PLC和觸摸屏與變頻器的變頻恒壓供水系統組合應用
2013-4-27 16:11:04??????點(diǎn)擊：
PLC和觸摸屏與變頻器的變頻恒壓供水系統組合應用
1、恒壓供水設備系統簡(jiǎn)介
為改善生產(chǎn)環(huán)境，某公司投資清潔水技改工程并建成一座日產(chǎn)水2.5萬(wàn)頓的供水系統，分別建設了抽水泵系統、加壓泵系統和高位水池。根據公司用水需求特點(diǎn)，從抽水泵系統過(guò)來(lái)的水一部分直接供給生產(chǎn)用水部門(mén)，一部分則需通過(guò)加壓泵輸送到高位水池，而供給生產(chǎn)用水部門(mén)的水壓與供給高位水池的水壓相差較大。同時(shí)高位水池距抽水泵房較遠達十多公里，高位水池的液位高低和加壓泵系統的設計以及如何與抽水泵系統“聯(lián)動(dòng)”也是較難解決的。
鑒于以上特點(diǎn)，從技術(shù)可靠和經(jīng)濟實(shí)用角度綜合考慮，我們設計了用PLC控制與變頻器控制相結合的自動(dòng)恒壓控制供水系統，同時(shí)通過(guò)主水管線(xiàn)壓力傳遞較經(jīng)濟地實(shí)現了加壓泵系統與抽水泵系統“遠程聯(lián)動(dòng)”的控制目的。
2、恒壓供水設備系統方案
系統主要由三菱公司的PLC控制器、ABB公司的變頻器、施耐德公司的軟啟動(dòng)器、電機保護器、數據采集及其輔助設備組成（見(jiàn)圖1）。
2.1 抽水泵系統
整個(gè)抽水泵系統有150KW深井泵電機四臺，90KW深井泵電機兩臺，采用變頻器循環(huán)工作方式，六臺電機均可設置在變頻方式下工作。采用一臺150KW和一臺90KW的軟起動(dòng)150KW和90KW的電機。當變頻器工作在50HZ，管網(wǎng)壓力仍然低于系統設定的下限時(shí)，軟起動(dòng)器便自動(dòng)起動(dòng)一臺電機投入到工頻運行，當壓力達到高限時(shí)，自動(dòng)停掉工頻運行電機。一次主電路接線(xiàn)示意圖見(jiàn)圖2所示。
恒壓供水設備系統為每臺電機配備電機保護器，是因為電機功率較大，在過(guò)載、欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、相序不平衡、缺相、電機空轉等情況下為確保電機的良好使用條件，達到延長(cháng)電機的使用壽命的目的。
系統配備水位顯示儀表，可進(jìn)行高低位報警，同時(shí)通過(guò)PLC可確保取水在合理水位的水質(zhì)監控，同時(shí)也保護電機制正常運轉工況。 系統配備流量計，既能顯示一段時(shí)間的累積流量，又能顯示瞬時(shí)流量，可進(jìn)行出水量的統計和每臺泵的出水流量監控。
2.2 公司內不同壓力供水需求的解決
為穩定可靠地滿(mǎn)足公司內部分區域供水太力（0.4~0.45Mpa）低于主管網(wǎng)水壓力（0.8~0.9Mpa）的要求，配備穩壓減壓閥來(lái)調節，可調范圍為0.1~0.8Mpa。2.3 加壓泵系統 由于抽水泵房距離高位水池較遠，直接供水到高位水池抽水泵的揚程不足，為此在距離高位水池落差為36米處設計有一加壓泵房，配備立式離心泵兩臺（一用一備）電機功率為75KW，揚程36米。
該加壓泵的控制系統需考慮以下條件：
（1）若高位水池水位低和主管有水，則打開(kāi)進(jìn)水電動(dòng)蝶閥和起動(dòng)加壓泵和進(jìn)水向高位水池供水；
（2）若高位水池水位滿(mǎn)且主管有水，則給出報警信號并關(guān)閉加壓泵和進(jìn)水電動(dòng)蝶閥；
（3）若主管無(wú)水表明用水量增大或抽水泵房停止供水， 須開(kāi)啟出水電動(dòng)蝶閥由高位水池向主管補充不。
像抽水泵一樣，我們?yōu)榧訅罕门鋫淞塑浧饎?dòng)器和電機保護器，確保加壓泵長(cháng)期可靠地運轉，同時(shí)配備了高位水池的水位傳感器和數顯儀和缺水傳感器。為保證整個(gè)主水管網(wǎng)的恒壓供不，當高位水池滿(mǎn)且主水管有水時(shí)，加壓泵停止，此時(shí)主管壓力將“憋壓”， 終導致主管壓力上升，并將此壓力傳遞到抽水泵房，抽水泵的控制系統檢測到此壓力進(jìn)行恒壓變頻控制，進(jìn)而達到整個(gè)主管網(wǎng)的恒壓供水，這是整個(gè)控制系統設計的關(guān)鍵。
3、恒壓供水設備系統實(shí)現功能
3.1 全自動(dòng)平穩切換，恒壓控制
主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號4~20mA送給數字PID控制器，控制器根據壓力設定值與實(shí)際檢測值進(jìn)行PID運算，并給出信號直接控制變頻器的轉速以使管網(wǎng)的壓力穩定。當用水量不是很大時(shí)，一臺泵在變頻器的控制下穩定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓和穩定時(shí)，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時(shí)被 PLC檢測到，PLC自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續性，同時(shí)將一臺備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩定。若兩臺泵運轉仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，而將另一臺備用泵投入變頻運行。當用水量減少時(shí)，首先表現為變頻器已工作在較低速信號有效，這時(shí)壓力上限信號如仍出現，PLC首先將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述兩個(gè)信號仍存在時(shí)，PLC再停掉一臺工頻運行的電機，直到末后一臺泵用主頻器恒壓供水。另外，控制系統設計六臺泵為兩組，每臺泵的電機累計運行時(shí)間可顯示，24小時(shí)輪換一次，既保證供水系統有備用泵，又保證系統的泵有相同的運行時(shí)間，確保了泵的可靠壽命?？刂葡到y圖見(jiàn)圖3。
3.2 半自動(dòng)運行
當PLC系統出現問(wèn)題時(shí)，自動(dòng)控制系統失靈，這時(shí)候系統工作處于半自動(dòng)狀態(tài)，即一臺泵具有變頻自動(dòng)恒壓控制功能，當用水量不夠時(shí)，可手動(dòng)投入另外一臺或幾臺工頻泵運行。
3.3 手動(dòng)
當壓力傳感器故障或變頻器故障時(shí)，為確保用水，六臺泵可分別以手動(dòng)工頻方式運行。
4、實(shí)施效果
實(shí)際運行證明本控制系統構成了多臺深井泵的自動(dòng)控制的較經(jīng)濟結構，在軟件設計中充分考虎變頻與工頻在切換時(shí)的瞬間壓力與電流沖擊，每臺泵均采用軟起動(dòng)是解決該問(wèn)題關(guān)鍵。變頻器工作的上下限頻率及數字PID控制的上下限控制點(diǎn)的設定對系統的誤差范圍也有不可忽視的作用。
①采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動(dòng)，保證了供水質(zhì)量，而且節能效果明顯，并延長(cháng)了主管網(wǎng)及其閥門(mén)的使用壽命。
②用穩壓減壓閥經(jīng)濟地解決了不同用水壓力的問(wèn)題。
③拓寬運用變頻恒壓控制原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠程通訊總是并達到異地連鎖控制的目的。
④在抽水泵房設置連續液位顯示，并將信號傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機，設定的取水位置，確保水的質(zhì)量。
⑤電機既有電機保護器，又有軟起動(dòng)器，克服了起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，相對延長(cháng)了電機制使用壽命。
⑥由于采用PLC控制的壓力自動(dòng)控制，可以實(shí)現無(wú)人遠程操作，系統的PLC預留有RS485接口，可與公司總調度室計算機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接。
⑦由于系統采用閉環(huán)恒壓控制，電機在滿(mǎn)足主水很容易網(wǎng)的壓力的前提下，節能效果顯著(zhù)，年節電61萬(wàn)度，折合為人民幣36萬(wàn)元。
⑧通過(guò)采用變頻器控制，可在不同季節、節假日、日夜及上下班等全面調控水量，按日節水100噸計，則年可節水36500噸。
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