基于S7-200的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)

一 概述 中南林學院株洲校區(qū)長期采用定量泵定壓供水,這樣既浪費水電資源,又不能滿足我校師生對生活，教學用水質量要求的不斷提高，目前變頻恒壓供水系統(tǒng)已大量的被應用于生產,生活。本文應用變頻與自動控制技術改造現(xiàn)有設備（如水泵，蓄水池，管網），對原有供水系統(tǒng)進行變頻改造。系統(tǒng)采用變頻調速方式自動調節(jié)水泵電機轉速和加、減泵。改變以往定量泵定壓供水的方式，自動完成泵組軟啟動及無沖擊切換，使水壓平穩(wěn)過渡。系統(tǒng)故障時仍可運行，保證不間斷供水，短暫停水時自動調節(jié)供水量,系統(tǒng)斷電恢復后可自啟動。采用硬件/軟件備用及鐘控功能，使各泵進行輪休，延長了設備的機械使用壽命。 本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)， 根據盡量保留原有設備的原則設計的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術優(yōu)勢，同時有效的節(jié)省了資金。 二 系統(tǒng)介紹 變頻恒壓供水系統(tǒng)原構成如圖1所示，它主要是由PLC、變頻器、壓力傳感器、液位傳感器、配電裝置以及水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉換開關來了解和控制系統(tǒng)的運行。 該系統(tǒng)有手動和自動兩種功能和停水模式 ⑴. 手動運行 　　按下按鈕啟動或停止水泵，可根據需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。 ⑵. 自動運行 　　合上自動開關后，1#泵電機通電，變頻器輸出頻率從0Hz上升，同時PID調節(jié)程序將接收到自壓力傳感器的標準信號，經運算與給定壓力參數進行比較，將調節(jié)參數送給變頻器，如壓力不夠，則頻率上升到50Hz，1#泵由變頻切換為工頻，對2#泵進行變頻，變頻器逐漸上升頻率至給定值，加泵依次類推；如用水量減小，從先啟的泵開始減，同時根據PID調節(jié)器給的調節(jié)參數使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。若有電源瞬時停電的情況，則系統(tǒng)停機；待電源恢復正常后，系統(tǒng)自動恢復運行，然后按自動運行方式啟動1#泵變頻，直至在給定水壓值上穩(wěn)定運行。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。 1 （3）停水模式 為解決短暫停水時的供水問題，利用現(xiàn)有水池，進行分時段的供水，并采取低壓小流量供水的方式保證我校師生的基本用水。 （4）其他，利用液位傳感器時時測定水池內的蓄水量，控制進水閥的啟閉，以保持水量恒定。在系統(tǒng)檢修，水池清洗時可自由切換到手動控制方式。 三 控制原理; 通過安裝在出水管網上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PLC的端口進行PID調節(jié)，經運算與給定壓力參數進行比較，得出一調節(jié)參數，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉速，調節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網中的壓力保持在給定壓力上；當用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制切換器進行加減泵。根據用水量的大小由PLC控制工作泵數量的增減及變頻器對水泵的調速，實現(xiàn)恒壓供水。當供水負載變化時，輸入電機的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構成了以設定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。。此外，系統(tǒng)還設有多種保護功能，尤其是硬件/軟件備用水泵功能，充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。.原理框圖如下 四 PLC控制系統(tǒng) 　　該系統(tǒng)采用的是西門子可編程序控制器S7-200系列，I/O點數為24點，PLC編程采用STEP7-Micro/WIN它是SIMATIC PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進行離線編程和在線連接和調試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉換。為了提高整個系統(tǒng)的性價比，系統(tǒng)采用開關量的輸入/輸出來控制電機的啟停、定時切換、軟起動、循環(huán)變頻及故障的報警等，而電機轉速、水壓量等模擬量則由PLC D的PID調節(jié)和變頻器來控制。 其硬件配置如下 （1）PS307電源模塊，輸入120/230VAC輸出24VDC電源 （2）CPU226，32KB工作存儲器集成64KBRAM MPI接口可與OP7/DP操作面板進行通訊 （3）SM221模擬量輸入模塊8通道隔離輸入 （4）SM222模擬量輸出模塊 （5）CP通訊處理模塊可實現(xiàn)PPI通訊 （6）RS485接口用以PLC與計算機連接 　 五 傳感器選用 采用湖南飛騰機電新技術實業(yè)有限公司的FT-1壓力傳感器，F(xiàn)T-1E液位傳感器，均輸出4-20mA的電流信號經光偶輸出給PLC 取得壓力和流量信息。 六 變頻器選用 變頻器采用時代集團的TVF7-750-P-T3系列水泵專用變頻器，該產品具有矢量控制,過流, 過壓, 欠壓, 變頻器過熱, 變頻器熱保護, 電機熱保護 電機過熱, 失速, 瞬間IGBT關斷(BX)保護, 保險絲斷, 外部故障, 脈沖編碼器故障, 電子熱保護 電機堵轉 (V/F), 電機過載(V/F), 變頻器過載保護等功能。 。 七 注意事項 (1)安全問題，在軟件方面設置多個保護環(huán)節(jié)，時時檢測系統(tǒng)狀態(tài)，安全報警等。硬件方面設置安全鏈機械保護，經多個閉合觸點組成，包括緊急停車，壓力超上下限開關，水位超上下限開關，電機過熱保護繼電器，空載保護等。安全鏈多個觸點均為常閉觸點，其中任一觸點斷開，安全鏈即失效，系統(tǒng)處于停機狀態(tài)。須排除故障，系統(tǒng)才能進行正常工作。 (2)為了飲水衛(wèi)生，蓄水池必須定期清洗消毒 八 結束語 在供水系統(tǒng)中采用變頻調速運行方式，系統(tǒng)可根據實際設定水壓自動調節(jié)水泵電機的轉速和加減泵，使供水系統(tǒng)管網中的壓力保持在給定值，以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資，并使系統(tǒng)處于可靠運行的狀態(tài)，實現(xiàn)恒壓供水；減泵時采用“先啟先?！钡那袚Q方式，相對于“先啟后?！狈绞?，更能確保各泵使用平均以延長設備的使用壽命；同時針對所用三臺泵均已使用多年、需要定期進行檢修的實際情況，增加了硬件/軟件備用功能，有效延長了設備的使用壽命；壓力閉環(huán)控制，系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網的服務壓力保持給定，大大提高了供水品質；變頻器故障后仍能保障不間斷供水，同時實現(xiàn)故障消除后自啟動，具有一定的先進性。如果我校采用該系統(tǒng)代替原先的供水方式將在節(jié)電，節(jié)水，節(jié)資方面取得效果明顯。 九 參考文獻 1 陳立定編電器控制與可編程控制器 華南理工大學出版社2001 2西門子公司 S7-200可編程控制器手冊 2000 3張燕賓主編 變頻調速應用實踐 機械工業(yè)出版社2000