PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)設備中的應用
PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)設備中的應用
1 引言
傳統(tǒng)的通過人工調節(jié)閥門來調整供水量方式在如今的供水系統(tǒng)中已經逐漸退出舞臺，因為人工方式往往存在用水高峰時管網(wǎng)水壓不夠,，而用水量較少時,，管網(wǎng)壓力較大的情況，不僅造成資源的浪費,，還可能由于壓力過大造成管道炸裂,。如何保證恒壓供水，使用戶需水量的變化不至于對管網(wǎng)壓力產生沖擊,。本文通過可編程邏輯控制器s7-200,，配合pid調節(jié)器，實時自動調節(jié)水泵電機的轉速和多臺水泵的切換,，使管網(wǎng)出水口壓力保持在恒定的設定值上,，既能延長供水系統(tǒng)和管網(wǎng)的使用壽命，而且提高了系統(tǒng)的安全指數(shù),。
2 恒壓變頻供水系統(tǒng)設備控制要求
2.1 清水泵恒壓控制要求
(1)控制系統(tǒng)具有本柜手動,、本柜自動、中控自動三種工作方式,，本柜手動用于設備調試,、檢修及特殊情況下供水。正常情況下,，設備置于中控自動位,，實現(xiàn)自動運行。
(2)當工作方式轉換開關處于中控自動時,，如果現(xiàn)場具備開機的條件,，則應發(fā)出“備妥”信號，收到dcs發(fā)出的“驅動”信號后,，應根據(jù)當前的工況（如水池水位,、各泵的選擇開關,、變頻器的故障狀態(tài)等），按照要求進行控制,，保證恒壓供水,，并發(fā)出“運行”信號；當出現(xiàn)不影響設備運行的非正常情況時,，應發(fā)出“報警”信號,；出現(xiàn)影響設備運轉的緊急情況時，應發(fā)出“故障”信號,，并采取相應的保護措施,；當處于中控自動狀態(tài)時，如果“驅動”信號斷開,，則應該停止各泵的運轉,。
(3)當工作方式轉換開關處于本柜自動時，可根據(jù)設定壓力,，自動進行控制,，保證恒壓供水。
(4)當工作方式處于本柜手動時,，由人工在柜面上通過電位器調節(jié)各水泵轉速,。
(5)為保障生活用水的壓力穩(wěn)定，清水泵采用變頻控制方式,，一臺變頻器控制兩臺電機,，根據(jù)水工藝提資，正常情況下一臺水泵就能滿足生活用水,，當一臺工作時,，如果變頻器調節(jié)到它的額定轉速時壓力仍不能達到要求，則本水泵可能發(fā)生故障,，要求能自動切換到另一臺電機,，保證供水壓力恒定。
(6)由plc控制兩臺電機工作,，為保證線路發(fā)生問題時不損壞變頻器,，在其進線端加裝一斷路器，由變頻器和出水壓力檢測傳感器組成回路實現(xiàn)水壓的恒定控制,。
(7)當水量突然增大,，或發(fā)生火災需要用水時，由于用水量大增,，使管網(wǎng)水壓驟降，變頻器調到50hz水壓也不能滿足條件,，所以此時要求一臺泵轉到工頻全速運轉,，另一臺泵根據(jù)管網(wǎng)水壓調速運行,，保證供水壓力恒定。
(8)系統(tǒng)要求具有自動巡檢功能,。既定期逐臺變頻軟起兩臺清水泵,，并作短時低速運轉，以防長期不用某臺而“銹死”,。
(9)控制系統(tǒng)提供的備妥,、運行、報警,、故障信號,，均為無源常開點。
2.2 循環(huán)水泵恒壓控制要求
(1)~(4)控制要求和清水泵一樣,。
(5)三臺循環(huán)水泵正常情況下為兩用一備,，三臺水泵互為備用；由plc控制三臺電機之間的自動啟停,，在三臺水泵的出水口止回閥之前各裝一個電接點壓力表,，當主循環(huán)水泵正常工作時，其對應的水管壓力正常,，當運行的某一臺水泵發(fā)生故障時,，它對應的出水口壓力突變?yōu)橐幌孪拗担瑒t其管路上的電接點壓力表動作發(fā)出信號給控制plc從而切換到備用泵,，保證供水量穩(wěn)定,。
(6)各電機的運行電流要求進行dcs監(jiān)控。
3 恒壓變頻供水系統(tǒng)設備硬件選型
可編程控制器選用西門子s7-200 plc,，cpu224,，共兩套，清水泵組控制和循環(huán)水泵組控制各一套,，型號為6es7214-1bd22-0xb0,，清水泵控制系統(tǒng)擴展了一個em223模塊，型號為223-1ph23-0xa0,，變頻器型號acs510-01-060a-4,，18.5kw abb變頻器，實現(xiàn)一臺變頻器拖二臺清水泵,。
循環(huán)水泵恒壓控制系統(tǒng)擴展了一個em223 cn模塊,，型號為223-1pl22-0xa8，變頻器型號為acs510-01-157a-4,，45kw abb變頻器,，實現(xiàn)一臺變頻器拖三臺循環(huán)水泵。
pid調節(jié)器選用具有壓力顯示的,。循環(huán)泵控制系統(tǒng)的結構圖如圖1所示,。
4 恒壓變頻供水系統(tǒng)設備工作原理
恒壓變頻供水系統(tǒng)設備利用變頻器的兩個輸入接口,，x1.5和x1.6，采集pid調節(jié)器輸出的壓力信號,，x:20,、x:21頻率輸出驅動泵電機的運行，繼電器輸出口可以作為機旁和中控啟停信號,，如圖3所示,。為了節(jié)省成本，不采用模擬量模塊em235,，而采用pid調節(jié)器,，由于采用了pid調節(jié)器，而不用變頻器內部的pid,，設置變頻器時將factory設置成0即可,。
變頻器的運行要根據(jù)plc的輸出是否閉合來確定，變頻器的停止要根據(jù)plc輸出是否閉合來確定,?？刂葡到y(tǒng)系統(tǒng)原理圖如圖2所示。
由壓力變送器采集管網(wǎng)壓力信號,，送至pid調節(jié)器,，由pid調節(jié)器將所需的信號傳遞給變頻器，變頻器的參數(shù)設置如表1所示,，plc控制回路負責整個系統(tǒng)的邏輯控制,。
系統(tǒng)工作模式分手動運行和自動運行，以下以循環(huán)泵控制為例（io分配如表2所示）介紹系統(tǒng)的工作流程和泵的切換過程,。變頻器的外部接線圖如圖3所示,。在中控自動模式下，系統(tǒng)自動運行,，程序流程圖如圖4所示,。
首先啟動1#泵，變頻器輸出頻率從0逐漸上升,，同時pid調節(jié)器采集管網(wǎng)壓力變送器信號,，經pid運算之后，將調節(jié)信號送給變頻器,，隨著用水量的不斷增加,，變頻器的輸出頻率逐漸增大，直至50hz,，如果此時采集的壓力信號仍沒有達到設定壓力,，此時系統(tǒng)自動將1#泵置于工頻運行，啟動2#泵,，置于變頻狀態(tài),，當2#泵工作頻率達到50hz之后,，如果此時壓力變送器信號仍小于設定值，則將2#泵置于工頻,，啟動3#泵，置于變頻,。隨著3#泵運行頻率的增大,，管網(wǎng)壓力超過了設定值，則停止1#泵的運行,，之后如果管網(wǎng)壓力仍大于設定值,，則停止2#泵，3#泵仍置于變頻狀態(tài),。以后系統(tǒng)將根據(jù)用水量的不斷變化,，對3臺水泵進行不斷地啟動、變頻,、工頻,、停止等循環(huán)操作，使系統(tǒng)的供水壓力始終穩(wěn)定在所設定的壓力上,。
5 結束語
采用可編程控制器實現(xiàn)恒壓變頻供水系統(tǒng)設備,，自動保持供水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，同時plc的使用使系統(tǒng)控制可靠性和抗干擾性大大提高,。降低成本的同時,，也保證了系統(tǒng)的安全性。該系統(tǒng)融合了plc控制技術,、變頻調速技術,、反饋控制技術、電機拖動技術,，其成功運行在水廠供水控制系統(tǒng)中有一定的推廣價值,。
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