變頻器與PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)中的成功應(yīng)用
變頻器與PLC在變頻供水系統(tǒng)中的成功應(yīng)用
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,,在恒壓供水系統(tǒng)中亦得到廣泛的應(yīng)用,。采用PLC作為中心控制單元,利用變頻器與PID結(jié)合,,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力,,達(dá)到恒壓供水的目的,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,。
2、恒壓變頻供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
恒壓變頻供水系統(tǒng)原理如圖一;它主要有PLC,、變頻器,、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)信號送入變頻器內(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PLC;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,。
3、恒壓變頻供水系統(tǒng)工作原理
該恒壓變頻供水系統(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,、恒壓變頻供水系統(tǒng)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具有實用的PI,、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)定將直接反饋變頻器控制中的響應(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,、恒壓變頻供水系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)
該恒壓變頻供水系統(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際運(yùn)行參數(shù)則由變頻器及其內(nèi)置PID來顯示和控制。
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,,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。
這樣的切換過程有效地減少泵的頻繁起停,,同時在實際管網(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,、恒壓變頻供水系統(tǒng)注意事項
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
該恒壓變頻供水系統(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,。
- 上一篇:智能化無負(fù)壓箱式泵站的系統(tǒng)使用要求 2014/7/16
- 下一篇:變頻器在恒壓供水系統(tǒng)的功能性應(yīng)用及特征 2014/7/12