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1、摘 要本论文根据中国城市小区的供水要求，设计了一套基于PLC的变频调速恒压供水设备。变频恒压供水设备是一种新型的节能供水设备。变频恒压供水设备系运用当今最先进的微电脑控制技术，将变频调速器与电机水泵组合而成的机电一体化高科技节能供水装置。变频恒压供水设备以水泵出水端水压（或用户用水流量）为设定参数，通过微机自动控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速，实现用户管网水压的闭环调节，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率提高，水泵转速加快；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢。这样就保证了整个用户管网随时都有充足的水压（与用户设定的压力一致）和水量（随用户的用水情况变化而变化）。
2、关键词：变频调调速；恒压供水；PLCAbstracctAccordiing too the requiiremennts off the Chineese urrban ccommunnity wwater supplly, thhis paaper ddesignned a set oof freequenccy connversiion veelocitty moddulatiion coonstannt preessuree wateer suppply eequipmment bbased on PLLC. Vaariablle freequenccy connstantt press
3、sure waterr suppply eqquipmeent iss a neew typpe of energgy-savving wwater supplly equuipmennt. Vaariablle freequenccy connstantt presssure waterr suppply eqquipmeent iss usinng toddays most advannced mmicroccomputter coontroll techhnologgy, wiill bee a coombinaation of frrequenncy coonvertter annd
4、mottor puump meechaniical aand ellectriical iintegrrationn of hhigh-ttech eenergyy-saviing waater ssupplyy deviice. VVariabble frrequenncy coonstannt preessuree wateer suppply eequipmment tto pummp thee wateer sidde preessuree (or user) wateer floow to set pparameeters, throough tthe miicrocoomputee
5、r auttomatiic conntrol inverrter ooutputt freqquencyy to aadjustt the speedd of wwater pump motorr, reaalize user pipe netwoork prressurre cloosed-lloop aadjusttment, autoomaticc wateer suppply ssystemm, steeady tto sett presssure valuee: thee wateer connsumpttion iincreaases, the ffrequeency iincre
6、aase, tthe waater ppump sspeed accellerateed; Waater ccut, tthe frrequenncy iss reduuced, the ppump sspeed slow. So aas to ensurre thee userrs neetworkk at aany tiime suufficiient wwater presssure (consiistentt withh the user settiing prressurre) annd watter (cchangees oveer thee userrs waater ssitu
7、attion).Key worrds: Frequeency ccontrool of motorr speeed; Coonstannt preessuree wateer suppply; PLC目 录1 绪 论111.1 课题的的提出11.1.1 几几种供水系统统的比较11.2 变频器器恒压供水产产生的背景和和意义21.3 变频恒恒压供水系统统的国内外研研究现状31.3.1 变变频恒压供水水系统的国内内外研究与现现状31.3.2 变变频调速技术术的国内外发发展与现状41.4 本课题题的主要研究究内容42 变频恒压供供水系统的理理论及控制62.1 变频恒恒压供水系统统的理论分析析62.1.
8、1 电电动机的调速速原理62.1.2 变变频恒压供水水系统的节能能原理72.2 变频恒恒压供水系统统控制方案的的确定92.2.1 变变频恒压供水水系统控制方方案的比较92.2.2 变变频恒压供水水方案的确定定103 变频恒压压供水系统的的基本工作过过程113.1 变频恒恒压供水系统统控制原理的的组成和说明明113.2 变频恒恒压供水系统统的控制流程程133.3 水泵切切换条件分析析134 恒压供水系系统单元电路路的设计154.1系统硬件件的结构154.2 变频器器的选择164.2.1 变变频器的基本本结构与分类类164.2.2 变变频器的控制制方式174.2.3 变变频器的控制制方式比较184
9、.2.4 变变频器的参数数184.3 交流接接触器的选择择194.3.1 交交流接触器的的结构和工作作原理204.4 低压断断路器的选择择204.4.1 低低压断路器的的分类214.4.2 低低压断路器的的工作原理及及选择214.5 熔断器器的选择214.6 热继电电器的选择224.7 PLCC的选择234.7.1 可可编程控制器器的定义234.7.2 PPLC的选型型要求234.7.3 PPLC的工作作原理274.7.4 PPLC的选型型284.7.5 欧欧姆龙CP11H的特点284.7.6 CCP1H的功功能简介294.7.7 PPLC的I/O端口分分配及外围接接线304.7.8 模模拟量
10、模块的的选择与说明明304.8 压力变变送器的选择择314.9 液压变变送器314.10 变频频恒压供水系系统的主电路路324.10.1 系统主电路路结构324.11 系统统控制电路分分析及其设计计335 控制系统的的软件设计366 结 论338致 谢39参考文献400附录A：输入输输出点I/OO口分配表41附录B： PLLC及扩展模模块外围接线线图42附录C： 系统统和主电路及及其控制电路图43VI1 绪 论1.1 课题的的提出水和电是人类生生活、生产中中不可缺少的的重要物质，在在节水节能已已成为时代特特征的现实条条件下，我们们这个水资源源和电能源短短缺的国家，长长期以来在市市政供水、高高层
11、建筑供水水、工业生产产循环供水等等方面技术一一直比较落后后，自动化程程度较低，而而随着我国社社会经济的发发展，人们生生活水平的不不断提高，以以及住房制度度改革的不断断深入，城市市中各类小区区建设发展十十分迅速，同同时也对小区区的基础设施施建设提出了了更高的要求求。小区供水水系统的建设设是其中的一一个重要方面面，供水的可可靠性、稳定定性、经济性性直接影响到到小区住户的的正常工作和和生活，也直直接体现了小小区物业管理理水平的高低低。1.1.1 几几种供水系统统的比较传统的小区供水水方式有：恒恒速泵加压供供水、气压罐罐供水、水塔塔高位水箱供供水、液力耦耦合器和电池池滑差离合器器调速的供水水方式、单片
12、片机变频调速速供水系统等等方式，其优优、缺点如下下：1恒速泵加压压供水方式无无法对供水管管网的压力做做出及时的反反应，水泵的的增减都依赖赖人工进行手手工操作，自自动化程度低低，而且为保保证供水，机机组常处于满满负荷运行，不不但效率低、耗耗电量大，而而且在用水量量较少时，管管网长期处于于超压运行状状态，爆损现现象严重，电电机硬起动易易产生水锤效效应，破坏性性大，目前较较少采用。2气压罐供水水具有体积小小、技术简单单、不受高度度限制等特点点，但此方式式调节量小、水水泵电机为硬硬起动且起动动频繁，对电电器设备要求求较高、系统统维护工作量量大，而且为为减少水泵起起动次数，停停泵压力往往往比较高，致致使
13、水泵在低低效段工作，而而出水压力无无谓的增高，也也使浪费加大大，从而限制制了其发展。3水塔高位水水箱供水具有有控制方式简简单、运行经经济合理、短短时间维或停停电可不停水水等优点，但但存在基建投投资大，占地地面积大，维维护不方便，水水泵电机为硬硬起动，启动动电流大等缺点，频频繁起动易损损坏联轴器，目目前主要应用用于高层建筑筑。4液力耦合器器和电池滑差差离合器调速速的供水方式式易漏油，发发热需冷却，效效率低，改造造麻烦，只能能是一对一驱驱动，需经常常检修；优点点是价格低廉廉，结构简单单明了，维修修方便。5单片机变频频调速供水系系统也能做到到变频调速，自自动化程度要要优于上面44种供水方式式，但是系
14、统统开发周期比比较长，对操操作员的素质质要求比较高高，可靠性比比较低，维修修不方便，且且不适用于恶恶劣的工业环环境。综上所述，传统统的供水方式式普遍不同程程度的存在浪浪费水力、电电力资源；效效率低；可靠靠性差；自动动化程度不高高等缺点，严严重影响了居居民的用水和和工业系统中中的用水。目目前的供水方方式朝向高效效节能、自动动可靠的方向向发展，变频频调速技术以以其显着的节节能效果和稳稳定可靠的控控制方式，在在风机、水泵泵、空气压缩缩机、制冷压压缩机等高能能耗设备上广广泛应用，特特别是在城乡乡工业用水的的各级加压系系统，居民生生活用水的恒恒压供水系统统中，变频调调速水泵节能能效果尤为突突出，其优越越
15、性表现在：一是节能显显著；二是在在开、停机时时能减小电流流对电网的冲冲击以及供水水水压对管网网系统的冲击击；三是能减减小水泵、电电机自身的机机械冲击损耗耗。基于PLC和变变频技术的恒恒压供水系统统集变频技术术、电气技术术、现代控制制技术于一体体。采用该系系统进行供水水可以提高供供水系统的稳稳定性和可靠靠性，同时系系统具有良好好的节能性，这这在能源日益益紧缺的今天天尤为重要，所所以研究设计计该系统，对对于提高企业业效率以及人人民的生活水水平、降低能能耗等方面具具有重要的现现实意义。1.2 变频器器恒压供水产产生的背景和和意义泵站担负着工农农业和生活用用水的重要任任务，运行中中需要大量消消耗能量，
16、提提高泵站效率率；降低能耗耗，对国民经经济有重大意意义。我过泵泵站的特点是是数量大、范范围广、类型型多、发展速速度快，在工工程规模上也也有一定水平平，但由于设设计中忽视动动能经济观点点以及机电产产品类型和质质量上存在的的一些问题等等原因，至使使在技术水平平、工程标准准以及经济效效益指标等方方面与国外先先进水平相比比，还有一定定的差距。目目前，大量的的动能消耗在在水泵、风机机负载上，城城乡居民用水水设备所消耗耗的电量在这这类负载中占占了相当大的的比例。因此此，研究提水水系统的能量量模型，找出出能够节能的的控制策略方方法是目前较较为重要的一一件事。以变频器为核心心结合PLCC组成的控制制系统具有高
17、高可靠性、强强抗干扰能力力、组合灵活活、编程简单单、维修方便便和低成本等等诸多特点，变变频恒压供水水系统集变频频技术、电气气技术、防雷雷避雷技术、现现代控制、远远程监控技术术与一体。采采用该系统进进行供水可以以提高供水系系统的稳定性性和可靠性，方方便的实现供供水系统的集集中管理与监监控；同时系系统具有良好好节能性，这这在能量日益益紧缺的今天天尤为重要，所所以研究设计计该系统，对对于提高企业业效率以及人人民的生活水水平、降低能能耗等方面具具有重要的现现实意义。1.3 变频恒恒压供水系统统的国内外研研究现状变频恒压供水是是在变频调速速技术的发展展之后逐渐发发展起来的。在在早期，由于于国外生产的的变
18、频器的功功能主要限定定在频率控制制、升降速控控制、正反转转控制、起动动控制以及制制动控制、压压频比控制以以及各种保护护功能。应用用在变频恒压压供水系统中中，变频器仅仅作为执行机机构，为了满满足供水量大大小需求不同同时，保证管管网压力恒定定，需在变频频器外部提供供压力控制器器和压力变送送器，对压力力进行闭环控控制。1.3.1 变变频恒压供水水系统的国内内外研究与现现状随着变频技术的的发展和变频频恒压供水系系统的稳定性性、可靠性以以及自动化程程度高等方面面的优点以及及显著的节能能效果被大家家发现和认可可后，国外许许多生产变频频器的厂家开开始重视并推推出具有恒压压供水功能的的变频器，像像日本Samm
19、co公司，就就推出了恒压压供水基板，备备有“变频泵固定定方式”、“变频泵循环环方式”两种模式它它将PID调节器器和PLC可编程程控制器等硬硬件集成在变变频器控制基基板上，通过过设置指令代代码实现PLLC和PID等电控控系统的功能能，只要搭载载配套的恒压压供水单元，便便可直接控制制多个内置的的电磁接触器器工作，可构构成最多7台电机（泵泵）的供水系系统。这类设设备虽微化了了电路结构，降降低了设备成成本，但其输输出接口的扩扩展功能缺乏乏灵活性，系系统的动态性性能和稳定性性不高，与别别的监控系统统（如BA系统）和和组态软件难难以实现数据据通信，并且且限制了带负负载的容量，因因此在实际使使用时其范围围将
20、会受到限限制。目前国国内有不少公公司在做变频频恒压供水的的工程，大多多采用国外的的变频器控制制水泵的转速速，水管管网网压力的闭环环调节及多台台水泵的循环环控制，有的的采用可编程程控制器（PPLC）及相相应的软件予予以实现；有有的采用单片片机及相应的的软件予以实实现。但在系系统的动态性性能、稳定性性能、抗扰性性能以及开放放性等多方面面的综合技术术指标来说，还还远远没能达达到所有用户户的要求。原原深圳华为电电气公司和成成都希望集团团也推出了恒恒压供水专用用变频器（5.5kww22kww），无需外接接PLC和PID调节器器，可完成最最多4台水泵的循循环切换、定定时起、停和和定时循环。该该变频器将压压
21、力闭环调节节与循环逻辑辑控制功能集集成在变频器器内部实现，但但其输出接口口限制了带负负载容量，同同时操作不方方便且不具有有数据通信功功能，因此只只适用于小容容量，控制要要求不高的供供水场所。可可以看出，目目前在国内外外变频调速恒恒压供水控制制系统的研究究设计中，对对于能适应不不同的用水场场合，结合现现代控制技术术、网络和通通讯技术同时时兼顾系统的的电磁兼容性性的变频恒压供供水系统的水水压闭环控制制研究得不够够。因此，有有待于进一步步研究改善变变频恒压供水水系统的性能能，使其能被被更好的应用用于生活、生生产实践。1.3.2 变变频调速技术术的国内外发发展与现状变频器的快速发发展得益于电电力电子技
22、术术、计算机技技术和自动控控制技术及电电机控制理论论的发展。11964年，最最先提出把通通信技术中的的脉宽调制PPWM技术应应用到交流传传动中的是德德国人。200世纪80年代初初，日本学者者提出了基于于磁通轨迹的的磁通轨迹控控制方法。从从20世纪80年代后半半期开始，美美、日、德、英英等发达国家家的基于VVVVF技术的的通用变频器器已商品化并并广泛应用。在在我国，600%的发电量量是通过电动动机消耗掉的的，因此如何何利用电机调调速技术进行行电机运行方方式的改造以以节约电能，一一直受到国家家和业界人士士的重视。现现在，我国约约有200家左右右的公司、工工厂和研究所所从事变频调调速技术的工工作，但
23、自行行开发生产的的变频调速产产品和国际市市场上的同类类产品相比，还还有比较大的的技术差距。随随着改革开放放和经济的高高速发展，我我国采取要么么直接从发达达国家进口现现成的变频调调速设备，要要么内外结合合，即在自行行设计制造的的成套装置中中采用外国进进口或合资企企业的先进变变频调速设备备，然后自己己开发应用软软件的办法，很很好地为国内内重大工程项项目提供了电电气传动控制制系统的解决决办法，适应应了社会的需需要。总之，虽虽然国内变频频调速技术取取得了较好的的成绩，但是是总体上来说说国内自行开开发、生产相相关设备的能能力还比较弱弱，对国外公公司的依赖还还很严重。1.4 本课题题的主要研究究内容本设计
24、是以小区区供水系统为为控制对象，采采用PLC和变频频技术相结合合技术，设计计一套城市小小区恒压供水水系统，并引引用计算机对对供水系统进进行远程监控控和管理保证证整个系统运运行可靠，安安全节能，获获得最佳的运运行工况。PLC控制变频频恒压供水系系统主要有变变频器、可编编程控制器、压压力变送器和和现场的水泵泵机组一起组组成一个完整整的闭环调节节系统，本设设计中有3个贮水池，33台水泵，采采用部分流量量调节方法，即即3台水泵中只只有1台水泵在变变频器控制下下作变速运行行，其余水泵泵做恒速运行行。PLC根据据管网压力自自动控制各个个水泵之间切切换，并根据据压力检测值值和给定值之之间偏差进行行PID运算
25、，输出给给变频器控制制其输出频率率，调节流量量，使供水管管网压力恒定定。各水泵切切换遵循先起起先停、先停停先起原则。根据以上控制要要求，进行系系统总体控制制方案设计。硬硬件设备选型型、PLC选型，估估算所需I/O点数，进进行I/O模块选选型，绘制系系统硬件连接接图：包括系系统硬件配置置图、I/OO连接图，分分配I/O点数，列列出I/O分配表表，熟练使用用相关软件。2 变频恒压供供水系统的理理论及控制2.1 变频恒恒压供水系统统的理论分析析2.1.1 电电动机的调速速原理水泵电机多采用用三相异步电电动机，而其其转速公式为为： (2.1)式中：f表示电电源频率，pp表示电动机机极对数，ss表示转差
26、率率。从上式可知，三三相异步电动动机的调速方方法有：1改变电源频频率；2改变电机极极对数；3改变转差率率。改变电机极对数数调速的调控控方式控制简简单，投资省省，节能效果果显著，效率率高，但需要要专门的变极极电机，是有有级调速，而而且级差比较较大，即变速速时转速变化化较大，转矩矩也变化大，因因此只适用于于特定转速的的生产机器。改改变转差率调调速为了保证证其较大的调调速范围一般般采用串级调调速的方式，其其最大优点是是它可以回收收转差功率，节节能效果好，且且调速性能也也好，但由于于线路过于复复杂，增加了了中间环节的的电能损耗，且且成本高而影影响它的推广广价值。下面面重点分析改改变电源频率率调速的方法
27、法及特点。根据公式可知，当当转差率变化化不大时，异异步电动机的的转速n基本上与电电源频率f成正比。连连续调节电源源频率，就可可以平滑地改改变电动机的的转速。但是是，单一地调调节电源频率率，将导致电电机运行性能能恶化。随着着电力电子技技术的发展，已已出现了各种种性能良好、工工作可靠的变变频调速电源源装置，它们们促进了变频频调速的广泛泛应用。2.1.2 变变频恒压供水水系统的节能能原理供水系统的扬程程特性是以供供水系统管路路中的阀门开开度不变为前前提，表明水水泵在某一转转速下扬程HH与流量Q之间的关系系曲线，如图图2.1所示。由由于在阀门开开度和水泵转转速都不变的的情况下，流流量的大小主主要取决于
28、用用户的用水情情况，因此，扬扬程特性所反反映的是扬程程H与用水流量量Qu间的关系H=f(Qu)。而管阻特特性是以水泵泵的转速不变变为前提，表表明阀门在某某一开度下扬扬程H与流量Q之间的关系系曲线，如图图2.1所示。管管阻特性反映映了水泵的能能量用来克服服泵系统的水水位及压力差差、液体在管管道中流动阻阻力的变化规规律。由于阀阀门开度的改改变，实际上上是改变了在在某一扬程下下，供水系统统向用户的供供水能力。因因此，管阻特特性所反映的的是扬程与供供水流量Qc之间的关系系H=f(QQc)。扬程特性性曲线和管阻阻特性曲线的的交点，称为为供水系统的的工作点，如如图2.1中A点。在这一一点，用户的的用水流量
29、QQu和供水系统统的供水流量量Qc处于平衡状状态，供水系系统既满足了了扬程特性，也也符合了管阻阻特性，系统统稳定运行。图2.1 恒压压供水系统的的基本特征变频恒压供水系系统的供水部部分主要由水水泵、电动机机、管道和阀阀门等构成。通通常由异步电电动机驱动水水泵旋转来供供水，并且把把电机和水泵泵做成一体，通通过变频器调调节异步电机机的转速，从从而改变水泵泵的出水流量量而实现恒压压供水的。因因此，供水系系统变频的实实质是异步电电动机的变频频调速。异步步电动机的变变频调速是通通过改变定子子供电频率来来改变同步转转速而实现调调速的。在供水系统中，通通常以流量为为控制目的，常常用的控制方方法为阀门控控制法
30、和转速速控制法。阀阀门控制法是是通过调节阀阀门开度来调调节流量，水水泵电机转速速保持不变。其其实质是通过过改变水路中中的阻力大小小来改变流量量，因此，管管阻将随阀门门开度的改变变而改变，但但扬程特性不不变。由于实实际用水中，需需水量是变化化的，若阀门门开度在一段段时间内保持持不变，必然然要造成超压压或欠压现象象的出现。转转速控制法是是通过改变水水泵电机的转转速来调节流流量，而阀门门开度保持不不变，是通过过改变水的动动能改变流量量。因此，扬扬程特性将随随水泵转速的的改变而改变变，但管阻特特性不变。变变频调速供水水方式属于转转速控制。其其工作原理是是根据用户用用水量的变化化自动地调整整水泵电机的的
31、转速，使管管网压力始终终保持恒定，当当用水量增大大时电机加速速，用水量减减小时电机减减速。由流体力学可知知，水泵给管管网供水时，水水泵的输出功功率P与管网的水水压H及出水流量量Q的乘积成正正比；水泵的的转速n与出水流量量Q成正比；管管网的水压HH与出水流量量Q的平方成正正比。由上述述关系有，水水泵的输出功功率P与转速n三次方成正正比， （2.2） （2.3） （2.44） （22.5）式中k、k1、k2、k3为比例常数数。图2.2 管网网及水泵的运运行特性曲线线当用阀门控制时时，若供水量量高峰水泵工工作在E点，流量为为Q1，扬程为H0，当供水量量从Q1减小到Q2时，必须关关小阀门，这这时阀门的
32、摩摩擦阻力变大大，阻力曲线线从b3移到b1，扬程特特性曲线不变变。而扬程则则从H0上升到H1，运行工况况点从E点移到F点，此时水水泵的输出功功率正比于HH1Q2。当用调速速控制时，若若采用恒压(H0)，变速泵(nn2)供水，管管阻特性曲线线为b2，扬程特特性变为曲线线n2，工作点点从E点移到D点。此时水水泵输出功率率正比于H0Q2，由于H1H0，所以当用用阀门控制流流量时，有正正比于(H1H0)Q2的功率被浪浪费掉，并且且随着阀门的的不断关小，阀阀门的摩擦阻阻力不断变大大，管阻特性性曲线上移，运运行工况点也也随之上移，于于是H1增大，而被被浪费的功率率要随之增加加。所以调速速控制方式要要比阀门
33、控制制方式供水功功率要小得多多，节能效果果显著。2.2 变频恒恒压供水系统统控制方案的的确定2.2.1 变变频恒压供水水系统控制方方案的比较恒压变频供水系系统主要有压压力变送器、变变频器、恒压压控制单元、水水泵机组以及及低压电器组组成。系统主主要的任务是是利用恒压控控制单元使变变频器控制一一台水泵或循循环控制多台台水泵，实现现管网水压的的恒定和水泵泵电机的软起起动以及变频频水泵与工频频水泵的切换换，同时还要要能对运行数数据进行传输输和监控。根根据系统的设设计任务要求求，有以下几几种方案可供供选择：1由供水基板板的变频器、水水泵机组和压压力变送器组组成；2由通用变频频器、单片机机（包括变频频控制
34、、调节节器控制）和和压力变送器器组成；3由通用变频频器、PLCC（包括变频频控制、PID调节器器控制）和压压力变送器组组成。三种方案的特点点比较如下：(1) 由供水水基板的变频频器、水泵机机组和压力变变送器组成。这种控制系统结结构简单，它它将PID调节器器和PLC可编程程控制器等硬硬件集成在变变频器供水基基板上，通过过设置指令代代码实现PLLC和PID等电控控系统的功能能。它虽然微微化了电路结结构，降低了了设备成本，但但在压力设定定和压力反馈馈值的显示方方面比较麻烦烦，无法自动动实现不同时时段的不同恒恒压要求，在在调试时，PPID调节参参数寻优困难难，调节范围围小，系统的的稳态、动态态性能不易
35、保保证。其输出出接口的扩展展功能缺乏灵灵活性，数据据通信困难，并并且限制了带带负载的容量量，因此仅适适用于要求不不高的小容量量场合。（2） 由通用用变频器、单单片机（包括括变频控制、调调节器控制）和和压力变送器器组成。这种方式控制精精度高、控制制算法灵活、参参数调整方便便，具有较高高的性价比，但但开发周期长长，程序一旦旦固化，修改改较为麻烦，因因此现场调试试的灵活性差差，同时变频频器在运行时时，将产生干干扰，变频器器的功率越大大，产生的干干扰越大，所所以必须采取取相应的抗干干扰措施来保保证系统的可可靠性。该系系统适用于某某一特定领域域的小容量的的变频恒压供供水中。（3） 由通用用变频器、PPL
36、C和压力力变送器组成成。这种控制方式灵灵活方便，通通用性强。由由于PLC产品的的系列化和模模块化，用户户可灵活组成成各种规模和和要求不同控控制系统。在在硬件设计上上，只需确定定PLC的硬件件配置和I/O的外部接接线，当控制制要求发生改改变时，可以以方便地通过过控制PLCC程序，所以以现场调试方方便。同时由由于PLC的抗干干扰能力强、可可靠性高，因因此系统的可可靠性大大提提高。该系统统能适用于各各类不同要求求的恒压供水水场合，并且且与供水机组组的容量大小小无关。2.2.2 变变频恒压供水水方案的确定定在这三种方案中中：供水基板的的变频器、水水泵机组和压压力变送器组组成；通用变频器器、单片机（包包
37、括变频控制制、调节器控控制）和压力力变送器组成成；通用变频器器、PLC（包包括变频控制制、PID调节器器控制）和压压力变送器组组成。通过比比较和分析，可可以看出第三三种控制方案案更适合于本本系统。这种种控制方案既既有扩展功能能灵活方便、便便于数据传输输的优点，又又能达到系统统稳定性及控控制精度的要要求。3 变频恒压供供水系统的基基本工作过程程PLC控制变频频恒压供水系系统主要有变变频器、可编编程控制器、压压力变送器和和现场的水泵泵机组一起组组成一个完整整的闭环调节节系统，该系系统的控制原原理图如图11.1所示：图1.1 变频频恒压供水系系统控制原理理图从图中可看出，系系统可分为：执行机构、信信
38、号检测机构构、控制机构构三大部分。3.1 变频恒恒压供水系统统控制原理的的组成和说明明1执行机构：执行机构是是由一组水泵泵组成，它们们用于将水供供入用户管网网，其中由一一台变频泵和和两台工频泵泵构成，变频频泵是由变频频调速器控制制、可以进行行变频调整的的水泵，用以以根据用水量量的变化改变变电机的转速速，以维持管管网的水压恒恒定；工频泵泵只运行于启启、停两种工工作状态，用用以在用水量量很大（变频频泵达到工频频运行状态都都无法满足用用水要求时）的的情况下投入入工作。2信号检测机机构：在系统统控制过程中中，需要检测测的信号包括括管网水压信信号、水池水水位信号和报报警信号。管管网水压信号号反映的是用用
39、户管网的水水压值，它是是恒压供水控控制的主要反反馈信号。此此信号是模拟拟信号，读入入PLC时，需需进行A/DD转换。另外外为加强系统统的可靠性，还还需对供水的的上限压力和和下限压力用用电接点压力力表进行检测测，检测结果果可以送给PPLC，作为数字量量输入；水池池水位信号反反映水泵的进进水水源是否否充足。信号号有效时，控控制系统要对对系统实施保保护控制，以以防止水泵空空抽而损坏电电机和水泵。此此信号来自安安装于水池中中的液位传感感器；报警信信号反映系统统是否正常运运行，水泵电电机是否过载载、变频器是是否有异常，该该信号为开关关量信号。3控制机构：供水控制系系统一般安装装在供水控制制柜中，包括括供
40、水控制器器(PLC系统)、变频器和和电控设备三三个部分。供供水控制器是是整个变频恒恒压供水控制制系统的核心心。供水控制制器直接对系系统中的压力力、液位、报报警信号进行行采集，对来来自人机接口口和通讯接口口的数据信息息进行分析、实实施控制算法法，得出对执执行机构的控控制方案，通通过变频调速速器和接触器器对执行机构构(即水泵机机组)进行控控制；变频器器是对水泵进进行转速控制制的单元，其其跟踪供水控控制器送来的的控制信号改改变调速泵的的运行频率，完完成对调速泵泵的转速控制制。根据水泵机组中中水泵被变频频器拖动的情情况不同，变变频器有两种种工作方式即即变频循环式式和变频固定定式，变频循循环式即变频频器
41、拖动某一一台水泵作为为调速泵，当当这台水泵运运行在50HHz时，其供供水量仍不能能达到用水要要求，需要增增加水泵机组组时，系统先先将变频器从从该水泵电机机中脱出，将将该泵切换为为工频的同时时用变频去拖拖动另一台水水泵电机；变变频固定式是是变频器拖动动某一台水泵泵作为调速泵泵，当这台水水泵运行在550Hz时，其其供水量仍不不能达到用水水要求，需要要增加水泵机机组时，系统统直接启动另另一台恒速水水泵，变频器器不做切换，变变频器固定拖拖动的水泵在在系统运行前前可以选择，本本设计中采用用前者。作为一个控制系系统，报警是是必不可少的的重要组成部部分。由于本本系统能适用用于不同的供供水领域，所所以为了保证
42、证系统安全、可可靠、平稳的的运行，防止止因电机过载载、变频器报报警、电网过过大波动、供供水水源中断断造成故障，因因此系统必须须要对各种报报警量进行监监测，由PLLC判断报警警类别，进行行显示和保护护动作控制，以以免造成不必必要的损失。恒压供水系统通通过安装在用用户供水管道道上的压力变变送器实时地地测量参考点点的水压，检检测管网出水水压力，并将将其转换为4420mAA的电信号，此此检测信号是是实现恒压供供水的关键参参数。由于电电信号为模拟拟量，故必须须通过PLCC的A/D转换模模块才能读入入并与设定值值进行比较，将将比较后的偏偏差值进行PPID运算，再再将运算后的的数字信号通通过D/A转换模模块
43、转换成模模拟信号作为为变频器的输输入信号，控控制变频器的的输出频率，从从而控制电动动机的转速，进进而控制水泵泵的供水流量量，最终使用用户供水管道道上的压力恒恒定，实现变变频恒压供水水。3.2 变频恒恒压供水系统统的控制流程程变频恒压供水系系统控制流程程如下：1系统通电，按按照接收到有有效的自控系系统启动信号号后，首先启启动变频器拖拖动变频泵MM1工作，根据据压力变送器器测得的用户户管网实际压压力和设定压压力的偏差调调节变频器的的输出频率，控控制Ml的转速，当当输出压力达达到设定值，其其供水量与用用水量相平衡衡时，转速才才稳定到某一一定值，这期期间Ml工作在调速速运行状态。2当用水量增增加水压减
44、小小时，压力变变送器反馈的的水压信号减减小，偏差变变大，PLCC的输出信号号变大，变频频器的输出频频率变大，所所以水泵的转转速增大，供供水量增大，最最终水泵的转转速达到另一一个新的稳定定值。反之，当当用水量减少少水压增加时时，通过压力力闭环，减小小水泵的转速速到另一个新新的稳定值。3当用水量继继续增加，变变频器的输出出频率达到上上限频率500Hz时，若若此时用户管管网的实际压压力还未达到到设定压力，并并且满足增加加水泵的条件件(在下节有有详细阐述)时，在变频频循环式的控控制方式下，系系统将在PLLC的控制下下自动投入水水泵M2(变速运行行)，同时变变频泵M1做工频运行行，系统恢复复对水压的闭闭
45、环调节，直直到水压达到到设定值为止止。如果用水水量继续增加加，满足增加加水泵的条件件，将继续发发生如上转换换，将另一台台工频泵M3投入运行，变变频器输出频频率达到上限限频率50HHz时，压力力仍未达到设设定值时，控控制系统就会会发出水压超超限报警。4当用水量下下降水压升高高，变频器的的输出频率降降至下限频率率，用户管网网的实际水压压仍高于设定定压力值，并并且满足减少少水泵的条件件时，系统将将工频泵M2关掉，恢复复对水压的闭闭环调节，使使压力重新达达到设定值。当当用水量继续续下降，并且且满足减少水水泵的条件时时，将继续发发生如上转换换，将另一台台工频泵M1关掉。3.3 水泵切切换条件分析析在上述
46、的系统工工作流程中，我我们提到当变变频泵己运行行在上限频率率，此时管网网的实际压力力仍低于设定定压力，此时时需要增加水水泵来满足供供水要求，达达到恒压的目目的；当变频频泵和工频泵泵都在运行且且变频泵己运运行在下限频频率，此时管管网的实际压压力仍高于设设定压力，此此时需要减少少工频泵来减减少供水流量量，达到恒压压的目的。在系统工作时既既要使机组不不过于频繁的的切换，又要要保证系统提提供稳定可靠靠的供水压力力，应考虑电电网的限制以以及变频器和和电机工作频频率的限制，50Hz成为频率调节的上限频率；另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是0Hz。其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不可能降到
47、0Hz。因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降。这个频率在实际应用中就是电机运行的下限频率。这个频率远大于0Hz，具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20Hz左右。所以选择50Hz和20Hz作为水泵机组切换的上下限频率。当输出频率达到到上限频率时时，实际供水水压力在设定定压力上下波波动。若出现现PsPf时就进行机机组切换，很很可能由于新新增加了一台台机组运行，供供水压力一下下就超过了设设定压力。在在极端的情况况下，运行机机组增加后，实实际供水压力力超过设定供供水压力，而而新增加的机机组在变频器器的下限频率率运行，此时时又满足了机机组切换的停停机条件，需需要将一个在在工频状态下下运行的机组组停掉。如果果用水状况不不变，供水泵泵站中的所有有能够自动投投切的机组将将一直这样投投入切出再投入再切出地循循环下去，这这增加了机组组切换的次数数，使系统一一直处于不稳