基于PLC的变频恒压供水系统设计(2)
1. 绪论
1.1 课题目的及意义
水和电是现代人类生活中不可缺少的重要物质，节水节能已经成为全球时代的发展趋势。我国是个水电资源非常短缺的国家，长期以来在工业生产循环供水、市政供水、高层建筑供水等方面的技术一直比较落后。传统的供水方式普遍存在不同程度的浪费水电资源，并且效率低、自动化程度不高、稳定性差等缺点，严重影响了居民的生活用水和工业系统中的生产用水。目前的供水方式正朝向高效节能、自动可靠的方向发展。基于PLC的变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高恒压供水系统的稳定性和可靠性，同时还具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要[2]。研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。
1.2 研究现状
随着现代科技的进步，电力电子技术、自动控制技术、计算机技术及电机控制理论的发展，使得变频器取得快速发展。变频恒压供水是在变频调速技术发展之后逐渐发展的，像日本SAMCO公司开发了恒压供水基板，其PID调节器和PLC等硬件安装在变频器控制基板上，通过设置程序实现系统的功能，如果能连接相应的供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器进行工作。但这类设备其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统动态性能和稳定性不高。
原深圳华为电气公司和成都希望集团也推出了恒压供水专用变频器，该变频器无需外接PLC和PID调节器，但设备操作麻烦并且不具备数据通信功能。由此可见，急需进一步研究改进变频恒压供水系统的现状，使其更好的服务于生活、服务于生产实践。
1.3 本课题的主要研究内容
本设计是以小区供水系统为对象，采用PLC和变频技术相结合来设计一套城市小区恒压供水系统，使系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。
PLC控制变频恒压供水系统主要有PLC、变频器、压力变送器和水泵机组及一些低压电器组成一个闭环恒压供水调节系统，本设计有3台水泵，其中只有1台水泵能在变频器调控中作变速运行。PLC根据压力反馈值与设定值之间的偏差进行PID运算并输出给变频器，控制其输出频率调节流量，使供水管网压力恒定。
根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型，估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图，分配I/O点数，列出I/O分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改。
2. 系统理论分析及控制方案确定
2.1 电动机的调速原理
水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为：
(1)
式中：f表示电源频率，s表示转差率，p表示电动机极对数。由以上可知，三相异步电动机的调速方法有：(l)改变电源频率f；(2)改变转差率s；(3)改变电机极对数p。
采用改变p的方式控制时，变速转矩变化大，因此不适合本设计。采用改变s时，一般会用串级调速的方式，会造成线路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗。根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n与电源频率f成正比。
2.2 控制方案的确定