基于PLC和變頻器的恒壓變頻給水系統(tǒng)研究
2013/5/29 12:04:11??????點擊：
基于PLC和變頻器的恒壓變頻給水系統(tǒng)研究
1 引言
隨著變頻器技術的日益成熟,，變頻調(diào)速技術在各個領域得到了廣泛的應用。變頻調(diào)速恒壓供水設備以其節(jié)能,、安全,、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點，在小區(qū)供水和工廠供水控制中發(fā)揮了很大的作用,。
根據(jù)某洗衣機進水電磁閥生產(chǎn)廠家的需要,，為了給該廠電磁閥性能測試生產(chǎn)線提供基準恒壓水源，本文利用PLC控制技術和變頻調(diào)速技術設計的全自動恒壓變頻給水系統(tǒng),能較好地滿足生產(chǎn)需求,，水壓精度較高,。為了不浪費水資源，系統(tǒng)還具有自動水循環(huán)功能,。
2 恒壓變頻給水系統(tǒng)組成及實現(xiàn)原理
恒壓變頻給水系統(tǒng)的基本控制策略是:采用可編程控制器(plc)與變頻調(diào)速裝置構成控制系統(tǒng),，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù),，完成供水壓力的閉環(huán)控制,，即根據(jù)實際設定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉速和水泵的數(shù)量,自動補償用水量的變化,，以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設定值,既可以滿足生產(chǎn)供水要求控制工程網(wǎng)版權所有，還可節(jié)約電能,，使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài)控制工程網(wǎng)版權所有,，實現(xiàn)恒壓供水。
恒壓變頻給水系統(tǒng)由變頻器,、泵組電機,、供水管網(wǎng)、儲水箱,、智能pid調(diào)節(jié)器,、壓力變送器、plc控制單元等部分組成,，控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示,。其中變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速,，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化,，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流,。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓,。智能pid調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的pid調(diào)節(jié)。plc控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設備,，同時還是變頻器的驅動控制控制工程網(wǎng)版權所有,，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整其它工頻泵的運行臺數(shù),。變頻器和plc的應用為水泵轉速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便,。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動, 消除了對電網(wǎng)、電氣設備和機械設備的沖擊,，延長機電設備的使用壽命,。
3 恒壓變頻給水系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件設計
恒壓變頻給水系統(tǒng)采用三套電機-水泵對水網(wǎng)進行恒壓供水，每臺電機均可工作在變頻方式或工頻方式,，但每次僅有一臺電機工作在變頻調(diào)速狀態(tài),。工作時可根據(jù)實際情況選擇，變頻器根據(jù)實際水壓的變化,不斷地調(diào)整水泵轉速,通過調(diào)節(jié)流量達到恒定水壓的目的,。另外,可編程序控制器根據(jù)當前水泵的供水情況對其進行合理切換, 及時增泵和減泵,，實現(xiàn)最佳匹配。
3.1 恒壓變頻給水系統(tǒng)主控電路設計
恒壓變頻給水系統(tǒng)電控系統(tǒng)的主電路由3臺電機分別為m1,、m2和m3,。接觸器km1、km2,、km3分別控制電機m1,、m2和m3變頻或工頻運行,，fr1、fr2,、fr3分別為3臺水泵電機過載保護的熱繼電器,，qs1、qs2,、qs3,、qs4分別為變頻器和3臺水泵電機主電路的隔離開關，fu1為主電路的熔斷器,，vvvf為通用變頻器,。
3.2 恒壓變頻給水系統(tǒng)智能pid調(diào)節(jié)器和變頻器接線圖
變頻器選用三墾公司的shf系列，功率分別為7.5kw,，1.5kw和15kw,，變頻器采用模擬量控制方式。通過變頻器對電機水泵實現(xiàn)軟啟動功能,。圖2為pid調(diào)節(jié)器和變頻器的接線圖,。變頻器根據(jù)pid調(diào)節(jié)器輸出信號，及時調(diào)節(jié)輸出頻率,，改變電機和水泵的轉速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量CONTROL ENGINEERING China版權所有,使供水管網(wǎng)中的壓力穩(wěn)定在設定壓力值上,。
3.3 plc輸入/輸出地址分配
根據(jù)對控制系統(tǒng)的分析，本系統(tǒng)選用中達電通公司的dvp60es00t2 plc實現(xiàn)控制,，共有60點輸入輸出,，其中36個輸入點,，24個晶體管輸出點,，交流供電，其環(huán)境溫度,、抗沖擊,、抗噪聲等性能指標均能滿足要求，附表為plc輸入/輸出地址分配表,。
4 恒壓變頻給水系統(tǒng)軟件設計
恒壓變頻給水系統(tǒng)的軟件設計包括plc的程序設計和變頻器的功能參數(shù)設定,。這里主要討論plc的程序設計。
plc的程序設計包括手動控制和自動控制的程序設計,，手動部分是通過按鈕控制電機在工頻下運行和停止,，主要考慮系統(tǒng)調(diào)試或檢修時用。
當選擇開關打到"自動"時,，系統(tǒng)能夠進入自動工作狀態(tài),，由plc和變頻器聯(lián)合控制各臺電機的投入或切除、工頻或變頻運行方式,。供水系統(tǒng)共有3臺泵組電機,，在根據(jù)水壓決定投入泵組臺數(shù)后,，只有最初投入的電機進行變頻調(diào)速，其它后投入的電機則在工頻下全速運行,，泵組電機的切換過程由邏輯控制單元plc實現(xiàn),。
圖3為選擇p1泵為變頻泵，p2,、p3泵為工頻泵時的plc狀態(tài)轉移圖,。假設增泵順序為p1、p3和p2,，當供水設備開始工作時,，先起動變頻泵p1，當管網(wǎng)水壓達到設定值時,，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在一定數(shù)值上,。當用水量增加時，水壓降低,，壓力變送器把水管出口變化了的總管實際壓力信號變成4～20 ma的標準信號送入智能pid調(diào)節(jié)器, pid回路調(diào)節(jié)器經(jīng)運算,得出調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器,，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉速提高,，水壓上升,。如果用水量增加很多控制工程網(wǎng)版權所有，使變頻器的輸出頻率達到最大值(50hz)時,，若供水壓力仍不能使管網(wǎng)水壓達到設定值,，延時20s后，pid調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號CONTROL ENGINEERING China版權所有,，通過PLC控制單元起動一臺工頻泵p3泵,，若管網(wǎng)水壓仍不能達到設定值，則延時20s后CONTROL ENGINEERING China版權所有,，繼續(xù)起動工頻泵,。反之，當用水量減少,，供水壓力大于設定值時,，變頻器的輸出頻率降低www.cechina.cn，水泵轉速下降CONTROL ENGINEERING China版權所有,，變頻器的輸出頻率達到最小值(30hz)時,，延時20s后，則發(fā)出減少一臺工頻泵的命令,，其他泵依次類推,。 5 結束語
自行設計的變頻調(diào)速恒壓變頻給水系統(tǒng)實現(xiàn)簡單,成本低廉，投入運行以來,，工作可靠,，具有較好的控制效果,。主要體現(xiàn)在:
(1) 系統(tǒng)供水壓力平穩(wěn)，壓力變化在 0.01mpa 以內(nèi);
(2) 高效節(jié)能,，系統(tǒng)有plc和變頻器管理,，可有效解決不同用水量時電機輕載或空載時節(jié)能問題;
(3) 整個系統(tǒng)自動化程度高，不需人員職守CONTROL ENGINEERING China版權所有,，故障時可以自動保護并發(fā)出報警信號,。
(4) 自動水循環(huán)，實現(xiàn)了有效的節(jié)水,。
另外,，系統(tǒng)采用plc控制，容易隨時修改程序,，以改變工作狀況,，滿足不同控制要求，有較大的靈活性和通用性,，有一定的推廣應用價值,。
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