基于PLC的變頻調速恒壓供水系統設計

顧秋濤 張靜

【摘 要】本文設計并實現了以PLC為核心的恒壓供水控制系統，壓力傳感器實時采集管網壓力值，變換后傳送到具有A/D和D/A功能的模擬量模塊，經PLC應用程序的處理后將結果送入變頻器的IRF端，通過變頻器改變電動機工作電源的頻率，從而控制電機的轉速并調節水泵流量，實現管網的恒壓供水。

【關鍵詞】PLC;變頻器;壓力傳感器;管網水壓

0 前言

水泵作為供水工程中的通用機械，消耗著大量的能源，電耗往往占制水成本的60%以上，為了節能降耗，采取調節措施使泵站適應負荷變化的運行變得非常重要。將恒壓供水技術應用到工業現場是近年出現的新技術。根據壓力傳感器測量到的管網瞬間壓力變化，自動調節水泵的轉速，使管網主干管出口端保持在相對恒定的設定壓力值，并滿足用戶的流量需求，使整個系統始終保持高效節能的最佳狀態。基于PLC的變頻調速恒壓供水系統實現了這些功能。

1 系統總體設計

恒壓供水系統以PLC為控制核心，由壓力傳感器，變頻器，交流接觸器，繼電器，電機等幾部分組成，結構框圖如圖1所示。

圖1 系統構成框圖

（1）PLC 部分：PLC作為本控制系統的核心，包括PLC擴展的模擬量模塊在內，通過軟件方式控制電機轉速隨管網壓力值的變化，達到動態恒壓供水。本設計中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電壓進行變頻之后施加到電機上，用以改變電機的轉速。

（3）壓力傳感器：檢測管網瞬間的壓力值，并以電流或電壓形式被PLC模擬量模塊的A/D端采樣，本設計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，供遠距離接通和分斷電路，頻繁地啟動和控制交流電動機之用，并可與適當的熱繼電器組成電磁起動器以保護可能發生操作過負荷的電路。

2 工作原理

交流電動機的同步轉速表達式為：

n=60 f（1-s）/p（1）

式中：

n———異步電動機的轉速;

f———異步電動機的頻率;

s———電動機轉差率;

p———電動機極對數。

由上式可知，轉速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉速，當頻率f在0～50Hz的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的，是一種理想的高效率、高性能的調速手段。

我們利用變頻器可以對輸入的三相電源的頻率進行改變的功能來控制電機，并調節電機的轉速。

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

PLC將采樣到的數據從模擬量模塊調入，之后判斷此數據是否為變頻器設定輸出的最大頻率對應的電流值，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，以此來調整電機的轉速。

同時，還需要對變頻器的工作方式和PID進行設置。

在變頻器的控制面板上可以直接設置：

1）頻率上限的設定：在F12中設定上限頻率80Hz

2）頻率下限的設定：在F13中設定下限頻率為10Hz

3）頻率給定方式的設定：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，則為了達到動態恒壓供水的目的，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的值在不同的系統中可以根據需要修改

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 結束語

本系統在聯合調試過程中效果非常明顯，電動機工作頻率在0Hz～80Hz連續可調，電動機運行穩定，達到了恒壓供水的要求。

【參考文獻】

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[責任編輯：薛俊歌]