周曉東

大廠回族自治縣城鄉(xiāng)供水總公司，河北 廊坊 065300

0 引言

在城鄉(xiāng)供水系統(tǒng)中，隨著高層建筑的廣泛建設(shè)以及居民小區(qū)的規(guī)?；l(fā)展，原有的高位水塔供水系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足恒壓供水的要求，采用變頻恒壓控制是現(xiàn)代供水控制系統(tǒng)的新型方式，變頻恒壓供水系統(tǒng)可有效地降低“水錘”對(duì)泵體沖擊、節(jié)約電能、維持管網(wǎng)水壓恒定、實(shí)現(xiàn)無人值守等。具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。本文論述了一種基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)。利用PLC加以不同功能的傳感器、變頻器，根據(jù)壓力傳感器測(cè)得管網(wǎng)壓力的大小及變化來控制加壓泵的轉(zhuǎn)速及數(shù)量，使水管的壓力始終保持在合適的范圍內(nèi)，從而達(dá)到恒壓供水的目的。

1 恒壓供水系統(tǒng)原理

恒壓供水的基本思路是：采用電機(jī)調(diào)速裝置控制泵的轉(zhuǎn)速，并自動(dòng)調(diào)整泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力。系統(tǒng)任意設(shè)定供水壓力值，其與反饋總管的壓力值通過PID調(diào)節(jié)后控制調(diào)速裝置，以調(diào)節(jié)加壓泵的運(yùn)行速度，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供水壓力。與傳統(tǒng)的恒速泵供水系統(tǒng)、水塔高位水箱供水系統(tǒng)和氣壓罐供水系統(tǒng)相比，調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有供水質(zhì)量高、靈活性強(qiáng)、能耗少、電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)平穩(wěn)、無水錘效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，從而獲得了廣泛應(yīng)用。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)概況

本系統(tǒng)擬在控制2臺(tái)55kW和3臺(tái)30kW加壓泵相互配合完成恒壓供水。本文將以“一拖三”（一臺(tái)變頻器拖動(dòng)三臺(tái)加壓泵，加壓泵功率為30kW），“一拖二”（一臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)加壓泵，加壓泵功率為55kW）的設(shè)備介紹PLC與變頻器組成的恒壓供水系統(tǒng)的工作原理。同時(shí)為了確保不間斷供水的要求，另外備有55kW加壓泵變頻器一臺(tái)，3臺(tái)30kW加壓泵可降壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)水池水位低于下限時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，防止加壓泵干抽。

2.2 系統(tǒng)原理圖

2.3 主控線路圖（見右圖）

2.4 工作原理

系統(tǒng)可有兩種運(yùn)行方式：自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行。

2.4.1 自動(dòng)方式

1）啟動(dòng)程序

在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，1號(hào)泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器1連通，變頻器1輸出頻率從O開始上升，此時(shí)壓力變送器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋?zhàn)冾l器1，經(jīng)PID運(yùn)算后變頻器1自動(dòng)控制頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50Hz，延時(shí)一定時(shí)間后，再次檢測(cè)壓力信號(hào)，如壓力仍然不夠，變頻器1輸出信號(hào)反饋PLC，將1號(hào)泵切換為工頻，2號(hào)泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)2號(hào)加壓泵，頻率逐漸上升，當(dāng)2號(hào)泵頻率至50Hz，經(jīng)過延時(shí)檢測(cè)后壓力仍不能達(dá)到設(shè)定值時(shí)，變頻器1信號(hào)反饋PLC，4號(hào)泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器2連通，同時(shí)停止1號(hào)泵運(yùn)行，變頻器2輸出頻率從O開始上升直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，當(dāng)壓力經(jīng)延時(shí)檢測(cè)后仍不能達(dá)到要求時(shí)，變頻器1輸出信號(hào)反饋PLC，將2號(hào)泵切換為工頻，3號(hào)泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)3號(hào)加壓泵，頻率逐漸上升依次類推增加加壓泵。加壓泵啟動(dòng)的規(guī)律為任意兩30kW加壓泵運(yùn)行時(shí)，如壓力不夠，則啟動(dòng)55kW加壓泵，當(dāng)兩臺(tái)30kW加壓泵兩臺(tái)55kW加壓泵都運(yùn)行時(shí)，如壓力不夠，則啟動(dòng)剩下的30kW加壓泵。

2）加壓泵切換程序

如用水量減小，出水壓力超過設(shè)定壓力，變頻器降低輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值(加壓泵出水頻率，一般為25 Hz)，而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，PLC開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)出水壓力仍高于設(shè)定壓力，則根據(jù)先投先停和優(yōu)先停30kW加壓泵再停55kW加壓泵的原則。PLC將發(fā)出指令停止正在運(yùn)行的加壓泵中運(yùn)行時(shí)間最長的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。

3）水池水位檢測(cè)

在自動(dòng)供水的過程中，PLC實(shí)時(shí)檢測(cè)水池水位，若水位低于設(shè)定的報(bào)警水位時(shí)，蜂鳴器發(fā)出缺水報(bào)警信號(hào)；若水位低于設(shè)定的停機(jī)水位時(shí)，停止全部加壓泵工作，防止加壓泵干抽，并發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號(hào)；若水池水位高于設(shè)定的水池上限水位時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)提示關(guān)閉水源泵。

4）變頻器故障處理

當(dāng)變頻器1突然發(fā)生故障，蜂鳴器報(bào)警，PLC檢測(cè)是否有55kW加壓泵空閑，如果有就將運(yùn)行中55kW加壓泵切為工頻運(yùn)行，并變頻啟動(dòng)空閑55kW加壓泵，如果沒有或啟動(dòng)后仍然達(dá)不到設(shè)定壓力，則PLC發(fā)出信號(hào)指令，根據(jù)壓力情況依次啟動(dòng)加壓泵(采用降壓?jiǎn)?dòng)方式)，此時(shí)PLC切換泵則根據(jù)實(shí)際水壓。當(dāng)變頻器3突然發(fā)生故障，蜂鳴器報(bào)警，PLC發(fā)出指令切掉故障變頻器啟用備用變頻器，并保持故障前55kW加壓泵運(yùn)行狀況。

2.4.2 手動(dòng)運(yùn)行方式

選擇此方式時(shí)，按啟動(dòng)按鈕或停止按鈕，可根據(jù)需要而分別啟停各加壓泵（啟動(dòng)方式為變頻器軟啟動(dòng)）。當(dāng)啟動(dòng)一個(gè)加壓泵后，再啟動(dòng)另一個(gè)加壓泵時(shí)，前一個(gè)啟動(dòng)的加壓泵自動(dòng)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，為了保證變頻器充分軟啟動(dòng)，每個(gè)加壓泵軟啟動(dòng)間隔為30s。這種方式僅供檢修或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。

2.5 傳感器的作用

本設(shè)計(jì)使用到了壓力傳感器和液位傳感器。壓力傳感器是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制必不可少的裝置，它將壓力信號(hào)反饋給變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。液位傳感器是決定系統(tǒng)師父能夠運(yùn)行和發(fā)出警報(bào)的必不可少的裝置，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行起到了重要作用。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能，節(jié)能量通常在10%～40%。從單臺(tái)水泵的節(jié)能來看，流量越小，節(jié)能量越大。PLC、變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，并設(shè)有故障應(yīng)急處理功能，從而保證了不間斷高質(zhì)量供水。本設(shè)計(jì)采用兩種型號(hào)加壓泵供水并設(shè)有變頻工頻轉(zhuǎn)換，根據(jù)起停泵規(guī)律，從而解決了壓力臨界值時(shí)加壓泵的頻繁啟動(dòng)停止問題，對(duì)延長加壓泵使用壽命有很大的幫助。3臺(tái)30kW加壓泵在變頻器故障時(shí)采用降壓?jiǎn)?dòng)，節(jié)省了一定的費(fèi)用。

4 結(jié)論

在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式，根據(jù)實(shí)際需壓力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速或加減泵，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，節(jié)能降耗；變頻器故障后仍能自動(dòng)運(yùn)行，基本保障了不間斷供水。采用變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，減少了設(shè)備損耗，延長了使用壽命?？傊?，采用以PLC和變頻器為核心的恒壓供水系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

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