一拖二變頻恒壓供水設備中的PLC與變頻器關(guān)系
2013-4-27 14:21:27??????點(diǎn)擊：
一拖二變頻恒壓供水設備中的PLC與變頻器關(guān)系
變頻調速技術(shù)是近十幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的比以往任何調速方法更加優(yōu)越的新技術(shù)，因其具有節能效果明顯、調速曲線(xiàn)平滑、調速過(guò)程簡(jiǎn)單、安全可靠、保護功能齊全、起動(dòng)性能優(yōu)越、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)而受到越來(lái)越多的企業(yè)的青睞，被應用到工業(yè)生產(chǎn)控制過(guò)程中的任何場(chǎng)合，顯著(zhù)的節能效果給眾多的企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟效益。特別是近幾年來(lái)隨著(zhù)IGBT功率元件和DSP微處理系統在變頻器中的應用，變頻器本身已非常成熟，使得變頻調速技術(shù)的優(yōu)越性更加突出，傳動(dòng)效率越來(lái)越高，使用越來(lái)越方便，可靠性也得到了進(jìn)一步的提高。
現代工業(yè)生產(chǎn)是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同?？删幊炭刂破?PLC)由于具有以下特點(diǎn)而深受工廠(chǎng)工程技術(shù)人員的歡迎。
(1) 可靠性高，抗干擾能力強
其平均無(wú)故障時(shí)間大大超過(guò)IEC規定的10萬(wàn)小時(shí)，同時(shí)，有些PLC還采用了冗余設計和差異設計，進(jìn)一步提高了其可靠性。
(2) 適應性強，應用靈活
多數采用模塊式的硬件結構，組合和擴展方便。
(3) 編
程方便，易于使用
梯形圖語(yǔ)言和順控流程圖語(yǔ)言(Sequential Function Chart)使編程簡(jiǎn)單方便。
(4) 控制系統設計、安裝、調試方便
設計人員只要有PLC就可進(jìn)行控制系統設計，并可在實(shí)驗室進(jìn)行模擬調試。
(5) 維修方便，工作量小
PLC有完善的自診斷、歷史資料存儲及監視功能，工作人員可以方便的查出故障原因，迅速處理。
(6) 功能完善
除基本的邏輯控制、定時(shí)、計數、算術(shù)運算等功能外，配合特殊功能塊，還可以實(shí)現點(diǎn)位控制、PID運算、過(guò)程控制、數字控制等功能，既方便工廠(chǎng)管理又可與上位機通信，通過(guò)遠程模塊還可以控制遠方設備。
由于具有以上特點(diǎn)，使得PLC的應用范圍極為廣泛，可以說(shuō)只要有工廠(chǎng)、有控制要求，就會(huì )有PLC的應用。
2 系統構成及控制方案
2.1 系統構成
一拖二(一臺變頻器控制兩臺電機)變頻恒壓供水控制系統由變頻器、信號采集及處理系統和控制系統3部分組成。
(1) 變頻器
此系統對變頻器的要求不高，現有國內外各品牌變頻器基本都能滿(mǎn)足技術(shù)要求，在此我們以西門(mén)子MM430變頻器為例。此變頻器經(jīng)過(guò)幾番更新?lián)Q代，質(zhì)量更加可靠、性能更加穩定，與國外其他品牌相比性能價(jià)格比較高。只是此變頻器多功能數字輸入端子沒(méi)有對兩路模擬輸入信號的切換功能，只能通過(guò)外部繼電器切換。
(2) 信號采集及處理系統
一拖二變頻恒壓供水設備中的PLC與變頻器關(guān)系主要由傳感器及PID調節器等組成，對就地采集的信號進(jìn)行處理和轉換，為控制系統提供一個(gè)準確可利用的信號。
(3) 控制系統
一拖二變頻恒壓供水設備中的PLC與變頻器關(guān)系由按鈕、繼電器、PLC等電子電氣元件組成。該系統作為變頻調速控制主體，可控制水泵的起停、加減速運轉以及泵間的相互切換等。主要電氣元件均采用西門(mén)子產(chǎn)品。SIMATIC S7-200可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統，能滿(mǎn)足中等性能要求的應用;大范圍的各種功能模塊可以非常好的滿(mǎn)足和適應自動(dòng)控制任務(wù)，各種單獨的模塊之間組合以用于擴展;簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式結構和多界面網(wǎng)絡(luò )能力，使得應用十分靈活;方便用戶(hù)和簡(jiǎn)易的無(wú)風(fēng)扇設計;當控制任務(wù)增加時(shí)，可以自由擴展;大范圍的集成功能使得它的功能非常強勁。多種的性能遞增的CPU和豐富的且帶有許多方便功能的I/O擴展模塊，使用戶(hù)可以 根據實(shí)際應用選擇合適的模塊。當任務(wù)規模擴大，可隨時(shí)使用附加模塊對PLC進(jìn)行擴展?？紤]其性能和點(diǎn)數，系統選用西門(mén)子S7-224繼電器輸入輸出型。
2.2 控制系統方案
一拖二變頻恒壓供水設備中的PLC與變頻器關(guān)系為了實(shí)現恒壓力供水的目的，系統采用閉環(huán)控制，同時(shí)考慮系統的安全性，附加開(kāi)環(huán)控制，作為備用。開(kāi)環(huán)、閉環(huán)之間可以方便的進(jìn)行轉換。壓力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并將檢測到的管道水壓信號經(jīng)過(guò)轉換后傳送給PID調節器，PID調節器將此信號與給定值進(jìn)行比較后，經(jīng)過(guò)一系列的運算將輸出一個(gè)標準的控制信號給本系統的執行器－變頻器，變頻器根據調節器輸出信號的變化來(lái)改變其輸出頻率，進(jìn)而改變水泵電機的轉速，以此來(lái)控制出水量的大小。由于變頻器的輸出頻率在0~50Hz范圍內連續可調，當用水量較小時(shí)，水泵維持低速運行，當用水量增大致使壓力降低時(shí)，變頻器輸出頻率會(huì )一直上升到50Hz時(shí),因此當壓力發(fā)生變化時(shí)， 系統會(huì )自動(dòng)調節出口水量，使壓力始終在設定值附近波動(dòng)並 達到設定值，從而實(shí)現了恒壓力供水的目的。
(1) 系統功能
可以根據需要，設定壓力值，系統自動(dòng)進(jìn)行循環(huán)啟動(dòng)，實(shí)現恒壓供水，系統的響應速度快，穩定性好;
系統設有手動(dòng)、自動(dòng)控制模式:在手動(dòng)方式下，由工人根據壓力表顯示的情況，進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)，并且可以設定由工頻啟動(dòng)還是變頻啟動(dòng);在自動(dòng)方式下， 根據壓力設定值進(jìn)行循環(huán)啟停泵操作;
一拖二變頻恒壓供水設備中的PLC與變頻器關(guān)系可以在線(xiàn)切換手動(dòng)、自動(dòng)控制模式:當系統在自動(dòng)方式下 全啟動(dòng)以后，可以不停機直接切換到手動(dòng)狀態(tài)下運行;
每臺泵都設有變頻/工頻兩種狀態(tài)，在自動(dòng)運行模式下，任一臺泵只有處于變頻狀態(tài)，才能由PLC控制進(jìn)入循環(huán)軟啟序列;
具有顯示報警功能,系統設置有各種顯示功能，可以顯示電壓、電流、壓力、變頻器輸出頻率、電機轉速等參數，同時(shí)設置各種保護功能，如過(guò)流保護、過(guò)壓保護、過(guò)載保護、欠壓保護等。
(2) 工作原理
在自動(dòng)運行模式下，通過(guò)人為設定所需的壓力，啟動(dòng)系統后，控制系統通過(guò)變頻器啟動(dòng)一臺處于變頻狀態(tài)的水泵電機。當電機達到滿(mǎn)速以后，如果檢測壓力仍達不到設定要求，控制系統會(huì )自動(dòng)地將該泵由變頻切換到工頻，然后由變頻器自動(dòng)啟動(dòng)另外一臺處于變頻狀態(tài)的水泵電機。當檢測到的壓力值偏高且變頻器運轉在下限頻率時(shí)，則第，一臺工頻運行的水泵電機將自動(dòng)停機;若再需加泵時(shí)，控制系統會(huì )自動(dòng)將變頻運行的水泵切換至工頻運行，然后再變頻啟動(dòng)另外一臺處于變頻狀態(tài)的備用泵;以此順序運行，直到出口壓力達到設定的要求值。
在手動(dòng)運行模式下，由人工根據壓力表顯示的壓力情況進(jìn)行現場(chǎng)手動(dòng)啟動(dòng)單臺泵，并且可以設定是由工頻啟動(dòng)還是由變頻啟動(dòng)。對于變頻運行泵，可以通過(guò)手調信號給定電位器來(lái)調節水泵電機轉速的快慢。
一拖二變頻恒壓供水設備中的PLC與變頻器關(guān)系系統優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)調節供水動(dòng)力范圍大，不用經(jīng)常人工起停水泵，因而自動(dòng)化程度高，減小了電機長(cháng)期滿(mǎn)負荷運轉所造成的磨損，延長(cháng)了設備的使用壽命。
(3) 控制系統原理圖
此系統中，PLC作為系統的控制核心，起著(zhù)至關(guān)重要的作用。尤其變頻自動(dòng)加減泵的過(guò)程，關(guān)系到系統的安全和調節的平滑性，在編程的過(guò)程中應該注意。其原理圖如圖1所示。
變頻器及控制系統的其它電子電氣元件作為本系統的執行機構，作為變頻調速控制主體，可控制水泵的起停、加減速運轉以及泵間的相互切換等。其原理圖如圖2所示。
3 節能原理
水泵為平方轉矩負載，即水泵的負載轉矩與轉速的平方成正比，而軸功率和負載轉矩與轉速的乘積成正比，因此，水泵的軸功率與電機轉速的立方成正比。
由此可知，當要求出水量減少時(shí)，可使電機轉速降低，而電機轉速微量減少，將使功率大幅下降，節能效果十分明顯。本變頻調速系統經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計，精心的設備選型，合理的編程，配合正確的信號給定，使得電機始終處于較好運行狀態(tài)，節能挖潛得到了較大的發(fā)揮。
4 回報及效益分析
4.1 直接效益
水泵恒壓供水避免了開(kāi)關(guān)閥門(mén)造成的節流損失和關(guān)閉閥門(mén)運行時(shí)電機所做的無(wú)用功，按每年運行300天閥門(mén)平均開(kāi)度80%計算，22kW電機年節電量可做如下計算:
W＝22×[1-(0.8)3]×24×300=7.79萬(wàn)kWh
電費單價(jià)按0.40元/kWh計算,全年可節約電費
M=7.79×0.40=3.116萬(wàn)元
4.2 間接效益
(1) 水泵進(jìn)行變頻調速改造以后，由于系統采用軟啟動(dòng)連續變速運行，減少了對水泵的磨損，大大延長(cháng)了設備使用壽命和維修周期，減少了維修費用和由此帶來(lái)的直接經(jīng)濟損失;
(2) 系統采取過(guò)流、過(guò)壓、瞬時(shí)斷電、短路、欠壓、缺相等多種保護，避免了因電機燒損而影響生產(chǎn)所帶來(lái)的直接和間接經(jīng)濟損失。
5 結束語(yǔ)
用變頻調速和PLC來(lái)實(shí)現變頻恒壓供水，與用調節閥門(mén) 來(lái)實(shí)現恒壓供水相比較，節能效果十分顯著(zhù)。其優(yōu)點(diǎn)是:起動(dòng)平穩，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?，從而避免了起?dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉速降低了，從而可延長(cháng)泵和閥門(mén)等的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機時(shí)的水錘效應;在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對環(huán)境的污染。本系統經(jīng)多年應用與完善，性能優(yōu)越，安全方便，深得用戶(hù)好評。
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