基于PLC控制的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動(dòng)控制系統

      隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動(dòng)控制系統已經(jīng)取代了傳統供水方式。廣泛應用于工礦企業(yè)和市政供水系統。文章介紹了PLC與變頻器的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動(dòng)控制系統的構成，泵組切換與恒壓供水控制方法和系統保護功能的實(shí)現。并簡(jiǎn)要分析了其使用效果。

1  引言

　　以 PLC控制為核心、變頻調速技術(shù)為基礎的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動(dòng)控制系統，已逐漸取代原有的供水方式。PLC用于變頻恒壓供水系統中，不僅簡(jiǎn)化了系統的硬件，減少了系統在硬件上出現故障的次數，提高了硬件系統的抗干擾能力，而且，隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和進(jìn)步、通信技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現系統的遠程控制奠定了基礎，同時(shí)，也解決了城市高層建筑和居民小區的供水問(wèn)題。

2  一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動(dòng)控制系統的組成

　　PLC與變頻器實(shí)現的恒壓供水自動(dòng)控制系統的組成如圖1所示。

2.1  主要設備選擇

　　(1) FK2 - 32可編程控制器是三菱公司的產(chǎn)品，適用于各種環(huán)境，抗干擾能力強，編程方便，易于使用；擴展功能也很強。本身具有16路開(kāi)關(guān)量輸入和16路輸出，精度高，多量程的A/D 和D/A 模塊用于反饋控制?；局噶钐幚頃r(shí)間為0.74μs/每步，平均無(wú)故障時(shí)間達30萬(wàn)h，可滿(mǎn)足一般工業(yè)控制需求。

　　(2) 本系統設備選型的主要要求是可靠性高，能長(cháng)時(shí)間穩定運行。所選設備應能滿(mǎn)足恒壓供水閉環(huán)控制和泵組切換控制。

　　根據系統的實(shí)際需要，選用FX2 - 32 作為系統的控制主機，擴展1個(gè)模擬量輸入模塊FX-4AD和1個(gè)模擬量輸出模塊FX- 2DA，能滿(mǎn)足系統水壓的PID閉環(huán)控制和開(kāi)關(guān)量的切換控制要求。

　　變頻器選擇日本三肯公司制造的MF-l10kW交流變頻調速器，該變頻器具有快速響應轉矩調整功能、轉差補償功能及優(yōu)良的保護功能。變頻器容量為150 kVA ，驅動(dòng)電機功率110kW，輸出額定電流228A(120%的過(guò)載能力)，操作方便，直觀(guān)。

　　壓力變送器選擇國產(chǎn)1151型號的電容式壓力變送器。該變送器具有結構簡(jiǎn)單，安裝方便，準確度高及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能滿(mǎn)足控制要求。

2.2  水壓閉環(huán)調節原理

　　該系統的水壓閉環(huán)調節原理是：在泵站的輸出母管上的壓力變送器將出水母管水壓轉換為1～5 V，直流電壓信號輸入PLC，經(jīng)FX- 4AD將其轉換為數字信號。該信號與壓力給定值相比較，并經(jīng)PID運算，由PLC輸出1個(gè)控制信號經(jīng)FX- 2DA 轉換為4～20mA的控制信號送往變頻器，控制變頻器輸出頻率，從而控制供水泵電機轉速，達到輸出供水母管水壓穩定在設定的壓力上。

3  一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動(dòng)控制系統泵組切換與恒壓供水控制方法

　　該系統由1臺編程控制器和1臺變頻器配合來(lái)控制4臺水泵的起、停。上電時(shí)系統由變頻器控制軟起動(dòng)1號泵變頻運行。如變頻器的輸出頻率上升到50Hz，輸出母管水壓還達不到設定值，則延時(shí)3 min后(使母管壓力穩定)，將1號泵切換為工頻市電驅動(dòng)。變頻器則再軟起動(dòng)2號泵運轉，如輸出母管水壓還達不到設定值，則將2 泵切換為工頻市電驅動(dòng)。變頻器則再起動(dòng)3號泵運轉，直到輸出母管水壓達到設定值為止。

　　當系統處于N臺泵同時(shí)運轉時(shí)，因用水量的變化可引起水壓的變化。泵組切換與恒壓供水的控制流程如圖2所示。

　　為防止變頻器50Hz驅動(dòng)與市電50Hz驅動(dòng)時(shí)電機輸出功率不同造成反復加泵緘泵現象，程序中的加泵緘泵的切換點(diǎn)不是剛好等于設定值時(shí)就切換。加泵時(shí)壓力判斷點(diǎn)為設定值-Δ，減泵時(shí)判斷點(diǎn)為設定值+Δ。其中Δ根據水壓控制的精度要求而對應設置。

　　另外，為防止減泵時(shí)由于市電驅動(dòng)的泵的切換使水壓下降甚至造成斷水現象，故減泵之前將變頻器的輸出控制在30Hz上(此值可根據實(shí)際情況進(jìn)行修正)。泵可處于不打水狀態(tài)，一旦N - 1號泵停止，則第N號泵將在30 Hz的基礎上增加，上升頻率速度快，可避免切換過(guò)程中的斷水現象。

　　為了滿(mǎn)足在火災情況發(fā)生時(shí)的消防需要，，本系統具有雙恒壓控制功能，即當發(fā)生火災時(shí)，按下消防按鈕開(kāi)關(guān)，PLC讀到消防按鈕開(kāi)關(guān)信號后，立即起動(dòng)消防水壓(即第二恒壓設定值)控制，滿(mǎn)足消防滅火水壓要求。

4  一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動(dòng)控制系統保護功能的實(shí)現

4.1  定時(shí)換泵功能

　　為了防止某1臺水泵因長(cháng)期不運行銹死而另外1臺卻長(cháng)時(shí)間運行，影響系統的運行壽命和可靠性，該系統PLC內部設有實(shí)時(shí)時(shí)鐘。PLC系統定時(shí)巡檢每1臺泵的運行時(shí)間，并與整個(gè)系統泵的平均運行時(shí)間比較，如果某1臺泵休息時(shí)間太長(cháng)，則將該泵投入運行，而運行時(shí)間最長(cháng)的泵投入休息狀態(tài)。系統盡量使每1臺泵的運行時(shí)間接近，以防止泵因長(cháng)期不運行而銹死，同時(shí)也避免了某1臺泵因運行時(shí)間太長(cháng)而易出現故障的現象。

4.2  故障檢測與報警功能

　　該系統設有水位檢測與報警、變頻器故障檢測與報警、超壓(水壓)檢測與報警及故障處理功能。

　　蓄水池水位的檢測采用1臺浮球傳感器。當水池中水位高于某設定值時(shí)，浮球懸浮在水中，球內的干簧管接通。若水池水位低于某設定值時(shí)，浮球懸起，內部干簧管斷開(kāi)。PLC接收到此信號后，發(fā)出報警信號，通知操作人負處理。

　　超壓報警在設備正常運行時(shí)是不會(huì )發(fā)生的，因為一旦水壓超過(guò)設定值時(shí)，則PLC會(huì )減泵或控制變頻器降低頻率使水泵減速。特殊情況下，如壓力傳感器失靈等情況出現，實(shí)測壓力大大超過(guò)設定水壓時(shí)，則PLC發(fā)出報警信號，通知操作人員處理。

5  結束語(yǔ)

　　FX2 - 32可編程控制器與變頻器結合實(shí)現的智能恒壓多泵恒壓供水自動(dòng)控制系統已在企業(yè)得到實(shí)際應用。實(shí)際運行表明，系統投入后供水壓力穩定，控制精度高，運行可靠，效率較高。