基于PLC与触摸屏的恒压供水电气系统设计

牡丹江师范学院学士学位论文（设计）

2.3 国内外研究概况

频恒压供水得益于变频调速技术的发展变频恒压供水逐渐发展起来。在变频技术发展初期，国外变频器主要应用定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、变压变频比控制及各种保护。而在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构。为了保证管网压力在水量变化时还是恒定的，我们就要在变频器外部加上压力控制器和传感器，实现闭环控制。国外早期设计的恒压供水系统是运用一台变频器只带一台水泵的运行方式。到了上世纪七十年代初，变频技术得到了很大的发展，大家都认可了变频恒压供水系统的稳定、可靠和自动化程度高的优点。很多公司开发出了恒压供水基板，具备“变频泵固定方式”和“变频泵循环方式”。其功能原理是将将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过指令代码的设置达到PLC和PID等电控系统的功能，仅需搭载相应的恒压供水单元，就能够控制多个内置的电磁接触器工作，这样的供水系统可以搭载七台以下的电机。这种系统的优点是电路结构得到了简化，设备投入得到了较少。但它的缺点是系统的输出接口的扩展功能不够灵活，动态性能和稳定性不高，难与别的监控系统和组态软件实现数据通信，限制了带负载的容量，从而限制了其使用范围。

目前我国也有很多企业在研究变频恒压供水的项目，但是基本是采用国外品牌的变频器控制水泵的转速，通过PLC和对应的软件达到水管的管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制。而且距离用户所追求的高稳定性、高抗扰性等多方面综合技术要求都还有一地距离。

综上所述，现今无论国内、国外对变频恒压供水的研究，对于可以适应不同用水情况，并且把现代控制技术、网络和通讯技术结合还能够兼顾系统的电磁兼容性（EMC）的变频恒压供水系统还有待进一步的研究。

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3变频恒压供水的理论分析

3.1变频调速技术的特点及应用

在工业早期阶段，电机是不能调速的，一旦启动运行它就会以一个恒定的速度运行下去直到停止。但是到了上世纪八十年代末，变频调速技术已经发展 成熟，它可以将电机的工频交流电源变成另一种频率可以调节的交流电源，让这种可调电源再驱动电机，这样电机就可以在变速或者负荷的情况下运行。相对传统电机从始至终以额定功率运行，可以调速的电机运行方面更加节约能源和经济成本。而变频调速技术在供水系统中运用的比较多。

传统供水系统一般是使用多台水泵，当用水量增大时就开动多台水泵，用水量减少时就开两台或一台水泵。而运用变频调速技术，就是给每台水泵都配上一台变频器或者是用一台变频器调控所有水泵。通俗地讲就是一拖多或者一拖一方式。一拖一的方式电路比较简单，但是因为用的变频器比较多，导致成本比较高。而一拖多的方式的方式在性能方面不比一拖一方式差，而成本却比一拖一低得多，但是对控制的程序要求比较高。一拖多的方式是未来的发展趋势。

系统运用了变频调节之后，整个系统是软启动的方式，电机的启动电流是平缓升高的，这样的启动方使得电机的机械损伤降低了很多，电机得到了很好的保护。另外，变频调节和其他任何调节方法比较都具有显著的优势，它是目前世界上使用范围最广、效果最好、最具发展前景的调速技术。它与电力电子技术、控制技术相结合，在各种领域都能达到无极调速。

3.2节能原理

水泵为平方转矩负载，也就是说水泵的负载转矩与转速的平方成正比关系，而轴功率和负载转矩与转速的乘积成正比，所以，水泵的轴功率与电机转速的立方成正比。

由此可知，当需要出水量减少时，可以通过减少电机的转速，随着电机转速微量减少，功率将会大幅下降，节能效果非常明显。

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变频控制系统的优化设计，精心选择设备，合理编程，加上正确的信号给定，使电机始终运行在最好的状态，使得能源得到了最大的发挥。

3.3设计思想

恒压供水系统如图3-3 所示，由电机、热继电器、接触器、PLC、触摸屏等部分组成。控制面板包括启动、停止、每个电机的点动及停止按钮等；MT510T触摸屏提供友好的人机界面，不但能够完成控制面板功能，而且能监视系统的运行时间及运行状态。日本欧姆龙CP1H PLC是系统的控制中心；隔离板的作用是保护PLC先由PLC驱动24V的小继电器，然后驱动交流接触器；热继电器的作用是过流保护。

本系统可以通过触摸屏进行操作，具有自动和手动操作，测试过程中，设恒压供水系统的拖动电机分别为：主泵M1、备用泵M2。设定启动时主泵M1顺序启动先工作100小时后停止，同时备用泵M2启动，运行100小时后M2停止；泵M1再启动，依次反复，设有停止按钮，并设有应急控制（急停）按钮，急停时切断控制回路的电源；还可以通过触摸屏监视系统的运行状态。

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触摸屏控制面板 PLC 变频器 接触器 热继电器 电机

图3-3 恒压供水系统图 Figure 3-3 Water Supply System Figure

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