基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

王紅梅,孫 平

(浙江水利水電專科學(xué)校,浙江 杭州 310018)

0 引 言

目前,居民生活用水和工業(yè)用水增長幅度日益加大,傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)不能滿足要求.現(xiàn)今,采用最多的供水方式便是PLC與變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng).變頻恒壓供水是通過改變水泵電機(jī)的供電頻率,調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速,控制實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力一致,保證在用水量變化時(shí)供水量也隨之變化,實(shí)現(xiàn)供水量與用水量的匹配,降低能源消耗和資源浪費(fèi),延長系統(tǒng)壽命、節(jié)約能源[1].本文介紹PLC與變頻器恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試,以期達(dá)到節(jié)能、控制簡單、供水穩(wěn)定、減少污染等目的.

1 恒壓供水系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)

本文介紹的恒壓供水系統(tǒng)是1控2自動(dòng)控制系統(tǒng),即采用一臺變頻器同時(shí)控制兩臺水泵電機(jī).該系統(tǒng)采用PLC、變頻器和觸摸屏等元件對供水壓力進(jìn)行恒壓自動(dòng)化控制,可以保證供水壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),同時(shí)保證該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能性.而且兩臺水泵電機(jī)均具有工頻和變頻運(yùn)行兩種模式,能自動(dòng)切換,不進(jìn)行工頻直接啟動(dòng).

1.1 主電路設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)控制要求,設(shè)計(jì)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的主電路,見圖1[2].本系統(tǒng)選用的是三菱FRF740系列變頻器,控制兩臺電機(jī)M1和M2.其中,接觸器KM1和KM2分別控制M1和M2的工頻運(yùn)行,接觸器KM3和KM4分別控制M1和M2的變頻運(yùn)行.電路設(shè)有過流過載保護(hù).

根據(jù)兩臺電機(jī)的控制要求,變頻器端子與外部的連接圖,見圖2.

其中：

STF控制電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動(dòng),當(dāng)KA0閉合電機(jī)正轉(zhuǎn),斷開時(shí)電機(jī)停止;

KA1閉合時(shí),電機(jī)高速運(yùn)行;

圖1 系統(tǒng)主回路電路圖

圖2 變頻器外部接線圖

KA2閉合時(shí),變頻器輸出停止;

KA3用來解除保護(hù)回路動(dòng)作的保護(hù)狀態(tài);

AU選擇常閉,表明選用端子4和5,用來接受DC4～20 mA的電流輸入信號.其中,20 mA對應(yīng)最大輸出頻率,且輸出頻率與輸入成正比;

SD為輸入信號的公共端.

A1、C1作為繼電器輸出,指示變頻器因保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)輸出停止的轉(zhuǎn)換接點(diǎn).故障時(shí)A1-C1間導(dǎo)通,正常時(shí)A1-C1間不導(dǎo)通.

SU用來控制頻率到達(dá),如果輸出頻率達(dá)到設(shè)定頻率的±10%時(shí)其為低電平,正在加/減速或停止時(shí)其為高電平.

FU用來控制頻率檢測,當(dāng)輸出頻率為任意設(shè)定的檢測頻率以上時(shí)為低電平,未達(dá)到時(shí)為高電平.

SE為集電極開路輸出公共端.

1.2 制電路設(shè)計(jì)

圖3為恒壓供水系統(tǒng)的控制電路.控制電路設(shè)有緊急停止按鈕,通過中間繼電器KA4～KA7控制1#和2#水泵的工頻/變頻運(yùn)行及運(yùn)行指示,KA8控制故障指示.

圖3 恒壓供水系統(tǒng)控制電路

1.3 所用PLC輸入輸出點(diǎn)分配

本恒壓供水系統(tǒng)選用的PLC為三菱的FX1N-24MR,根據(jù)兩臺電機(jī)及變頻器的控制要求,PLC輸入輸出分配,見表1.這里設(shè)置了自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān),以便對系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)控制;以及故障報(bào)警輸出,以便進(jìn)行故障診斷和排除.

表1 PLC輸入輸出點(diǎn)分配

2 恒壓供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在本變頻恒壓供水系統(tǒng)中,采用一臺變頻器控制兩臺水泵恒壓供水.當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),1#水泵運(yùn)行,通過安裝在總管道上的壓力變送器,將所測得的信號送入PLC中,與觸摸屏設(shè)定的壓力值比較計(jì)算后,輸出相應(yīng)大小的信號以控制變頻器的輸出頻率,從而控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速.當(dāng)壓力檢測值低于設(shè)定值,水泵增速;當(dāng)壓力檢測值高于設(shè)定值,水泵減速,直至壓力穩(wěn)定在設(shè)定值.

為了節(jié)能并有效延長水泵的使用壽命,在控制兩臺水泵時(shí)采用了以下方法[3]：

(1)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),變頻啟動(dòng)一臺水泵,如#1水泵;

(2)若用水量增大,則加大#1水泵控制頻率,如果此水泵達(dá)到設(shè)定的最高頻率時(shí)仍無法滿足要求,則將該水泵切換為工頻運(yùn)行,同時(shí)#2水泵變頻啟動(dòng),調(diào)節(jié)頻率,以滿足供水要求;

(3)若用水量減小,則優(yōu)先調(diào)節(jié)變頻運(yùn)行的水泵,若該水泵運(yùn)行到下限頻率時(shí)仍無法滿足,則表明這種情況只需一臺水泵供水即可,則將另一臺水泵停止;

(4)若用水量再增大,按照(2)所述的方法自動(dòng)切換兩臺水泵.

3 系統(tǒng)的調(diào)試

調(diào)試系統(tǒng)時(shí),關(guān)鍵是對變頻器參數(shù)的設(shè)置.由于系統(tǒng)的控制目標(biāo)是將壓力變送器采集到的實(shí)際壓力與系統(tǒng)設(shè)置的壓力進(jìn)行比較,最終將實(shí)際壓力穩(wěn)定在設(shè)定壓力值.這個(gè)目標(biāo)可以通過調(diào)節(jié)變頻器的PID參數(shù)實(shí)現(xiàn).

變頻器的主要參數(shù)設(shè)置如下：

(1)上限頻率Pr1=50Hz;

(2)下限頻率Pr2=20Hz;

(3)基準(zhǔn)頻率Pr3=50Hz;

(4)加速時(shí)間Pr7=15s;

(5)減速時(shí)間Pr8=30s;

(6)電子過電流保護(hù)Pr9=電動(dòng)機(jī)的額定電流;

(7)起動(dòng)頻率Pr13=10Hz;

(8)多段速度設(shè)定Pr4=20Hz;

(9)智能模式選擇為節(jié)能模式Pr60=4;

(10)設(shè)定端子4～5間的模擬量輸入為電流信號4～20 mA,Pr267=0;

(11)允許所有參數(shù)的讀/寫Pr160=0;

(12)操作模式選擇(外部運(yùn)行)Pr79=2;

(13)其他設(shè)置為默認(rèn)值.

變頻器的PID參數(shù)設(shè)置和調(diào)試流程,見圖4.

圖4 變頻器PID調(diào)節(jié)流程圖

在實(shí)際調(diào)試時(shí),如果水壓在設(shè)定值上下有劇烈的抖動(dòng),則應(yīng)該調(diào)節(jié)PID指令的微分參數(shù),將值設(shè)定小一些,同時(shí)適當(dāng)增加積分參數(shù)值.如果調(diào)整過于緩慢,水壓的上下偏差很大,則系統(tǒng)比例常數(shù)太大,應(yīng)適當(dāng)減小,直至PID參數(shù)能滿足系統(tǒng)要求.

4 結(jié) 語

通過對PLC與變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試,經(jīng)實(shí)際運(yùn)行證明,本系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

(1)可由一臺PLC和一臺變頻器控制多臺水泵,實(shí)現(xiàn)多臺水泵循環(huán)啟動(dòng).

(2)壓力可通過觸摸屏在可設(shè)定范圍內(nèi)隨意設(shè)定,自動(dòng)調(diào)整恒定水壓,并可實(shí)時(shí)監(jiān)測工作狀態(tài).

(3)配有手動(dòng)應(yīng)急裝置,可靠性高,保護(hù)功能完善.

(4)節(jié)電效果顯著,節(jié)電率高.

[1]周進(jìn)兵.兩臺水泵變頻調(diào)速恒壓供水電路的應(yīng)用[J].山西建筑,2010(3)：202-203.

[2]王紅梅,方貴盛.基于PLC與變頻器的恒壓供水節(jié)能技術(shù)研究[J].浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2009,12(4)：26-28.

[3]李焦明.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試[J].水泥,2009(6)：49-514.