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PLC在變頻調(diào)速生活給水設(shè)備系統(tǒng)的應(yīng)用

1 引言

      交流變頻調(diào)速技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用,，它具有體積小,、重量輕、安裝操作簡(jiǎn)單,、數(shù)據(jù)可靠,、性能穩(wěn)定和節(jié)電效果明顯等特點(diǎn),是一項(xiàng)較為成熟的高科技成果。近年來,，在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)也相繼引進(jìn)交流變頻調(diào)速的各類產(chǎn)品,，以滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需求。在城市高樓發(fā)展的今天,，以前的給水設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代人民生活的需要,，給水廠的自動(dòng)化改造迫在眉睫。如何保證在供水量波動(dòng)的時(shí)候水壓恒定,，采取變頻恒壓控制是現(xiàn)代供水控制系統(tǒng)的主要方式,。它利用plc,、傳感器、變頻器及水泵機(jī)組組成閉環(huán)控制系統(tǒng),，使管網(wǎng)壓力保持恒定,，代替了傳統(tǒng)的水塔供水控制方案，具有自動(dòng)化程度高,，高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),，在小區(qū)供水和工廠供水控制中得到廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益,。

2 變頻調(diào)速生活給水設(shè)備組成

      變頻調(diào)速生活給水設(shè)備系統(tǒng)以3臺(tái)15kw的水泵p1,、p2、p3變頻恒壓運(yùn)行為例,，以變頻器,、可編程序控制器作為系統(tǒng)控制的核心部件，以設(shè)定壓力為控制目標(biāo),，以pid為控制算法,，和變頻器組成恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1所示,。系統(tǒng)時(shí)刻跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力設(shè)定值的偏差變化情況,，經(jīng)變頻器內(nèi)部進(jìn)行pid運(yùn)算，由plc控制變頻與工頻切換,，自動(dòng)控制水泵電機(jī)投入臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速,，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整恒壓供水。

2.1 變頻調(diào)速生活給水設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

      變頻調(diào)速生活給水設(shè)備plc選用日本三菱公司的fxos-20mr產(chǎn)品,，水泵p1,、p2、p3可變頻運(yùn)行,，也可工頻運(yùn)行,，需plc的四個(gè)輸出信號(hào)控制，變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由plc的一個(gè)輸出信號(hào)控制,，變頻器極限頻率的檢測(cè)信號(hào)占用plc一個(gè)輸人點(diǎn),，設(shè)定水壓的上、下限壓力值,，上,、下限壓力值分別設(shè)在給定壓力值上下兩側(cè)與給定壓力略有偏差處，當(dāng)管網(wǎng)壓力處于上,、下限位置,，傳感器分別輸出開關(guān)信號(hào)進(jìn)入plc兩個(gè)輸人點(diǎn)，與變頻器的極限輸出頻率檢測(cè)信號(hào)一起,，通過plc控制泵的變頻與工頻切換以及工頻運(yùn)行泵的切除,。系統(tǒng)所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)量共為16個(gè)點(diǎn)，可編程控制器fxos-20mr能夠滿足系統(tǒng)的控制要求,，fx系列plc的工作電源可以用交流220v電源,，也可用直流24v電源，它具有抗干擾能力強(qiáng),，可靠性高等特點(diǎn),，可長(zhǎng)期在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作。該系統(tǒng)的i/o分布如附表所示,。

      變頻器選用日本安川變頻器cimr-p5a45p5產(chǎn)品,。通過變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值（14端），壓力傳感器反饋來的壓力信號(hào)（0～10v）接至變頻器端子的7端,、8端,，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力,，調(diào)節(jié)輸出頻率,，改變水泵轉(zhuǎn)速。變頻器端子的19端和20端是傳感器壓力設(shè)定的上,、下限值,，該信號(hào)進(jìn)plc，作為工頻切換的控制信息,，由plc控制水泵的工頻或變頻運(yùn)行,。變頻控制系統(tǒng)主回路如圖2所示。變頻器有2個(gè)作用,，一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置,，限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流；二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,，實(shí)現(xiàn)恒壓供水,。

      交流接觸器組km2 km3分別控制泵1的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行；km4和 km5分別控制泵2變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行,；km6和km7分別控制泵3的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行,。

2.3 壓力傳感器

      變頻調(diào)速生活給水設(shè)備輸出壓力一般小于或等于0.6mpa，故系統(tǒng)選用ytz一150型帶電接點(diǎn)式的壓力傳感器,，其水壓檢測(cè)范圍為0～1mpa,，檢測(cè)精度為±0.01mpa，該傳感器將0～1mpa范圍的壓力對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成0～10v的電信號(hào),。

3 控制原理

      合上空氣開關(guān),，供水系統(tǒng)投入運(yùn)行。將手動(dòng),、自動(dòng)開關(guān)打到自動(dòng)上,，km1合上,，系統(tǒng)進(jìn)入全自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，plc中程序首先接通km2,，并起動(dòng)變頻器,。根據(jù)壓力設(shè)定值（根據(jù)管網(wǎng)壓力要求設(shè)定）與壓力實(shí)際值（來自于壓力傳感器）的偏差進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，并輸出頻率給定信號(hào)（irf）給變頻器,。變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)及預(yù)先設(shè)定好的加速時(shí)間控制水泵的轉(zhuǎn)速以保證水壓保持在壓力設(shè)定值的上,、下限范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制,。同時(shí)變頻器在運(yùn)行頻率到達(dá)上限（設(shè)定為工頻50hz）,，會(huì)將頻率到達(dá)信號(hào)送給plc，plc則根據(jù)管網(wǎng)壓力的上,、下限信號(hào)和變頻器的運(yùn)行頻率是否到達(dá)上限的信號(hào),，由程序判斷是否要起動(dòng)第2臺(tái)泵（或第3臺(tái)泵）。

      當(dāng)變頻器運(yùn)行頻率達(dá)到頻率上限值,，并保持一段時(shí)間（程序設(shè)定為15s）,，則plc會(huì)將當(dāng)前變頻運(yùn)行泵切換為工頻運(yùn)行，并迅速（時(shí)間設(shè)定為5s）起動(dòng)下1臺(tái)泵變頻運(yùn)行,。此時(shí)pid會(huì)繼續(xù)通過由遠(yuǎn)傳壓力表送來的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析,、計(jì)算、判斷,，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率,，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差范圍之內(nèi),。3臺(tái)泵切換及變頻控制程序框圖如圖3所示,。

      增泵工作過程：假定增泵順序?yàn)閘、2,、3泵,。開始時(shí)，1泵電機(jī)在plc控制下先投入調(diào)速運(yùn)行,，其運(yùn)行速度由變頻器調(diào)節(jié),。當(dāng)供水壓力小于壓力預(yù)置值時(shí)變頻器輸出頻率升高，水泵轉(zhuǎn)速上升,，反之下降,。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限（50hz），并穩(wěn)定運(yùn)行15s后,，如果供水壓力仍沒達(dá)到預(yù)置值,，則需進(jìn)入增泵過程。在plc的邏輯控制下將1泵電機(jī)與變頻器連接的電磁開關(guān)斷開,，延時(shí)1s后,，1泵電機(jī)切換到工頻運(yùn)行,，同時(shí)變頻器與2泵電機(jī)連接，控制2泵投入調(diào)速運(yùn)行,。如果還沒到達(dá)設(shè)定值,，則繼續(xù)按照以上步驟將2泵切換到工頻運(yùn)行，控制3泵投入變頻運(yùn)行,。

      減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2,、1泵,。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時(shí)，變頻器輸出頻率降低,，水泵速度下降,，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限（30hz），并穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間（30s）后,，把變頻器控制的水泵停機(jī),，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺(tái)水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行,，并繼續(xù)減泵工作過程,。如果在晚間用水不多時(shí)，當(dāng)最后一臺(tái)正在運(yùn)行的主泵處于低速運(yùn)行時(shí),，如果供水壓力仍大于設(shè)定值,，則停機(jī)并啟動(dòng)輔泵投入調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能效果,。

4 結(jié)束語

      該變頻調(diào)速生活給水設(shè)備系統(tǒng)邏輯控制采用plc控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速恒壓供水,，使用方便，工作可靠,，系統(tǒng)壓力恒定,，具有較好的控制效果。該變頻調(diào)速生活給水設(shè)備系統(tǒng)采用變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能,，節(jié)能效率可達(dá)40％左右，同時(shí)由于采用變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)行軟起動(dòng),，減少了設(shè)備損耗,，延長(zhǎng)了水泵、電機(jī)設(shè)備的使用壽命,。變頻調(diào)速生活給水設(shè)備系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,，參數(shù)超調(diào)波動(dòng)范圍小，偏差能及時(shí)進(jìn)行控制,。變頻器的加速和減速可根據(jù)工藝要求自動(dòng)調(diào)節(jié),，控制精度高,，能保證生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，而且由于變頻調(diào)速器具有十分靈敏的故障檢測(cè),、診斷,、數(shù)字顯示功能，提高了水泵運(yùn)行的可靠性,。綜上所述,，采用plc和變頻器為核心部件構(gòu)成的變頻調(diào)速生活給水設(shè)備系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性,，為供水領(lǐng)域的技術(shù)革新,，開辟了切實(shí)有效的途徑。