PLC在恒壓變頻供水系統設備中的應用

1 引言

      傳統的通過(guò)人工調節閥門(mén)來(lái)調整供水量方式在如今的供水系統中已經(jīng)逐漸退出舞臺，因為人工方式往往存在用水高峰時(shí)管網(wǎng)水壓不夠，而用水量較少時(shí)，管網(wǎng)壓力較大的情況，不僅造成資源的浪費，還可能由于壓力過(guò)大造成管道炸裂。如何保證恒壓供水，使用戶(hù)需水量的變化不至于對管網(wǎng)壓力產(chǎn)生沖擊。本文通過(guò)可編程邏輯控制器s7-200，配合pid調節器，實(shí)時(shí)自動(dòng)調節水泵電機的轉速和多臺水泵的切換，使管網(wǎng)出水口壓力保持在恒定的設定值上，既能延長(cháng)供水系統和管網(wǎng)的使用壽命，而且提高了系統的安全指數。

2 恒壓變頻供水系統設備控制要求

2.1 清水泵恒壓控制要求

(1)控制系統具有本柜手動(dòng)、本柜自動(dòng)、中控自動(dòng)三種工作方式，本柜手動(dòng)用于設備調試、檢修及特殊情況下供水。正常情況下，設備置于中控自動(dòng)位，實(shí)現自動(dòng)運行。

(2)當工作方式轉換開(kāi)關(guān)處于中控自動(dòng)時(shí)，如果現場(chǎng)具備開(kāi)機的條件，則應發(fā)出“備妥”信號，收到dcs發(fā)出的“驅動(dòng)”信號后，應根據當前的工況（如水池水位、各泵的選擇開(kāi)關(guān)、變頻器的故障狀態(tài)等），按照要求進(jìn)行控制，保證恒壓供水，并發(fā)出“運行”信號；當出現不影響設備運行的非正常情況時(shí)，應發(fā)出“報警”信號；出現影響設備運轉的緊急情況時(shí)，應發(fā)出“故障”信號，并采取相應的保護措施；當處于中控自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，如果“驅動(dòng)”信號斷開(kāi)，則應該停止各泵的運轉。

(3)當工作方式轉換開(kāi)關(guān)處于本柜自動(dòng)時(shí)，可根據設定壓力，自動(dòng)進(jìn)行控制，保證恒壓供水。

(4)當工作方式處于本柜手動(dòng)時(shí)，由人工在柜面上通過(guò)電位器調節各水泵轉速。

(5)為保障生活用水的壓力穩定，清水泵采用變頻控制方式，一臺變頻器控制兩臺電機，根據水工藝提資，正常情況下一臺水泵就能滿(mǎn)足生活用水，當一臺工作時(shí)，如果變頻器調節到它的額定轉速時(shí)壓力仍不能達到要求，則本水泵可能發(fā)生故障，要求能自動(dòng)切換到另一臺電機，保證供水壓力恒定。

(6)由plc控制兩臺電機工作，為保證線(xiàn)路發(fā)生問(wèn)題時(shí)不損壞變頻器，在其進(jìn)線(xiàn)端加裝一斷路器，由變頻器和出水壓力檢測傳感器組成回路實(shí)現水壓的恒定控制。

(7)當水量突然增大，或發(fā)生火災需要用水時(shí)，由于用水量大增，使管網(wǎng)水壓驟降，變頻器調到50hz水壓也不能滿(mǎn)足條件，所以此時(shí)要求一臺泵轉到工頻全速運轉，另一臺泵根據管網(wǎng)水壓調速運行，保證供水壓力恒定。

(8)系統要求具有自動(dòng)巡檢功能。既定期逐臺變頻軟起兩臺清水泵，并作短時(shí)低速運轉，以防長(cháng)期不用某臺而“銹死”。

(9)控制系統提供的備妥、運行、報警、故障信號，均為無(wú)源常開(kāi)點(diǎn)。

2.2 循環(huán)水泵恒壓控制要求

(1)~(4)控制要求和清水泵一樣。

(5)三臺循環(huán)水泵正常情況下為兩用一備，三臺水泵互為備用；由plc控制三臺電機之間的自動(dòng)啟停，在三臺水泵的出水口止回閥之前各裝一個(gè)電接點(diǎn)壓力表，當主循環(huán)水泵正常工作時(shí)，其對應的水管壓力正常，當運行的某一臺水泵發(fā)生故障時(shí)，它對應的出水口壓力突變?yōu)橐幌孪拗?，則其管路上的電接點(diǎn)壓力表動(dòng)作發(fā)出信號給控制plc從而切換到備用泵，保證供水量穩定。

(6)各電機的運行電流要求進(jìn)行dcs監控。

3 恒壓變頻供水系統設備硬件選型

      可編程控制器選用西門(mén)子s7-200 plc，cpu224，共兩套，清水泵組控制和循環(huán)水泵組控制各一套，型號為6es7214-1bd22-0xb0，清水泵控制系統擴展了一個(gè)em223模塊，型號為223-1ph23-0xa0，變頻器型號acs510-01-060a-4，18.5kw abb變頻器，實(shí)現一臺變頻器拖二臺清水泵。

循環(huán)水泵恒壓控制系統擴展了一個(gè)em223 cn模塊，型號為223-1pl22-0xa8，變頻器型號為acs510-01-157a-4，45kw abb變頻器，實(shí)現一臺變頻器拖三臺循環(huán)水泵。

pid調節器選用具有壓力顯示的。循環(huán)泵控制系統的結構圖如圖1所示。

4 恒壓變頻供水系統設備工作原理

      恒壓變頻供水系統設備利用變頻器的兩個(gè)輸入接口，x1.5和x1.6，采集pid調節器輸出的壓力信號，x:20、x:21頻率輸出驅動(dòng)泵電機的運行，繼電器輸出口可以作為機旁和中控啟停信號，如圖3所示。為了節省成本，不采用模擬量模塊em235，而采用pid調節器，由于采用了pid調節器，而不用變頻器內部的pid，設置變頻器時(shí)將factory設置成0即可。

變頻器的運行要根據plc的輸出是否閉合來(lái)確定，變頻器的停止要根據plc輸出是否閉合來(lái)確定?？刂葡到y系統原理圖如圖2所示。

      由壓力變送器采集管網(wǎng)壓力信號，送至pid調節器，由pid調節器將所需的信號傳遞給變頻器，變頻器的參數設置如表1所示，plc控制回路負責整個(gè)系統的邏輯控制。

      系統工作模式分手動(dòng)運行和自動(dòng)運行，以下以循環(huán)泵控制為例（io分配如表2所示）介紹系統的工作流程和泵的切換過(guò)程。變頻器的外部接線(xiàn)圖如圖3所示。在中控自動(dòng)模式下，系統自動(dòng)運行，程序流程圖如圖4所示。

      首先啟動(dòng)1#泵，變頻器輸出頻率從0逐漸上升，同時(shí)pid調節器采集管網(wǎng)壓力變送器信號，經(jīng)pid運算之后，將調節信號送給變頻器，隨著(zhù)用水量的不斷增加，變頻器的輸出頻率逐漸增大，直至50hz，如果此時(shí)采集的壓力信號仍沒(méi)有達到設定壓力，此時(shí)系統自動(dòng)將1#泵置于工頻運行，啟動(dòng)2#泵，置于變頻狀態(tài)，當2#泵工作頻率達到50hz之后，如果此時(shí)壓力變送器信號仍小于設定值，則將2#泵置于工頻，啟動(dòng)3#泵，置于變頻。隨著(zhù)3#泵運行頻率的增大，管網(wǎng)壓力超過(guò)了設定值，則停止1#泵的運行，之后如果管網(wǎng)壓力仍大于設定值，則停止2#泵，3#泵仍置于變頻狀態(tài)。以后系統將根據用水量的不斷變化，對3臺水泵進(jìn)行不斷地啟動(dòng)、變頻、工頻、停止等循環(huán)操作，使系統的供水壓力始終穩定在所設定的壓力上。

5 結束語(yǔ)

      采用可編程控制器實(shí)現恒壓變頻供水系統設備，自動(dòng)保持供水系統壓力穩定，同時(shí)plc的使用使系統控制可靠性和抗干擾性大大提高。降低成本的同時(shí)，也保證了系統的安全性。該系統融合了plc控制技術(shù)、變頻調速技術(shù)、反饋控制技術(shù)、電機拖動(dòng)技術(shù)，其成功運行在水廠(chǎng)供水控制系統中有一定的推廣價(jià)值。