PLC和变频器在住宅小区恒压供水中的应用.doc

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1、某住宅区由于自来水管网的水压较低，自来水通常不能到达住宅的较高楼层。传统的供水方式利用蓄水池蓄水，用水泵再次将水送至楼顶的高位水箱，再供应给用户。蓄水池中的水一般是由市政自来水管网供给，这样，有压力的水进入水池后变成了零压力，造成大量的能源白白浪费，这种供水方式不可避免通过蓄水池和高位水箱造成二次污染，影响居民的身体健康。但是为保证小区的供水正常，我们利用PLC，配以稳流罐、负压消除器和不同功能的传感器等，根据网管的压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。这种变频恒压供水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置。不对市

2、政供水管网产生负压，适用于一切需要增高水压、恒定流量的给水系统。另外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40％。结合使用可编程序控制器，可实现循环变频，电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。    1 系统设计    （1）原理    系统采用2～3台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号，经模拟量输入模块输入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电

3、压和频率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时，PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若2台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将最先工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述2个

4、信号仍存在时，PLC再停掉第2台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。    所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不固定，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了维护费用。    （2）系统硬件    系统选用了西门子公司的S7-200（CPU224XPCN）PLC，主要检测元件有水位

5、检测、执行继电器状态等，共计14个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等，共10个输出点。模拟量检测有压力检测、变频器运行频率检测和压力比对检测，共2个输入、1个输出量。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。水泵分别由变频器软起动，旁路工频运行，进行恒压控制，变频器的起动、停止分为使用触摸屏或文本显示器等设备软控制和PLC自动控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关，PLC对该开关的状态实时检测，当选择手动功能时，PLC只进行检测报警，由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的工频起、停。当选择自动功能时

6、，所有控制、报警均由PLC完成。系统原理图如图1所示。    2系统软件    为方便调试和编程，系统控制器采用模块化编程，主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块组成。    （1）手动运行模块    当系统处于手动运行时，PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号，并由此判断各工作水泵的运行状态，在出现故障的情况下，输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过面板上的按钮和开关来实现。    （2）自动运行模块    自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。自动运行模块流

7、程图如图2所示。其中：数据采集子程序完成对主水管压力的数据采集。    控制量运算子程序完成变频器控制量的计算和控制量的输出，其中控制量的计算按PID控制规律进行。    电机控制子程序完成对3台水泵的运行和停止控制。由于变频器的输出频率与水泵的运转速度直接相关，用水量大时，变频器输出频率升高，水泵的运转速度大；用水量小时，频率降低，水泵的运转速度小。因此程序根据变频器的输出频率的大小就可以判断和控制水泵的工作状态。当频率上升到50Hz（即水泵全速运转）时仍不能满足供水需要时，则PLC自动将第一台泵切换到工频运行；第2台泵由变频器供电投入运行，如果第2台

8、泵电机达到满转速时仍不能满足供水要求，则PLC自动将第2台泵切换到工频运行，第3