基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧秋濤 張靜

【摘 要】本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了以PLC為核心的恒壓供水控制系統(tǒng)，壓力傳感器實(shí)時采集管網(wǎng)壓力值，變換后傳送到具有A/D和D/A功能的模擬量模塊，經(jīng)PLC應(yīng)用程序的處理后將結(jié)果送入變頻器的IRF端，通過變頻器改變電動機(jī)工作電源的頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速并調(diào)節(jié)水泵流量，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。

【關(guān)鍵詞】PLC;變頻器;壓力傳感器;管網(wǎng)水壓

0 前言

水泵作為供水工程中的通用機(jī)械，消耗著大量的能源，電耗往往占制水成本的60%以上，為了節(jié)能降耗，采取調(diào)節(jié)措施使泵站適應(yīng)負(fù)荷變化的運(yùn)行變得非常重要。將恒壓供水技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場是近年出現(xiàn)的新技術(shù)。根據(jù)壓力傳感器測量到的管網(wǎng)瞬間壓力變化，自動調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)主干管出口端保持在相對恒定的設(shè)定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)?；赑LC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了這些功能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

恒壓供水系統(tǒng)以PLC為控制核心，由壓力傳感器，變頻器，交流接觸器，繼電器，電機(jī)等幾部分組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

（1）PLC 部分：PLC作為本控制系統(tǒng)的核心，包括PLC擴(kuò)展的模擬量模塊在內(nèi)，通過軟件方式控制電機(jī)轉(zhuǎn)速隨管網(wǎng)壓力值的變化，達(dá)到動態(tài)恒壓供水。本設(shè)計(jì)中PLC的輸出端1001和1002分別控制交流接觸器KM-1和KM-2的關(guān)斷和閉合。

（2）變頻器部分：PLC輸出的模擬電流接在變頻器的IRF端，變頻器在此電流的控制下將50Hz的380V-AC電壓進(jìn)行變頻之后施加到電機(jī)上，用以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（3）壓力傳感器：檢測管網(wǎng)瞬間的壓力值，并以電流或電壓形式被PLC模擬量模塊的A/D端采樣，本設(shè)計(jì)采用的是電流形采樣。PLC模擬量模塊的VIN1和IIN1短接并與COM口并接在250歐姆電阻的兩端。

（4）繼電器與交流接觸器：用于交流電壓至660V，電流至95A的電路中，供遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐罚l繁地啟動和控制交流電動機(jī)之用，并可與適當(dāng)?shù)臒崂^電器組成電磁起動器以保護(hù)可能發(fā)生操作過負(fù)荷的電路。

2 工作原理

交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

n=60 f（1-s）/p（1）

式中：

n———異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速;

f———異步電動機(jī)的頻率;

s———電動機(jī)轉(zhuǎn)差率;

p———電動機(jī)極對數(shù)。

由上式可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。

我們利用變頻器可以對輸入的三相電源的頻率進(jìn)行改變的功能來控制電機(jī)，并調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

系統(tǒng)流程如下：首先PLC控制交流接觸器KM-1和KM-2閉合，使電機(jī)1工作在工頻方下，電機(jī)2工作在變頻方式下，擴(kuò)散硅型壓力傳感器將管網(wǎng)的水壓值進(jìn)行采樣，采樣后的電流值經(jīng)過PLC模擬量模塊采樣之后處理。

PLC將采樣到的數(shù)據(jù)從模擬量模塊調(diào)入，之后判斷此數(shù)據(jù)是否為變頻器設(shè)定輸出的最大頻率對應(yīng)的電流值，若為，則增加切換，即增大模擬量模塊輸出的電流，反之，判斷是否為變頻器最低頻率對應(yīng)的電流值，若為，則減小輸出的電流。

通過增大或減小PLC模擬量模塊輸出到變頻器的IRF端電流的大小來控制變頻器輸出的頻率，以此來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

同時，還需要對變頻器的工作方式和PID進(jìn)行設(shè)置。

在變頻器的控制面板上可以直接設(shè)置：

1）頻率上限的設(shè)定：在F12中設(shè)定上限頻率80Hz

2）頻率下限的設(shè)定：在F13中設(shè)定下限頻率為10Hz

3）頻率給定方式的設(shè)定：在F01中選擇1，為外控FWD，REV控制。

3 PLC控制程序

PLC采樣輸入的電流越大，則為了達(dá)到動態(tài)恒壓供水的目的，則輸出的電流則越小，相反，采樣輸入的電流越小，則輸出的電流越大。PLC控制程序如下：

LD ? ?25313

OUT ?10001

LD ? ?25313

OUT ?10002

LD ? ?25315

MOV ?#C203 ? 13;模擬量模塊工作模式設(shè)定

LD ? ?25313

TIM ? 000 ?#0060;延時

LD ? TIM 000

MOV ?02 ? DM0010;讀取A/D采樣的壓力傳感器輸出電流

LD ? TIM 000

BCD ?DM0010 DM0010

LD ? TIM 000

MUL ?DM0020 ?#X ?DM0015 ;X的值在不同的系統(tǒng)中可以根據(jù)需要修改

LD ? TIM 000

SUB ?#255 ?DM0015 DM0020

LD ? TIM 000

BIN ?DM0020 DM0030

LD ? TIM 000

MOV DM0030 ?013;模擬量模塊D/A口輸出的電流值

END

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)在聯(lián)合調(diào)試過程中效果非常明顯，電動機(jī)工作頻率在0Hz～80Hz連續(xù)可調(diào)，電動機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了恒壓供水的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宮淑貞，王冬青，徐世許.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[2]王成福，劉躍平，陳偕雄.PLC在振動電機(jī)控制中的應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002.

[3]郭宗仁，吳亦峰.可編程序控制器及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社 1999.

[4]邱公偉可編程控制網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[5]OMRON.CPM2A可編程序控制器操作手冊[Z].上海：歐姆龍（中國）有限公司.

[6]胡學(xué)林，宋宏.電器控制及PLC[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[7]張立科，汪曉平.PLC可變程序控制器系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]