可編程控制器和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)分析
2014/3/11 9:42:20??????點擊：
可編程控制器和變頻器的恒壓供水系統(tǒng)分析
1 引言
隨著變頻器技術(shù)的日益成熟，變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速恒壓供水設(shè)備以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，在小區(qū)供水和工廠供水控制中發(fā)揮了很大的作用。
根據(jù)某洗衣機進水電磁閥生產(chǎn)廠家的需要，為了給該廠電磁閥性能測試生產(chǎn)線提供基準(zhǔn)恒壓水源，本文利用PLC控制技術(shù)和變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計的全自動恒壓供水系統(tǒng),能較好地滿足生產(chǎn)需求，水壓精度較高。為了不浪費水資源，系統(tǒng)還具有自動水循環(huán)功能。
2 恒壓供水系統(tǒng)組成及實現(xiàn)原理
恒壓供水的基本控制策略是:采用可編程控制器(plc)與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，即根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速和水泵的數(shù)量,自動補償用水量的變化，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值,既可以滿足生產(chǎn)供水要求，還可節(jié)約電能，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水。
其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓。智能pid調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的pid調(diào)節(jié)。plc控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整其它工頻泵的運行臺數(shù)。變頻器和plc的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動,消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機械設(shè)備的沖擊，延長機電設(shè)備的使用壽命。
3 恒壓供水控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
恒壓供水系統(tǒng)采用三套電機-水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水，每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式，但每次僅有一臺電機工作在變頻調(diào)速狀態(tài)。工作時可根據(jù)實際情況選擇，變頻器根據(jù)實際水壓的變化,不斷地調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速,通過調(diào)節(jié)流量達到恒定水壓的目的。另外,可編程序控制器根據(jù)當(dāng)前水泵的供水情況對其進行合理切換,及時增泵和減泵，實現(xiàn)最佳匹配。
3.1主控電路設(shè)計
電控系統(tǒng)的主電路由3臺電機分別為m1、m2和m3。接觸器km1、km2、km3分別控制電機m1、m2和m3變頻或工頻運行，fr1、fr2、fr3分別為3臺水泵電機過載保護的熱繼電器，qs1、qs2、qs3、qs4分別為變頻器和3臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)，fu1為主電路的熔斷器，vvvf為通用變頻器
變頻器選用三墾力達電氣有限公司的shf系列，功率分別為7.5kw，1.5kw和15kw，變頻器采用模擬量控制方式。通過變頻器對電機水泵實現(xiàn)軟啟動功能。圖2為pid調(diào)節(jié)器和變頻器的接線圖。變頻器根據(jù)pid調(diào)節(jié)器輸出信號，及時調(diào)節(jié)輸出頻率，改變電機和水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水管網(wǎng)中的壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力值上。
3.3plc輸入/輸出地址分配
根據(jù)對控制系統(tǒng)的分析，本系統(tǒng)選用中達電通公司的dvp60es00t2plc實現(xiàn)控制，共有60點輸入輸出，其中36個輸入點，24個晶體管輸出點，交流供電，其環(huán)境溫度、抗沖擊、抗噪聲等性能指標(biāo)均能滿足要求，附表為plc輸入/輸出地址分配表。
4 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計
恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括plc的程序設(shè)計和變頻器的功能參數(shù)設(shè)定。這里主要討論plc的程序設(shè)計。
plc的程序設(shè)計包括手動控制和自動控制的程序設(shè)計，手動部分是通過按鈕控制電機在工頻下運行和停止，主要考慮系統(tǒng)調(diào)試或檢修時用。
當(dāng)選擇開關(guān)打到"自動"時，系統(tǒng)能夠進入自動工作狀態(tài)，由plc和變頻器聯(lián)合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式。供水系統(tǒng)共有3臺泵組電機，在根據(jù)水壓決定投入泵組臺數(shù)后，只有最初投入的電機進行變頻調(diào)速，其它后投入的電機則在工頻下全速運行，泵組電機的切換過程由邏輯控制單元plc實現(xiàn)。
p1泵為變頻泵，p2、p3泵為工頻泵時的plc狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。假設(shè)增泵順序為p1、p3和p2，當(dāng)供水設(shè)備開始工作時，先起動變頻泵p1，當(dāng)管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定數(shù)值上。當(dāng)用水量增加時，水壓降低，壓力變送器把水管出口變化了的總管實際壓力信號變成4～20ma的標(biāo)準(zhǔn)信號送入智能pid調(diào)節(jié)器,pid回路調(diào)節(jié)器經(jīng)運算,得出調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達到最大值(50hz)時，若供水壓力仍不能使管網(wǎng)水壓達到設(shè)定值，延時20s后，pid調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號，通過PLC控制單元起動一臺工頻泵p3泵，若管網(wǎng)水壓仍不能達到設(shè)定值，則延時20s后，繼續(xù)起動工頻泵。反之，當(dāng)用水量減少，供水壓力大于設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速下降，變頻器的輸出頻率達到最小值(30hz)時，延時20s后，則發(fā)出減少一臺工頻泵的命令，其他泵依次類推。
5 結(jié)束語
自行設(shè)計的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)簡單,成本低廉，投入運行以來，工作可靠，具有較好的控制效果。主要體現(xiàn)在:
(1)系統(tǒng)供水壓力平穩(wěn)，壓力變化在0.01mpa以內(nèi);
(2)高效節(jié)能，系統(tǒng)有plc和變頻器管理，可有效解決不同用水量時電機輕載或空載時節(jié)能問題;
(3)整個系統(tǒng)自動化程度高，不需人員職守，故障時可以自動保護并發(fā)出報警信號。
(4)自動水循環(huán)，實現(xiàn)了有效的節(jié)水。
另外，系統(tǒng)采用plc控制，容易隨時修改程序，以改變工作狀況，滿足不同控制要求，有較大的靈活性和通用性，有一定的推廣應(yīng)用價值。
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