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        PLC與變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2020-09-10 07:22:44王學(xué)書
        中國化工貿(mào)易·上旬刊 2020年5期
        關(guān)鍵詞:可編程控制器變頻器

        王學(xué)書

        摘 要:較詳細地介紹了采用PLC與變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的基本原理,給出了系統(tǒng)的電路的設(shè)計和控制,以及系統(tǒng)的主要功能與特點,并在實際中得到了應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞:可編程控制器;變頻器;速度調(diào)節(jié);恒壓供水;電氣原理

        0 概述

        隨著PLC和變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,以及人們對用水要求的不斷提高,變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔、高位水箱供水系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于生活用水和工業(yè)供水系統(tǒng)。

        水泵在市電供電下,其轉(zhuǎn)速保持恒定,而生活或工業(yè)用水量卻在時刻變化,因此在市電下工作的供水系統(tǒng)管網(wǎng)壓力隨用水量不同而變化,用水量少時管網(wǎng)壓力過大,對供水管網(wǎng)造成很大破壞,對能源也是極大的浪費。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的誕生將以上的問題迎刃而劍。它根據(jù)管網(wǎng)的用水情況,通過監(jiān)測管網(wǎng)壓力變化,利用變頻器(內(nèi)置PID控制器)可以改變到水泵電機的供電電壓和頻率的原理對水泵轉(zhuǎn)速和投入、切除臺數(shù)進行控制,完成供水壓力的閉環(huán)控制,調(diào)節(jié)供水量使管網(wǎng)壓力基本保持在恒定的設(shè)定壓力值。本文介紹了利用1臺變頻器拖動兩臺水泵,即“一拖二”實現(xiàn)變頻恒壓供水的目的。

        1 控制原理

        本恒壓變量供水系統(tǒng)由ABB ACS550通用變頻器(內(nèi)置PID模塊)、三菱FX1S30MR可編程控制器(PLC)、兩臺水泵、壓力變送器、液位探針、接觸器與繼電器低壓電器、指示燈、動力與控制電路等組成。用戶可通過控制柜面板上的按鈕、旋鈕開關(guān)等主令電器來對系統(tǒng)實施手動/自動控制。

        另外,本系統(tǒng)還可根據(jù)水池水位的高低控制水泵啟停。當水位降到水位下限時,設(shè)備自動停泵,有水自動起泵,確保設(shè)備及水泵安全?!耙煌隙睂崿F(xiàn)變頻恒壓供水電氣原理圖見下。

        通過安裝在出水管網(wǎng)上的遠傳壓力表,把壓力信號通過壓力變送器變成4~20mA的模擬電信號送入變頻器的5、6端,輸入的信號經(jīng)與給定壓力參數(shù)進行運算比較和PID調(diào)節(jié),將需要執(zhí)行的命令送給變頻器的輸出端,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在設(shè)定的壓力上。當用水量超過1臺泵的供水量時,通過系統(tǒng)控制加泵。工作泵數(shù)量的增減由PLC控制,水泵的調(diào)速由變頻器控制。開泵時,1號泵變頻啟動,該泵轉(zhuǎn)速由零開始隨頻率上升。同時,壓力變送器引來的4~20mA電流給變頻器作為變頻器的控制信號。若變頻器頻率達到50Hz,而壓力仍小于設(shè)定值,則1號泵由變頻切換成工頻,同時2號泵變頻啟動,其轉(zhuǎn)速由零開始隨頻率上升。當壓力大于設(shè)定值時,1號泵停機,2號泵繼續(xù)變頻運行。當壓力再次小于設(shè)定值時,2號泵由變頻切換成工頻,1號泵變頻啟動。如此循環(huán)下去,兩臺泵輪流變頻工作來完成供水。

        2 電路設(shè)計與控制

        2.1 系統(tǒng)控制

        系統(tǒng)由一臺PLC、一臺變頻器對每臺水泵進行軟啟與軟停及調(diào)速控制,實現(xiàn)恒壓。系統(tǒng)具有自動和手動兩種運行狀態(tài)。

        自動控制:將柜門上手/自動開關(guān)(SA1)打到“自動”(SA1-1)檔位,設(shè)備就處于自動運行狀態(tài),即自動恒壓系統(tǒng)投入運行。自動狀態(tài)下,1#或2#變頻或工頻指示燈應(yīng)亮,無故障指示,同時觀察壓力表,壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力下,說明設(shè)備運行正常。當水池水位降到水位下限時,設(shè)備自動停泵;水池水位降到水位缺水端時,水池無水指示燈亮;當水池水位恢復(fù)后,設(shè)備自動投入運行,水池無水指示燈滅。

        手動控制:柜門上的手/自動開關(guān)(SA1)處于手動(SA1-2)檔位,設(shè)備處于手動狀態(tài)。此時,電路脫離PLC的控制,根據(jù)需要,通過操作面板上的SA2和SA3旋鈕分別控制1號泵和2號泵的啟停。當手動運行時,系統(tǒng)不在恒壓狀態(tài)下運行,對管網(wǎng)沖擊較大,同時,手動時不受水池水位限制。故手動控制僅在特殊情況(如維修、故障診斷、更換水泵時等)下使用,此時需觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)、水池水位等以免發(fā)生意外。

        停止:柜門上手/自動開關(guān)處于“停止”檔時,設(shè)備處于停止狀態(tài),水泵不啟動。

        2.2 電氣系統(tǒng)原理圖

        變頻恒壓供水主回路電氣原理圖見圖1;控制回路原理圖見圖2;信號指示回路見圖3(各運行和故障都有報警指示燈顯示);PLC輸入/輸出點代碼和地址編號見表1。

        3 系統(tǒng)主要功能與特點

        ①通過變頻器自動調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來保證供水壓力,達到降低能耗,使系統(tǒng)處于最經(jīng)濟運行狀況;②軟啟與軟停功能使電機與水泵的使用壽命延長,消除水錘效應(yīng)對水泵的沖擊,自動倒泵又使得不會出現(xiàn)其中任何一臺泵因經(jīng)常不用而銹死的情況,可調(diào)大大降低系統(tǒng)維護成本;③減少對管道的沖擊,保證長期有效的供水,軟啟功能使得不會把泥沙吸入管網(wǎng),從而改善水質(zhì);④此系統(tǒng)處于自動擋位供水時,可實現(xiàn)無人值守;⑤電路具有過壓、欠壓、過載、短路、缺相、變頻器故障保護、熱繼電器故障保護、水池水位保護等自動保護功能;⑥本系統(tǒng)設(shè)有故障指示燈對故障狀態(tài)進行顯示,方便檢修人員進行處理。

        4 結(jié)語

        利用PLC和變頻器等構(gòu)成的恒壓供水系統(tǒng),其應(yīng)用將越來越廣泛,它優(yōu)點眾多,適用于多種流體(包含生活供水、工業(yè)用水、消防供水、鍋爐給水、集中供熱、污水排放、油類等)的輸送,可有效達到自動、恒壓、高效節(jié)能等的功能。因此,本系統(tǒng)極具廣泛的市場應(yīng)用價值。

        參考文獻:

        [1]孫平.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.

        [2]李良仁.變頻調(diào)速技術(shù)及應(yīng)用(第3版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2015.

        [3]羅鋒華,房馳,程豪.PLC與變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機床電器,2011(04):27-30.

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