西門子PLC在恒壓變頻供水系統工程中的應用
西門子PLC在恒壓變頻供水系統工程中的應用
一、采用恒壓變頻供水系統的好處
恒壓變頻供水系統對于生活小區是非常重要的，例如在生活小區供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響居民生活。又如當發生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區采用生活 / 消防雙恒壓供水系統，具有較大的經濟和社會意義。
基于上述情況，我公司對###生活小區供水系統進行改造，采用S7-200CN PLC 作為主控單元。利用ABB供水變頻器，根據系統狀態可快速調整供水系統的工作壓力，達到恒壓供水的目的。
二、恒壓變頻供水控制系統的基本控制策略
恒壓變頻供水系統采用電動機調速裝置與可編程控制器(PLC)構成控制系統，進行優化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時達到穩定供水壓力和節約電能的目的。系統的控制目標是泵站總管的出水壓力，系統設定的給水壓力值與反饋的總管壓力實際值進行比較，其差值輸入CPU運算處理后，發出控制指令，控制泵電動機的投運臺數和運行變量泵電動機的轉速，從而達到給水總管壓力穩定在設定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的PID或PI功能實現的工業過程的閉環控制。即將壓力控制點測的壓力信號(4－20ｍＡ)直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設定的壓力值進行比較，并通過變頻器內置PID運算將結果轉換為頻率調節信號調整水泵電機的電源頻率，從而實現控制水泵轉速。
供水系統選用原則水泵揚程應大于實際供水高度，水泵流量總和應大于實際最大供水量。
三、恒壓變頻供水系統的基本構成
##小區恒壓變頻供水系統采用一臺ABB變頻器拖動四臺0.5KW功率電動機，可在變頻和工頻兩種方式下運行。用戶通過人機界面對水壓設定，并可通過觸摸屏對電極轉速，頻率，運行狀態和水壓等參數進行監視。
啟動方式:為避免啟動時的沖擊電流，電機采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復位。
變頻調速:根據供水管網流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調節電動機和水泵的轉速，實現恒壓供水。如設備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發出指令1號泵自動切換到工頻電源運行，待1號泵完全退出變頻運行，對變頻器復位后，2號泵投入變頻運行。
多泵切換:根據恒壓的需要，采取無主次切換，即“先開先停”的原則接入和退出。在PLC的程序中，通過設置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數，由給定頻率是否達到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。
為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續變頻運行超過3小時。當工頻泵臺數為零，有一臺運行于變頻狀態時，啟動計時器，當達到3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當有泵運行于工頻狀態，或輔助泵啟動時，計時器停止計時并清零。
故障處理:能對水位下限，變頻器、PLC故障等報警。PLC故障，系統從自動轉入手動方式。
監控程序：系統主窗體四個按鈕控件，分別為參數設置、實時監測、啟動和關閉系統。參數設置界面如圖2所示。用戶可根據實際情況修改壓力設定值。
主要控件功能包括:
(1) 壓力設定值:壓力設定值范圍:0.30-0.60Mpa。
(2) 校正系數:主要是對壓力顯示進行校正，使壓力顯示與壓力表顯示一致。
(3) 復位按鈕:運行中按下，將使系統重新啟動，各參數回到初始設置。
(4) 設定按鈕:在文本框輸入壓力設定值和校正系數后，按下此按鈕，壓力設定值和校正系數才能通過串口發送給下位機。
四、恒壓變頻供水設備選用及價格
恒壓變頻供水系統主要設備均采用世界知名品牌產品，質量可靠，運行穩定。
主要設備如下：
設備名稱 型號 數量 單價（元） 備注
變頻器 ABB ACS510 1個
PLC Simens s7-200cn 1臺
空氣斷路器 DS253S-C10/0.03 3個
熱繼電器 DB200 6個
電流繼電器 24V DC 若干
接觸器 ABB A12-30-01 AC220V 6個
直流電源 輸入220AC OUT:24DC 1個
控制按鈕 ABB C 3SS1-10B-11 14個
轉換開關 LW5-15D 1個
壓力變送器 ABB MV200T 1個
電接點壓力表 YTXC-100-Z 1塊
電動閥門裝置 ZCS水用電磁閥 2部
觸摸屏 臺達 DOP-A57BSTD
1部
通訊模塊 1個
信號指示燈 12個
控制機箱 1個
電力電纜 VV 3x4+1x2.5 mm2 米 長度根據現場定
通訊電纜 5類屏蔽雙絞線 米 長度根據現場定
熔斷器開關 2個
電流表 1個
電壓表 1個
互感器 1個
接線端子附件 BAMH 若干
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