黃琳娜
湛江市技師學(xué)院,廣東湛江 524000
湛江市技師學(xué)院有一萬多師生員工,生活用水量較大,且樓層高低不一,又沒有水塔,從而造成用水高峰的時候,高樓層的用水很不方便,有時候水很小,有時候沒有水用,管理人員要經(jīng)常對供水水泵進(jìn)行開關(guān)的控制,且勞動量很大。因此,為了滿足全校師生員工正常用水,節(jié)約用電,本文設(shè)計了一套全自動的恒壓供水系統(tǒng)。
本系統(tǒng)的特點在于不管是用水高峰,還是用水低潮,保證每個用戶都能正常用水,并且以最少的能耗而保證全校師生員工正常用水,減少管理人員的勞動量。本系統(tǒng)使用了水泵輪流工作程序,水泵可以在用水低潮的時候,輪流休息,以避免某臺水泵長期工作而縮短了工作壽命。
體系分別由供水部分、壓力采集部分、電氣控制部分組成。從圖1可以看出,電氣控制部分為主要控制,其細(xì)分為PLC、變頻器、繼電器組。壓力采集部分主要完成壓力反饋與A/D轉(zhuǎn)換的功能。供水部分分為外來供水、供給本校使用水。
圖1
恒壓供水系統(tǒng)由PLC起到總控制作用。系統(tǒng)啟動后,PLC根據(jù)管理人員給定的供水壓力與輸出供水壓力而做出相應(yīng)的自動控制過程。其控制過程由繼電器組功率放大后,再由繼電器控制水泵的工頻或變頻的運行。供水壓力的粗調(diào)節(jié)由啟動工頻運行水泵的臺數(shù)完成,供水壓力的精調(diào)節(jié)由變頻運行的水泵完成。恒壓供水系統(tǒng)流程圖如圖2所示。
圖2
三恒壓供水系統(tǒng)主回路以圖3所示。
圖3
恒壓供水工作的精調(diào)整都是由變頻器自身的PID運算實現(xiàn)。本系統(tǒng)中壓力傳感器的輸出電流與被測量成正比,變頻器采用負(fù)運算;A540系列變頻器由參數(shù)Pr128決定負(fù)運算工作方式。
通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值,安裝在供水管上壓力傳感器反饋來的壓力信號(4mA對應(yīng)0MPa,20mA對應(yīng)0.5MPa)的傳感器調(diào)節(jié)水泵的供水壓力作為壓力負(fù)反饋接至變頻器的輔助輸入端4、5;變頻器、PLC時刻跟蹤管網(wǎng)壓力與壓力給定值之間的偏差變化情況,經(jīng)變頻器的PID運算,調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率,改變水泵轉(zhuǎn)速,并通過PLC控制水泵工頻電源供電與變頻電源供電的切換,自動控制水泵投入運行的臺數(shù),實現(xiàn)閉環(huán)控制,使水壓不偏離壓力給定值,保持水壓恒定。
變頻器PID設(shè)置相關(guān)參數(shù)如下表1。
表1 變頻器的參數(shù)設(shè)置
連接圖如圖4所示。
PLC在本系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻---變頻的切換和水泵的工作臺數(shù)的調(diào)整。其工作流程圖如圖5所示:
圖5
在圖5 中,恒壓水系統(tǒng)有兩種運行方式,一種是手動控制,一種是自動控制。
在手動控制中,要求管理人員輸入相應(yīng)的運行水泵后,PLC才有相應(yīng)的控制輸出來控制水泵運行,這樣可以方便調(diào)系統(tǒng)的運行狀態(tài),水泵的維修與保養(yǎng)都是在手動方式下完成的。
在自動控制中,PLC根據(jù)供水壓力來自動調(diào)整水泵的工作臺數(shù),每當(dāng)供水壓力值低于給定供水壓力值時,變頻器提高輸出的頻率,水泵也相應(yīng)提高轉(zhuǎn)速而加大供水壓力,當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到上限,且供水壓力還不到給定供水壓力值時,PLC將增加工作水泵數(shù)量,以保證供水壓力在給定的供水壓力范圍;反之PLC卻減少工作水泵數(shù)量。在用水低潮時,水泵輪流休息,以提高使用的壽命。它們的運行過程如下所述。
系統(tǒng)啟動時,KM0閉合,1#水泵以變頻方式運行,當(dāng)變頻器的運行頻率超出設(shè)定值時,輸出一個上限信號,PLC通過這個上限信號后將1#水泵由變頻運行方式轉(zhuǎn)換為工頻運行方式,KM0斷開,KM1吸合,同時KM2吸合,變頻啟動2#水泵運行。如果再次接收到上限信號,則KM2斷開KM3閉合,2#水泵由變頻運行轉(zhuǎn)為工頻運行方式,同時KM4閉合3#水泵變頻運行。
如果變頻器頻率偏低,即壓力過高,輸出的下限信號使PLC關(guān)閉KM4、KM3,開啟KM2,2#水泵變頻運行,再次收到下限信號時就關(guān)閉KM2、KM1,KM0吸合,只剩下1#水泵變頻運行。水泵輪流工作的時候,只是三臺水泵的先后時序換了。 PLC接線I/O分配圖如圖6所示。
圖6
圖7 程序的設(shè)計
系統(tǒng)調(diào)試是對程序結(jié)果進(jìn)行全面的檢查,找出問題并糾正其錯誤,使可能發(fā)生的問題與錯誤,盡量消滅在正式運行之前。通常調(diào)試的方法大多數(shù)是采用靜態(tài)調(diào)試法與動態(tài)調(diào)試法。所謂靜態(tài)調(diào)試法是用人工的方式對程序的編寫進(jìn)行審核,找出其中錯誤,這種方法不用運行程序。而動態(tài)調(diào)試法是通過程序的運行,在程序的“動態(tài)”執(zhí)行中檢查并處理各種出現(xiàn)錯誤。本系統(tǒng)是采用動、靜態(tài)相結(jié)合的調(diào)試方法。
原來由于沒有變頻運行的水泵,供水壓力很難保證,通常是少一臺水泵運行時,供水壓力不夠,多一臺水泵運行時,壓力過大,且水泵電機(jī)工作電流很大,造成能量大耗。因此造成夜間高層樓的用水沒有水用,白天又要一位管理人員現(xiàn)場管理。
該系統(tǒng)投入使用后,保證了全校師生員工的正常生活用水。該系統(tǒng)運行效果穩(wěn)定,故障率少,節(jié)能明顯,減少了管理人員的工作強(qiáng)度。
本系統(tǒng)是一個居住集中、樓層高低不一,且沒有水塔的生活區(qū)的自動恒壓供水系統(tǒng),系統(tǒng)實用性強(qiáng)、節(jié)能、有著推廣應(yīng)用的價值。
[1]FX2N系列微型可編程控制器使用手冊.隨機(jī)資料.
[2]FR-A540E系列變頻器使用手冊.隨機(jī)資料.
[3]劉守操,余文烋,劉結(jié)成,許振茂編.可編程序控制器與變頻技術(shù).
[4]丁軻軻主編,楊若萍副主編.自動測量技術(shù)[M].中國電力出版社,2004,12.