張志濤

摘 要 隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的變頻調(diào)速、PLC等技術(shù)組成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于民用建筑、生產(chǎn)用水，可使水泵出口壓力保持恒定。

關(guān)鍵詞 水泵供水 變頻器 恒壓控制 PLC

中圖分類號(hào)：TU821；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1系統(tǒng)概述

1.1供水系統(tǒng)的發(fā)展

當(dāng)今社會(huì)的供水方式向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，應(yīng)用在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級(jí)加壓系統(tǒng)、居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中。在變頻恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前也有很多供水方式，如恒速泵直接供水和水塔供水等方式，但這些傳統(tǒng)的供水方式，由于供水穩(wěn)定性差、設(shè)備成本過高和場(chǎng)地受限等原因，已經(jīng)不能很好地滿足人們?nèi)粘５墓┧枰?。隨著變頻器的問世，變頻調(diào)速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況簡(jiǎn)介

3臺(tái)水泵供水，壓力控制點(diǎn)設(shè)在水泵出口處，用變頻器、CPM1A PLC、調(diào)節(jié)器等組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保正水泵出口壓力恒定。水泵的切換方式為：第一臺(tái)泵作變頻泵，第二、三臺(tái)泵作變頻備用泵。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)水泵運(yùn)行至工頻時(shí)切換至工頻電網(wǎng)，第二臺(tái)水泵變頻運(yùn)行；當(dāng)?shù)诙_(tái)水泵運(yùn)行至工頻且壓力達(dá)不到要求時(shí)，切換至工頻，第三臺(tái)泵變頻起動(dòng)。用水量減少時(shí)，依次停下第三臺(tái)水泵，第二臺(tái)水泵，順序運(yùn)行。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，所有水泵停機(jī)，報(bào)警。

1.3變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的基本原理是：通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成4～20mA的模擬信號(hào)，采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置（變頻器）與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(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)約電能的目的。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程序控制器、壓力變送器和水泵機(jī)組一起組成的完整閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

由設(shè)計(jì)工況可知，每臺(tái)水泵都有變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)水泵都受兩個(gè)接觸器控制，一個(gè)接觸器使水泵與變頻器連接，另外一個(gè)接觸器使水泵與電網(wǎng)電壓連接。在啟動(dòng)變頻調(diào)速時(shí)，先斷開第一臺(tái)的變頻運(yùn)行，切換為工頻運(yùn)行，再使第二臺(tái)水泵與變頻器連接。在停止變頻調(diào)速時(shí)，先斷開第三臺(tái)的變頻運(yùn)行，斷開第二臺(tái)的工頻運(yùn)行，再使第二臺(tái)水泵與變頻器連接。切換時(shí)中間繼電器控制使變頻器無輸出，這些都是由PLC控制的。

2.2控制電路的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用OMRON CPM1A 系列PLC，在輸入點(diǎn)方面，系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)、工作/檢修、夜間三個(gè)旋鈕開關(guān)需3個(gè)輸入點(diǎn)；自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，控制起動(dòng)和停止需2個(gè)輸入點(diǎn)；手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，每臺(tái)水泵都有起動(dòng)和停機(jī)按鈕，需8個(gè)輸入點(diǎn)；每臺(tái)水泵都有故障監(jiān)測(cè)，需4個(gè)輸入點(diǎn)；壓力傳感器的檢測(cè)信號(hào)經(jīng)PID的比較分析會(huì)產(chǎn)生壓力上限、下限兩種信號(hào)，需2個(gè)輸入點(diǎn)；系統(tǒng)的液位監(jiān)測(cè)也需1個(gè)液位下限的輸入；變頻器的故障也需1個(gè)輸入點(diǎn)，共需21個(gè)輸入點(diǎn)。在輸出點(diǎn)方面，水泵M1、M2，M3即可變頻運(yùn)行，也可工頻運(yùn)行，M4只需工頻運(yùn)行，需PLC的7個(gè)輸出點(diǎn)；變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由PLC的1個(gè)輸出點(diǎn)，變頻器的故障報(bào)警與顯示需1個(gè)輸出點(diǎn)；切換時(shí)，中間繼電器控制使變頻器無輸出需1個(gè)輸出信號(hào)控制；每臺(tái)水泵的都有故障顯示燈，需4個(gè)輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量為14個(gè)。本系統(tǒng)選用CPM1A-40CDR-A-V1型PLC。

2.3系統(tǒng)工況分析

自動(dòng)運(yùn)行時(shí)液位下限的常閉閉合，當(dāng)按下自動(dòng)起動(dòng)按鈕進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，變頻器運(yùn)行，按下停機(jī)按鈕變頻器則停止運(yùn)行，當(dāng)夜間旋鈕開關(guān)閉合或者變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，變頻器則會(huì)停止運(yùn)行，出現(xiàn)水位下限信號(hào)時(shí)變頻器亦會(huì)停止工作。

當(dāng)變頻器開始運(yùn)行時(shí)，1#水泵開始變頻運(yùn)行。當(dāng)?shù)谝淮嗡畨旱竭_(dá)下限時(shí)，1#泵變頻運(yùn)行斷開，2#泵變頻運(yùn)行起動(dòng)，此時(shí)1#泵需切換到工頻運(yùn)行，為了避免出現(xiàn)工頻、變頻同時(shí)接通的情況，所以延時(shí)5s后1#泵切換至工頻運(yùn)行。

1#水泵切換至工頻后，2#泵變頻運(yùn)行，當(dāng)?shù)诙嗡畨旱竭_(dá)下限時(shí)，不滿足供水需求，2#泵變頻運(yùn)行斷開，3#開始變頻運(yùn)行，此時(shí)2#泵需切換到工頻運(yùn)行，為了避免出現(xiàn)工頻、變頻同時(shí)接通的情況，所以延時(shí)5s后2#泵切換至工頻運(yùn)行。

第二次壓力下限到達(dá)后，定時(shí)器1接通，延時(shí)5秒，2#泵切換至工頻，3#泵在延時(shí)前已經(jīng)變頻運(yùn)行，當(dāng)前1#泵、2#泵工頻運(yùn)行，3#泵變頻運(yùn)行。當(dāng)夜間工作模式開啟或者變頻器故障時(shí)，3臺(tái)泵均停機(jī)。

當(dāng)用水量需求減小時(shí)，管網(wǎng)的壓力減小，通過壓力傳感器的信號(hào)檢測(cè)，傳來壓力上限信號(hào)，此時(shí)計(jì)數(shù)器1復(fù)位，3#泵與變頻器切斷停機(jī)，2#泵工頻斷開，延時(shí)5秒后，2#泵變頻起動(dòng)。此時(shí)2#泵變頻運(yùn)行，1#泵保持工頻運(yùn)行。

用計(jì)數(shù)器2來計(jì)數(shù)壓力上限信號(hào)，當(dāng)?shù)诙紊舷扌盘?hào)到達(dá)，計(jì)數(shù)器輸出ON，此時(shí)2#泵變頻斷開，1#工頻斷開，延時(shí)5秒后定時(shí)器2輸出ON信號(hào)，1#變頻運(yùn)行。

當(dāng)夜間用水量不大的時(shí)候，開啟夜間模式，則1#、2#、3#均停機(jī)待起，此時(shí)夜間泵變頻運(yùn)行起動(dòng)。當(dāng)傳來水位下限信號(hào)或者變頻器故障，夜泵則將停止工作。

每臺(tái)泵都有各自的故障報(bào)警指示燈。當(dāng)工作狀態(tài)時(shí)，變頻器故障，變頻器故障指示燈變亮，并報(bào)警，當(dāng)把系統(tǒng)轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)時(shí)，變頻器故障燈與警鈴都斷開。

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