PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)

摘要： 本文介紹了我們生活小區(qū)供水系統(tǒng)的要求，講述了現(xiàn)供水系統(tǒng)存在的問題，為了解決存在的問題，提高供水系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，采用PLC與變頻器構(gòu)成恒壓變頻供水系統(tǒng)來進(jìn)行改造，改造后的系統(tǒng)完全可以達(dá)到各用戶用水的要求。 關(guān)鍵詞： 恒壓供水 PLC 變頻器 傳感器 一、引言： 生活小區(qū)有近千用戶，現(xiàn)在的供水系統(tǒng)，在用水量大的時(shí)間段，出現(xiàn)嚴(yán)重的供水不足，水壓下降，嚴(yán)重影響住戶的生活質(zhì)量?，F(xiàn)供水系統(tǒng)采用水泵定速控制，通過改變閥門的大小的方法調(diào)節(jié)流量和壓力，以達(dá)水壓恒定。這種方式在運(yùn)行中存在以下問題。 1.人工操作存在調(diào)節(jié)滯后，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，自動(dòng)化程度低，使得溢水管經(jīng)常排水造成資源浪費(fèi)； 2.水泵定速運(yùn)行，不僅造成電能的浪費(fèi)，而且由于泵長(zhǎng)期高速運(yùn)行，易使軸承損壞，影響泵的使用壽命，且備用水泵出現(xiàn)過銹死的現(xiàn)象； 3.每年夏天用水高峰時(shí)段水壓不能得到保證，當(dāng)出現(xiàn)了突發(fā)性電網(wǎng)故障時(shí)，由于水量不足給住戶生活造成不便； 為了提供恒壓供水，因而對(duì)生活小區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造就顯得非常重要。 二、系統(tǒng)要求： 1.原供水系統(tǒng) 原供水系統(tǒng)采用兩臺(tái)（一臺(tái)備用）７.５KW電機(jī)控制水塔水位，通過改變閥門的大小的方法調(diào)節(jié)流量和壓力，以達(dá)到調(diào)節(jié)水壓供水，系統(tǒng)中電機(jī)采用硬啟動(dòng)，且供水中只有一種壓力。 2.改造后供水系統(tǒng)要求 (1)供水管網(wǎng)壓力按時(shí)間自動(dòng)變化如圖一曲線所示。 (2)水泵工作時(shí)可由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，也可由工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換為變頻運(yùn)行，工頻運(yùn)行與變頻運(yùn)行之間有連鎖控制。 (3)當(dāng)電機(jī)由變頻運(yùn)行切換至工頻電網(wǎng)運(yùn)行和由工頻電網(wǎng)切換到變頻器電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，必須有一定的延時(shí)，進(jìn)行速度穩(wěn)定后接觸器才自動(dòng)合閘，以防止操作過電壓和電機(jī)高速產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)損壞電力電子器件。 (4) 具有自動(dòng)、穩(wěn)定、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等。 三、改造方案確定及系統(tǒng)的構(gòu)成 1.改造方案 (1)根據(jù)系統(tǒng)節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的要求選用三臺(tái)10KW電機(jī)控制三臺(tái)水泵進(jìn)行供水。其中一臺(tái)備用，當(dāng)用水高峰時(shí)兩臺(tái)水泵運(yùn)行以滿足水壓要求，用水低峰時(shí)一臺(tái)水泵運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。 (2)選用PLC、變頻器、壓力傳感器、時(shí)控開關(guān)作為控制單元，實(shí)現(xiàn)出水管網(wǎng)壓力的自動(dòng)化控制，水泵之間的自動(dòng)切換和閥門的自動(dòng)開關(guān)等，大幅度提高設(shè)備的自動(dòng)化水平和可靠度。 2.系統(tǒng)構(gòu)成 變頻器是調(diào)速核心設(shè)備，其主要作用是通過改變輸出電源頻率而對(duì)電機(jī)，水泵實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，達(dá)到隨用水量變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)、水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)保持恒壓的目的。另外，系統(tǒng)通過軟硬件實(shí)現(xiàn)過壓過流過熱等較齊全的保護(hù)功能，以及對(duì)電機(jī)實(shí)施熱啟動(dòng)，每臺(tái)水泵均具有變頻，手動(dòng)等操作功能。從而，根據(jù)用水所需的壓力來調(diào)節(jié)電機(jī)速度控制壓力，達(dá)到節(jié)能的目的。 四、系統(tǒng)改造 1.元件選型 (1)時(shí)控開關(guān)選用LT311A型時(shí)控開關(guān)。它為單片機(jī)可編程時(shí)間控制器，具有24個(gè)可預(yù)置的時(shí)間程序，按順序設(shè)置可組成12對(duì)定時(shí)開關(guān)。其中1～8程序組成4對(duì)定時(shí)開關(guān)為第一路輸出，9～16程序組成4對(duì)定時(shí)開關(guān)為第二路輸出，17～24程序組成4對(duì)定時(shí)開關(guān)為第三路輸出，若將三路輸出合并為一路使用，可實(shí)現(xiàn)每天12次開12次關(guān)的定時(shí)控制。其使用接線如圖三所示。 (2)壓力傳感器選用PS4型壓力傳感器，該傳感器具有開關(guān)量與模擬量輸出功能，傳感器的測(cè)量范圍為0.3~0.8Mpa，外形引腳如圖四所示。其開關(guān)量輸出可通過壓力預(yù)置，當(dāng)檢測(cè)到的壓力達(dá)到預(yù)置壓力時(shí)開關(guān)閉合。 (3) PLC選型：根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)選擇。時(shí)控開關(guān)有三個(gè)時(shí)控輸出信號(hào)，再加上啟動(dòng)、停止，手動(dòng)控制三臺(tái)電機(jī)及六個(gè)電磁閥等共計(jì)有22個(gè)輸入點(diǎn)，22個(gè)輸出點(diǎn)；另整個(gè)系統(tǒng)對(duì)PLC沒有特殊功能指令要求，因此可選擇經(jīng)濟(jì)小型的FXON-60MR型PLC。 (4)根據(jù)電機(jī)的功率選擇變頻器：電機(jī)功率為10KW，可選擇日本三菱公司的FR-A540-10KW變頻器，其變頻器本身具有制動(dòng)功能，可不用外接制動(dòng)元件。 2.全系統(tǒng)控制 (1)時(shí)間壓力匹配控制 ①時(shí)控開關(guān)時(shí)間設(shè)定：0:00~5:00,11:00~14:00,21:00~24:00為1~6組時(shí)間程序，由第一路輸出；5:00~8:00,14:00~17:00為8~11組時(shí)間程序，由第二路輸出；8:00~11:00,17:00~21:00為17~20組時(shí)間程序由第三路輸出。然后接于PLC輸入端的X10、X11、X12端子。 ②壓力設(shè)置分別為0.38MPa、0.5MPa、0.47MPa、0.52MPa、0.48MPa、0.53MPa、0.42MPa，其實(shí)現(xiàn)可通過PLC輸出的開關(guān)量信號(hào)來控制變頻器2端子輸入電壓大小以達(dá)到實(shí)現(xiàn)的目的。其電氣接線圖如圖五所示。 ③變頻器在某一時(shí)段給定壓力后，與壓力傳感器檢測(cè)到的壓力信號(hào)反饋到變頻器的4端子進(jìn)行比較，可隨時(shí)調(diào)整變頻器輸出頻率，以達(dá)到實(shí)際壓力與給定壓力相等，從而實(shí)現(xiàn)了變頻器的PID控制。 (2)變頻運(yùn)行與工頻運(yùn)行的轉(zhuǎn)切換 當(dāng)電機(jī)的變頻供電頻率上升到工頻運(yùn)行時(shí)，則PLC控制繼電器斷開變頻器的供電，直接由電網(wǎng)進(jìn)行供電，當(dāng)供水管壓力還達(dá)不到要求時(shí)，第二臺(tái)電機(jī)變頻啟動(dòng)運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況有如下特點(diǎn)：當(dāng)壓力達(dá)到0.5Mpa時(shí)變頻器輸出頻率為工頻，此時(shí)要求將變頻運(yùn)行切換成電網(wǎng)供電運(yùn)行。其實(shí)現(xiàn)是將壓力傳感器設(shè)定值為50Hz，通過傳感器開關(guān)量的輸出來控制PLC，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻與電網(wǎng)運(yùn)行的切換。PLC控制變頻及電機(jī)運(yùn)行的情況如下表: (3)PLC輸入、輸出分配表 (4)PLC梯形圖如圖七所示。 (5)變頻器程序設(shè)置如下： Pr79=2；(操作模式選擇外部操作模式) Pr128=20；(PID控制動(dòng)作選擇負(fù)反饋) Pr129=300%；(PID比例范圍) Pr130=180s；(PID積分時(shí)間) Pr134=3s；(PID微分時(shí)間) Pr1=10Hz；(下限頻率) Pr2=50Hz；(上限頻率) Pr904=0mA;0Hz；(傳感器輸出校正) Pr905=16mA;50Hz；(傳感器輸出校正) 五、結(jié)束語： 采用該P(yáng)LC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)肯定能保證小區(qū)用戶的用水，同時(shí)很大程度上降低了維修的勞動(dòng)強(qiáng)度和延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了真正的自動(dòng)控制，不僅可解決了現(xiàn)供水系統(tǒng)存在的問題，而且節(jié)能效果顯著。因此，從節(jié)能和改善用戶的生活條件上有著重大的價(jià)值。