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變頻器與PLC在恒壓供水中的成功應(yīng)用

作者: 時間:2010-06-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  1. 引言

  隨著變頻調(diào)速技術(shù)和可編程控制器的飛速發(fā)展,以及其應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便,已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要裝置之一,在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛使用,在其它領(lǐng)域(如民用和家庭自動化)的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。

  由于變頻調(diào)速技術(shù)和可編程程序控制器的應(yīng)用靈活方便,在恒壓系統(tǒng)中亦得到廣泛的應(yīng)用。采用作為中心控制單元,利用與PID結(jié)合,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整系統(tǒng)的工作壓力,達(dá)到恒壓的目的,提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,得到了良好的控制效果以及明顯的節(jié)能效果?!?/P>

  2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖一;它主要有、、壓力變送器、液位傳感器、動力及控制線路以及泵組組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器,把出口壓力信號變成4~20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,得到4~20mA參數(shù),4~20mA信號送至變頻器??刂葡到y(tǒng)由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量,根據(jù)用水量的不同,變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速不同、工作頻率也就不同,在變頻器設(shè)置中設(shè)定一個上限頻率和下限頻率檢測,當(dāng)用水量大時,變頻器迅速上升到上限頻率,此時,變頻器輸出一個開關(guān)信號給;當(dāng)用水處于低峰時,變頻器輸出達(dá)到下限頻率,變頻器也輸出一個開關(guān)信號給PLC;兩個信號不會同時產(chǎn)生。當(dāng)產(chǎn)生任何一個信號時,信號即反饋給PLC,PLC通過設(shè)定的內(nèi)部程序驅(qū)動I/O端口開關(guān)量的輸出來實(shí)現(xiàn)切換交流接觸器組,以此協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機(jī)臺數(shù),并完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整投入工作的電機(jī)臺數(shù)和控制電機(jī)組中一臺電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速,使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定,進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的?! ?/P>

3、工作原理

  該系統(tǒng)有手動和自動兩種運(yùn)行方式。手動方式時,按下按鈕啟動和停止水泵,可根據(jù)需要分別控制1#~3#泵的啟停,該方式主要供設(shè)備調(diào)試、自動有故障和檢修時使用。自動運(yùn)行時,首先由1#水泵變頻運(yùn)行,變頻器輸出頻率從0HZ上升,同時PID調(diào)節(jié)器把接收的信號與給定壓力比較運(yùn)算后送給變頻器控制。如壓力不夠,則頻率上升到50HZ,變頻器輸出一個上限頻率到達(dá)信號給PLC,PLC接收到信號后經(jīng)延時,1#泵變頻迅速切換為工頻,2#泵變頻啟動,若壓力仍達(dá)不到設(shè)定壓力,則2#泵由變頻切換成工頻,3#泵變頻啟動;如用水量減少,PLC控制從先起的泵開始切除,同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行,始終保持管網(wǎng)壓力。

  若有電源瞬時停電的情況,則系統(tǒng)停機(jī),待電源恢復(fù)正常后,系統(tǒng)自動恢復(fù)到初始狀態(tài)開始運(yùn)行。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能,系統(tǒng)自動完成對多臺泵的啟動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。  

  4、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(dú)特的控制方式,實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動,滿足通用變頻器高性能化的要求,具有超出同類產(chǎn)品的防跳閘功能和適應(yīng)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)、簡易PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機(jī)參數(shù)存儲選擇。頻率給定通道與運(yùn)行命令通道捆綁,零頻回差控制等,為設(shè)備提供集成度一體化解決方案,對降低系統(tǒng)成本,提高系統(tǒng)可靠性具有極大價值。PI參數(shù)的設(shè)定將直接反饋?zhàn)冾l器控制中的響應(yīng)速度和精度,零頻運(yùn)行閾值和零頻回差的設(shè)定可以避免變頻器在低頻率輸出水泵低速運(yùn)行(水泵在變頻器輸出15HZ以下時的效率很低),使變頻器低于某一頻率時自動停止輸出,即不影響恒壓供水的要求,又把效率提至最高。

  

  5、PLC控制系統(tǒng)

  該系統(tǒng)采用三菱FX-1s30MR,I/O點(diǎn)數(shù)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)行離線編程、在線連接和調(diào)試。為了提高整個系統(tǒng)的性價比,該系統(tǒng)采用可編程控制器的開關(guān)量輸入輸出來控制電機(jī)的起停、自動投入、定期切換,供水泵的變頻及故障的報警等,而電機(jī)的轉(zhuǎn)速、設(shè)定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)則由變頻器及其內(nèi)置PID來顯示和控制?! ?/P>

  三菱PLC的編程指令簡單易懂且程序設(shè)計靈活,本系統(tǒng)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的,根據(jù)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一般與STL指令一起使用。  

  泵組切換示意圖如圖三,工作條件滿足,開始工作時,1#泵變頻啟動,泵的轉(zhuǎn)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(dá)到50HZ而此時水壓還未達(dá)到設(shè)定值,變頻器檢測到上限頻率并輸出一個開關(guān)信號給PLC,延時一段時間后,1#泵迅速切換至工頻運(yùn)行,同時解除變頻器運(yùn)行信號,使變頻器頻率降為 0HZ,然后2#泵變頻啟動,若壓力仍未達(dá)到,則2#泵切換至工頻,3#泵變頻啟動,在運(yùn)行中始終保持一臺泵變頻運(yùn)行,當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時變頻輸出將為 0HZ,同時變頻器輸出一個下限頻率信號至PLC,由PLC決定切除1#工頻泵,此時由一臺工頻泵和一臺變頻泵運(yùn)行,如果此時壓力達(dá)到設(shè)定值,變頻器的輸出為0HZ,同時輸出下限信號給PLC,PLC解除2#工頻泵,只由3#泵變頻運(yùn)行來維持管網(wǎng)壓力。當(dāng)壓力下降,變頻器頻率升至50HZ輸出信號,延時后 3#泵切換為工頻,1#泵變頻啟動,若壓力仍不滿足則1#變切換為1#工,2#泵變頻運(yùn)行,如果壓力仍達(dá)不到,2#變切換為2#工,啟動3#變,三臺泵同時工作以保證供水要求?!?/P>

  這樣的切換過程有效地減少泵的頻繁起停,同時在實(shí)際管網(wǎng)對水壓波動做出反應(yīng)之前,由變頻器迅速調(diào)節(jié),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。

  以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時,通常時采用停變頻泵,再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。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(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中采用直接停工頻泵的運(yùn)行方式,同時由變頻器迅速調(diào)節(jié),只要參數(shù)設(shè)置合適,即可實(shí)現(xiàn)泵組的無沖擊切換,使水壓過渡平穩(wěn),有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時間缺水的現(xiàn)象,提高了供水品質(zhì)。

  6、注意事項(xiàng)

  要使系統(tǒng)穩(wěn)定快速準(zhǔn)確的運(yùn)行,應(yīng)注意一下參數(shù):

  1) 變頻、工頻切換時間T

  切換時間T在PLC程序中設(shè)定,設(shè)置T時為了確保在加泵時,泵由變頻轉(zhuǎn)換為工頻過程中,同一臺泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合,而損壞變頻器,同時為了避免工頻啟動時啟動電流大而對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊,所以在允許的范圍內(nèi)時間T必須盡可能小。

  2) 上、下限頻率持續(xù)時間TH和TL

  變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高,本系統(tǒng)以變頻運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限(下限),并保持一定的時間來判斷是否加、減泵,這個判斷時間就是 TH(TL),如果設(shè)定值過大,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,管網(wǎng)用水量變化時就很可能引起頻繁的加減泵工作。

  7、結(jié)束語

  該系統(tǒng)采用PLC和變頻器結(jié)合,系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠,實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人職守的全自動循環(huán)倒泵、變頻運(yùn)行,保證了各臺水泵運(yùn)行效率的最優(yōu)和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動平穩(wěn),消除了啟動大電流沖擊,由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了,從而可延長泵的使用壽命,可以消除啟動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)。該設(shè)計系統(tǒng)是大型公共社區(qū)如高校、居民小區(qū)等處的性能、價格比較高的優(yōu)選方案。并通過在青島科技大學(xué)一期泵房近兩年的使用,運(yùn)行穩(wěn)定,節(jié)能效果顯著,得到了用戶一致好評。



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