PLC及變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中的應(yīng)用
PLC及變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中的應(yīng)用
供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大,水質(zhì)易污染,基建投資多,而最主要的缺點是水壓不能保持恒定,導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機無極調(diào)速技術(shù),它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域,特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要,對恒壓供水壓力有著嚴格的要求,因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節(jié)約電能、自動化程度高,在泵站供水中可完成以下功能:(1)維持水壓恒定;(2)控制系統(tǒng)可手動/自動運行;(3)多臺泵自動切換運行;(4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。當(dāng)外界停止用水時,系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài),直至有用水需求時自動喚醒;(5)在線調(diào)整PID參數(shù);(6)泵組及線路保護檢測報警,信號顯示等。 其工作原理如圖1所示。
將管網(wǎng)的實際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進行比較,當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時,變頻器增大輸出頻率,水泵轉(zhuǎn)速加快,供水量增加,迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢,供水量減小,管網(wǎng)壓力下降,保持恒壓供水。
1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
系統(tǒng)采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為中心控制裝置,實現(xiàn)所需功能。
安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器,用于檢測管網(wǎng)的水壓,將壓力轉(zhuǎn)化為4~20mA的電流信號,提供給PLC與變頻器。
變頻器是水泵電機的控制設(shè)備,能按照水壓恒定需要將0~50Hz的頻率信號供給水泵電機,調(diào)整其轉(zhuǎn)速。ACS變頻器功能強大,預(yù)置了多種應(yīng)用宏,即預(yù)先編置好的參數(shù)集,應(yīng)用宏將使用過程中所需設(shè)定的參數(shù)數(shù)量減小到最小,參數(shù)的缺省值依應(yīng)用宏的選擇而不同。系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏,進行閉環(huán)控制。該宏提供了6個輸入信號:啟動/停止(DI1、DI5)、模擬量給定(AI1)、實際值(AI2)、控制方式選擇(DI2)、恒速(DI3)、允許運行(DI4);3個輸出信號:模擬輸出(頻率)、繼電器輸出1(故障)、繼電器輸出2(運行);DIP開關(guān)選擇輸入0~10V電壓值或0~20mA電流值(系統(tǒng)采用電流值)。變頻器根據(jù)給定值A(chǔ)I1和實際值A(chǔ)I2,即根據(jù)恒壓時對應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號,利用PID控制宏自動調(diào)節(jié),改變頻率輸出值來調(diào)節(jié)所控制的水泵電機轉(zhuǎn)速,以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。
根據(jù)泵站供水實際情況與需求,利用一臺變頻器控制3臺水泵,因此除改變水泵電機轉(zhuǎn)速外,還要通過增減運行泵的臺數(shù)來維持水壓恒定,當(dāng)運行泵滿工頻抽水仍達不到恒壓要求時,要投入下一臺泵運行。反之,當(dāng)變頻器輸出頻率降至最小,壓力仍過高時,要切除一臺運行泵。所以不僅需要開關(guān)量控制,還需數(shù)據(jù)處理能力,采用FX-4AD(4模擬量入)獲得模擬量信號。它在應(yīng)用上的一個重要特征就是由PLC自動采樣,隨時將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,放在數(shù)據(jù)寄存器中,由數(shù)據(jù)處理指令調(diào)用,并將計算結(jié)果隨時放在指定的數(shù)據(jù)接觸器中。通過其可將壓力傳感器電流信號和變頻器輸出頻率信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,提供給PLC[1>,與恒壓對應(yīng)電流值、頻率上限、頻率下限(考慮到水泵電機在低速運行時危險,必須保證其頻率不低于20Hz,因此頻率上限設(shè)為工頻50Hz,下限設(shè)為20Hz)進行比較,實現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。
系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過程盡可能快,以保證供水的連續(xù)性,水壓波動盡可能小,從而提高供水質(zhì)量。但元件動作過程太快,會有回流損壞變頻器。為了防止故障的發(fā)生,硬件上必須設(shè)置閉鎖保護,即1Q與4Q,2Q與5Q,3Q與6Q不能同時閉合。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
控制系統(tǒng)軟件是指用梯形圖語言編制的對3臺泵進行控制的程序。它對3臺泵的控制,主要解決系統(tǒng)的手動及自動切換、各元件和參數(shù)的初始化、信號及通訊數(shù)據(jù)的預(yù)處理、3臺泵的啟動、切換及停止的條件、順序、過程等問題。
當(dāng)變頻器輸出頻率達到頻率上限,供水壓力未達到預(yù)設(shè)值時,發(fā)出加泵信號,投入下1臺泵供水。當(dāng)供水壓力達到預(yù)設(shè)值,變頻器輸出頻率降到頻率下限時,發(fā)出減泵信號,切除在工頻運行方式中的1臺泵。系統(tǒng)剛啟動時,情況簡單,首先啟動一號泵即可。但考慮3臺泵聯(lián)合運行時情況復(fù)雜,任1臺或2臺泵可能正在工頻自動方式下運行,而其他泵則可能在變頻器控制下運行,因此必須預(yù)先設(shè)定增減水泵的順序。即獲得加泵信號后,按照1號泵、2號泵、3號泵的順序優(yōu)先考慮。獲得減泵信號后,按照3號泵、2號泵、1號泵的順序優(yōu)先考慮。
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