基于PLC和變頻器的全自動給水系統(tǒng)研究
基于PLC和變頻器的全自動給水系統(tǒng)研究
1 引言
隨著變頻器技術的日益成熟，變頻調速技術在各個領域得到了廣泛的應用。全自動給水系統(tǒng)以其節(jié)能、安全、高品質的供水質量等優(yōu)點，在小區(qū)供水和工廠供水控制中發(fā)揮了很大的作用。
根據(jù)某洗衣機進水電磁閥生產(chǎn)廠家的需要，為了給該廠電磁閥性能測試生產(chǎn)線提供基準恒壓水源，本文利用PLC控制技術和變頻調速技術設計的全自動給水系統(tǒng),能較好地滿足生產(chǎn)需求，水壓精度較高。為了不浪費水資源，系統(tǒng)還具有自動水循環(huán)功能。
2 全自動給水系統(tǒng)組成及實現(xiàn)原理
全自動給水系統(tǒng)的基本控制策略是:采用可編程控制器(plc)與變頻調速裝置構成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實際設定水壓自動調節(jié)水泵電機的轉速和水泵的數(shù)量,自動補償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設定值,既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水。
變頻調速全自動給水系統(tǒng)由變頻器、泵組電機、供水管網(wǎng)、儲水箱、智能pid調節(jié)器、壓力變送器、plc控制單元等部分組成，控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓。智能pid調節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的pid調節(jié)。plc控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設備，同時還是變頻器的驅動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調整其它工頻泵的運行臺數(shù)。變頻器和plc的應用為水泵轉速的平滑性連續(xù)調節(jié)提供了方便。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動, 消除了對電網(wǎng)、電氣設備和機械設備的沖擊控制工程網(wǎng)版權所有，延長機電設備的使用壽命。
3 全自動給水系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件設計
全自動給水系統(tǒng)采用三套電機-水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水，每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次僅有一臺電機工作在變頻調速狀態(tài)。工作時可根據(jù)實際情況選擇，變頻器根據(jù)實際水壓的變化,不斷地調整水泵轉速,通過調節(jié)流量達到恒定水壓的目的。另外,可編程序控制器根據(jù)當前水泵的供水情況對其進行合理切換, 及時增泵和減泵，實現(xiàn)最佳匹配。
3.1 全自動給水系統(tǒng)主控電路設計
電控系統(tǒng)的主電路由3臺電機分別為m1、m2和m3。接觸器km1、km2、km3分別控制電機m1、m2和m3變頻或工頻運行，fr1、fr2、fr3分別為3臺水泵電機過載保護的熱繼電器，qs1、qs2、qs3、qs4分別為變頻器和3臺水泵電機主電路的隔離開關，fu1為主電路的熔斷器，vvvf為通用變頻器。
3.2 智能pid調節(jié)器和變頻器接線圖
變頻器選用三墾公司的shf系列，功率分別為7.5kw，1.5kw和15kw，變頻器采用模擬量控制方式。通過變頻器對電機水泵實現(xiàn)軟啟動功能。圖2為pid調節(jié)器和變頻器的接線圖。變頻器根據(jù)pid調節(jié)器輸出信號控制工程網(wǎng)版權所有，及時調節(jié)輸出頻率，改變電機和水泵的轉速,調節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水管網(wǎng)中的壓力穩(wěn)定在設定壓力值上。
3.3 全自動給水系統(tǒng)plc輸入/輸出地址分配
根據(jù)對控制系統(tǒng)的分析，本系統(tǒng)選用中達電通公司的dvp60es00t2 plc實現(xiàn)控制，共有60點輸入輸出，其中36個輸入點，24個晶體管輸出點，交流供電，其環(huán)境溫度、抗沖擊、抗噪聲等性能指標均能滿足要求，附表為plc輸入/輸出地址分配表。
4 全自動給水系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)的軟件設計包括plc的程序設計和變頻器的功能參數(shù)設定。這里主要討論plc的程序設計。
plc的程序設計包括手動控制和自動控制的程序設計，手動部分是通過按鈕控制電機在工頻下運行和停止，主要考慮系統(tǒng)調試或檢修時用。
當選擇開關打到"自動"時，系統(tǒng)能夠進入自動工作狀態(tài)，由plc和變頻器聯(lián)合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式。供水系統(tǒng)共有3臺泵組電機，在根據(jù)水壓決定投入泵組臺數(shù)后，只有最初投入的電機進行變頻調速，其它后投入的電機則在工頻下全速運行，泵組電機的切換過程由邏輯控制單元plc實現(xiàn)。
圖3為選擇p1泵為變頻泵，p2、p3泵為工頻泵時的plc狀態(tài)轉移圖。假設增泵順序為p1、p3和p2，當供水設備開始工作時，先起動變頻泵p1，當管網(wǎng)水壓達到設定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定數(shù)值上。當用水量增加時，水壓降低，壓力變送器把水管出口變化了的總管實際壓力信號變成4～20 ma的標準信號送入智能pid調節(jié)器, pid回路調節(jié)器經(jīng)運算,得出調節(jié)參數(shù)送給變頻器，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值(50hz)時，
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