关于PLC与变频器恒压供水控制系统的论文

第一篇：关于PLC与变频器恒压供水控制系统的论文

基于PLC控制的变频器恒压供水系统

论 文

目 录

一、绪论............................................2

二、变频器应用于恒压供水控制的目的..................2

三、供水系统组成....................................3 3.1、系统原理图..................................3 3.2、系统原理描述................................4

四、变频恒压供水电气原理............................4 4.1、主电路电气原理图............................5 4.2、控制电路电气原理图..........................6 4.3、手动工频控制方式............................6 4.4、自动变频控制方式............................7

五、总结............................................7

六、参考文献书目....................................9

一、绪论

基于PLC控制的变频调速恒压控制是一项综合现代电气技术和计算机控制的先进技术，广泛应用于水泵节能和恒压供水领域。利用PLC控制的变频调速技术用于水泵控制系统，它利用PLC、传感器、电气控制设备、变频器以及水泵组成闭环控制系统。使供水管网压力保持恒定。具有自动化程度高、调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重大的现实意义。可以说变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。它取代了传统的水塔或水泵直接加压供水方式，提高了供水质量。节能效果明显。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势。交流电机变频调速技术是一项业已广泛应用的节能技术。由于电子技术的飞速发展，PLC、变频器的性能有了极大提高，它可以实现控制设备软启软停以及内置的的PID优化算法。不仅可以降低设备故障率，还可以大幅减少电耗，省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程。降低了设备成本，提高了生产效率，可节省安装调试时间确保系统安全、稳定、长周期运行。

二、变频器应用于恒压供水控制的目的

为了提高大范围变负荷恒压供水的控制精度和可靠性。基于PLC控制的变频器恒压供水系统：通过供水管道上的远传压力表，输出0-10V模拟量信号送入变频器，来自动调节变频器的输出频率，从而改变水泵的转速，采用多台水泵分级控制，轮流变频启动的策略，保持供水管网的压力恒定。代替传统供水方式，达到供水稳定，节能降 耗的目的。

三、供水系统组成 3.1系统原理图

3.2系统原理描述

该系统由三台水泵、一台变频器、一台小型PLC、一块远传压力 表（压力传感器）一块浮球液位检测器组成。压力传感器把用户管网压力转换为0-10V标准信号送进变频器模拟量输入端，变频器通过内部自带的采样程序及PID闭环程序与用户设定压力构成闭环，对水泵电机进行变频调速，当变频器上升至工频运转时，变频器运算后转换 为数字量输出信号送给PLC，由PLC进行协调控制调节各台水泵电 机之间的切换运转，达到恒压供水的目的。

该系统有各个泵的运行时间循环功能，通过PLC的数据区保 持可以断电记忆。在单个泵长时间运行时依次对各个泵进行定时变频运转调换，保证各个泵之间的磨损平衡。每次起动时先起动1#泵，变频器根据压力的升高逐渐抬高频率输出。当用水量超过一台泵的供 水能力时，PLC通过程序实现泵的延时上行切换，切换至2#泵进行变频输出，1#泵进行工频输出。随着压力的提高依次切换至3#泵变频输出，2#和1#泵工频输出，依次循环。当压力降低时时，PLC通过程序实现泵的延时下行切换，原则为当前正在运行的泵运行时间最多的先撤出。直到满足设定压力为止。追求的最终目标为压力恒定。当供水负载变化时，变频器的输出电压与频率变化自动调节泵的 电机转速，实现恒压供水。在运行过程中，始终有液位检测传感器进行液位检测，若检测到液位不足，立即停止系统运转，防止水泵空转。

系统还可通过PLC的内部定时器进行自动定时供水，用户在PLC程序中提前设定每天最多段（段数也可设定）定时供水，比如早上6 ：00到9：00，中午11：00到2：00等。系统也可外加显示设备，动态显示各种参数，如设定压力，运行压力，水位高度，运行方式，各个泵的运行时间累计，运行状态，故障信息等等。

四、变频恒压供水电气原理

4.1、主电路电气原理图

4.2、控制电路电气原理图

4.3、手动工频控制方式

当转换开关打到手动位置时，此时为工频运行，按下1#水泵手动启动按钮，控制器通过编写的PLC程序让接触器1KM1闭合，其余的接触器断开，1#水泵电机将工频运行，按下停止按钮，水泵电机将停止运行。需要2#、3#水泵运行，依次按下2#、3#时，相对应的 6 水泵电机将工频运行。该控制方式一般用于当变频器出现问题时使用。

4.4、自动变频控制方式

当转换开关打到自动位置时，此时将投入自动变频控制方式，控制器通过编写的PLC程序使接触器KM和1KM闭合，其余的接触器断开。变频器根据远传压力表的反馈信号，自动调节输出频率，从而改变水泵的转速，达到恒压供水的目的，当压力增大时，将减小输出频率，使电机转速降低，减小供水量，当压力减小时，将增大输出频率，使电机转速增高，增大供水量。当远传压力表传来的模拟压力信号持续增高时，随着变频器输出频率的不断提高，当增加到工频状态下时，变频器多功能输出端子MO1将输出一个到达设定频率信号给中间继电器KA2的线圈，使接着PLC输入端子的KA2的常开触点闭合。PLC接收信号后，根据编好的程序，使变频器脱开第一个泵，对下一个泵进行变频控制。若压力持续增大则依次循环。反之则亦是由变频器测定频率降至0时，通过多功能输出端MO1将输出一个到达设定频率信号给中间继电器KA3的线圈，使接着PLC输入端子的KA3的常开触点闭合。PLC接收信号后，根据编好的程序，控制依次减少泵的工频使用数量，以满足系统压力需求。

注：水泵不论是手动控制还是自动控制，当水池无水时，液位下限开关将动作，PLC接收动作信号后，按程序执行将使电机停止运行，不至于空转。

五、总结

随着科学的发展，当今的变频器多是采用全新的空间矢量技术和 7 特有的软件死区补偿技术，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能通用变频器。它具有优良的速度控制和转矩控制特性,完整的保护功能以及灵活的编程能力和较高的可靠性

一般都内置PID调节器，PID调节控制对象的传感器等检测控制量（反馈量）由模拟输入通道给定，目标值（温度、压力、流量等）由数字量设定最大值（0—9999）给定。由于变频器内部自带的PID调节器采用了优化算法，所以使目标量的调节十分平滑、稳定。同时，为了保证反馈信号值的准确、不失真，可对该信号设置滤波系数，使系统的调试非常简单、方便。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存储容量的要求和对PID算法的编程，PLC仅采用一个开关量输入/输出的即可，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。所以采用带有内置PID功能的变频器应用于恒压供水，降低了设备成本，提高了生产效率，可节省安装调试时间。

随着我国供水行业的发展，生产规模的不断扩大，人们生活水平的日益提高，高层楼宇的兴建越来越多，楼宇恒压供水工程具有很大的发展空间。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同行交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个论文写作过程中也提高了我的专业工作能力，树立了对自己工作能力的信心，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

六、参考文献书目

 《SA系列变频器操作手册》

上海复旦国家大学科技园  《MASTER-K120S系列PLC使用手册》 赵明 许缪 主编  《电气控制与PLC》 李振安 主编  《实用电气工程师手册》

许立莘

主编

第二篇：基于PLC与变频器的恒压供水系统

基于PLC与变频器的恒压供水系统

摘要：阐述了恒压供水的构成框图、工作原理及软件构成，侧重于给出恒压供水的实现思路。

关键词：PLC 变频器 恒压供水

中图分类号：TM921.51 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）04-0018-01

PLC作为新一代工业自动化控制装置，具有可靠性高、编程简单、通用性好、维护简单等优点，被广泛应用于冶金、化工、机械、电子、电力等几乎所有的工业领域；触摸屏技术的发展，也为人机对话提供了良好的平台。

我公司大部分设备需用循环冷却水，但又受生产淡旺季、产品结构变化等因素的影响，经常出现冷却水供应、使用的不平衡，这主要表现在冷却水管网水压上，用水量大时，水压偏低、流量偏小；用水量小时，水压则偏高、流量偏大。将其控制系统进行改造，采用PLC、变频器、触摸屏等控制后，不但解决了上述水压不稳的问题，还有操作界面友好、节能降耗、降低维护成本等优点。构成框图

该系统由触摸屏、PLC、变频器、压力变送器等组成，其构成框图如图1所示。

PLC：采用三菱FX1N-24MR，且选用配套的FX0N-3A模块，采集冷却水供水总管上的水压信号，并将其转换为4～20mA的电信号给PLC。变频器：采用三菱FR-A540系列。触摸屏：采用三菱F930GOT，显示设定水压、实际水压、水泵的运行时间、转速、报警信号等。工作原理

公司冷却水供应由2个泵组成，安装在公司冷却水供水总管上的压力变送器，采集水压信号，并将其转变为电信号给PLC，PLC将该信号与触摸屏上的设定值进行比较并计算，并将结果输出给变频器，控制变频器的频率值，从而控制水泵电机的转速，进而控制冷却水的压力。如用水量增大，1#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将1#泵切换到工频电网上，同时启动、调节2#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如用水量减小，2#泵运行到下限频率时，系统自动将1#泵停运，2#泵继续通过变频器调节水压。此时，如用水量又增大，2#泵转速达到额定转速也无法满足工艺要求时，系统自动将2#泵切换到工频电网上，同时启动、调节1#泵，直到采集到的水压稳定在水压设定值。如此循环，实现自动恒压供水。系统软件

系统的软件包括变频器参数设定和PLC程序设计。

3.1 变频器参数设定

变频器变频运行，当水泵电机转速过低时，容易形成“空转”现象，所以将其变频下限设为20Hz；水泵电机可高速运行至额定功率（50Hz），所以将其变频上限设定为50Hz。除此之外，变频器还自带欠压保护、过压保护、过载保护等功能，当电网电压异常或水泵出现异常时可及时发出警报。

3.2 PLC程序设计

PLC的程序设计包括手动控制和自动控制的程序设计，手动部分是通过按钮控制水泵电机在工频下的运行与停止，供调试、维修用；自动控制程序采用PID调节指令，在此不作详细论述。系统优点

（1）冷却水压力可根据产品工艺要求在可设范围内任意设定，并将当前实际压力与设定压力显示在触摸屏上。（2）水泵电机启动由变频器控制，避免了直接启动的大电流给供电电网的冲击，既避免了对周边设备的影响，也能延长水泵电机的有效使用寿命。（3）工作泵与备用泵轮换运行，保证各泵有基本相同的运行时间，避免了因备用泵长期不用而发生的锈蚀现象。（4）有效降低水泵电机的运行能耗，节电率至少可达30%。结语

该控制系统具有功能强大、性能稳定、运行可靠等优点，硬件品牌可根据个人实际情况合理选用，稍作改进，可广泛用于生活供水、消防供水、中央空调系统、集中供热等供水系统。

参考文献

[1]王红梅，方贵盛.基于PLC与变频器的恒压供水节能技术研究[J].浙江水利水电专科学校学报，2009，（12）.[2]韩卫杰.PLC和变频器在城市小区恒压供水中的应用[J].科学之友，2008，（10）.[3]杜韦辰，张世俊.基于PLC与触摸屏的恒压供水系统的设计[J].兰州石化职业技术学院学报，2010，（6）.

第三篇：PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案

PLC与变频器控制恒压供水系统设计方案

随着变频调速技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统已逐渐取代原有的水塔供水系统，广泛应用于多层住宅小区生活消防供水系统。然而，由于新系统多会继续使用原有系统的部分旧设备（如水泵），在对原有供水系统进行变频改造的实践中，往往会出现一些在理论上意想不到的问题。本文介绍的变频控制恒压供水系统，是在对一个典型的水塔供水系统的技术改造实践中，根据尽量保留原有设备的原则设计的，该系统很好的解决了旧设备需要频繁检修的问题，既体现了变频控制恒压供水的技术优势，同时有效的节省了资金。

1、系统介绍

变频恒压供水系统原理，它主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及3台水泵等组成。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电

机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统配备的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。、工作原理

2.1 运行方式该系统有手动和自动两种运行方式： ⑴.手动运行

按下按钮启动或停止水泵，可根据需要分别控制1#-3#泵的启停。该方式主要供检修及变频器故障时用。⑵.自动运行

合上自动开关后，1#泵电机通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PID调节器接收到自压力传感器的标准信号，经运算与给定压力参数进行比较，将调节参数送给变频器，如压力不够，则频率上升到50Hz，1#泵由变频切换为工频，启2#变频，变频器逐渐上升频率至给定值，加泵依次类推；如用水量减小，从先启的泵开始减，同时根据PID调节器给的调节参数使系统平稳运行。

若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，然后按自动运行方式启动1#泵变频，直至在给定水压值上稳定运行。

变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵软起动、停止、循环变频的全部操作过程。

3、电路图

NL1L2L3QSFU1FU2FU3U1V1W1U2V2W2U3V3W3QSKM0U1V1W19变5频器34U2V2W2KM2KM1KM3KM5PLC传感器KM4KM6FR1FR2FR3M13～M23～M33～

4、制电路图

5、原理图

6、控制流程图

7、结语

在供水系统中采用变频调速运行方式，系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定值，以求最大限度的节能、节水、节地、节资，并使系统处于可靠运行的状态，实现恒压供水；减泵时采用“先启先停”的切换方式，相对于“先启后停”方式，更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命；同时针对所用3台电泵使用多年、需要定期进行检修的实际情况，增加了硬件/软件备用功能，有效延长了设备的使用寿命；压力闭环控制，系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定，大大提高了供水品质；变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自启动，具有一定的先进性。目前该系统已投入使用，效果明显。

第四篇：基于PLC的恒压供水控制系统设计

基于PLC的恒压供水控制系统设计

摘要

随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；再加上目前能源紧缺，利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的恒压供水系统成为必然趋势。

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系统。由变频器、PLC、PID调节器和组成控制系统，调节水泵的输出流量。电动机泵组由三台水泵并联而成，由变频器或工频电网供电，根据供水系统出口水压和流量来控制变频器电动机泵组的速度和切换，使系统运行在最合理状态，保证按需供水。

本文介绍了采用PLC控制的变频调速供水系统，由PLC进行逻辑控制，由变频器进行压力凋节。再经过PID运算，通过PLC控制变频与工频切换，实现闭环自动调节恒压变量供水。运行结果表明，该系统具有压力稳定，结构简单，工作可靠等特点。

关键词：变频调速 ；恒压供水；PID调节；PLC Water Supply Control System of Constant Pressure

Based on PLC

With the rapid development of social economy； it demands the better of water supply' s quality and reliability of water supply system.Meanwhile energy resources are seriously lack.So it is inevitable tendency to design water supply system which has high function and saves on energy well，with help of advanced technique of automation，control and communication.At the same time this system can adapt different water supply fields.According to the requirement of China's urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC.It is consist of the variable frequency and speed regulation，PLC，PID control system for the control system.It controls the outcome of the pumps.The generator pumps are consist of parallel three pumps，and the power come from variable frequency and speed regulation or power grid.According to the water supply of constant pressure’s outcome water press and flux，the control system control the variable frequency and speed regulation，parallel pumps’ speed and cut over，cause the system move in the best rational situation，assure according to wants supply water.This design has many merits such as save energy.In this paper，the control principle of VVVF providing-water system is introduced，we use PLC to carry on logic control and use inverter to modulate pressure．Through PID control principle.we realize Closed-loop control in VVVF Providing-water System．The result indicates that the system has the stable pressure，simple structure，and reliable work．

Key words：variable frequency and speed regulation；water supply of constant pressure；PID control system；PLC

目 录

论文总页数：53页 引言 错误！未定义书签。

1.1 课题背景及意义

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1.2 供水技术及其发展 错误！未定义书签。

1.3 恒压供水系统国内外研究现状 错误！未定义书签。1.4 可编程控制器的发展及应用 2 恒压供水系统介绍

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1.5 本文主要内容 错误！未定义书签。

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错误！未定义书签。错误！未定义书签。2.1 当前恒压供水方案比较 2.2 恒压供水系统节能原理 2.3 变频器介绍

错误！未定义书签。

2.3.1变频器的基本结构.....................................错误！未定义书签。2.3.2 变频器的分类及工作原理........................错误！未定义书签。2.3.3 变频器的操作方式及使用........................错误！未定义书签。2.3.4 变频器调速原理........................................错误！未定义书签。2.4 可编程控制器 错误！未定义书签。

2.4.1 可编程控制器的定义................................错误！未定义书签。2.4.2 可编程控制器的组成................................错误！未定义书签。2.5 供水系统中的水锤效应 3.1 变频恒压供水系统构成

错误！未定义书签。错误！未定义书签。

错误！未定义书签。错误！未定义书签。3 变频恒压供水系统方案设计 错误！未定义书签。

3.2变频恒压供水系统运行流程 3.4 泵站的设置及系统控制要求 3.3 水泵切换条件分析 错误！未定义书签。3.5 控制系统地址分配 错误！未定义书签。4 变频恒压供水系统硬件设计 错误！未定义书签。

4.1 PLC及其扩展模块 错误！未定义书签。4.2 变频器

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错误！未定义书签。错误！未定义书签。4.3 水泵机组 错误！未定义书签。4.4 压力传感器 4.5 液位变送器

4.6 泵自动/手动控制设计 错误！未定义书签。5 变频恒压供水系统软件设计 错误！未定义书签。

5.1 系统软件设计分析 错误！未定义书签。5.2 系统软件设计 错误！未定义书签。

5.2.1系统初始化模块.........................................错误！未定义书签。5.2.2 增、减泵判断和相应操作模块................错误！未定义书签。5.2.3 水泵的软启动模块....................................错误！未定义书签。5.2.4 各水泵变频运行控制模块........................错误！未定义书签。5.2.5 各水泵工频运行控制模块........................错误！未定义书签。5.2.6 报警及故障处理模块................................错误！未定义书签。5.3 系统程序编制 错误！未定义书签。6 系统仿真 错误！未定义书签。

6.1 数字PID控制技术 错误！未定义书签。6.2 控制系统数学模型 错误！未定义书签。6.3 PID参数整定 错误！未定义书签。结

论 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。致

谢 错误！未定义书签。声

明 错误！未定义书签。附

录 错误！未定义书签。

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本论文为本人朋友（均为2011届）的大学本科毕业设计最终版，通过了指导老师和评阅老师的审核。格式正确，论文详实！上传了部分的初衷是防止出现雷同，完整版本请联系本人：1456427153，若本人不在线，请留言！

第五篇：PLC恒压供水控制系统毕业论文

克拉玛依职业技术学院

毕业设计（论文）

题 目：

专 业：

设计指导老师：叶晓燕

毕业设计学生：

学 号：

P L C 恒 压 供 水 控 制 系 统

电 气 自 动 化

阿依别克·哈孜木汗 13030205 P L C恒压供水控制系统设计

目录

摘要.............................................1.设计任务书.....................................1.2设计目的..................................1.3设计内容及要求............................1.4设计进程安排..............................2.PLC恒压供水控制系统...........................2.1引言......................................2.2恒压供水PLC控制系统的基本策略............2.3恒压供水系统的基本构成....................2.4 工作原理.................................3.水泵电机的选择................................3.1.概述....................................4、PLC的模拟量扩展单元的配置和选型.............4.1 PLC模拟量扩展单元的配置及应用

.......4.2 PLC系统的选型

......................5、电控系统的原理图.............................5.1 主电路图、..............................6、系统的程序设计...............................6.1 由“恒压”要求出发的工作组数量的管理

...6.2 台组泵站泵组的管理规范 存入生活/消防频率下限

..........................................P L C恒压供水控制系统设计

6.3 程序的结构及程序功能的实现............设计总结........................................致谢............................................参考文献

......................................摘要

利用自动控制程序PLC恒压控制三台水泵电机供水给生活小区生活用水。采用可编程控制器（PLC）构成控制系统进行优化控制泵组的运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的要求，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是泵站总管的出水压力，系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数工作而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。供水系统选用原则水泵扬程应大于实际供水高度，水泵流量总和应大于实际最大供水量。

关键词：PLC，自动控制系统，控制指