基于PLC船舶变频恒压供水系统的设计 

蒋先平 (广州航海学院船舶与海洋工程学院，广东广州510725) 

摘 要：水是人类世界生活中不可缺少的物质，随着船员及旅客对船舶上的生活水平和居住环境 的不断提高，落后的供水模式已经不能满足目前生活用水需求，所以，船舶供水建设和改革已经成 为了一个重要的课题．设计了一套节能恒压供水系统．实践证明，该系统大约可节能30％～ 50％；且可靠性高、使用灵活，符合实际需要． 关键词：PLC；变频；恒压供水 中图分类号：TP278  文献标志码：A  文章编号：1009—8526(2016)02—0001—03 

  众所周知，我们国家是水资源和电能非常短缺 的国家，而水又是我们生产生活中非常重要的组成 物质，因而节水节能就成为今天我们所面临的重要 课题．人们对长期以来生活供水和工业生产循环供 水等方面技术一直比较落后、自动化程度低的情况 进行了大量的改革，利用PLC和变频器组成变频恒 压供水系统；解决了在用水高峰期和用水低峰期时 水压的恒定并对供水设备实现了保护，而且实现了 节能的目标． 随着我国社会经济的发展，对外贸易也快速增 长，对航运企业而言如何在生产和节能环保二者间 取得平衡也已成为一个重要课题．根据调查，我国 大部分的船舶仍然采用传统的供水方式，部分船舶 在进行系统设计时，容最选择功率偏大，系统匹配 不合理，工作时经常出现“大马拉小车”现象，造成 能源浪费．因此将集现代先进电力电子技术和计算 机技术于一体的变频调速技术引入船舶控制领域， 改造船舶传统供水系统为船用变频恒压供水系统， 具有重大的经济意义和社会意义．本文对变频恒压 供水系统进行设计． 1 PLC变频调速恒压供水原理 编程逻辑控制器．可编程逻辑控制器是基于可编程 的存储器，利用其内部存储程序执行逻辑运算、控 制顺序、定时、计数与算术操作等面向用户的指令， 并通过数字或模拟式输入与输出控制各种类型的 机械或生产过程¨ ． PLC具有自身的优点：①抗干扰能力强，可靠性 高；②控制系统结构简单，通用性强；③编程方便， 易于使用；④功能强大，成本低；⑤设计、施工、调试 的周期短；⑥维护方便． 设异步电动机运行时的转速计算公式为： n=60f(1一s)／p．  (1) 其中， 为转速，r／s 为电源频率，Hz；S为异步电动 机的转差率；p为极对数．由式(1)可知，电动机的转 速n同电网频率． 厂成正比，因此改变电动机电源的 频率，便可以实现转速的改变及控制．理论和实践 表明当频率在0～50 Hz之间变化时，异步电动机的 调节范围最佳．综上所述，PLC的变频调是通过改变 电动机电源频率． 厂来实现的． 在船舶供水系统中，通过变频器改变水泵电动机 的转速来实现管路水压恒定，比电机恒速而通过阀门 控制水压降低能耗，提高系率．由流体动力学的知识 可知，供水系统运行时水泵的工作效率计算公式为：叩=K 一K (詈) PLc，全称是Pmgramm bl。L。gi。c。n mll，为可  叩=K 一K (詈) 

 其中，K 、K 为常数项；Q为供水量，n为异步电动机 的转速．由于Q与n成正比，因此效率基本不变，而 在恒速下通过阀门改变供水流量将使效率下降．变 频恒压供水系统的特性如图1所示． 0  ～  Qm 图1 变频恒压供水系统特性曲线 传统供水系统的特性就是水泵“流量大时扬程 低，流量小时扬程高”，而变频恒压供水系统就是无 论供水流量怎么变化，都必须保证水泵运行扬程不 变，即等于图1中设定的扬程HA．采用变频恒压供 水时，因为变频器完全实现了无级调速，因而在图1 中设定的供水范围内，即用水量从Qmin到Qmax 时，自动将转速调到nk；从而实现了供水流量的连 续调节，供水工作始终处于P到  的这条直线上， 实现了变频恒压供水的目的  ． 2 恒压供水系统硬件电路的设计 供水系统主电路如图2所示，电动机M1、M2、M3 分别带动各自的水泵向主管道供水，每台电动机都有 工频和变频两种工作模式．由图2可知，KM1、KM2、 KM3分别控制电动机M1、M2、M3的工频运行；KM4、 KM5、KM6分别控制电动机M1、M2、M3的变频运行； QF1为变频器运行的断路器．用来作电机工频运行的 过载保护的分别是热继电器FR1、FR2、FR3． 图2 系统主电路 变频器选用西门子Micromaster 430，MicroMaster 430是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩 负载专家．功率范围7．5～250 kW．它按照专用要求 设计，并使用内部功能互联(BiCo)技术，具有高度 可靠性和灵活性．控制软件可以实现专用功能：多 泵切换、手动／自动切换、旁路功能、断带及缺水检 测、节能运行方式等．MicroMaster430具有多重保护 功能，如过载能力为140％额定负载电流，持续时间 3 S和110％额定负载电流，持续时间60 S；过电压、 欠电压保护；变频器过温保护；接地故障保护，短路 保护；PTC／KTY电机保护．具有多个模拟量输出 (0～20 mA)，复合制动功能改善了制动特性．系统 控制电路及PLC接线如图3所示． FU l  0 0 U l M4  KM1  蛐2 K M I  一 — T ：  ———— 、—_一L L  sB  Q  l  u I KM2 。 卜 KM  1．  ：： SB5 Q  I  u l — ／一  r_]l  KM3 广 SB7 U —‘ ，一  YV YV f指小、搬{ 尊，水位等束删m) 图3 系统控制电路 3 恒压供水系统的软件设计 设计要求：根据船舶种类及运行的特点，系统 能够提供足够的供水并保持水压的恒定，使设备运 行安全可靠并实现节能环保的目的． 3．1 PLC控制程序的设计 在船舶恒压供水系统中以PLC作控制系统的 中心，PLC程序包括主程序、变频运行子程序、工频 运行子程序、水泵的变频／工频切换及增减泵子程 序、火灾判断子程序、PID运算子程序等．水泵的变 频／工频切换及增减泵子程序的流程． 3．2 泵的切换及PID控制流程 控制流程如图4所示． 1)当系统启动时，将图3的SA开关置于1位， 使系统工作在变频恒压供水状态．首先启动变频 器，并由变频器带动水泵电机M1运行，由于开始时 管网实际压力与设定压力的误差较大，因此变频器 输出频率增加，通过PID控制器带动水泵电机M1 加速运行，直至管网实际压力与设定压力相等

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