基于 PLC 的新型變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

國際金屬加工網(wǎng)

介紹了一種替代水塔供水的基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理蜻蒋。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速或加锐锣、減泵阵膛。改變以往“先啟后停”方式跪悼，自動完成泵組軟啟動及無沖擊切換秆杰，使水壓平穩(wěn)過渡。變頻器故障時系統(tǒng)仍可運行蚊来，保證不間斷供水蝠肤。系統(tǒng)斷電恢復(fù)后可自啟動。采用硬件/軟件備用及鐘控功能逢君，使各泵進行輪休吝啰，延長了設(shè)備的機械使用壽命。
引言
　　
　　隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高蒲妹，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)驻丁，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而蚯垫，由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對原有供水系統(tǒng)進行變頻改造的實踐中疤格，往往會出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題咳碰。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實踐中圾笨，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的教馆，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題逊谋，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，同時有效的節(jié)省了資金土铺。

1 系統(tǒng)介紹
　　
　　變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖1所示胶滋，它主要是由PLC、變頻器悲敷、PID調(diào)節(jié)器究恤、TC時間控制器、壓力傳感器后德、液位傳感器部宿、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕瓢湃、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行理张。字串5
　　
　　通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PID調(diào)節(jié)器绵患，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較拔馆，得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器图瘾，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速勇剃，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上匙久；當用水量超過一臺泵的供水量時袭吗，通過PLC控制器加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速趾马，實現(xiàn)恒壓供水苏昨。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化毁察，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)赘湾。

　　同時系統(tǒng)配備的時間控制器和PID控制器，使其具有定時換泵運行功能（即鐘控功能尚染，由時間控制器實現(xiàn)）和雙工作壓力設(shè)定功能（PID控制器和時間控制器實現(xiàn)）律逼。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能逗柴，尤其是硬件/軟件備用水泵功能蛹头，充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。
　　
　　正常情況（無泵檢修）時戏溺，各泵的運行順序為1#渣蜗，2#，3#旷祸，4#耕拷。

2 工作原理

2.1 運行方式

該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式：

⑴. 手動運行
　　
　　按下按鈕啟動或停止水泵讼昆，可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用骚烧。

⑵. 自動運行
　　
　　合上自動開關(guān)后浸赫，1#泵電機通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升赃绊，同時PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標準信號既峡，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器凭戴，如壓力不夠涧狮，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻逆酣，啟2#變頻刹越，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推殖锹；如用水量減小靡循，從先啟的泵開始減，同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行席磕。

　　若有電源瞬時停電的情況铣滥，則系統(tǒng)停機；待電源恢復(fù)正常后照窥，系統(tǒng)自動恢復(fù)運行肃萍，然后按自動運行方式啟動1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行羹李。
　　
　　變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能股航，系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止猖驹、循環(huán)變頻的全部操作過程翠节。

2.2 故障處理

2.2.1 故障報警
　　
　　當出現(xiàn)缺相、變頻器故障积仗、液位下限疆拘、超壓、差壓等情況時寂曹，系統(tǒng)皆能發(fā)出聲響報警信號哎迄；特別是當出現(xiàn)缺相、變頻器故障隆圆、液位下限漱挚、超壓時，系統(tǒng)還會自動停機，并發(fā)出聲響報警信號棱烂，通知維修人員前來維修。此外阶女，變頻器故障時颊糜，系統(tǒng)自動停機，此時可切換至手動方式保證系統(tǒng)不間斷供水秃踩。

2.2.2 水泵檢修
　　
　　為維護和檢修水泵衬鱼，要求在系統(tǒng)正常供水狀態(tài)下，在一段時間間隔內(nèi)使某一臺水泵停運酿萄，系統(tǒng)設(shè)有水泵強制備用功能（硬件備用）序机，可隨意備用某一臺水泵，同時不影響系統(tǒng)正常運行争峭；為了使水泵進行輪休寥只，系統(tǒng)還設(shè)有軟件備用功能（鐘控功能，由時間控制器實現(xiàn)）馍逗，工作泵與備用N泵具有周期定時切換功能冻找，周期間隔由時間控制器設(shè)定：1小時每次～96小時每次連續(xù)可調(diào)。 3 PLC控制系統(tǒng)
　　
　　該系統(tǒng)采用的是歐姆龍可編程序控制器SYSMAC CPM2A系列衩羹，I/O點數(shù)為60點帜蘑，PLC編程采用OMRON CX-Programmer，它是Omron PLC的32位視窗軟件支持工具弧劳，提供完整的編程環(huán)境珍垦，可進行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換壁挖。為了提高整個系統(tǒng)的性價比图呢，該系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機的啟停、定時切換啤誊、軟起動岳瞭、循環(huán)變頻及故障的報警等，而電機轉(zhuǎn)速蚊锹、水壓量等模擬量則由PID調(diào)節(jié)器和變頻器來控制瞳筏。
　　
　　泵組的切換示意圖如圖2。開始時牡昆，若硬件姚炕、軟件皆無備用（兩者同時有效時硬件優(yōu)先），1#泵變頻啟動丢烘，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升柱宦，如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值，延時一段時間（避免由于干擾而引起誤動作）后，1#泵切換至工頻運行掸刊，同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz免糕，2#泵變頻啟動，如水壓仍不滿足忧侧，則依次啟動3#堵沈、4#泵，泵的切換過程同上据篇；若開始時1#泵備用便晶，則直接啟2#變頻，轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升担泥，如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值润跟，延時一段時間后，2#泵切換至工頻運行谨斥，同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz鸡魁，3#泵變頻啟動，如水壓仍不滿足蛾沪，則啟動4#泵侨直，泵的切換過程同上；若1#匾瓣、2#泵都備用靠婴，則直接啟3#變頻，具體泵的切換過程與上述類同袱耽。
　　
　　同樣杀餐，若3臺泵（假設(shè)為1#、2#和3#）運行時朱巨，3#泵變頻運行降到0Hz史翘，此時水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使1#泵停止冀续，變頻器頻率從0Hz迅速上升琼讽，若此后水壓仍處于上限值，則延時一段時間后使2#泵停止洪唐。這樣的切換過程钻蹬，有效地減少泵的頻繁啟停，同時在實際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前凭需，由變頻器迅速調(diào)節(jié)问欠，使水壓平穩(wěn)過渡，從而有效的避免了高樓用戶短時間停水的情況發(fā)生粒蜈。

　　以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時顺献，通常是采用停變頻泵旗国，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行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切工頻的方式先進灭西，但其容易引起泵組的頻繁啟停蝉速，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中弹爱，直接停工頻泵咬跷，同時由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適芹倔，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)氨鹤，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時缺水現(xiàn)象威脯，提高了供水品質(zhì)。

4 注意事項

要使系統(tǒng)穩(wěn)定的運行何煞，有幾個參數(shù)需特別注意：

⑴. 變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間TMC
　　
　　設(shè)置TMC是為了確保在加泵時跨略，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器柿患，同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊烁犀，所以在允許范圍內(nèi)TMC必須盡可能的小。⑵. 上下限頻率持續(xù)時間TH和TL
　　
　　變頻器運行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高森枪，本系統(tǒng)以變頻器運行的頻率是否達到上限（下限）视搏、并保持一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是TH（TL）县袱。如果設(shè)定值過大浑娜，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小式散，管網(wǎng)用水量的變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作筋遭；兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。

5 結(jié)束語
　　
　　在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運行方式暴拄，系統(tǒng)可根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速或加減泵漓滔，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能乖篷、節(jié)水响驴、節(jié)地、節(jié)資撕蔼，并使系統(tǒng)處于可靠運行的狀態(tài)踏施，實現(xiàn)恒壓供水；減泵時采用“先啟先团”的切換方式徒锄，相對于“先啟后吐制矗”方式，更能確保各泵使用平均以延長設(shè)備的使用壽命安芋；同時針對所用四臺泵均已使用多年才延、需要定期進行檢修的實際情況，增加了硬件/軟件備用功能售芳，有效延長了設(shè)備的使用壽命陈园；壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定肿犁，大大提高了供水品質(zhì)湘志；變頻器故障后仍能保障不間斷供水，同時實現(xiàn)故障消除后自啟動整空，具有一定的先進性羽抒。目前該系統(tǒng)已投入使用，效果明顯偶凝。

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變頻器水泵傳感器轉(zhuǎn)換開關(guān)飲用水軟件

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