王學(xué)書

摘 要：較詳細(xì)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(jì)和控制，以及系統(tǒng)的主要功能與特點(diǎn)，并在實(shí)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(duì)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(shí)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(shí)管網(wǎng)壓力過(guò)大，對(duì)供水管網(wǎng)造成很大破壞，對(duì)能源也是極大的浪費(fèi)。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的誕生將以上的問(wèn)題迎刃而劍。它根據(jù)管網(wǎng)的用水情況，通過(guò)監(jiān)測(cè)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(jī)的供電電壓和頻率的原理對(duì)水泵轉(zhuǎn)速和投入、切除臺(tái)數(shù)進(jìn)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(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)水泵，即“一拖二”實(shí)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(tái)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(dòng)力與控制電路等組成。用戶可通過(guò)控制柜面板上的按鈕、旋鈕開(kāi)關(guān)等主令電器來(lái)對(duì)系統(tǒng)實(shí)施手動(dòng)/自動(dòng)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(dāng)水位降到水位下限時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停泵，有水自動(dòng)起泵，確保設(shè)備及水泵安全?！耙煌隙睂?shí)現(xiàn)變頻恒壓供水電氣原理圖見(jiàn)下。

通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表，把壓力信號(hào)通過(guò)壓力變送器變成4～20mA的模擬電信號(hào)送入變頻器的5、6端，輸入的信號(hào)經(jīng)與給定壓力參數(shù)進(jìn)行運(yùn)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(dāng)用水量超過(guò)1臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過(guò)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(kāi)泵時(shí)，1號(hào)泵變頻啟動(dòng)，該泵轉(zhuǎn)速由零開(kāi)始隨頻率上升。同時(shí)，壓力變送器引來(lái)的4～20mA電流給變頻器作為變頻器的控制信號(hào)。若變頻器頻率達(dá)到50Hz，而壓力仍小于設(shè)定值，則1號(hào)泵由變頻切換成工頻，同時(shí)2號(hào)泵變頻啟動(dòng)，其轉(zhuǎn)速由零開(kāi)始隨頻率上升。當(dāng)壓力大于設(shè)定值時(shí)，1號(hào)泵停機(jī)，2號(hào)泵繼續(xù)變頻運(yùn)行。當(dāng)壓力再次小于設(shè)定值時(shí)，2號(hào)泵由變頻切換成工頻，1號(hào)泵變頻啟動(dòng)。如此循環(huán)下去，兩臺(tái)泵輪流變頻工作來(lái)完成供水。

2 電路設(shè)計(jì)與控制

2.1 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)由一臺(tái)PLC、一臺(tái)變頻器對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟與軟停及調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)恒壓。系統(tǒng)具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行狀態(tài)。

自動(dòng)控制：將柜門上手/自動(dòng)開(kāi)關(guān)（SA1）打到“自動(dòng)”（SA1-1）檔位，設(shè)備就處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，即自動(dòng)恒壓系統(tǒng)投入運(yùn)行。自動(dòng)狀態(tài)下，1#或2#變頻或工頻指示燈應(yīng)亮，無(wú)故障指示，同時(shí)觀察壓力表，壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力下，說(shuō)明設(shè)備運(yùn)行正常。當(dāng)水池水位降到水位下限時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停泵;水池水位降到水位缺水端時(shí)，水池?zé)o水指示燈亮;當(dāng)水池水位恢復(fù)后，設(shè)備自動(dòng)投入運(yùn)行，水池?zé)o水指示燈滅。

手動(dòng)控制：柜門上的手/自動(dòng)開(kāi)關(guān)（SA1）處于手動(dòng)（SA1-2）檔位，設(shè)備處于手動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，電路脫離PLC的控制，根據(jù)需要，通過(guò)操作面板上的SA2和SA3旋鈕分別控制1號(hào)泵和2號(hào)泵的啟停。當(dāng)手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)不在恒壓狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)管網(wǎng)沖擊較大，同時(shí)，手動(dòng)時(shí)不受水池水位限制。故手動(dòng)控制僅在特殊情況（如維修、故障診斷、更換水泵時(shí)等）下使用，此時(shí)需觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、水池水位等以免發(fā)生意外。

停止：柜門上手/自動(dòng)開(kāi)關(guān)處于“停止”檔時(shí)，設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)，水泵不啟動(dòng)。

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(jiàn)圖1;控制回路原理圖見(jiàn)圖2;信號(hào)指示回路見(jiàn)圖3（各運(yùn)行和故障都有報(bào)警指示燈顯示）;PLC輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號(hào)見(jiàn)表1。

3 系統(tǒng)主要功能與特點(diǎn)

①通過(guò)變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)保證供水壓力，達(dá)到降低能耗，使系統(tǒng)處于最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況;②軟啟與軟停功能使電機(jī)與水泵的使用壽命延長(zhǎng)，消除水錘效應(yīng)對(duì)水泵的沖擊，自動(dòng)倒泵又使得不會(huì)出現(xiàn)其中任何一臺(tái)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(hù)成本;③減少對(duì)管道的沖擊，保證長(zhǎng)期有效的供水，軟啟功能使得不會(huì)把泥沙吸入管網(wǎng)，從而改善水質(zhì);④此系統(tǒng)處于自動(dòng)擋位供水時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守;⑤電路具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、缺相、變頻器故障保護(hù)、熱繼電器故障保護(hù)、水池水位保護(hù)等自動(dòng)保護(hù)功能;⑥本系統(tǒng)設(shè)有故障指示燈對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行顯示，方便檢修人員進(jìn)行處理。

4 結(jié)語(yǔ)

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(lái)越廣泛，它優(yōu)點(diǎn)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(dá)到自動(dòng)、恒壓、高效節(jié)能等的功能。因此，本系統(tǒng)極具廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

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