白銀

(宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院　安徽·宿州　234000)

變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

白銀

(宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院安徽·宿州234000)

基于變頻器的恒壓供水系統(tǒng)不僅能提高水泵的使用壽命還能起到節(jié)能的效果。而變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的使用可以提高水壓的穩(wěn)定性，還能智能調(diào)整用水高峰期和用水低谷時(shí)的水壓。變頻器技術(shù)和PLC、觸摸屏的完美結(jié)合正能實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案[1]。系統(tǒng)具有高性價(jià)比、節(jié)能、智能化程度高、工作可靠等優(yōu)點(diǎn),大大地提高了供水質(zhì)量。

變頻器；PLC；壓力傳感器；PID調(diào)節(jié)

0　引言

市政供水在我們現(xiàn)實(shí)生活中不可或缺，從供水種類來看，有市政直接供水、通過天臺水池供水和恒壓供水三種。前兩種供水方式只適合6層或9層以下樓層，且承重負(fù)荷大，容易二次污染，易耗電；而恒壓供水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，不論是在用水高峰期還是低谷期水管的壓力波動小，且由于其天臺無水池所以無二次污染，且樓層承重低，最重要的是他比常規(guī)供水系統(tǒng)節(jié)能大約20%。用變頻器可以簡單方便的實(shí)現(xiàn)PID恒壓調(diào)節(jié)[2]。

1　控制要求

此恒壓供水系統(tǒng)有三個(gè)水泵，給四層住戶供水，如圖1所示為恒壓供水管道示意圖。在圖1中三個(gè)水泵互為備用泵，沒人用水時(shí)，沒有水泵工作；用水的人比較少時(shí)，只有一個(gè)水泵工作；用水人增多時(shí)，兩個(gè)水泵工作；用水人較多時(shí)，三個(gè)水泵同時(shí)工作；當(dāng)有水泵出現(xiàn)故障時(shí)，會有其他水泵替換。

圖1　恒壓供水管道示意圖

2　PID控制原理分析及參數(shù)設(shè)置

PID控制原理如圖2。假定設(shè)定值為3Mpa，系統(tǒng)啟動后，傳感器測量水管中的壓力，如果水管中的壓力小于3Mpa，經(jīng)PID調(diào)解，輸出值增大，變頻器輸出頻率增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速增大。當(dāng)變頻器輸出頻率到達(dá)49Hz，電機(jī)由變頻運(yùn)行切換到工頻運(yùn)行，供水量加大。如果水管壓力還達(dá)不到設(shè)定值，繼續(xù)把其他電機(jī)也驅(qū)動，直至把所有的水泵都啟動，達(dá)到最大供水要求；如果供水量大于用水量，水管中的壓力超出設(shè)定值，此時(shí)輸出值減小，變頻器輸出頻率降低，當(dāng)頻率低于30Hz時(shí)，把該水泵退出運(yùn)行，如果深夜沒有人用水，所有水泵退出運(yùn)行，此時(shí)靠儲氣罐保壓。當(dāng)用水量繼續(xù)加大，水管壓力達(dá)到壓力下限，重新把系統(tǒng)自動啟動。

圖2　PID調(diào)解原理

關(guān)于設(shè)定值，上下限參數(shù)的設(shè)置[3]：假設(shè)壓力傳感器的壓力范圍是，反饋電流是，則由圖3可推導(dǎo)出公式（1）和（2）。

圖3　設(shè)定值、上下參數(shù)原理圖

把供水壓力值3，上限值3.5和下限值2.5分別帶入公式（1）可得y1、y2、y3；再把y1、y2、y3帶入公式（2）可得到Z1、Z2、Z3；所以變頻器參數(shù)的設(shè)置如下：Pr.132=Z1；Pr.133=Z2；Pr. 131=Z3。

3　軟件設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)給出了恒壓供水控制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，S0為初始狀態(tài)，S20-S23為系統(tǒng)的四個(gè)工作狀態(tài)：S20狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)用水量較少，只有1#水泵變頻工作，當(dāng)出現(xiàn)頻率上升到X5頻率上或者1#水泵故障，則自動轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)S21；S21狀態(tài)時(shí)，用水量增加，此時(shí)1#泵上升到定頻工作，2#泵變頻工作，當(dāng)頻率上升到X5頻率上或者1#水泵故障，則自動轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)S22；S22狀態(tài)時(shí)，用水量繼續(xù)增加，此時(shí)1#泵、2#泵定頻工作，3#泵變頻工作，當(dāng)頻率上升到X5頻率上或者1#水泵故障，則自動轉(zhuǎn)入下一個(gè)狀態(tài)S23；S23狀態(tài)時(shí)，用水量最大，此時(shí)1#泵、2#泵、3#泵都定頻工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)X6壓力上限時(shí)，則自動返回上一個(gè)狀態(tài)S22，在每一個(gè)工作狀態(tài)下，只要到達(dá)頻率下限X7則自動返回到上一狀態(tài)。S30為手動操作狀態(tài)。具體過程如圖4所示。

圖4　恒壓供水系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

3.2主電路與PLC外部接線圖設(shè)計(jì)

圖5所示為恒壓供水系統(tǒng)的主電路接線及與變頻器的連接方式圖。此電路中，三臺電機(jī)M1、M2、M3分別代表了恒壓供水系統(tǒng)中的三臺水泵。系統(tǒng)用的是F700的變頻器，圖4中不僅給出了F700變頻器與主電路的連接方式，也給出了F700變頻器與PLC的外部接線方式。

圖5　恒壓供水系統(tǒng)主電路接及與變頻器連接方式圖

圖6為PLC外部接線及PLC與變頻器的接線方式。系統(tǒng)用的是三菱FX2N系列的PLC，X為信號輸入端，Y為輸出端。

4　結(jié)論

PLC和變頻器技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，通過控制系統(tǒng)的PID控制原理，變頻器參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計(jì)，采用了步進(jìn)指令、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的編程方法，設(shè)計(jì)了一套完整的基于可編程控制器(PLC)的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)調(diào)試最終證實(shí)能夠滿足控制要求。

圖6　PLC外部接線圖

[1]孔令聰、曾祥東.恒壓供水技術(shù)應(yīng)用[J].科技與企業(yè).2012（15）.

[2]林紹強(qiáng).變頻調(diào)速恒壓供水的控制原理[J].電氣時(shí)代.2011（07）.

[3]顧躍.基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué),2003年.

TP273

A

1009-8534（2016）05-0129-02

白銀，宿州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士。