可編程控制器和變頻器的恒壓供水系統分析
2014-3-11 9:42:20??????點(diǎn)擊：
可編程控制器和變頻器的恒壓供水系統分析
1 引言
隨著(zhù)變頻器技術(shù)的日益成熟，變頻調速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。變頻調速恒壓供水設備以其節能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，在小區供水和工廠(chǎng)供水控制中發(fā)揮了很大的作用。
根據某洗衣機進(jìn)水電磁閥生產(chǎn)廠(chǎng)家的需要，為了給該廠(chǎng)電磁閥性能測試生產(chǎn)線(xiàn)提供基準恒壓水源，本文利用PLC控制技術(shù)和變頻調速技術(shù)設計的全自動(dòng)恒壓供水系統,能較好地滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，水壓精度較高。為了不浪費水資源，系統還具有自動(dòng)水循環(huán)功能。
2 恒壓供水系統組成及實(shí)現原理
恒壓供水的基本控制策略是:采用可編程控制器(plc)與變頻調速裝置構成控制系統，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調速運行，并自動(dòng)調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據實(shí)際設定水壓自動(dòng)調節水泵電機的轉速和水泵的數量,自動(dòng)補償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設定值,既可以滿(mǎn)足生產(chǎn)供水要求，還可節約電能，使系統處于可靠工作狀態(tài)，實(shí)現恒壓供水。
其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實(shí)現電機的無(wú)級調速，從而使管網(wǎng)水壓連續變化，同時(shí)變頻器還可作為電機軟啟動(dòng)裝置，限制電機的啟動(dòng)電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓。智能pid調節器實(shí)現管網(wǎng)水壓的pid調節。plc控制單元則是泵組管理的執行設備，同時(shí)還是變頻器的驅動(dòng)控制，根據用水量的實(shí)際變化，自動(dòng)調整其它工頻泵的運行臺數。變頻器和plc的應用為水泵轉速的平滑性連續調節提供了方便。水泵電機實(shí)現變頻軟啟動(dòng),消除了對電網(wǎng)、電氣設備和機械設備的沖擊，延長(cháng)機電設備的使用壽命。
3 恒壓供水控制系統硬件設計
恒壓供水系統采用三套電機-水泵對水網(wǎng)進(jìn)行恒壓供水，每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次僅有一臺電機工作在變頻調速狀態(tài)。工作時(shí)可根據實(shí)際情況選擇，變頻器根據實(shí)際水壓的變化,不斷地調整水泵轉速,通過(guò)調節流量達到恒定水壓的目的。另外,可編程序控制器根據當前水泵的供水情況對其進(jìn)行合理切換,及時(shí)增泵和減泵，實(shí)現最佳匹配。
3.1主控電路設計
電控系統的主電路由3臺電機分別為m1、m2和m3。接觸器km1、km2、km3分別控制電機m1、m2和m3變頻或工頻運行，fr1、fr2、fr3分別為3臺水泵電機過(guò)載保護的熱繼電器，qs1、qs2、qs3、qs4分別為變頻器和3臺水泵電機主電路的隔離開(kāi)關(guān)，fu1為主電路的熔斷器，vvvf為通用變頻器
變頻器選用三墾力達電氣有限公司的shf系列，功率分別為7.5kw，1.5kw和15kw，變頻器采用模擬量控制方式。通過(guò)變頻器對電機水泵實(shí)現軟啟動(dòng)功能。圖2為pid調節器和變頻器的接線(xiàn)圖。變頻器根據pid調節器輸出信號，及時(shí)調節輸出頻率，改變電機和水泵的轉速,調節系統供水量,使供水管網(wǎng)中的壓力穩定在設定壓力值上。
3.3plc輸入/輸出地址分配
根據對控制系統的分析，本系統選用中達電通公司的dvp60es00t2plc實(shí)現控制，共有60點(diǎn)輸入輸出，其中36個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)晶體管輸出點(diǎn)，交流供電，其環(huán)境溫度、抗沖擊、抗噪聲等性能指標均能滿(mǎn)足要求，附表為plc輸入/輸出地址分配表。
4 變頻調速恒壓供水系統軟件設計
恒壓供水系統的軟件設計包括plc的程序設計和變頻器的功能參數設定。這里主要討論plc的程序設計。
plc的程序設計包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的程序設計，手動(dòng)部分是通過(guò)按鈕控制電機在工頻下運行和停止，主要考慮系統調試或檢修時(shí)用。
當選擇開(kāi)關(guān)打到"自動(dòng)"時(shí)，系統能夠進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，由plc和變頻器聯(lián)合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式。供水系統共有3臺泵組電機，在根據水壓決定投入泵組臺數后，只有最初投入的電機進(jìn)行變頻調速，其它后投入的電機則在工頻下全速運行，泵組電機的切換過(guò)程由邏輯控制單元plc實(shí)現。
p1泵為變頻泵，p2、p3泵為工頻泵時(shí)的plc狀態(tài)轉移圖。假設增泵順序為p1、p3和p2，當供水設備開(kāi)始工作時(shí)，先起動(dòng)變頻泵p1，當管網(wǎng)水壓達到設定值時(shí)，變頻器的輸出頻率則穩定在一定數值上。當用水量增加時(shí)，水壓降低，壓力變送器把水管出口變化了的總管實(shí)際壓力信號變成4～20ma的標準信號送入智能pid調節器,pid回路調節器經(jīng)運算,得出調節參數送給變頻器，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值(50hz)時(shí)，若供水壓力仍不能使管網(wǎng)水壓達到設定值，延時(shí)20s后，pid調節器就發(fā)出控制信號，通過(guò)PLC控制單元起動(dòng)一臺工頻泵p3泵，若管網(wǎng)水壓仍不能達到設定值，則延時(shí)20s后，繼續起動(dòng)工頻泵。反之，當用水量減少，供水壓力大于設定值時(shí)，變頻器的輸出頻率降低，水泵轉速下降，變頻器的輸出頻率達到最小值(30hz)時(shí)，延時(shí)20s后，則發(fā)出減少一臺工頻泵的命令，其他泵依次類(lèi)推。
5 結束語(yǔ)
自行設計的變頻調速恒壓供水系統實(shí)現簡(jiǎn)單,成本低廉，投入運行以來(lái)，工作可靠，具有較好的控制效果。主要體現在:
(1)系統供水壓力平穩，壓力變化在0.01mpa以?xún)?
(2)高效節能，系統有plc和變頻器管理，可有效解決不同用水量時(shí)電機輕載或空載時(shí)節能問(wèn)題;
(3)整個(gè)系統自動(dòng)化程度高，不需人員職守，故障時(shí)可以自動(dòng)保護并發(fā)出報警信號。
(4)自動(dòng)水循環(huán)，實(shí)現了有效的節水。
另外，系統采用plc控制，容易隨時(shí)修改程序，以改變工作狀況，滿(mǎn)足不同控制要求，有較大的靈活性和通用性，有一定的推廣應用價(jià)值。
- 上一篇：硅谷雜志:PLC控制變頻器實(shí)現變頻恒壓自動(dòng)供水設備高效性能 2014/3/11
- 下一篇：高層建筑消防給水系統及可靠性研究 2014/3/6
