停止采用逻辑控制实现相互闭锁，保证可靠切换。为确保控制要求的实现，将3台电机所有的控制、保护、检测单元全部集中在一个控制柜里。
表2给出1台15kW的水泵分别在定速和变速情况下运行测得的数据。
从表2中数据对比知道，水泵变频运行后:
电源电压下降了63%，电机定子电流下降41.3%
电源频率下降12%，功率因数提高3.1%
流量减少4%水压降低7.7%
转速下降8.9%
使用计算调速前后的功率之比，式中p为有功功率，U1、I1分别为电机定子线电压和线电流。
工频运行时有:;
变频运行时有:。功率差p1-pB=8.22(kW)。每年360个工作日，每个工作日平均工作16个小时，可节约电能w=(p1-pB)×16×360=47347.2(kWh)，电价按0.6元/kWh计算，每年可节约电费支出2.84万元。而购买变频设备的费用是2万多元，从分析知道，1年便可以回收设备投资。
表21台15kW的水泵变频调速前后各项指标对比
4水泵变频调速的综合结果
从以上某小区热水供暖系统一次网中调速供水和饭店供水系统应用例中知道:水泵经变
频调速以后，除了具有很好的节能效果外，在以下性能指标上获得了提高:
(1)实现了软启动;工作电流下降，电机运行温度明显下降，同时减少了机械磨损，机械检修工作量也大幅减少。
(2)各种保护功能完善，没有再发生因过载、单相运行而烧毁电机的现象，确保了安全运行。
(3)实现了软启动，避免了无调速水泵启动对周边设备及电网的冲击。
(4)能自动维持恒压供水并无级调节水压;供水质量好，由于取消了高位水箱，防止了水的二次污染。
(5)自动化程度提高，提高了水泵的运行效率。
5结语
根据调查资料显示，北京地区的供水系统应用变频调速技术有一定的普及程度，但还有
很大潜力，继续在北京地区的供水系统中普及应用变频调速技术，经济和社会效益是明显的，技术优势也是明显的，尤其是具有较大幅度的节能效果。但同时也有一些问题，如:变频恒压供水系统停电既停水。另外变频器工作产生的高次谐波对电网电压有一定影响，尤其是电网有效容量越小，变频器容量越大，影响程度就越大，这种影响会使电力电容、电抗器、变压器容易发热，并产生电磁谐振，电动机、发电机产生附加损耗，继电器产生误动作。我国的GB12668-90中规定:电气设备使用时，引起的电压畸变率要小于10%，任何奇次谐波不超过5%，偶次谐波不超过2%，使用变频器后，在电网局部地区可能会出现电压畸变超出国标的情况，宜采取相应的措施处理。
参考文献
变频供水系统范文5
【关键词】变频器；恒压供水；PLC
【Abstract】With the rapid development of socialistic marketing economy，there is a growing demand for better quality of water supply and higher reliability of supply system. So it is an inevitable tendency to design and create an energy-savingconstant-pressure water supply system of excellent performance with the help of advancedtechniques of automation，monitor-control system； and communication. Meanwhile， the System can also adapt to various water Supply regions. his paper analyzes the composition structure and the system principle of variable frequency constant pressure water supply， through research andcomparison， using frequency converter and PLC constant pressure water supply and data transmission， specifically about the overall design of the system and thePLC part of the control processes are described in detail.
【Key words】Frequency converter； Constant pressure water supply； PLC
0 概述
常规水泵大部分时间均在额定负荷下运行，特别是自来水厂和居民生活供水，其设计均按最大用水负荷选择水泵，而每天24h用水负荷变化很大，在夜间用水量更少，采用变频恒压供水设备可根据用水量的大小变化，自动调节水泵转速，同时确保供水压力恒定，可节约大量能源，延长设备使用寿命。
以变频器为核心结合PLC组成的控制系统具有高可靠性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点，变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、防雷避雷技术、现代控制、远程监控技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控；同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
图1
1 工作原理
本系统采用总线分布式控制模式，实现对变频器、水泵等设备的远程集中控制，本系统最高层为计算机监控系统，它包括监控计算机、管理计算机、服务器、集成线、通过Ethernet网，实现各计算机之间的通讯。控制层内的功能由一台PLC与模拟量采集模块负责水池水位、流量、用电量等数据的实时采集、通过RS―485转RS―232方式，将采集数据传输给监控计算机、输出模块调节电动蝶阀的开启或关闭动作和各变频器及水泵的开启或关闭。
本系统最低层为现场设备，保留现场设备原有的手动操作，同时增设远程接口控制电气回路，接受PLC可编程控制器的动作。现场手动方式为控制模式的最高级，任何情况下，当现场控制箱上选择手动操作时，远程对此系统的操作无效。
本系统利用流量计的脉冲信号输入给PLC的I口后由CPU中的程序进行累加处理，处理后送上位机显示，存储并形成报表，各泵的开关状态由继电器把高低电平送入PLC的I口，同时PLC再把各泵的开关状态送给上位机监控计算机，操作者就可以获知各泵的工作状态，各泵的工作电流可以通过套装在各泵电流输入线路上的电流互感器和变送器把工作电流转化为对应的4―20mA的信号送入EM235的的输入接口，EM235内部的DAC把输入的4―20mA的模拟信号转换为数字信号，并通过I/O扩展线把数据送到PLC中，数据经过PLC中的程序处理发送给上位监控计算机，操作者就可以实时动态掌握各泵的工作电流。电动调节阀输出隔离的4―20mA阀位反馈信号给EM235模块，EM235内部的DAC把输入的4―20mA的模拟信号转换为数字信号，并通过I/O扩展线把数据送到PLC中。
2 PLC控制部分
2.1 PLC选型
水泵M1、M2，M3可变频运行，也可工频运行，需PLC的6个输出点，变频器的运行与关断由PLC的1个输出点，控制变频器使电机正转需1个输出信号控制，报警器的控制需要1个输出点，输出点数量一共9个。控制起动和停止需要2个输入点，变频器极限频率的检测信号占用PLC2个输入点，系统自动/手动起动需1输入点，手动控制电机的工频/变频运行需6个输入点，控制系统停止运行需1个输入点，检测电机是否过载需3个输入点，共需15个输入点。系统所需的输入/输出点数量共为24个点。本系统选用FXos-30MR-D型PLC。
2.2 PLC的接线
图2 PLC的接线图
Y0接KM0控制M1的变频运行，Y1接KM1控制M1的工频运行；Y2接KM2控制M2的变频运行，Y3接KM3控制M2的工频运行；Y4接KM4控制M3的变频运行，Y5接KM5控制M3的工频运行。
X0接起动按钮，X1接停止按钮，X2接变频器的FU接口，X3接变频器的OL接口，X4接M1的热继电器，X5接M2的热继电器，X6接M3的热继电器。
为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电设计了电气互锁。在同时控制M1电动机的两个接触器KM1、KM0线圈中分别串入了对方的常闭触头形成电气互锁。频率检测的上/下限信号分别通过OL和FU输出至PLC的X2与X3输入端作为PLC增泵减泵控制信号。
2.3 PLC控制流程
PLC在系统中的作用是控制交流接触器组进行工频―变频的切换和水泵工作数量的调整。工作流程如图3所示。
图3 PLC程序流程图
系统起动之后，检测是自动运行模式还是手动运行模式。如果是手动运行模式则进行手动操作，人们根据自己的需要操作相应的按钮，系统根据按钮执行相应操作。如果是自动运行模式，则系统根据程序及相关的输入信号执行相应的操作。
手动模式主要是解决系统出错或器件出问题
在自动运行模式中，如果PLC接到频率上限信号，则执行增泵程序，增加水泵的工作数量。如果PLC接到频率下限信号，则执行减泵程序，减少水泵的工作数量。没接到信号就保持现有的运行状态。
1）手动运行
当按下SB7按钮，用手动方式。按下SB10手动启动变频器。当系统压力不够需要增加泵时，按下SBn（n=1，3，5）按钮，此时切断电机变频，同时启动电机工频运行，再起动下一台电机。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，用时间继电器作了时间延迟，当压力过大时，可以手动按下SBn（n=2，4，6）按钮，切断工频运行的电机，同时启动电机变频运行。可根据需要，停按不同电机对应的启停按钮，可以依次实现手动启动和手动停止三台水泵.该方式仅供自动故障时使用。
2）自动运行
由PLC分别控制某台电机工频和变频继电器，在条件成立时，进行增泵升压和减泵降压控制。
升压控制：系统工作时，每台水泵处于三种状态之一，即工频电网拖动状态、变频器拖动调速状态和停止状态.系统开始工作时，供水管道内水压力为零，在控制系统作用下，变频器开始运行，第一台水泵M1，启动且转速逐渐升高，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1处在调速运行状态.当用水量增加水压减小时，通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一个稳定转速；反之用水量减少水压增加时，水泵按设定的速率减速到新的稳定转速.当用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制切换至工频电网后恒速运行；同时，使第二台水泵M2投入变频器并变速运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，每当加速运行的变频器输出频率达到工频时，将继续发生如上转换，并有新的水泵投人并联运行.当最后一台水泵M3投人运行，变频器输出频率达到工频，压力仍未达到设定值时，控制系统就会发出故障报警。
降压控制：当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至起动频率时，水压仍高于设定值，系统将工频运行时间最长的一台水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值.当用水量继续下降，每当减速运行的变频器输出频率降至起动频率时，将继续发生如上转换，直到剩下最后一台变频泵运行为止。
3）总程序的顺序功能图
系统分为自动运行和手动运行两部分
图4 总程序的顺序功能图
（1）自动运行顺序功能
按下SB8按钮，系统进入自动运行模式，顺序功能图如3.3所示。
Y0接KM0控制M1的变频运行，Y1接KM1控制M1的工频运行；Y2接KM2控制M2的变频运行，Y3接KM3控制M2的工频运行；Y4接KM4控制M3的变频运行，Y5接KM5控制M3的工频运行
系统起动时，KM1闭合，#1泵以变频方式运行。 当变频器的运行频率超出一个上限信号后，PLC通过这个上限信号后将1#水泵有变频运行转为工频运行，KM1断开KM0吸合，同时KM3吸合变频起动第2#水泵。
如果再次接收到变频器上限信号，则KM3断开KM2吸合，第2#水泵由变频转为工频运行，3#水泵变频起动。
如果变频器频率偏低，即压力过高，输出的下限信号使PLC关闭KM5、KM2，开启KM3，2#水泵变频起动。
再次接到下限信号就关闭KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵变频运行。
为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电设计了电气互锁。在同是控制M1电动机的两个接触器KM1、KM0线圈中分别串入了对方的常闭触头形成电气互锁。
（2）手动模式顺序功能
当按下SB9按钮，系统进入手动运行模式。系统的每步动作都必须有相应的操作。顺序功能图如图3.3所示。
变频供水系统范文6
关键词：恒压变频供水系统；自动控制；简析
中图分类号：F407文献标识码： A
随着经济社会的逐步发展、人民生活水平的不断提高，对于城市供水系统的可靠性以及供水质量的要求也在提升。利用先进的电气技术对供水系统实行自动化控制，能够满足整个城市的供水需求。与此同时，传统的PID控制方式存在着供水压力偏差、抗干扰能力差等缺点。因此，有必要在现有供水系统控制方式的基础上，研发一种新型的控制方式。
一、恒压变频供水系统的原理及应用
恒压变频供水系统的构成较为复杂，简而言之，可以分为以下几大主要部分：可编程控制器、变频器、水泵机组、压力传感器以及其他控制器件。
恒压变频供水系统的工作原理为：通过用户家中安装的压力仪表，对用户端的压力信号进行实时的采集和反馈。然后，将信息反馈到可编程控制器（PLC），可控制编程器通过对反馈信息和设定压力值进行比较，然后通过一系列内部运算，按照运算结果对变频器的输出频率进行控制，从而实现调节水泵电机转速的目的，这样便可以实现用户供水情况的实时调节。
恒压变频供水系统的优势在于能够对供水管网进行实时调节，从而维持一个基本平衡的水压。恒压变频供水系统之所以得到广泛应用，主要是因为其既可以实现用户的稳定供水，又可以保证水泵电机的运转效率，即不会使水泵电机出现空转的现象。这样既减少了能耗，又节约了电能。（参见图1 ）
图1 恒压变频供水系统运行原理
二、恒压变频供水系统的自动控制策略
长期以来，对于恒压变频供水系统的自动控制，使用较多的是模糊控制策略。顾名思义，模糊控制策略就是建立在人的思维模糊性基础上，不依赖于被控对象数学模型的一种控制策略，模糊控制策略本质上属于专家控制方式。模糊控制策略通过对人脑的推理过程进行仿制，将以往恒压变频供水系统操作者的经验浓缩成一条条控制规则，对这些控制规则进行模糊处理，然后存储到计算机当中，由计算机根据这些控制规则实施恒压变频供水系统的自动控制。
模糊控制策略之所以能够得到广泛应用，主要是由于其自身具有的适应性强、调节时间短等优点。除此之外，模糊控制策略还具有结构简单、操作方便等优点。
与此同时，也应该看到，模糊控制策略自身也具有一些缺点，较为突出的是其静态性能较差。模糊控制策略静态性能较差这一缺点，容易导致恒压变频供水系统的实际供水压力达不到计算机的设定值。之所以会这样，主要是因为模糊控制策略使用的模糊控制器，其输入方式为误差及误差变化。因此，在输入过程中会导致积分控制的缺失，因而出现了静态性能不佳等一系列缺陷。总而言之，模糊控制策略最大的缺陷就在于不能够很好地对恒压变频供水系统的压力误差进行消除。
三、基于GA优化的供水系统模糊PID复合
模糊控制策略虽然具有以上缺点，但不可否认的是，其具备良好的动态性能以及快速响应能力。因此，想要实现恒压变频供水系统自动控制的优化，可以将PID控制策略引入到模糊控制策略中，这样既能够发挥模糊控制策略自身的优势，又能够提升其静态性能及调整精确性。这就是当前恒压变频供水系统使用较多的自动控制策略：模糊PID复合控制策略。（参见图2 ）
图2 模糊PID复合控制策略
这种控制策略的优势在于能够将控制器应用到供水系统中，从而实现了恒压变频供水系统的复合控制。
基于GA优化的模糊PID复合控制策略，其优势在于将模糊控制策略、PID控制策略及遗传算法融合起来。既能够保证恒压变频供水系统的适应性与操作性，又能够做到对其响应速度、供水质量及静态性能进行提升。特别是对于一些用水量波动较大的高层建筑来说，基于GA优化的模糊PID复合控制策略，其控制效果提升更加明显。除此之外，该控制策略不需要对传统的恒压变频供水系统进行硬件方面的改动，仅仅需要对其进行控制策略上的改进，即实行相应的软件编制即可。因而，该控制策略可广泛应用于住宅小区、高层建筑和其他对供水质量要求较为严苛的场所。
结束语：
本文主要对恒压变频供水系统的自动控制进行了分析。在分析其工作原理和应用效果的基础上，对以往使用较多的模糊控制策略进行了分析。并且结合模糊分析策略的优缺点，分析了新型的基于GA优化的模糊PID复合控制策略的优势所在。希望通过本文的分析，能够给我国的恒压变频供水系统自动控制研究提供一些参考，从而进一步推动我国恒压变频供水系统的快速发展，进而使我国的城市供水系统能力得到全面提升。
参考文献：
