基于PLC的变频调速恒压供水系统设计

顾秋涛 张静

【摘 要】本文设计并实现了以PLC为核心的恒压供水控制系统，压力传感器实时采集管网压力值，变换后传送到具有A/D和D/A功能的模拟量模块，经PLC应用程序的处理后将结果送入变频器的IRF端，通过变频器改变电动机工作电源的频率，从而控制电机的转速并调节水泵流量，实现管网的恒压供水。

【关键词】PLC;变频器;压力传感器;管网水压

0 前言

水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的能源，电耗往往占制水成本的60%以上，为了节能降耗，采取调节措施使泵站适应负荷变化的运行变得非常重要。将恒压供水技术应用到工业现场是近年出现的新技术。根据压力传感器测量到的管网瞬间压力变化，自动调节水泵的转速，使管网主干管出口端保持在相对恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。基于PLC的变频调速恒压供水系统实现了这些功能。

1 系统总体设计

恒压供水系统以PLC为控制核心，由压力传感器，变频器，交流接触器，继电器，电机等几部分组成，结构框图如图1所示。

图1 系统构成框图

（1）PLC 部分：PLC作为本控制系统的核心，包括PLC扩展的模拟量模块在内，通过软件方式控制电机转速随管网压力值的变化，达到动态恒压供水。本设计中PLC的输出端1001和1002分别控制交流接触器KM-1和KM-2的关断和闭合。

（2）变频器部分：PLC输出的模拟电流接在变频器的IRF端，变频器在此电流的控制下将50Hz的380V-AC电压进行变频之后施加到电机上，用以改变电机的转速。

（3）压力传感器：检测管网瞬间的压力值，并以电流或电压形式被PLC模拟量模块的A/D端采样，本设计采用的是电流形采样。PLC模拟量模块的VIN1和IIN1短接并与COM口并接在250欧姆电阻的两端。

（4）继电器与交流接触器：用于交流电压至660V，电流至95A的电路中，供远距离接通和分断电路，频繁地启动和控制交流电动机之用，并可与适当的热继电器组成电磁起动器以保护可能发生操作过负荷的电路。

2 工作原理

交流电动机的同步转速表达式为：

n=60 f（1-s）/p（1）

式中：

n———异步电动机的转速;

f———异步电动机的频率;

s———电动机转差率;

p———电动机極对数。

由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

我们利用变频器可以对输入的三相电源的频率进行改变的功能来控制电机，并调节电机的转速。

系统流程如下：首先PLC控制交流接触器KM-1和KM-2闭合，使电机1工作在工频方下，电机2工作在变频方式下，扩散硅型压力传感器将管网的水压值进行采样，采样后的电流值经过PLC模拟量模块采样之后处理。

PLC将采样到的数据从模拟量模块调入，之后判断此数据是否为变频器设定输出的最大频率对应的电流值，若为，则增加切换，即增大模拟量模块输出的电流，反之，判断是否为变频器最低频率对应的电流值，若为，则减小输出的电流。

通过增大或减小PLC模拟量模块输出到变频器的IRF端电流的大小来控制变频器输出的频率，以此来调整电机的转速。

同时，还需要对变频器的工作方式和PID进行设置。

在变频器的控制面板上可以直接设置：

1）频率上限的设定：在F12中设定上限频率80Hz

2）频率下限的设定：在F13中设定下限频率为10Hz

3）频率给定方式的设定：在F01中选择1，为外控FWD，REV控制。

3 PLC控制程序

PLC采样输入的电流越大，则为了达到动态恒压供水的目的，则输出的电流则越小，相反，采样输入的电流越小，则输出的电流越大。PLC控制程序如下：

LD    25313

OUT  10001

LD    25313

OUT  10002

LD    25315

MOV  #C203   13;模拟量模块工作模式设定

LD    25313

TIM   000  #0060;延时

LD   TIM 000

MOV  02   DM0010;读取A/D采样的压力传感器输出电流

LD   TIM 000

BCD  DM0010 DM0010

LD   TIM 000

MUL  DM0020  #X  DM0015 ;X的值在不同的系统中可以根据需要修改

LD   TIM 000

SUB  #255  DM0015 DM0020

LD   TIM 000

BIN  DM0020 DM0030

LD   TIM 000

MOV DM0030  013;模拟量模块D/A口输出的电流值

END

4 结束语

本系统在联合调试过程中效果非常明显，电动机工作频率在0Hz～80Hz连续可调，电动机运行稳定，达到了恒压供水的要求。

【参考文献】

[1]宫淑贞，王冬青，徐世许.可编程控制器原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2004.

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[6]胡学林，宋宏.电器控制及PLC[M].北京：冶金工业出版社，2003.

[7]张立科，汪晓平.PLC可变程序控制器系统开发实例导航[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[责任编辑：薛俊歌]