CN202579135U - 一种大型喷灌变频控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大型喷灌变频控制系统，包括终端控制用的计算机、PLC可编程控制器、变频器、电机、设于电机上的编码器、水泵以及设于喷灌管网内的流量压力传感器；PLC可编程控制器由其通信端口与计算机的通信端口双向通信电连接；变频器的控制端与PLC可编程控制器的相应的输出端口电连接；变频器的输出端与电机的电源端电连接；流量压力传感器的输出端和编码器的输出端分别与PLC可编程控制器的相应的信号输入端口电连接；电机与水泵传动连接。电机为采取Y/△启动方式启动的电机。通过本实施新型的应用，大型喷灌区可节能节水、节约人力成本。

Description

一种大型喷灌变频控制系统

技术领域

    本实用新型涉及一种大型农业灌溉装置，具体涉及一种大型农业喷灌系统的变频控制系统。

背景技术

当前，随着我国水资源的日趋紧张，必须大力发展节水灌溉农业，因而大型灌区都使用了喷灌系统，喷灌与传统的大水漫灌相比，节约了大量的灌溉用水，但是在灌溉工程中，由于灌溉面积、农作物生长要求、用水目标等不同，因而灌溉出水量的负载需求是变化的。在实际运行中有许多异步电机在局部时间为空载运行，这些都使其功率因数大为降低，造成电能的较大浪费。同时大型灌区的水泵电机如果定速运行，当灌区开启不同数目阀门时，管道中的水压变化较大，使灌水均匀度变差，而通过出口阀门的节流来控制喷灌系统管道压力，会增加管道阻力，浪费大量电能，同时对机械设备的保养也不利。

实用新型内容

本实用新型的目的是：克服现有技术的不足，提供一种通过改变电机的供电频率来改变水泵的转速从而使供水管网内的压力保持恒定的智能化的大型喷灌变频控制系统，实现节约电能、节省人力的目的。

本实用新型目的技术方案是：一种大型喷灌变频控制系统，包括电机、水泵；电机与水泵传动连接；其结构特点是：还包括终端控制用的计算机、PLC可编程控制器、变频器、设于电机上的编码器以及设于喷灌管网内的流量压力传感器；PLC可编程控制器由其通信端口与计算机的通信端口双向通信电连接；变频器的控制端与PLC可编程控制器的相应的输出端口电连接；变频器的输出端与电机的电源端电连接；流量压力传感器的输出端和编码器的输出端分别与PLC可编程控制器的相应的信号输入端口电连接。

进一步的方案是：上述的电机为采取Y/△启动方式启动的电机。

本实用新型具有的积极效果：（1）通过PLC可编程控制器来控制变频器的输出信号，进而控制三相异步电机的供电频率，使喷灌系统的水泵电机转速随出水量（负载）的变化而变化，使输水管道中的水压力保持恒定，或在设定值附近微小波动，降低管道阻力，提高喷灌的均匀度，避免了电机的频繁启动，节约电能；（2）通过PLC可编程控制器与PC机的通信，在一台主机上控制大型灌区，提高了控制系统的智能化程度，不需要操作人员频繁的现场操作，降低了劳动强度，节省了人力。

附图说明

图1为本实用新型的构成框图；图中还显示了由本实用新型控制的喷灌管网； 

图2为图1中PLC、变频器、电机及电机上的编码器电连接示意图；

图3为图1中的PLC控制变频器的控制程序的梯形图；

图4为图1中的PLC控制电机Y/△启动的梯形图。

具体实施方式

    下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明：

（实施例1）

见图1，本实施例的大型喷灌变频控制系统，由终端控制用的计算机1、PLC可编程控制器 2、变频器3、电机4、设置在电机4上的编码器41、水泵5和设置在喷灌管网内的流量压力传感器6组成。   

电机4与水泵5传动连接，带动水泵5工作。水泵5与喷灌管网机械连接，将水泵5所抽起的水送到后续的喷灌管网。

PLC可编程控制器2通过其通信端口与计算机1的通信端口双向电连接；变频器3的控制端与PLC可编程控制器2的相应的输出端口电连接；变频器3的输出端口与电机4的电源端电连接；流量压力传感器6的输出端和编码器41的输出端分别与PLC可编程控制器2的相应的信号输入端口电连接。

前述的终端控制用的计算机1本实施例中优选常用的PC机，计算机1设置在控制室内，可以同时与多台作为下位机的PLC可编程控制器2通信连接并对其实施管理和控制。计算机1通过PLC可编程控制器2对整个系统进行监视，对各种实时状态进行记录、存储，并且能对各个参数进行设定，如管道压力，灌水量或灌水时间等。计算机1的监控程序通过VB6.0编写，能够很好地与PLC进行通信。

前述的PLC可编程控制器 2的型号本实施例中优选松下FP1系列C40的PLC可编程控制器。FP系列的C40的PLC是日本松下电工生产的小型PLC，它集CPU、I/O、通信等诸多功能模块一体，程序容量最大可达5000步，具有81条基本指令和完善的功能，同时具有网络功能，用RS485双绞线，可实施1200m范围内通信互联以及与终端控制用的计算机1方便连接。C40的输入/输出接口有40个，其中输入接口24个，输出接口16个。PLC可编程控制器的监控程序用梯形图编写。PLC可编程控制器 2能实时接收设置在喷灌管网内的管道压力进行采集、运算、处理，并传输给终端控制计算机1，同时能对执行装置如变频器3、喷灌管网中的电磁阀等进行控制，本实施例中的一台PLC可编程控制器 2同时控制两套由电机4和水泵5组成的系统的运行，其中一套运行，一套备用，PLC可编程控制器 2的部分输入/输出接口分配如表1所示，PLC可编程控制器 2剩余的端口根据灌区实际情况作电磁阀的输入/输出口。

本实施例中的终端控制用的计算机1与PLC可编程控制器2的通信，通过采用编程器对PLC可编程控制器 2内置的寄存器进行设定，在FP1系列的PLC中与通信有关的系统寄存器为No410~ No418,本系统中参数格式与系统寄存器内容的关系如表2所示：

 

读发送帧格式如下

读响应帧格式如下

本实施例中，前述的变频器3优选西门子6E32型变频器。该型变频器的变化可以精确到0.1Hz，对电机的调节可以精确到3r/min，连续变化的频率使电机可以从0到电机额定转速范围内任意改变。根据灌区的需要，变频器3接受PLC可编程控制器2发出的指令，实施对电机4的变频调节以改变电机4的转速，从而调整水泵5出水的流量，使电机的转速随着灌区流量的变化而变化，能有效避免电机的频繁启动以及大量的水和能源的浪费。本实施例中设定变频器3对电机4进行高、中、低速三种控制，其硬件接线示意图如图2所示，变频器3与PLC2的控制单元中的Y3、Y4、Y5端口电连接，PLC2的控制单元中的X2和X3端口输入由编码器41传输的电机转速信号。PLC可编程控制器2控制变频器3的控制程序的梯形图如图3所示。本实施例中，编码器41优选型号为PIF2000-C05D法国雷恩编码器。

本实施中，流量压力传感器6优选型号为1151的压力传感器，流量压力传感器6设置于喷灌管网内。流量压力传感器6能实时监测喷灌管道内的水流量压力信号，并把压力信号转换为4~20mA电信号传输到PLC可编程控制器2，PLC可编程控制器2对管道压力测量值与内置的设定值进行比较处理后，PLC可编程控制器2通过模拟口输出4~20mA调节信号给变频器3，由变频器3实施相应的变频以控制电机4的转速，实现自动调节供水量的大小。

本实施例中的电机4均采用异步电动机。

实际应用中，由于农用电网不大，抗冲击能力较差，异步电动机若不采取任何措施，直接接入电网起动，则不仅起动时功率因数很低，导致起动转矩较小，而且起动电流很大，达到额定电流的4~7倍，启动性能恶劣，功耗较大，对农用电网造成冲击，且影响电机寿命。为解决这一问题，本实施例中的电机4的启动采取Y/△启动方式。按下电机4的起动按钮后，电机4按Y型启动方式运行，3秒后Y型方式断开，电机4按△接通方式运行。PLC可编程控制器2控制电机4 实现Y/△启动方式的控制程序的梯形图如图4所示。

以上实施例是对本实用新型的具体实施方式的说明，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本实用新型的专利保护范围。

Claims (2)

1. 一种大型喷灌变频控制系统，包括电机（4）、水泵（5）；所述的电机（4）与水泵（5）传动连接；其特征在于：还包括终端控制用的计算机（1）、PLC可编程控制器（2）、变频器（3）、设于电机（4）上的编码器（41）以及设于喷灌管网内的流量压力传感器（6）；所述的PLC可编程控制器（2）由其通讯端口与计算机（1）的通讯端口双向通信电连接；变频器（3）的控制端与PLC可编程控制器（2）的相应的输出端口电连接；变频器（3）的输出端口与电机（4）的电源端电连接；流量压力传感器（6）的输出端和编码器（41）的输出端分别与PLC可编程控制器（2）的相应的信号输入端口电连接。

2.根据权利要求1所述的一种大型喷灌变频控制系统，其特征在于：所述的电机（4）为采取Y/△启动方式启动的电机。

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