企业简介

北京和利时智能技术有限公司致力于为离散制造业和采矿业提供智能工厂及智能装备的自动化、信息化和智能化整体解决方案。公司核心产品为大中小型系列可编程控制器（PLC）、运动控制器（Motion Controller）以及SCADA大型综合监控系统和MES生产执行系统，为客户提供从装置、产线、车间至全厂的自动化和信息化整体解决方案，服务于企业建设、运营和维护全生命周期。

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案例详细
标题LM系列PLC在恒压频比变频供水系统中的应用
技术领域PLC&PAC
行业航空航天
简介
内容摘 要 本文介绍了HOLLiAS LM系列小型PLC(以下简称LM)在恒压变频供水系统上的应用，系统可根据管网用水需求自动实现3台泵的投切转换和工频/变频转换，并可根据储水罐压力以PID方式自动调节泵的运行频率。满足节能节水的环保理念。

关键词 PLC;PID;恒压变频;供水系统

1 引言

    随着社会经济的迅速发展，人们生活水平的不断提高，城市中各类小区建设发展十分迅速，同时也对小区的基础设施建设提出了更高的要求。小区供水系统的建设是其中重要的一方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到小区住户的正常工作和生活。传统的供水方式中很多是采用高位水塔方式供水，存在浪费水力、电力资源、效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的生活用水。

    本文设计一套基于HOLLiAS LM PLC+恒压频比变频器的变频恒压供水系统以进一步提高变频恒压供水系统的稳定性和节能性，系统操作更加简捷，故障报警及时迅速，使得变频恒压供水技术更好的应用于小区的生活用水供给。

2 变频恒压供水系统概述

2.1系统结构

    供水系统主要包括的设备有控制装置、变频器、水泵机组、压力传感器、储水罐等。

    控制装置是整个变频恒压供水系统中最重要的组成部分，主要完成各种信号的采集处理以及结果的运算输出。通过变频器改变交流电的频率，实现对水泵的控制达到节能、调速的目的。水泵机组是水压的发生装置，一般有2到4台水泵组成，为供水系统中的用户主管网提供压力。压力传感器用于检测用户主管网的出水压力，从而控制变频器的频率调节以及水泵的工作台数。储水罐主要是对直接来自水厂的水起到缓存的作用。

    系统的总体布局图如图1所示:

              

                                 图1 系统的总体布局图

2.2 变频工作原理

    图2是系统的基本框图，如下：

            


                    图2 PLC变频恒压供水系统框图

    在工作过程中，通过PLC控制取水电动阀的启停将储水罐的液位保持在一定的范围内。压力传感器将用户主管网水压变换为4 20mA的电流信号，经模拟量输入模块送入PLC，PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节变频泵的运行频率。当用水量大到变频泵全速运行也无法保证用户主管网的压力达到设定值时，产生高频报警信号，自动将原工作在变频状态下的泵投入工频运行，同时将下一台泵用变频器起动后投入变频运行，以加大供水管网的供水量来保证恒压供水的目的。若此时仍不能满足要求，则将工作在变频状态下的泵投入到工频运行，再将下一台泵投入变频运行直至管网压力稳定。当用水量减少时，产生低频报警信号，PLC则将最先工频运行的泵关闭以减少供水量，若此时仍不能满足要求，则再关闭下一台水泵，乃至只有一台水泵工作在变频状态下以达到恒压供水的目的。

2.3水泵投切流程

    水泵的投切采取先启先停、后启后停、先停先启、后停后启的控制原则，从而增加水泵的使用寿命。泵投切的程序流程图如图3所示。

          
             图3 水泵投切流程图

    通过对流程图的分析，泵的投切控制有三种模式。

    三种模式包括：一台泵（变频泵）、两台泵（一台变频和一台工频）、三台泵（一台变频泵和两台工频泵）。

3 控制系统介绍

3.1 控制系统方案

    系统主要由和利时LM系列PLC、变频器MM430、HD2400L可编程文本显示器、压力传感器、液位传感器、控制接触器、软启动器PSS及储水罐等组成。

    控制系统上位机采用和利时HD2000文本显示器，CPU选用和利时LM3109 PLC控制器，LM3330采集处理液位和压力信号，上、下位机之间通过基于MODBUS协议的RS232串口进行通讯。

    下图4为控制系统接线图。
              

                     图4 控制系统接线图

3.2控制系统硬件

3.2.1可编程逻辑控制器-PLC

     1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出处理。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/Modbus RTU协议/自由协议。

     2）模拟量扩展模块：LM3330提供4通道模拟量输入和1通道模拟量输出，输入范围0-10V、0-20mA和4-20mA可选，输出范围0-10V、0-20mA可选，模数转换时间低于200us，精度可达0.5%FS。既能完成模拟量信号输入处理，也能同时完成模拟量信号输出处理。

     下表1为系统I/O分配表。

     表1 输入输出端子分配表

             

3.2.2 人机界面-HMI

    人机监控部分采用和利时HD2400L文本显示器，配以编程软件来完成。文本显示器上可以修改和调整PID参数，设定不同时段压力参数，显示设备运行状态，以及实时显示现场故障报警信息。图5-图8为上位部分监控画面。

           

4 结论

    LM系列PLC丰富的模拟量信号采集处理能力和自带的PID运算功能保证了变频恒压供水系统的稳定和可靠性。该系统不仅适用于小区供水，也适用于家庭别墅式的用水需求，节能环保，是符合国家节能减排环保理念的一种生活用水控制技术。

参考文献

[ 1 ] 周亚军.电气控制与PLC原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008：77-98.
[ 2 ] 祁增慧.基于PLC控制的城市恒压供水系统[D].天津：天津大学，2008.
[ 3 ] 方大千，等编著.变频器、软启动器及PLC实用技术问答[M]. 北京：人民邮电出版社，2007：171-176.