一種基于plc的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng),其包括PLC控制器(1)、變頻器(2)、壓力傳感器(3)、水泵機組(4)、液位傳感器(5)、水池(6)，所述水池(6)里的水經(jīng)過水管網(wǎng)路流向用戶，所述水泵機組(4)安裝于通向用戶管網(wǎng)的水管上，所述壓力傳感器(3)安裝于出水管口處，所述液位傳感器(5)安裝于水池(6)內(nèi)，所述變頻器(2)、壓力傳感器(3)、液位傳感器(5)分別與PLC控制器(1)電連接，所述變頻器(2)還與水泵機組(4)電連接;所述水泵機組(4)包括一臺變頻水泵，與變頻水泵并聯(lián)的兩臺工頻水泵，所述變頻水泵由變頻器(2)控制，兩臺工頻水泵由PLC控制器(1)控制。本實用新型可解決恒壓供水，實現(xiàn)水壓穩(wěn)定，達到節(jié)能環(huán)保的目的。
【專利說明】
一種基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及供水技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上人口最多的國家，人口基數(shù)大，人均資源占有率低，用水效率很低。水資源浪費嚴重、污染嚴重，同時海水和再生水等非傳統(tǒng)水資源利用量也較少。城市管網(wǎng)的水壓一般只能保證6層以下樓房的正常供水，其余以上各層必須升壓才能滿足供水要求。傳統(tǒng)供水模式一般采用傳統(tǒng)的水塔，高位水箱、低位水池或氣壓罐供水設備，水池和水箱會導致“水資源的二次污染”，長期飲用就會影響人的身體健康。而傳統(tǒng)的水塔供水方式暴露了很多缺點:用水高低峰的不平衡，水壓不穩(wěn)，管道閥門易損壞，維修保養(yǎng)費用過高，水的二次污染等等。
[0003]有鑒于此，特提出本實用新型，以改正上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可解決恒壓供水，實現(xiàn)水壓穩(wěn)定，達到節(jié)能環(huán)保的目的。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其包括PLC控制器、變頻器、壓力傳感器、水栗機組、液位傳感器、水池，所述水池里的水經(jīng)過水管網(wǎng)路流向用戶，所述水栗機組安裝于通向用戶管網(wǎng)的水管上，所述壓力傳感器安裝于出水管口處，所述液位傳感器安裝于水池內(nèi)，所述變頻器、壓力傳感器、液位傳感器分別與PLC控制器電連接，所述變頻器還與水栗機組電連接。
[0006]本實用新型的進一步改進為，所述水栗機組包括一臺變頻水栗，與變頻水栗并聯(lián)的兩臺工頻水栗，所述變頻水栗由變頻器控制，兩臺工頻水栗由PLC控制器控制。
[0007]本實用新型的進一步改進為，所述PLC控制器為可編程控制器，具體型號為西門子S7-200型PLC-CPU226。
[0008]本實用新型的進一步改進為，所述變頻器采用ACS510變頻器。
[0009]本實用新型的進一步改進為，所述壓力傳感器采用電阻式傳感器或壓變式傳感器。
[0010]本實用新型的進一步改進為，一臺變頻水栗和兩臺工頻水栗都設有軟啟動。
[0011]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型利用PLC控制器使變頻器控制一臺變頻水栗或PLC控制器循環(huán)控制多臺工頻水栗，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水栗電機的軟起動以及變頻水栗與工頻水栗的切換。本實用新型可解決恒壓供水，實現(xiàn)水壓穩(wěn)定，達到節(jié)能環(huán)保的目的。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖中各部件名稱如下:
[0014]I—PLC 控制器；
[0015]2—變頻器；
[0016]3—壓力傳感器；
[0017]4—水栗機組；
[0018]5—液位傳感器；
[0019]6—水池。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實施方式】對本實用新型進一步說明，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。
[0021]如圖1所示，本實用新型的基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其包括PLC控制器1、變頻器2、壓力傳感器3、水栗機組4、液位傳感器5、水池6，所述水池6里的水經(jīng)過水管網(wǎng)路流向用戶，所述水栗機組4安裝于通向用戶管網(wǎng)的水管上，所述壓力傳感器3安裝于出水管口處，所述液位傳感器5安裝于水池6內(nèi)，所述變頻器2、壓力傳感器3、液位傳感器5分別與PLC控制器I電連接，所述變頻器2還與水栗機組4電連接。
[0022]具體地，如圖1所示，所述水栗機組4包括一臺變頻水栗Ml，與變頻水栗并聯(lián)的兩臺工頻水栗M2、M3，所述變頻水栗Ml由變頻器2控制，兩臺工頻水栗M2、M3由PLC控制器I控制。所述PLC控制器I為可編程控制器，具體型號為西門子S7-200型PLC-CPU226。所述變頻器2采用ACS510變頻器。所述壓力傳感器3采用電阻式傳感器或壓變式傳感器。三臺水栗都設有軟啟動，每臺栗的出水管均安裝有手動閥，以供維修和人為調(diào)節(jié)水量之用，三臺水栗協(xié)調(diào)工作以滿足用戶供水需求。
[0023]本實用新型的基本控制要求是:采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，控制水栗機組4的調(diào)速運行，并自動調(diào)節(jié)水栗機組4的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在用戶管網(wǎng)流量發(fā)生變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)能的目的。該系統(tǒng)的控制目標是水栗總管的出水壓力，系統(tǒng)設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入可編程控制器(PLC)的中央控制器(CPU)進行運算處理后，發(fā)出控制指令，控制水栗的運行臺數(shù)和運行變頻栗電動機的轉(zhuǎn)速，從而使水總管壓力穩(wěn)定。
[0024]本實用新型的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示:整個系統(tǒng)由三臺水栗，一個變頻器2，一個可編程控制器(PLC)和一個壓力傳感器3及若干輔助部件構(gòu)成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。每臺栗的出水管均安裝有手動閥，以供維修和人為調(diào)節(jié)水量之用，三臺水栗協(xié)調(diào)工作以滿足用戶供水需求;該系統(tǒng)中壓力傳感器3—般采用電阻式傳感器(反饋O?5V電壓信號)或壓變式傳感器(反饋4?20mA電流)；變頻器2是整個系統(tǒng)的核心，通過改變電機輸入頻率實現(xiàn)電機的無極調(diào)速、無波動穩(wěn)壓的效果等各項功能。
[0025]該系統(tǒng)運行流程:變頻器2內(nèi)部自帶的比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器，進行優(yōu)化算法使得水壓調(diào)節(jié)平滑且穩(wěn)定，保持供水管道內(nèi)部水壓的恒定。PID參數(shù)在線調(diào)試簡單，不僅極大地降低了生產(chǎn)成本，而且大大提高了工作效率。該系統(tǒng)的供水模式與過去的低位水池或高位水箱以及氣壓罐供水方式相比，該系統(tǒng)無論是在設備的投資，節(jié)能，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、健康環(huán)保等方面都有巨大的優(yōu)勢。
[0026]本實用新型的工作原理:本實用新型采用3臺水栗并聯(lián)運行方式，主要由變頻器2、可編程控制器(PLC)、壓力傳感器3和水栗機組4一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過出水管口上安裝的壓力傳感器3，把水壓信號轉(zhuǎn)換成為4?20mA的電流信號或者O?5V的電壓信號送給可編程控制器(PLC)，運算處理后得出一穩(wěn)定的標準壓力參數(shù)。通過和標準的壓力參數(shù)進行比較后送入變頻器2內(nèi)部自帶的比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算后得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送入變頻器2。變頻器2是整個供水系統(tǒng)的核心，由變頻器2控制變頻水栗Ml的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)水壓保持在恒定值。當用水量超過一臺水栗的供水量時，通過可編程控制器(PLC)控制工頻水栗的增加?？删幊炭刂破?PLC)根據(jù)用水量的多少控制工作水栗的數(shù)量，變頻器2控制變頻水栗的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。當供水負載變化時，輸入電機的頻率也隨之變化，構(gòu)成了以標準壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。即用水量增加時，輸入電機的頻率升高，供水量增大，電機轉(zhuǎn)速加快;用水量降低時，輸入電機的頻率降低，供水量減小，電機轉(zhuǎn)速減慢。
[0027]控制流程:
[0028](I)手動運行時，按下按鈕停止水栗工頻運行，完全脫離可編程控制器(PLC)及變頻器2的控制，該功能主要用在系統(tǒng)檢修時及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應急供水方式中。
[0029](2)自動運行時，全部水栗的運行依程序自動工作。系統(tǒng)通電，接收到有效的啟動信號后，首先啟動變頻器2使變頻水栗Ml工作，壓力傳感器3檢測管道內(nèi)部實際壓力送給可編程控制器(PLC)，根據(jù)實際壓力與設定標準壓力的偏差，調(diào)節(jié)輸出頻率，變頻器2控制變頻水栗Ml的轉(zhuǎn)速，當檢測到出水口的壓力達到設定標準值時，變頻器2控制轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到設定值，這期間變頻水栗Ml工作在變頻狀態(tài)。
[0030](3)當用水量增加壓力傳感器3反饋的水壓信號減小時，調(diào)節(jié)偏差變大，可編程控制器(PLC)的輸出信號變大，輸出頻率變大，變頻器2控制變頻水栗Ml的轉(zhuǎn)速增大，供水量增大，最終水管內(nèi)部壓力達到一個新的穩(wěn)定值。
[0031](4)當用水高峰期用水量一直增加，輸出頻率達到變頻器2上限頻率50Hz，若此時出水口壓力傳感器2檢測到的實際壓力小于設定的標準壓力，并且滿足增加水栗的條件時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，可編程控制器(PLC)控制工頻水栗M2工頻運行，同時變頻水栗Ml做變頻運行，可編程控制器(PLC)控制對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定標準值為止。如果用水量持續(xù)不斷增加，可編程控制器(PLC)控制另一臺工頻水栗M3運行。
[0032](5)當用水量下降壓力傳感器3反饋的水壓信號升高，輸出頻率下降到變頻器下限頻率時，若此時出水口壓力傳感器3檢測到的實際壓力大于設定的標準壓力，并且滿足減少水栗的條件時，可編程控制器(PLC)將工頻水栗M2關(guān)掉，恢復可編程控制器(PLC)控制對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設定標準值為止。當用水量持續(xù)不斷下降，可編程控制器(PLC)控制另一臺工頻水栗M3停止運轉(zhuǎn)。
[0033]本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果:
[0034]1、該系統(tǒng)實行閉環(huán)供水充分利用自來水管網(wǎng)的壓力，將符合國家標準的飲用水直接供用給每一個用戶，使水不必經(jīng)過低位水池，和高位水箱，有效地防止了“水資源的二次污染”；
[0035]用變頻器進行調(diào)速進行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，能電能節(jié)能20%-40%，水能節(jié)能30%-60%。能實現(xiàn)綠色用電用水，大大減少資源的浪費；
[0036]3、該系統(tǒng)整體體積很小，減少了供水系統(tǒng)的占地面積，節(jié)省了大量的建筑和設備的投資，能節(jié)約總投資的70%;配置靈活，功能齊全，靈活可靠；
[0037]5、自動化程度高，通過電腦監(jiān)測和自動控制，可以實現(xiàn)無人看守，節(jié)約了大量的人力和物力；
[0038]6、當出現(xiàn)緊急的情況(如突然停水、斷電、水栗、變頻器或軟啟動器發(fā)生故障等)時，系統(tǒng)能根據(jù)水栗及變頻器或軟啟動器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及水源水位，管網(wǎng)壓力等工況點自動進行切換，保證管網(wǎng)內(nèi)壓力恒定。在故障發(fā)生時，執(zhí)行專門的故障程序，保證在緊急情況下的仍能進行正常供水；
[0039]7、運行合理，一天內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速下降，水栗軸上的平均扭矩和磨損減少，水栗的壽命將大大提尚；
[0040]8、免去了水池和水箱的清洗和消毒，節(jié)省了日常水池和水箱的清洗和消毒費用。
[0041]本實用新型的優(yōu)點在于，本實用新型利用PLC控制器使變頻器控制一臺變頻水栗或PLC控制器循環(huán)控制多臺工頻水栗，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水栗電機的軟起動以及變頻水栗與工頻水栗的切換。本實用新型可解決恒壓供水，實現(xiàn)水壓穩(wěn)定，達到節(jié)能環(huán)保的目的。
[0042]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于:包括PLC控制器(I)、變頻器(2)、壓力傳感器(3)、水栗機組(4)、液位傳感器(5)、水池(6)，所述水池(6)里的水經(jīng)過水管網(wǎng)路流向用戶，所述水栗機組(4)安裝于通向用戶管網(wǎng)的水管上，所述壓力傳感器(3)安裝于出水管口處，所述液位傳感器(5)安裝于水池(6)內(nèi)，所述變頻器(2)、壓力傳感器(3)、液位傳感器(5)分別與PLC控制器(I)電連接，所述變頻器(2)還與水栗機組(4)電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于:所述水栗機組(4)包括一臺變頻水栗，與變頻水栗并聯(lián)的兩臺工頻水栗，所述變頻水栗由變頻器(2)控制，兩臺工頻水栗由PLC控制器(I)控制。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC控制器(I)為可編程控制器，具體型號為西門子S7-200型PLC-CPU226。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于:所述變頻器(2)采用ACS510變頻器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力傳感器(3)采用電阻式傳感器或壓變式傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PLC的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，其特征在于:一臺變頻水栗和兩臺工頻水栗都設有軟啟動。
【文檔編號】E03B11/16GK205688493SQ201620578979
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月15日 公開號201620578979.5, CN 201620578979, CN 205688493 U, CN 205688493U, CN-U-205688493, CN201620578979, CN201620578979.5, CN205688493 U, CN205688493U
【發(fā)明人】楊杰
【申請人】湖南科技學院