PLC在變頻恒壓供水系統中的成功應用
2013-11-8 11:59:36??????點(diǎn)擊：
1. 引言
隨著(zhù)變頻調速技術(shù)和可編程控制器的飛速發(fā)展，以及其應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動(dòng)化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛使用，在其它領(lǐng)域（如民用和家庭自動(dòng)化）的應用也得到了迅速的發(fā)展。
由于變頻調速技術(shù)和可編程程序控制器的應用靈活方便，在恒壓供水系統中亦得到廣泛的應用。采用PLC作為中心控制單元，利用變頻器與PID結合，根據系統狀態(tài)可快速調整供水系統的工作壓力，達到恒壓供水的目的，提高了系統的工作穩定性，得到了良好的控制效果以及明顯的節能效果?！?/span>
2、PLC變頻恒壓供水系統結構
變頻恒壓供水系統原理如圖一；它主要有PLC、變頻器、壓力變送器、液位傳感器、動(dòng)力及控制線(xiàn)路以及泵組組成。用戶(hù)通過(guò)控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開(kāi)關(guān)來(lái)了解和控制系統的運行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號變成4～20mA標準信號送入變頻器內置的PID調節器，經(jīng)PID運算與給定壓力參數進(jìn)行比較，得到4～20mA參數，4～20mA信號送至變頻器?？刂葡到y由變頻器控制水泵的轉速以調節供水量，根據用水量的不同，變頻器調節水泵的轉速不同、工作頻率也就不同，在變頻器設置中設定一個(gè)上限頻率和下限頻率檢測，當用水量大時(shí)，變頻器迅速上升到上限頻率，此時(shí)，變頻器輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號給PLC；當用水處于低峰時(shí)，變頻器輸出達到下限頻率，變頻器也輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號給PLC；兩個(gè)信號不會(huì )同時(shí)產(chǎn)生。當產(chǎn)生任何一個(gè)信號時(shí)，信號即反饋給PLC，PLC通過(guò)設定的內部程序驅動(dòng)I/O端口開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)實(shí)現切換交流接觸器組，以此協(xié)調投入工作的水泵電機臺數，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換。通過(guò)調整投入工作的電機臺數和控制電機組中一臺電機的變頻轉速，使系統管網(wǎng)的工作壓力始終穩定，進(jìn)而達到恒壓供水的目的?！?/span>
3、PLC變頻恒壓供水系統工作原理
該PLC變頻恒壓供水系統有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運行方式。手動(dòng)方式時(shí)，按下按鈕啟動(dòng)和停止水泵，可根據需要分別控制1#~3#泵的啟停，該方式主要供設備調試、自動(dòng)有故障和檢修時(shí)使用。自動(dòng)運行時(shí)，首先由1#水泵變頻運行，變頻器輸出頻率從0HZ上升，同時(shí)PID調節器把接收的信號與給定壓力比較運算后送給變頻器控制。如壓力不夠，則頻率上升到50HZ，變頻器輸出一個(gè)上限頻率到達信號給PLC，PLC接收到信號后經(jīng)延時(shí)，1＃泵變頻迅速切換為工頻，2＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍達不到設定壓力，則2＃泵由變頻切換成工頻，3＃泵變頻啟動(dòng)；如用水量減少，PLC控制從先起的泵開(kāi)始切除，同時(shí)根據PID調節參數使系統平穩運行，始終保持管網(wǎng)壓力。
若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統停機，待電源恢復正常后，系統自動(dòng)恢復到初始狀態(tài)開(kāi)始運行。變頻自動(dòng)功能是該系統最基本的功能，系統自動(dòng)完成對多臺泵的啟動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過(guò)程?！?/span>
4、PLC變頻恒壓供水系統變頻器
變頻器采用艾默生電氣公司生產(chǎn)的EV2000系列變頻器。EV2000采用獨特的控制方式，實(shí)現了高轉矩、高精度、寬調速驅動(dòng)，滿(mǎn)足通用變頻器高性能化的要求，具有超出同類(lèi)產(chǎn)品的防跳閘功能和適應惡劣電網(wǎng)溫度、濕度和粉塵能力，極大提高產(chǎn)品可靠性。
EV2000具有實(shí)用的PI(圖二)、簡(jiǎn)易PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機參數存儲選擇。頻率給定通道與運行命令通道捆綁，零頻回差控制等，為設備提供集成度一體化解決方案，對降低系統成本，提高系統可靠性具有極大價(jià)值。PI參數的設定將直接反饋變頻器控制中的響應速度和精度，零頻運行閾值和零頻回差的設定可以避免變頻器在低頻率輸出水泵低速運行（水泵在變頻器輸出15HZ以下時(shí)的效率很低），使變頻器低于某一頻率時(shí)自動(dòng)停止輸出，即不影響恒壓供水的要求，又把效率提至最高。
5、變頻恒壓供水系統PLC控制系統
該PLC變頻恒壓供水系統采用三菱FX-1s30MR，I/O點(diǎn)數為30點(diǎn)，繼電器輸出，PLC編程采用FX—20P—E手持式編程器或三菱PLC專(zhuān)用編程軟件SWOPC— FX/WIN—C，PLC可編程程序控制器及軟件提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線(xiàn)編程、在線(xiàn)連接和調試。為了提高整個(gè)系統的性?xún)r(jià)比，該系統采用可編程控制器的開(kāi)關(guān)量輸入輸出來(lái)控制電機的起停、自動(dòng)投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而電機的轉速、設定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量及實(shí)際運行參數則由變頻器及其內置PID來(lái)顯示和控制?！?/span>
三菱PLC的編程指令簡(jiǎn)單易懂且程序設計靈活，本系統PLC主體程序用STL指令與狀態(tài)繼電器S，STL指令可以編制生產(chǎn)流程和工作與順序圖非常接近的程序，順序功能圖中的每一步與其他步是完全隔離開(kāi)的，根據控制要求將這些程序段按一定的順序組合在一起，就可以成功地完成控制任務(wù)。FX系列PLC的狀態(tài)繼電器編制順序控制程序時(shí)一般與STL指令一起使用?！?/span>
泵組切換示意圖如圖三，工作條件滿(mǎn)足，開(kāi)始工作時(shí)，1#泵變頻啟動(dòng)，泵的轉速隨變頻器輸出頻率的上升而逐漸升高，如變頻器的頻率達到50HZ而此時(shí)水壓還未達到設定值，變頻器檢測到上限頻率并輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號給PLC，延時(shí)一段時(shí)間后，1＃泵迅速切換至工頻運行，同時(shí)解除變頻器運行信號，使變頻器頻率降為 0HZ，然后2＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍未達到，則2＃泵切換至工頻，3＃泵變頻啟動(dòng)，在運行中始終保持一臺泵變頻運行，當壓力達到設定值時(shí)變頻輸出將為 0HZ，同時(shí)變頻器輸出一個(gè)下限頻率信號至PLC，由PLC決定切除1＃工頻泵，此時(shí)由一臺工頻泵和一臺變頻泵運行，如果此時(shí)壓力達到設定值，變頻器的輸出為0HZ，同時(shí)輸出下限信號給PLC，PLC解除2＃工頻泵，只由3＃泵變頻運行來(lái)維持管網(wǎng)壓力。當壓力下降，變頻器頻率升至50HZ輸出信號，延時(shí)后 3＃泵切換為工頻，1＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍不滿(mǎn)足則1＃變切換為1＃工，2＃泵變頻運行，如果壓力仍達不到，2＃變切換為2＃工，啟動(dòng)3＃變，三臺泵同時(shí)工作以保證供水要求?！?/span>
這樣的切換過(guò)程有效地減少泵的頻繁起停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對水壓波動(dòng)做出反應之前，由變頻器迅速調節，使水壓平穩過(guò)渡，從而有效的避免了高樓用戶(hù)短時(shí)間停水的情況發(fā)生。
以往的變頻恒壓供水系統在水壓高時(shí)，通常時(shí)采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進(jìn)行調節。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁起停，從而減少設備的使用壽命。而在該系統中采用直接停工頻泵的運行方式，同時(shí)由變頻器迅速調節，只要參數設置合適，即可實(shí)現泵組的無(wú)沖擊切換，使水壓過(guò)渡平穩，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)間缺水的現象，提高了供水品質(zhì)。
6、注意事項
要使系統穩定快速準確的運行，應注意一下參數：
1） 變頻、工頻切換時(shí)間T
切換時(shí)間T在PLC程序中設定，設置T時(shí)為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉換為工頻過(guò)程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對對應的交流接觸器不會(huì )同時(shí)吸合，而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流大而對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，所以在允許的范圍內時(shí)間T必須盡可能小。
2） 上、下限頻率持續時(shí)間TH和TL
變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統以變頻運行的頻率是否達到上限（下限），并保持一定的時(shí)間來(lái)判斷是否加、減泵，這個(gè)判斷時(shí)間就是 TH（TL）,如果設定值過(guò)大，系統就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應；如果設定值過(guò)小，管網(wǎng)用水量變化時(shí)就很可能引起頻繁的加減泵工作。
7、結束語(yǔ)
該PLC變頻恒壓供水系統采用PLC和變頻器結合，系統運行平穩可靠，實(shí)現了真正意義上的無(wú)人職守的全自動(dòng)循環(huán)倒泵、變頻運行，保證了各臺水泵運行效率的最優(yōu)和設備的穩定運轉啟動(dòng)平穩，消除了啟動(dòng)大電流沖擊，由于泵的平均轉速降低了，從而可延長(cháng)泵的使用壽命，可以消除啟動(dòng)和停機時(shí)的水錘效應。該設計系統是大型公共社區如高校、居民小區等處的性能、價(jià)格比較高的優(yōu)選方案。并通過(guò)近兩年的使用，運行穩定，節能效果顯著(zhù)，得到了用戶(hù)一致好評。
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