发布时间 : 星期六 文章基于PLC居民社区恒压供水变频控制系统设计更新完毕开始阅读
果普遍会节约电能40％～60％，节水15％～30％。
变频调速器正如其名一样，调速特性好是它的显著特点，不同的变频器调速范围都不一样，但是普遍都具有调速范围广的优点，并且从调整曲线上来看，其调整特性曲线平滑，测试时无论是快调还是慢调曲线都非常平稳。由于变频器是由整流、滤波等电子元件构成，因此体积小、维护简单。尤其将它应用于大容量负载时，可以获得极大的节能效果。
在供水行业应用变频调速设备是一次质的飞跃。应用变频设备使恒压、恒水位供水调速系统实现水泵电机无级调速，不用分档位的任意调速。依据现实生活用水系统中用水的变化来自动调节水位控制系统的运行参数，目的是在用水量随着不同时段发生变化时保持水压和水位恒定以满足客户用水要求。相信随着科技的发展，变频器可以有更精彩的功能被挖掘出来。变频器供水控制不仅设备投资少，运行成本低，并且系统稳定性能够保证，自动化水平也高，相继也会带来节能、环保等优点。由于恒压供水调速系统的这些优越性，必然会引起国内各供水厂家的高度重视，并不断地开发创新，努力使该产品向着高可靠性、全数字化控制、智能化方向发展。变频调速特点简述如下表： 表3-1 变频调速特点 1 采用多重化PWM方式控制 2 功率因数高，输入谐波小
3 模块化设计，结构紧凑，可更换能力强 4 直接高压输出，无需输出变压器
5 极低的dv/dt输出，杂波较低，不须过多滤波 6 采用光纤技术，提高了产品的抗干扰能力和可靠性
7 功率单元采用自动旁路，实现故障不停机待修理自保持功能
本文设计恒压供水调速系统可以实现水泵电机无级调速，跟据用水量的变化来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。 3.2.2 变频器中常用的控制方式 1）非智能控制方式
在交流变频器中使用的非智能控制方式有U/f控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 2）智能控制方式
主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。 3.23 ABB产品信息
ACS400算得上是当今市场上体积最小的变频器之一。其结构设计特别的有创意，充分地考虑到现场安装的便利以及有效的使用面积。在材质上，它大量地使用铸铝件和塑料件，保证了足够的加工强度。在2.2-37KW的功率范围内，节约能源，控制准确,安全可靠,,ACS400预置了九种应用宏.主电源：230—500V，50/60HZ；控制电源：115—230V。
它采用全新的设计，随着时代电子的进步让这款变频器应用最新的半导体技术，较之前的一系列产品增加了更多的可靠性。产品在软件结构设计上采用新颖的想法，站在使用者的角度让调试过程变得简单。体积特别小巧，极大的为用户节省了空间。其内部还包含磁场电抗器和熔断器。这款产品由于使用了IGBT技术应用在磁场单元中，所以没有必要再根据供电电压选用磁场变压器。最后还要补充的是ACS400拥有多种调试工具，使用时在调试向导下进行参数设定，加上全部的自优化调试过程，ACS400常常以15分钟作为产品典型的调试时间。ACS400结构图如图3-2所示。
图3-2 ACS结构图
3.3 PLC电路设计 3.3.1 PLC介绍及特点
可编程控制器是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC自发明问世以来，随着技术的不断成熟，被越来越多的人所熟知，发展至今，已经成为各工业领域和实验室等各个场所必不可少的控制装置。在60年代末美国最早出现了可编程逻辑控制器，其提出目的是为了代替继电器。但是在70年代以后随着微处理器的问世，并被用于构建PLC领域作为其中央处理器，PLC的能力得到了极大的增强，并增加了运算、数据传输和处理等能力。PLC克服了继电接触控制系统中的接线复杂，可靠性不高，能耗严重，性差的缺点。今日的工业控制领域许多都离不开PLC的控制，因为其性能的优异性，已经发展为工业自动化的三大支柱之一。PLC作为工业专用控制计算机，有着许多优点：
①可靠性强，运行稳定，有良好的抗干扰能力。 ②编程简易直观。 ③适应性强，通用性强。 ④功能完善，接口功能强。 ⑤硬件配置方便，维修方便。 3.3.2 可编程控制器的控制策略
本系统的基本控制策略要求:采用电动机变频调速装置与PLC构成控制系统。PLC内设数模、模数转换模块。PLC的I/O单元负责按扭、模拟信号和其它开关量信号的输入，以及发出信号去控制接触器、变频器等电气组件，进而控制水泵的运转及整个系统的正常运行。其中I/O单元应具有以下功能：1）获得信号具有可靠性，并对输入信号进行滤波、整形，转换成控制器可接受的电平信号2）把控制器的输出信号转换成有较强驱动能力的信号，输出电路应与控制器隔离。 另外PLC还负责各种异常情况的处理。而变频器则控制当前电机转速，使转速的变化跟随用水量的变化，进行优化控制泵组的调速运行。系统的控制目标是将泵站总管的压力稳定在设定的压力值上。除此之外，要控制水管中水压力的大小，除了依靠A/D和D/A两个模块之外，还需要用到内置的PID模块来切换水泵的电机，这三个模块是PLC的高级控制单元，是PLC控制的重要组成部分，也是恒压供水系统的核心。此外还需要用到PLC的逻辑、定时、和计数等基本功能对系统进行控制。
对恒压供水系统需要加入特定并且适合的A/D和D/A转换模块，可以在供水过程中得到模拟的电压量，利用A/D转换模块转换成数字量，然后PLC中的中央处理器即微处理器经过计算，再送到D/A模块进行转换，最后变成模拟量去控制被控对象。鉴于投资成本性价比和系统的安装难以程度问题，所以本系统所选择的PLC是日本欧姆龙公司的，机器型号为CPM2A-30CDR-A和模拟量控制模块CPM1A-MAD01。其性能特征如下： ? 采用高速计数器快速的跟踪测量高速加工元件。
? 采用同步脉冲控制可避免异步脉冲带来的调整时间不利的缺点。
? 可直接地与OMRON的PT相连接，为操作员机提供一个操作可视化界面。 ? 通过脉冲的输出特点可以进行多种位置控制。
? CPM2A的价值与性能几乎形成反比的趋势，性价比极高。 PLC规格介绍如下： 表3-2 PLC规格 项目 40点CPU单元
电源电压 交流电源 AC100~240V，50/60Hz 直流电源 DC24V
允许电源电压 交流电源 AC85~264V 直流电源 DC20.4V~26.4V 消耗电力 交流电源 60VA以下 直流电源 20W以下
浪涌电流 交流电源 60A以下 直流电源 20A以下
外部供电源（仅交流型号） 供电电压 24VDC 供输出容量 300mA
绝缘阻抗 20MΩ以上（DC500V）外部电源AC端子与所有端子之间 耐压 AC2300V，50/60Hz，1分钟,外部电源AC端子和所有端子之间， 漏电六：10mA以下
抗干扰性 抗干扰性：1500Vp-p:脉冲宽度：0.1~1μs;上升延1ns(通过模拟干扰） 抗振 抗振：10~57Hz;振幅0.075mm;57~150Hz,加速度9.8m/s2,在X,Y,Z
方向各80分钟（每次振动8分钟×实验次数10次=合计80分钟） 耐冲击 147m/s2,在X,Y,Z方向各3次 环境温度 使用：0℃~55℃保存：-20℃~75℃ 环境湿度 10%~90%（不结露） 气体环境 无腐蚀性气体 端子螺丝尺寸 M3
电源保持 交流电源：最小10ma直流电源：最小2ms CPU单元重量 交流形式 800g以下 直流形式 700g以下
扩展I/O单元重量 20点单元：300g以下 8点输入单元：250g以下 8点输出
单元：200g以下
模拟量I/O单元：200g以下
3.3.3 四台水泵自动控制系统
供水泵的自动控制采用的是日本欧姆龙公司的PLC,机器型号为CPM2A-30CDR-A和模拟量控制模块CPM1A-MAD02-CH。主要完成供水泵的工频、变频自动运行。其控制包括1—4号泵的工频、变频接触器、报警灯、报警器、变频器启停控制 图3-3 PLC的自动控制电路
在模拟量控制中,模拟量模块是由四路输入和一路输出组成,四路输入分别连接为P1小区供水管网压力（002CH中的低八位）、P2市供水管网压力（002CH中的高八位）、F变频器的当前频率（003CH中的低八位）,一路输出为P11（12CH中的低八位,P11=P1）。
3.3.4 I/O地址分配表如下 表3-3 I/O地址分配表如下
输入点：
序号 PLC地址 电气符号 状态 原理说明 1 0 KA1 NO 1号水泵手/自转换 2 1 KA2 NO 2号水泵手/自转换 3 2 KA3 NO 3号水泵手/自转换 4 3 KA4 NO 4号水泵手/自转换 5 4 R02·RF1 NO 1号水泵过载 6 5 R02·RF2 NO 2号水泵过载 7 6 R02·RF3 NO 3号水泵过载 8 7 R02·RF4 NO 4号水泵过载 9 8 KM2 NO 1号水泵工频运行 10 9 KM6 NO 2号水泵工频运行 11 10 BJX NO 报警消除 12 11 KAP NO 低水压报警 13 100 KM4 NO 1号水泵变频运行 14 101 KM8 NO 2号水泵变频运行 15 102 KM12 NO 3号水泵变频运行 16 103 KM16 NO 4号水泵变频运行 17 104 KM10 NO 3号水泵工频运行 18 105 KM14 NO 4号水泵工频运行 19 02CH/DL P1 小区供水管网压力 20 02CH/HL P2 市供水管网压力 21 03CH/DL F 变频器当前频率 22 03CH/HL 备用 输出点：
序号 PLC地址 电气符号 状态 原理说明 1 1000 变频器起停控制 2 1001 SWD 低水压报警指示灯 3 1002 BJD 系统故障报警指示灯 4 1003 BJQ 系统故障报警蜂鸣器 5 1004 KM1 1号水泵工频运行 6 1005 KM4 1号水泵变频运行 7 1006 KM5 2号水泵工频运行 8 1007 KM8 2号水泵变频 运行
9 1100 KM9 3号水泵工频运行 10 1101 KM12 3号水泵变频运行 11 1102 KM13 4号水泵工频运行 12 1103 KM16 4号水泵变频运行 13 12CH/DL P11 小区供水管网压力