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        基于變頻器和PLC的恒壓供水系統(tǒng)技術(shù)改造

        2012-11-07 03:21:58王志波
        物流科技 2012年8期
        關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制變頻器

        王志波

        摘要:介紹了應(yīng)用變頻器、PLC、壓力傳感器及壓力模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊改成的智能控制系統(tǒng)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造,論述了控制系統(tǒng)的工作原理、硬件軟件設(shè)計(jì)。通過實(shí)踐證明,PLC與變頻器配合控制,可以較好地實(shí)現(xiàn)恒壓供水和節(jié)能的目標(biāo)。

        關(guān)鍵詞:PLC;變頻器;恒壓供水;自動(dòng)控制

        中圖分類號(hào):F403.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        近年來,供水系統(tǒng)的供水質(zhì)量及節(jié)能越來越引起人們的廣泛關(guān)注。筆者2006年暑假帶學(xué)員到合作企業(yè)進(jìn)行工學(xué)結(jié)合培訓(xùn)期間,就幫助該企業(yè)搞了供水系統(tǒng)技術(shù)改造,有效地實(shí)現(xiàn)了企業(yè)供水水壓的恒定和節(jié)能目標(biāo)。

        1企業(yè)原供水系統(tǒng)存在的問題

        該企業(yè)因位于市區(qū)邊緣地帶,市政自來水壓力較低,故建加壓站充壓供水。其原有供水系統(tǒng)使用繼電接觸器進(jìn)行控制,水壓控制由值班電工手工操作,通過啟停加壓站的水泵及調(diào)節(jié)出口閥開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。這種控制方式自動(dòng)化程度低,系統(tǒng)線路復(fù)雜,故障頻繁,維護(hù)困難,需要工人24小時(shí)看守泵房,能效低,電能浪費(fèi)嚴(yán)重,水壓不夠穩(wěn)定,對(duì)員工生活、企業(yè)生產(chǎn)和消防安全都產(chǎn)生不利的影響,很有必要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

        2技術(shù)改造方案

        經(jīng)過深入調(diào)研,結(jié)合具體情況,筆者制定了供水系統(tǒng)技術(shù)改造方案,其要點(diǎn)如下:

        2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制要求

        新的供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、加壓站(蓄水池及泵房)組成,泵房安裝2臺(tái)泵機(jī),采用市政自來水管網(wǎng)和蓄水池水源向企業(yè)管網(wǎng)供水,有多個(gè)電動(dòng)閥控制供水回路和水流量。

        供水系統(tǒng)的控制要求如下:

        供水系統(tǒng)設(shè)定出水恒壓為0.6MPa。當(dāng)外來自來水壓力低于設(shè)定水壓,或企業(yè)用水量大,管網(wǎng)水壓低于設(shè)定水壓時(shí),控制系統(tǒng)能自動(dòng)控制水泵的工作模式及投入運(yùn)行的水泵臺(tái)數(shù)。系統(tǒng)以水管壓力與設(shè)定壓力保持一致為原則,時(shí)刻采集極限頻率信號(hào)和壓力反饋信號(hào),通過PLC進(jìn)行邏輯判斷并輸出相應(yīng)的指令,控制水泵工頻電源供電與變頻器供電的切換,進(jìn)而控制水泵的運(yùn)行,以保證供水系統(tǒng)的水壓恒定。

        2.2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理

        2.2.1系統(tǒng)主電路硬件設(shè)計(jì)及PLC的I/O分配

        改造后的控制系統(tǒng)由三菱FX2N—60MR型PLC、FR—A540—15K—CHT1.5KW型變頻器作為控制主機(jī),加上PS4型壓力傳感器及其壓力模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、接觸器、自動(dòng)開關(guān)、蓄水池水位電極、水塔水位電極及顯示報(bào)警裝置等組成。系統(tǒng)主電路如圖1所示。

        系統(tǒng)通過PLC轉(zhuǎn)換開關(guān),可選擇自動(dòng)和手動(dòng)兩種工作方式。當(dāng)選擇手動(dòng)方式時(shí),可控制各泵在工頻下運(yùn)行與停車,用于定期檢修或變頻器出現(xiàn)故障時(shí)臨時(shí)供水。在自動(dòng)方式下,兩臺(tái)水泵可變頻工作,也可工頻工作,由PLC4個(gè)輸出點(diǎn)(Y1—Y4)控制其接觸器(KM1—KM4)線圈的得電與失電。

        系統(tǒng)選用帶電接點(diǎn)式的水壓傳感器,它能將檢測(cè)到的壓力信號(hào)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)反饋進(jìn)變頻器。系統(tǒng)不但有水壓檢測(cè)功能,還有水泵電機(jī)過載保護(hù)、供電相序故障顯示、變頻器故障檢測(cè)與報(bào)警功能。如果出現(xiàn)故障,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī),同時(shí)故障指示燈發(fā)亮。系統(tǒng)對(duì)水泵電機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)也進(jìn)行相應(yīng)的燈光顯示。PLC的I/O分配圖如圖2所示。

        2.2.2控制系統(tǒng)工作原理

        系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)供水系統(tǒng)的設(shè)定壓力值給變頻器設(shè)定一個(gè)給定頻率值。供水系統(tǒng)工作時(shí),安裝在水泵出水管的壓力傳感器通過相關(guān)轉(zhuǎn)換模塊將檢測(cè)到的壓力值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),反饋到變頻器,再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào),輸入到變頻器的PID控制模塊,與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較。如果傳感器的壓力信號(hào)低于設(shè)定壓力時(shí),變頻器就會(huì)將頻率升高去改變水泵轉(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(dòng)控制水泵運(yùn)行的臺(tái)數(shù),實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,使供水壓力保持恒定。當(dāng)用水需求量較大時(shí),變頻器輸出頻率接近工頻(50HZ),此時(shí)若供水壓力還達(dá)不到設(shè)定壓力值時(shí),則延時(shí)3秒后變頻器的高頻信號(hào)進(jìn)入PLC,通過PLC將1#水泵電機(jī)由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行,并起動(dòng)2#水泵電機(jī)變頻運(yùn)行,以確保供水壓力恒定。當(dāng)用水要求量下降時(shí),壓力傳感器的壓力變化信號(hào)與設(shè)定壓力在變頻器中比較后,產(chǎn)生偏差電壓經(jīng)PID控制器運(yùn)算,令變頻器的輸入頻率下降,當(dāng)降至頻率下限(20HZ)時(shí),則PLC延時(shí)3秒后關(guān)閉2#泵,留1#泵工頻運(yùn)行。若用水量不斷減小時(shí),PLC就將1#泵切換為變頻運(yùn)行供水,使水壓保持恒定。

        2.3變頻器的參數(shù)設(shè)置

        變頻器的參數(shù)設(shè)置如下表:

        2.4系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

        根據(jù)系統(tǒng)工作原理和電路邏輯功能,筆者用三菱GX Developer編程軟件進(jìn)行PLC程序編寫,繪制梯形圖。但為了保險(xiǎn)起見,Y1與Y2、Y1與Y3、Y2與Y4之間在程序中也進(jìn)行了互鎖,即Y1與Y2不能同時(shí)有輸出,Y1與Y3、Y2與Y4也同樣不能同時(shí)有輸出,否則,就會(huì)發(fā)生變頻器同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)泵,或工頻電直接串入變頻器輸出端U、V、W而損壞變頻器等嚴(yán)重事故。系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。因篇幅所限,PLC梯形圖略。

        3結(jié)束語

        系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后投入運(yùn)行,經(jīng)1年多來的使用表明完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求,系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠性高、能耗低、使用維護(hù)方便,無需專人值守泵房。不管外來自來水壓力及企業(yè)用水量如何變化,系統(tǒng)都能保證供水壓力恒定。據(jù)企業(yè)測(cè)算,供水系統(tǒng)與改造前比較,每年可節(jié)約電費(fèi)、值守工人工資、設(shè)備維修費(fèi)共10多萬元。實(shí)踐證明,PLC與變頻器配合控制,能較好地實(shí)現(xiàn)恒壓供水和節(jié)能降耗增收的目標(biāo)。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 韓安榮. 通用變頻器及其應(yīng)用[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

        [2] 廖常初. 大中型PLC應(yīng)用教程[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

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