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

        2014-10-21 12:49:13顧秋濤張靜
        科技視界 2014年34期
        關(guān)鍵詞:壓力傳感器變頻器

        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(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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?,頻繁地啟動(dòng)和控制交流電動(dòng)機(jī)之用,并可與適當(dāng)?shù)臒崂^電器組成電磁起動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;

        f———異步電動(dòng)機(jī)的頻率;

        s———電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率;

        p———電動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,當(dāng)頻率f在0~50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí),電動(dòng)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(dòng)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(shí),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(dòng)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(shí)

        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(dòng)機(jī)工作頻率在0Hz~80Hz連續(xù)可調(diào),電動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)到了恒壓供水的要求。

        【參考文獻(xiàn)】

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        [2]王成福,劉躍平,陳偕雄.PLC在振動(dòng)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]

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