PLC-變頻器和軟啟動(dòng)器在節電型疊壓給水設備中的應用

    隨著(zhù)我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市規模的不斷擴大，穩定的水壓、優(yōu)良的水質(zhì)成了現代人們生活的必需要求。但工業(yè)發(fā)展對水資源的污染讓現代水廠(chǎng) 須遠離污染源，都設在了水源的上游，從而導致供水管網(wǎng)過(guò)長(cháng)，在管網(wǎng)的末端水壓過(guò)低，使得該區域的用戶(hù)生活受到了影響，于是，設在城市中心或管網(wǎng)末端的節電型疊壓給水設備在城市供水系統中就顯得極其重要。另一方面，由于城市人口密集，用水量隨機性、變化幅度大，因此，供水加壓站的設計即要滿(mǎn)足較大負荷（用水量）運行，又要避免負荷變化引起的管網(wǎng)壓力驟然增大或減小而破裂的問(wèn)題。傳統控制系統采用頻繁地對水泵、電機啟停的方法，不但縮短了它們的機械壽命，而且增加了維護和維修的費用，而且造成了電能的浪費。這里介紹一種由PLC-變頻器和軟啟動(dòng)器的節電型疊壓給水設備系統的應用，它能很好地解決了上述的問(wèn)題。

    PLC-變頻器和軟啟動(dòng)器控制系統由1個(gè)PLC控制站、2臺變頻器、2臺軟啟動(dòng)器、壓力變送器、綜合保護器、液位計及4臺潛水泵等組成，如圖1。4臺水泵中2臺大泵的流量是5000m3/h，電機為150kW；2臺小泵流量3000m3/h；電機為85kW。兩臺變頻器控制1大1小的水泵，兩臺軟啟動(dòng)器控制另外兩臺水泵。在出水總管上安裝有壓力變送器探測管網(wǎng)的壓力，在清水蓄水池裝有液位計，檢測水池的液位并將信號送至PLC。每臺潛水泵機都配有1臺的綜合保護器（安裝在變頻器或軟啟動(dòng)機柜內），它收集機組的軸承溫度、繞組溫度、漏水報警信號、絕緣信號等。

    每臺變頻器柜和軟啟動(dòng)柜在面板上都有手動(dòng)/自動(dòng)轉換按鈕，當打在“手動(dòng)”檔時(shí)，可通過(guò)柜面的控制按鈕進(jìn)行控制，工作人員可以根據實(shí)際情況現場(chǎng)決定開(kāi)/停水泵，并設為較優(yōu)先控制級，不受PLC或控制室的控制，以保證檢修或出現故障時(shí)的安全使用。

    根據區域供水條件的要求，節電型疊壓給水設備的常規供水流量按一大一小運行流量設計，即1臺大的變頻器加1臺小軟啟動(dòng)器或1臺小的變頻器加1臺大的軟啟動(dòng)器，保證有1臺的變頻器工作。當用水處于高峰時(shí)，用水量增時(shí)，管網(wǎng)的壓力就會(huì )降低，安裝在出口處的壓力變送器就把壓力信號傳送到變頻器，變頻器與給定的壓力（可通過(guò)電位器或PLC給定）相比較，通過(guò)內部PID運算，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，如壓力繼續降低，則變頻器調節輸出頻率，提高水泵的轉速，直至壓力升高到給定值，然后繼續穩定工作。如在延時(shí)時(shí)間內，管網(wǎng)的壓力恢復，則輸出頻率不變。如用水量小，壓力上升，同樣變頻自動(dòng)調節輸出頻率，直至達到壓力穩定為止。這樣，給定壓力—變頻器—反饋壓力—給定壓力就形成了單循環(huán)閉環(huán)控制系統，通過(guò)調節變頻器輸出頻率的來(lái)調節水泵的轉速，達到恒壓供水的目的。

    2.2節電型疊壓給水設備多泵或單泵運行方式

    當節電型疊壓給水設備系統在一大一小運行達到滿(mǎn)負荷時(shí)，即變頻器工作在工頻50Hz時(shí)，PLC即可對其進(jìn)行計時(shí)，若在一定的時(shí)間段內，壓力仍小于給定的壓力，PLC就自動(dòng)啟動(dòng)另處一臺變頻器或軟啟動(dòng)器，變頻器再自動(dòng)調節輸出頻率，直到壓力達到給定值，如運行的變頻器輸出頻率已在50Hz，壓力還達不到要求，則要啟動(dòng)末后一臺水泵，直至壓力上升到給定值。

    而當節電型疊壓給水設備系統在一大一小的方式運行，而變頻器的輸出頻率低于某一值（一般為30Hz左右）時(shí)，管網(wǎng)的壓力仍高于給定的壓力，PLC也自動(dòng)啟動(dòng)計時(shí)器，在一定的時(shí)間段內，如果壓力仍高于給定值，PLC就自動(dòng)停止軟啟動(dòng)器的運行，由單臺的變頻器運行，直至壓力降低為止。

 2.3PLC的工作

 

    PLC在本節電型疊壓給水設備系統中主要通過(guò)RS485通信接口讀取變頻器、軟啟動(dòng)器上傳的頻??開(kāi)/停進(jìn)行控制，同時(shí)記錄每臺水泵的運行時(shí)間，對高低壓配電系統如絕緣、過(guò)壓、過(guò)流等監測。

 

    2.4故障的處理

 

    節電型疊壓給水設備不多，所以較主要的故障來(lái)源于潛水泵和變頻器或軟啟動(dòng)器本身。由于每臺的潛水泵都由配有單獨的綜合保護器，當潛水泵發(fā)生故障如軸承溫度、繞組溫度、漏水、絕緣報警時(shí)，綜合保護器就會(huì )根據故障的類(lèi)型、或輕重程度決定是否先停止運行該潛水泵，同時(shí)將故障信號傳到變頻器或軟啟動(dòng)器，再通過(guò)變頻器或軟啟動(dòng)器RS485接口報知PLC，在PLC系統發(fā)出停止信號和發(fā)出聲光報警，以通知工作人員及時(shí)處理。而變頻器或軟啟動(dòng)器本身故障時(shí)，也通過(guò)RS485的接口上傳故障信號至PLC，PCL發(fā)出報警信號并自動(dòng)發(fā)出停止信號。

 

    三、節電型疊壓給水設備系統主要設備的配置及PLC軟件設計

    （1）變頻器和軟啟動(dòng)器的配置

    在一般的控制系統中變頻器的輸出頻率是通過(guò)PLC來(lái)控制，即由PLC采集壓力信號，并進(jìn)行PID運算，然后再輸出頻率信號，變頻器根據此信號來(lái)決定輸出。在本節電型疊壓給水設備系統中采用了變頻器自身控制的方法，變頻器用的是CFC-1000系列產(chǎn)品，軟啟動(dòng)器用的也是施耐德CMC-S系列產(chǎn)品，這種型號的變頻器內部自帶PID調節器采用了優(yōu)化算法，它可以接受現場(chǎng)壓力傳感器的4-20mA的標準模擬信號，與給定的壓力參數比較，調節輸出，平穩地控制了管網(wǎng)的壓力。由于PID運算在變頻器內部，就可省去了對PLC存儲容量和PID算法的編程，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。

 

    （2）PLC控制系統的配置

    由于PLC在本節電型疊壓給水設備系統中只承擔“總監總控”的角色，而且PLC與變頻器和軟啟動(dòng)器的通信是通過(guò)RS485接口進(jìn)行，所以配置較為簡(jiǎn)單，除CPU模塊、通信模塊、電源模塊外，只配置了16點(diǎn)的開(kāi)關(guān)量輸入模塊1塊，8點(diǎn)模擬量輸入模塊1塊，主要的輸入信號來(lái)源于配電系統中的開(kāi)閘合閘、手動(dòng)/自動(dòng)、電流、電壓、有功功功率、無(wú)功功率等，所以對PLC的配置要求不高。

 

    （3）PLC軟件的設計

 

    3.1開(kāi)停泵的程序

 

    根據出水管壓力和水池的水位高低來(lái)確定開(kāi)泵臺數，實(shí)現恒壓控制。即當出水管壓力低于設定壓力時(shí)，增加開(kāi)泵的臺數；當出水管壓力高于設定壓力時(shí)，減少開(kāi)泵的臺數。

 

    3.2系統控制和報警記錄程序

 

    節電型疊壓給水設備系統的總控制由PLC來(lái)完成，記錄每一臺機組的運行時(shí)間，當達到一定時(shí)間段時(shí)，按“先投先切”和“先切先投”的方式，自動(dòng)輪流切換。PLC還接受變頻器、軟啟動(dòng)器和潛水泵的報警信號，并按情況決定是否停止該機組的運行，并把報警時(shí)間、類(lèi)型等信息記錄，以便日后的查詢(xún)。

 

    四、節電型疊壓給水設備系統的優(yōu)點(diǎn)

    本系統由于采用了PLC+2變頻器+2軟啟動(dòng)器的控制方式，與相應的PLC+4臺變頻器控制的系統相比，用戶(hù)節省了給每臺水泵配置變頻器大成本（ 變頻器比軟啟動(dòng)器貴好多），而且PLC配置低，程序簡(jiǎn)單，也同樣也達到由單臺運行到多臺運行采用變頻控制的多種運行方式，達到恒壓供水的目的。

由于變頻器的運用，也沒(méi)有了因為電氣設備頻繁的啟停操作而導致的壽命減短的問(wèn)題。因此，該系統具有了節資、節能、節水的目的。

 

五、結束語(yǔ)

    在節電型疊壓給水設備系統中目前廣泛地采用了變頻調速的方法，也有很多的控制方法，但  目的也是只有一個(gè)：即恒壓又節資、節能。相信隨著(zhù)技術(shù)的不斷更新和成熟，也不斷有新的方法??應用實(shí)例寫(xiě)出，希望借此能同大家共同交流和探討。

 

中贏(yíng)節電型疊壓給水設備介紹特點(diǎn)■

       變頻恒壓供水設備可替代高位水箱、水塔，壓力相對穩定，避免水泵頻繁啟動(dòng)，高效節能，噪音低。滬龍變頻恒壓供水設備按照國家消防標準《高層民用建筑設計防火規范》及公安部消防標準《消防氣壓供水設備的性能要求和試驗方法》進(jìn)行設計開(kāi)發(fā)。

變頻恒壓供水設備產(chǎn)品采用CAD設計中心、三維模擬制造設計系統進(jìn)行新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計，優(yōu)化產(chǎn)品結構，保證了新產(chǎn)品研發(fā)的質(zhì)量和速度。

供水設備的泵體可采用鑄鐵、球鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料鑄造，另可根據用戶(hù)特殊需求定制生產(chǎn)。變頻恒壓供水系統廣泛應用于水利、建筑、消防、電力、環(huán)保、石油、化工等各個(gè)領(lǐng)域。

 

中贏(yíng)節電型疊壓給水設備簡(jiǎn)介：

     中贏(yíng)節電型疊壓給水設備普遍設置了消除負壓的功能，以避免干擾市政管網(wǎng)的壓力。但其功能的實(shí)現是靠泵前具有斷流功能的調節罐。當用水量大于市政供水量時(shí)，調節罐上的真空破壞裝置開(kāi)啟，空氣進(jìn)入水箱，使原本封閉的調節罐變?yōu)閿嗔魉?。但是，由于直接供水設備上實(shí)現斷流功能的真空破壞裝置是暴露性裝置，用戶(hù)可以人為調節，當用戶(hù)將其開(kāi)啟功能取消時(shí)，調節罐便失去了斷流功能成為了真空裝置，直接供水設備的消除負壓功能即無(wú)法實(shí)現，對供水安全構成嚴重威脅。

中贏(yíng)節電型疊壓給水設備具有斷流功能，它實(shí)質(zhì)上就不可能是全封閉運行，依然存在著(zhù)空氣進(jìn)入供水系統污染水質(zhì)的可能性。

中贏(yíng)節電型疊壓給水設備產(chǎn)品標準和工程規程的制定。標準的制定會(huì )推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)的輸出，標準也會(huì )起到導引市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展，規范行業(yè)發(fā)展的作用。

設備初次運行時(shí)，先根據當地自來(lái)水管網(wǎng)進(jìn)水壓力較低限值設定壓力保護值；設備通電置于自動(dòng)工作狀態(tài)?；諜C控制系統實(shí)時(shí)檢測自來(lái)水壓力與用戶(hù)管網(wǎng)供水壓力。

　　用水低峰時(shí)，當自來(lái)水管網(wǎng)供水量足、供水壓力 滿(mǎn)足用戶(hù)管網(wǎng)壓力要求，徽機控制系統控制水泵進(jìn)入睡眠狀態(tài)或由穩壓系統進(jìn)入、保壓狀態(tài)，用戶(hù)的用水均從設備旁路直通管直接供給用戶(hù)，節能99.99999%。

用水高峰時(shí)，當自來(lái)水管網(wǎng)供水量足、壓力不足時(shí)，徽機控制系統根據水泵進(jìn)水口的自來(lái)水進(jìn)水壓力和用戶(hù)所需用水量，變頻軟啟動(dòng)水泵，疊壓補充不足部分，差多少，補多少，即充分利用自來(lái)水管網(wǎng)原有壓力，又確保用戶(hù)所需壓力恒定。

　　當自來(lái)水管網(wǎng)供水壓力下降到事先設定的保護壓力值時(shí)，徽機控制系統通過(guò)限壓保護裝置，保證自來(lái)水管網(wǎng)供水壓力不再下降、底層直供水用戶(hù)管網(wǎng)壓力不破壞，加壓用戶(hù)的水量又能夠滿(mǎn)足。

　　當自來(lái)水管網(wǎng)供水不足、壓力又不足時(shí)，設備通過(guò)微機控制系統、防負壓裝置和限壓保護裝工協(xié)同工作，確保在不對自來(lái)水管網(wǎng)產(chǎn)生負壓的前提下向用戶(hù)供水。

　　當系統停電時(shí)，恢復自來(lái)水管網(wǎng)自然供水；來(lái)電時(shí)，自動(dòng)喚醒設備。

當自來(lái)水管網(wǎng) 全停水，系統自動(dòng)停機；來(lái)水時(shí)，恢復正常運行。

1.采用無(wú)負壓控制器時(shí)刻監測市政管網(wǎng)及補償罐中的壓力，當自來(lái)水壓力不足時(shí)，無(wú)負壓控制器開(kāi)始工作，保證市政管網(wǎng)的水壓不受影響。

2.采用能量?jì)Υ嫫鏖_(kāi)始工作，保證罐中的水能夠較大程度的補償到用戶(hù)管網(wǎng)中，抑制負壓產(chǎn)生，保證不對市政管網(wǎng)產(chǎn)生任何影響。

3.采用儲能與釋放調節裝置雙向補償器可自動(dòng)對自來(lái)水管網(wǎng)進(jìn)行持續水量補償，還可以對用戶(hù)管網(wǎng)起壓穩壓補償的作用，確保該設備對自來(lái)水管網(wǎng)不產(chǎn)生負壓。

4.特別的三腔分腔補水技術(shù)正適應了新的供水模式的發(fā)展的需求，能夠保證在用水高峰期較大程度的把無(wú)負壓穩壓罐中的水補償給用戶(hù)，以保障高區用戶(hù)的正常用水。

 

中贏(yíng)節電型疊壓給水設備造型說(shuō)明：

      中贏(yíng)節電型疊壓給水設備造型是根據用戶(hù)自來(lái)水管線(xiàn).壓力與流量.用戶(hù)實(shí)際用水量.用戶(hù)實(shí)際用水量.建筑物的高度等數據來(lái)確定的.設備表用的調節器容積是按照自來(lái)水流量滿(mǎn)足要求的情況下估算的.如果自來(lái)水管路很細.流量不能滿(mǎn)足用水高峰期的用水要求.需要重新計算調節器的容積.推薦公式如下：

V容積=（Q出-Q進(jìn)）△t

Q進(jìn)=一天較高用水高峰期自來(lái)水進(jìn)水量

Q出=一天較高用水高峰期用戶(hù)用水量

t=較大用水高峰期持續時(shí)間

 

中贏(yíng)節電型疊壓給水設備技術(shù)指標　

1、供水流量 0—1500 M3/H 揚程

2、控制電機功率 0.75---1500KW

3、供水戶(hù)數 10—10000戶(hù)

4、壓力控制范圍 0.15—1.6MPa

5、平均節電率 30—60%

6、控制原理 正弦波PWM或空間矢量SVPWM

7、運行方式 單泵或多泵自動(dòng)切換

8、控制方式 可編程和PID控制

9、過(guò)載能力 150% 60秒