PLC與變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

王學(xué)書

摘 要：較詳細(xì)地介紹了采用PLC與變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的基本原理，給出了系統(tǒng)的電路的設(shè)計(jì)和控制，以及系統(tǒng)的主要功能與特點(diǎn)，并在實(shí)際中得到了應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：可編程控制器;變頻器;速度調(diào)節(jié);恒壓供水;電氣原理

0 概述

隨著PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，以及人們對用水要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔、高位水箱供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于生活用水和工業(yè)供水系統(tǒng)。

水泵在市電供電下，其轉(zhuǎn)速保持恒定，而生活或工業(yè)用水量卻在時刻變化，因此在市電下工作的供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力隨用水量不同而變化，用水量少時管網(wǎng)壓力過大，對供水管網(wǎng)造成很大破壞，對能源也是極大的浪費(fèi)。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的誕生將以上的問題迎刃而劍。它根據(jù)管網(wǎng)的用水情況，通過監(jiān)測管網(wǎng)壓力變化，利用變頻器（內(nèi)置PID控制器）可以改變到水泵電機(jī)的供電電壓和頻率的原理對水泵轉(zhuǎn)速和投入、切除臺數(shù)進(jìn)行控制，完成供水壓力的閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)供水量使管網(wǎng)壓力基本保持在恒定的設(shè)定壓力值。本文介紹了利用1臺變頻器拖動兩臺水泵，即“一拖二”實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水的目的。

1 控制原理

本恒壓變量供水系統(tǒng)由ABB ACS550通用變頻器（內(nèi)置PID模塊）、三菱FX1S30MR可編程控制器（PLC）、兩臺水泵、壓力變送器、液位探針、接觸器與繼電器低壓電器、指示燈、動力與控制電路等組成。用戶可通過控制柜面板上的按鈕、旋鈕開關(guān)等主令電器來對系統(tǒng)實(shí)施手動/自動控制。

另外，本系統(tǒng)還可根據(jù)水池水位的高低控制水泵啟停。當(dāng)水位降到水位下限時，設(shè)備自動停泵，有水自動起泵，確保設(shè)備及水泵安全。“一拖二”實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水電氣原理圖見下。

通過安裝在出水管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表，把壓力信號通過壓力變送器變成4～20mA的模擬電信號送入變頻器的5、6端，輸入的信號經(jīng)與給定壓力參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算比較和PID調(diào)節(jié)，將需要執(zhí)行的命令送給變頻器的輸出端，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在設(shè)定的壓力上。當(dāng)用水量超過1臺泵的供水量時，通過系統(tǒng)控制加泵。工作泵數(shù)量的增減由PLC控制，水泵的調(diào)速由變頻器控制。開泵時，1號泵變頻啟動，該泵轉(zhuǎn)速由零開始隨頻率上升。同時，壓力變送器引來的4～20mA電流給變頻器作為變頻器的控制信號。若變頻器頻率達(dá)到50Hz，而壓力仍小于設(shè)定值，則1號泵由變頻切換成工頻，同時2號泵變頻啟動，其轉(zhuǎn)速由零開始隨頻率上升。當(dāng)壓力大于設(shè)定值時，1號泵停機(jī)，2號泵繼續(xù)變頻運(yùn)行。當(dāng)壓力再次小于設(shè)定值時，2號泵由變頻切換成工頻，1號泵變頻啟動。如此循環(huán)下去，兩臺泵輪流變頻工作來完成供水。

2 電路設(shè)計(jì)與控制

2.1 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)由一臺PLC、一臺變頻器對每臺水泵進(jìn)行軟啟與軟停及調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)恒壓。系統(tǒng)具有自動和手動兩種運(yùn)行狀態(tài)。

自動控制：將柜門上手/自動開關(guān)（SA1）打到“自動”（SA1-1）檔位，設(shè)備就處于自動運(yùn)行狀態(tài)，即自動恒壓系統(tǒng)投入運(yùn)行。自動狀態(tài)下，1#或2#變頻或工頻指示燈應(yīng)亮，無故障指示，同時觀察壓力表，壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力下，說明設(shè)備運(yùn)行正常。當(dāng)水池水位降到水位下限時，設(shè)備自動停泵;水池水位降到水位缺水端時，水池?zé)o水指示燈亮;當(dāng)水池水位恢復(fù)后，設(shè)備自動投入運(yùn)行，水池?zé)o水指示燈滅。

手動控制：柜門上的手/自動開關(guān)（SA1）處于手動（SA1-2）檔位，設(shè)備處于手動狀態(tài)。此時，電路脫離PLC的控制，根據(jù)需要，通過操作面板上的SA2和SA3旋鈕分別控制1號泵和2號泵的啟停。當(dāng)手動運(yùn)行時，系統(tǒng)不在恒壓狀態(tài)下運(yùn)行，對管網(wǎng)沖擊較大，同時，手動時不受水池水位限制。故手動控制僅在特殊情況（如維修、故障診斷、更換水泵時等）下使用，此時需觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、水池水位等以免發(fā)生意外。

停止：柜門上手/自動開關(guān)處于“停止”檔時，設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)，水泵不啟動。

2.2 電氣系統(tǒng)原理圖

變頻恒壓供水主回路電氣原理圖見圖1;控制回路原理圖見圖2;信號指示回路見圖3（各運(yùn)行和故障都有報警指示燈顯示）;PLC輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號見表1。

3 系統(tǒng)主要功能與特點(diǎn)

①通過變頻器自動調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來保證供水壓力，達(dá)到降低能耗，使系統(tǒng)處于最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況;②軟啟與軟停功能使電機(jī)與水泵的使用壽命延長，消除水錘效應(yīng)對水泵的沖擊，自動倒泵又使得不會出現(xiàn)其中任何一臺泵因經(jīng)常不用而銹死的情況，可調(diào)大大降低系統(tǒng)維護(hù)成本;③減少對管道的沖擊，保證長期有效的供水，軟啟功能使得不會把泥沙吸入管網(wǎng)，從而改善水質(zhì);④此系統(tǒng)處于自動擋位供水時，可實(shí)現(xiàn)無人值守;⑤電路具有過壓、欠壓、過載、短路、缺相、變頻器故障保護(hù)、熱繼電器故障保護(hù)、水池水位保護(hù)等自動保護(hù)功能;⑥本系統(tǒng)設(shè)有故障指示燈對故障狀態(tài)進(jìn)行顯示，方便檢修人員進(jìn)行處理。

4 結(jié)語

利用PLC和變頻器等構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng)，其應(yīng)用將越來越廣泛，它優(yōu)點(diǎn)眾多，適用于多種流體（包含生活供水、工業(yè)用水、消防供水、鍋爐給水、集中供熱、污水排放、油類等）的輸送，可有效達(dá)到自動、恒壓、高效節(jié)能等的功能。因此，本系統(tǒng)極具廣泛的市場應(yīng)用價值。

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