CN111810419A - 一种恒压供水*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恒压供水***，包括水泵、压力变送器、变频器和PLC，压力变送器设置于水泵的出口处，并与PLC连接，变频器包括预设的通讯接口和PID调节器，PID调节器与水泵的电机连接，并通过预设的通讯接口与PLC连接；压力变送器用于采集水泵的出口处的水压信号，并将水压信号发送至PLC；PLC用于通过预设的通讯接口，将水压信号发送至变频器；变频器的PID调节器用于根据水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制水泵的电机运行。本发明的变频器自带PID调节功能，可根据PLC通过预设的通讯接口发送的水压信号进行PID运算，如此，无需占用PLC的PID组态回路，使得恒压响应更快；同时，无需对PLC添加输入输出模块，节省了硬件投入成本。

Description

一种恒压供水***
技术领域
本发明涉及恒压供水技术领域，尤其涉及一种恒压供水***。
背景技术
变频恒压供水***通常是由水源、离心泵(主泵+休眠泵)、压力传感器、PID调节器、变频器(主泵+休眠泵)、管网组成。其工作流程是利用设置在管网上的水泵出口压力变送器，将管网***内因用水量的变化引起的水压变化，及时转换成成信号(4-20mA或0-10V)并通过模拟量输入模块输入至PLC的，PLC内部的PID调节器对比设定控制压力进行运算后，向通过模拟量输出模块向变频器输出相应的变频指令，对水泵实时变频控制，以改变水泵的运行或转速，使得管网的水压与控制压力一致，从而实现恒压供水功能。
然而，上述变频恒压供水***存在以下缺点：(1)占用PLC内部有限的PID组态回路(如图1所示，型号为200SMART PLC的PID组态回路数为8个)；(2)PLC模拟量输入输出模块增加，增加了硬件投入成本。
发明内容
本发明目的在于，提供一种恒压供水***，以解决现有的变频恒压供水***存在占用PLC内部有限的PID组态回路，以及PLC模拟量输入输出模块增加，增加了硬件投入成本的问题。
本发明实施例提供一种恒压供水***，包括水泵、压力变送器、变频器和PLC，所述压力变送器设置于所述水泵的出口处，并与所述PLC连接，所述变频器包括预设的通讯接口和PID调节器，所述PID调节器与所述水泵的电机连接，并通过所述预设的通讯接口与所述PLC连接；
所述压力变送器用于采集所述水泵的出口处的水压信号，并将所述水压信号发送至所述PLC；所述PLC用于通过所述预设的通讯接口，将所述水压信号发送至所述变频器；所述变频器的PID调节器用于根据所述水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制所述水泵的电机运行。
在某一个实施例中，所述PID调节器配置有预设参数，所述预设参数包括调整方向、比例系数、积分系数和微分系数。
在某一个实施例中，所述PLC配置有预设的压力值，所述PLC还用于通过所述预设的通讯接口将所述预设的压力值发送至所述变频器，所述变频器的PID调节器用于根据所述预设的压力值以及所述水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制所述水泵的电机运行。
在某一个实施例中，所述PLC还用于读取所述水泵的电机的运行频率。
在某一个实施例中，所述PLC还用于在根据所述水泵的运行频率判断不正确时，通过所述预设的通讯接口将判断结果反馈至所述变频器；所述变频器的PID调节器还用于根据所述判断结果以及所述水压信号重新进行PID运算，并根据运算结果控制所述水泵的电机运行。
在某一个实施例中，所述预设的通讯接口为MODOBUS通讯接口。
在某一个实施例中，所述变频器还用于通过所述MODOBUS通讯接口，将所述变频器的参数发送至所述PLC。
在某一个实施例中，所述变频器包括FC051变频器。
在某一个实施例中，所述PLC包括200SMART PLC。
在某一个实施例中，所述恒压供水***还包括触摸屏，所述触摸屏与所述PLC通信连接，并用于显示恒压供水过程中的工作数据，以及在接收到用户输入的设置参数后，发送至所述PLC。
相较于现有技术，本发明实施例中的恒压供水***，具有以下优点：PLC与压力变送器通信连接，并通过变频器上预设的通讯接口与PID调节器通信连接，压力变送器用于采集水泵的出口处的水压信号，而变频器自带PID调节功能，可根据PLC通过预设的通讯接口发送的水压信号进行PID运算，如此，无需占用PLC的PID组态回路，使得恒压响应更快；同时，无需对PLC添加输入输出模块，节省了硬件投入成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中的PLC的PID组态回路的控制界面示意图；
图2是本发明某一实施例提供的恒压供水***的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的恒压供水***的结构示意图；
图4(a)-(f)是本发明某一实施例提供的恒压供水***的PLC编程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图2，本发明实施例提供一种恒压供水***100，包括水泵10、压力变送器20、变频器30和PLC40。压力变送器20设置于水泵10的出口处，并与PLC40连接，变频器30包括预设的通讯接口31和PID调节器32，PID调节器32与水泵10的电机11连接，并通过预设的通讯接口31与PLC40连接。
压力变送器20用于采集水泵10的出口处的水压信号，并将水压信号发送至PLC40。PLC40用于通过预设的通讯接口31，将水压信号发送至变频器30。变频器30的PID调节器32用于根据水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制水泵10运行。
其中，变频器30是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变频器30主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变频器30是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。
在本发明实施例中，变频器30包括PID调节器32。PID调节器32是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差：e(t)＝r(t)-c(t)。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制。其控制规律为：
Figure BDA0002542109180000031
传递函数为：
Figure BDA0002542109180000041
式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数；Ki＝Kp/Ti，为积分系数；Kd＝Kp*Td，为微分系数。
在本发明实施例中，请结合图3，受控对象为水泵10的电机11(如图3所示的电机M)。变频器30根据水压信号，通过PID运算自动调整变频器30的输出频率，实现闭环回路控制，以改变水泵10的电机11转速，最终达到管网恒压的目的。
请参阅图2和图3，PLC40与压力变送器20(如图3所示的压力变送器20PT01)通信连接，用于接收压力变送器20采集到的水泵10出口处的水压信号。此外，PLC40还通过变频器30上预设的通讯接口31与PID调节器32通信连接，并将水压信号发送至PID调节器32。PID调节器32根据水压信号进行PID运算，得到运算结果，并根据该运算结果输出变频指令至水泵10的电机11，以使水泵10的电机11根据变频指令运行，使得管网的水压与控制压力一致，从而实现恒压供水功能。
相较于现有技术，本发明实施例中的恒压供水***100，具有以下优点：PLC40与压力变送器20通信连接，并通过变频器30上预设的通讯接口31与PID调节器32通信连接，压力变送器20用于采集水泵10的出口处的水压信号，而变频器30自带PID调节功能，可根据PLC40通过预设的通讯接口31发送的水压信号进行PID运算，如此，无需占用PLC40的PID组态回路，使得恒压响应更快；同时，无需对PLC40添加输入输出模块，节省了硬件投入成本。
请参阅图3，在某一个实施例中，预设的通讯接口31为MODOBUS通讯接口。
在本发明实施例中，MODOBUS通讯接口是变频器30的配准配置。变频器30通过MODOBUS通讯接口与PLC40通信连接，无需额外增加硬件成本，即可实现与PLC40之间的数据交换，节省了硬件投入成本。
在某一个实施例中，变频器30还用于通过MODOBUS通讯接口，将变频器30的参数发送至PLC40。
现有的变频恒压供水***还存在以下缺点：不能读取变频器的多种参数，如频率、变频器交流电机转速等。
在本发明实施例中，变频器30通过MODOBUS通讯接口与PLC40通信连接，则变频器30的参数可以发送至PLC40，如此，PLC40可以实时读取变频器30的多种参数，提高恒压供水的监控精度。
在某一个实施例中，变频器30包括FC051变频器。
FC051变频器不仅尺寸紧凑、易于调试，而且完全能在复杂的应用环境中使用。它支持对特定功能进行指导编程，并通过PC软件工具进行参数化。凭借带涂层的PCB，即使在苛刻的环境下，变频器30也能确保可靠和经济有效的运行。具体地，凭借其紧凑的书本型设计，并排安装时不会降低额定值。通过带涂层的PCB，实现最小的尘埃渗透率。此外，内置射频干扰滤波器可限制电动机电缆产生的无线电干扰。而且，其高效的散热片可将热量从电子元件上消散，从而延长了变频器30的使用寿命并提高可靠性，并通过将应用中产生的动能转化为制动功率使电动机减速，以降低能耗应用。
在某一个实施例中，PLC40包括200SMART PLC。
如图1所示，型号为200SMART PLC的PID组态回路数为8个。PLC40作为恒压供水***100的重要调度中心，在控制恒压供水***100的正常运行时起到重要作用。因此，当PID运算转移至变频器30的PID调节器32上时，无需占用PLC40的8个PID组态回路，使得PLC40的8个PID组态回路可以应用于其他重要调度，提高了恒压响应速度。
在某一个实施例中，PID调节器32配置有预设参数，预设参数包括调整方向、比例系数、积分系数和微分系数。
在本发明实施例中，PID调节器32配置有预设参数，例如调整方向、比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd等。PID调节器32根据水压信号以及预设参数进行PID运算，以使得运算结果更加精确。
可以理解的是，预设参数与恒压供水***100的实际恒压供水需求对应，可以按实际需求进行适当的调整。
在某一个具体实施例中，变频器30的参数设置如下：
A、8-30---2(标准MODOBUS)；B、8-31--1地址；C、8-32---2(波特率9600)D、8-33---2(无奇偶校验)；E、1-00---3(过程闭环)；F、3-15---0；G、6-22---4；H、6-23---20；I、7-20---2；J、7-30---0(调整方向)；K、7-33---0.4(增益值)；L、7-34---1(积分时间单位为S)；M、7-35---1(微分时间单位为S)。
由上可知，变频器30通过MODOBUS通讯接口与PLC40通信连接。调整方向为0，表示电机，正转；增益值为0.4，即比例系数Kp＝0.4；积分时间为1S；微分时间为1S。
在某一个实施例中，PLC40配置有预设的压力值，PLC40还用于通过预设的通讯接口31将预设的压力值发送至变频器30，变频器30的PID调节器32用于根据预设的压力值以及水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制水泵10的电机11运行。
在本发明实施例中，PLC40可预先配置水泵10所需恒压的压力值，并发送至变频器30的PID调节器32。当压力变送器20将采集到水泵10的出口处的水压信号发送至PLC40时，PLC40将水压信号发送至PID调节器32，PID调节器32根据预设的压力值以及水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制水泵10的电机11运行，从而实现恒压供水功能。
可以理解的是，预设的压力值与恒压供水***100的实际恒压供水需求对应，可以按实际需求进行适当的调整。在某一个实施例中，预设的压力值可通过由PLC40或PLC40的上位机进行调整。
在某一个实施例中，PLC40还用于读取水泵10的电机11的运行频率。
在PID调节器32控制水泵10的电机11运行一段预设时间之后，水泵10的电机11运行频率可能发生改变。PLC40通过读取水泵10的运行频率，以判断水泵10的电机11运行频率是否符合恒压供水的频率，若符合，则水泵10的电机11按当前运行频率运行；若不符合，则反馈判断结果至变频器30的PID调节器32，使PID调节器32重新进行PID运算，从而确保恒压供水***100进行恒压供水。
请结合图4(a)-(f)，在某一具体实施例中，PLC40程序编写具体如下：
(a)端口初始化；
(b)初始化完成执行下一步；
(c)压力值设定；
(d)压力值设定完执行下一步；
(e)读取水泵10运行频率；
(f)循环返回。
在本发明实施例中，PLC40可按照如上步骤进行编程，使之适用于本发明实施例的恒压供水***100。
当然，在其他实施例中，PLC40也可按照其他步骤进行编程，使之适用于本发明实施例的恒压供水***100。
在某一个实施例中，PLC40还用于在根据水泵10的运行频率判断不正确时，通过预设的通讯接口31将判断结果反馈至变频器30。变频器30的PID调节器32还用于根据判断结果以及水压信号重新进行PID运算，并根据运算结果控制水泵10的电机11运行。
在本发明实施例中，当PLC40判断水泵10的电机11运行频率不符合恒压供水的频率时，PLC40将判断结果反馈至变频器30的PID调节器32，使PID调节器32重新进行PID运算，从而确保恒压供水***100进行恒压供水。
请参阅图2，在某一个实施例中，恒压供水***100还包括触摸屏50，触摸屏50与PLC40通信连接，并用于显示恒压供水过程中的工作数据，以及在接收到用户输入的设置参数后，发送至PLC40。
本发明实施例中，恒压供水过程中的工作数据包括变频器30交流电机转速、水泵10流量、水泵10的电机11转速。触摸屏50与PLC40配套使用，使得PLC40的应用更加灵活，同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程，实现恒压供水过程中的工作数据的应用可视化。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种恒压供水***，其特征在于，包括水泵、压力变送器、变频器和PLC，所述压力变送器设置于所述水泵的出口处，并与所述PLC连接，所述变频器包括预设的通讯接口和PID调节器，所述PID调节器与所述水泵的电机连接，并通过所述预设的通讯接口与所述PLC连接；
所述压力变送器用于采集所述水泵的出口处的水压信号，并将所述水压信号发送至所述PLC；所述PLC用于通过所述预设的通讯接口，将所述水压信号发送至所述变频器；所述变频器的PID调节器用于根据所述水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制所述水泵的电机运行。
2.根据权利要求1所述的恒压供水***，其特征在于，所述PID调节器配置有预设参数，所述预设参数包括调整方向、比例系数、积分系数和微分系数。
3.根据权利要求1所述的恒压供水***，其特征在于，所述PLC配置有预设的压力值，所述PLC还用于通过所述预设的通讯接口将所述预设的压力值发送至所述变频器，所述变频器的PID调节器用于根据所述预设的压力值以及所述水压信号进行PID运算，并根据运算结果控制所述水泵的电机运行。
4.根据权利要求1所述的恒压供水***，其特征在于，所述PLC还用于读取所述水泵的电机的运行频率。
5.根据权利要求4所述的恒压供水***，其特征在于，所述PLC还用于在根据所述水泵的运行频率判断不正确时，通过所述预设的通讯接口将判断结果反馈至所述变频器；所述变频器的PID调节器还用于根据所述判断结果以及所述水压信号重新进行PID运算，并根据运算结果控制所述水泵的电机运行。
6.根据权利要求1-5任一项所述的恒压供水***，其特征在于，所述预设的通讯接口为MODOBUS通讯接口。
7.根据权利要求6所述的恒压供水***，其特征在于，所述变频器还用于通过所述MODOBUS通讯接口，将所述变频器的参数发送至所述PLC。
8.根据权利要求1-5任一项所述的恒压供水***，其特征在于，所述变频器包括FC051变频器。
9.根据权利要求1-5任一项所述的恒压供水***，其特征在于，所述PLC包括200SMARTPLC。
10.根据权利要求1-5任一项所述的恒压供水***，其特征在于，所述恒压供水***还包括触摸屏，所述触摸屏与所述PLC通信连接，并用于显示恒压供水过程中的工作数据，以及在接收到用户输入的设置参数后，发送至所述PLC。
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