一拖三變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張金紅，石文蘭，張淑艷

（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程與自動(dòng)化系，河北石家莊 050091）

一拖三變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張金紅，石文蘭，張淑艷

（河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程與自動(dòng)化系，河北石家莊 050091）

詳述了一種基于USS通信的一拖三變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)壓力信號(hào)由變頻器動(dòng)態(tài)調(diào)整泵的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)變頻無級(jí)調(diào)速。通過PLC與變頻器的通信數(shù)據(jù)，控制工作泵數(shù)量的增減，真正做到用水和供水的動(dòng)態(tài)平衡。

USS通信；PLC；變頻器；恒壓供水

目前居民生活用水和工業(yè)用水增長幅度日益加大，再加上目前能源緊缺，傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)不能滿足要求，所以，PLC與變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)成為供水的主要方式。變頻恒壓供水通過對水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，根據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)供水量與用水量的匹配，從而保證在用水量發(fā)生變化時(shí)供水水壓恒定。

1 基于USS的一拖三變頻控制方式簡介

系統(tǒng)共有3臺(tái)水泵，1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)泵功率均為7.5kW。3臺(tái)水泵共用1臺(tái)變頻器，變頻器選用西門子MM420系列，PLC選用西門子S7－200系列。同時(shí)配備遠(yuǎn)傳壓力表 1 塊 （YTZ－150，0～0.6 MPa），用于檢測供水管網(wǎng)壓力。浮球液位控制開關(guān)1個(gè)（TEK－1型），用于預(yù)防水泵抽空。安裝在出水管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓力表，把出口壓力信號(hào)變成（0～10 V）標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送入 MM420的模擬量輸入端，與MM420面板設(shè)定的壓力參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)PID運(yùn)算后得出一調(diào)節(jié)參數(shù)，由變頻器輸出，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)用水量超過1臺(tái)泵的供水量時(shí)，通過PLC控制器加泵［1］。

其控制過程是：用水量少時(shí)由變頻器控制1號(hào)泵，進(jìn)行恒壓供水控制。當(dāng)用水量逐漸增加，1號(hào)泵的工作頻率達(dá)到50Hz并維持一定時(shí)間后，供水壓力仍偏小時(shí)，將其切換成工頻電源供電方式，同時(shí)將變頻器切換到2號(hào)泵上，由2號(hào)泵進(jìn)行補(bǔ)充供水；反之，當(dāng)用水量逐漸減少，且2號(hào)泵的工作頻率已降為下限頻率并維持一段時(shí)間后，供水壓力仍偏大時(shí)，則關(guān)掉1號(hào)泵，同時(shí)迅速升高2號(hào)泵的工作頻率進(jìn)行恒壓控制。工作泵數(shù)量的增減由PLC控制，變頻泵的工作頻率由變頻器控制，泵的變頻、工頻工作狀態(tài)是MM420通過USS通信由PLC控制實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)主回路圖Fig.1 System main circuit diagram

2.1 主電路設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，設(shè)計(jì)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的主電路見圖1。

KM1，KM3，KM5分別控制1，2，3號(hào)泵的自動(dòng)工頻運(yùn)行，KM2，KM4，KM6分別控制1，2，3號(hào)泵的自動(dòng)變頻運(yùn)行，KM7，KM8，KM9分別控制1，2，3號(hào)泵的手動(dòng)工頻運(yùn)行。電路設(shè)有電流過載保護(hù)［2］。

變頻器端子與外部連接見圖2。其中MM420的3＆4端子接管網(wǎng)遠(yuǎn)傳壓力表。14＆15端子通過雙絞線與PLC的COM0口連接。

圖2 變頻器接線圖Fig.2 Frenquency converter external wiring diagram

2.2 PLC控制電路設(shè)計(jì)

根據(jù)3臺(tái)水泵及一拖三變頻調(diào)速恒壓供水的控制要求，PLC的I/O分配見表1，由于設(shè)置了自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)，所以PLC控制部分只需考慮自動(dòng)的啟動(dòng)和停止以及故障報(bào)警輸出［3］。

每臺(tái)泵的變頻和工頻接觸器均考慮了機(jī)械和電氣雙重聯(lián)鎖。

表1 PLC的I/O分配表Tab.1 I/O table of PLC

3 PLC程序設(shè)計(jì)

自動(dòng)運(yùn)行功能框圖如圖3所示（圖中“工”代表工頻運(yùn)行，“變”代表變頻運(yùn)行）。

圖3 程序流程圖Fig.3 Program flow diagram

部分程序代碼如下［4］：

//初始狀態(tài)

4 系統(tǒng)調(diào)試

調(diào)試系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵是進(jìn)行變頻器參數(shù)的設(shè)置及PLC程序控制增減泵程序的調(diào)試。由于管網(wǎng)壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)采用MM420內(nèi)置的PI控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此MM420參數(shù)設(shè)置及PI控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。

變頻器的主要參數(shù)設(shè)置如下：

1）變頻器USS站地址P2011＝2；

2）MM420 與 S7－200 通 信 波 特 率 為9 600bit/s，P2010＝6；

3）變頻器控制方式為USS通信控制P0700＝5；

4）選擇主設(shè)定通道P2253＝2 250；

5）設(shè)定目標(biāo)壓力P2240＝50.0；

6）根據(jù)水泵電機(jī)銘牌設(shè)定電機(jī)參數(shù)P0304，P0305，P0307，P0310，P0311；

7）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定 MM420調(diào)節(jié)速度相關(guān)參數(shù)P1120，P1121，P2257，P2258，P2261；

8）使能PI閉環(huán)控制P2200＝1；

9）選擇PID反饋信號(hào)源為模擬輸入1信號(hào)P2264＝755；

10）設(shè)定閉環(huán)控制的反饋類型為負(fù)反饋P2271＝0；

11）設(shè)定閉環(huán)控制的P，I參數(shù)P2280＝0.05，P2285＝0.02；

其他參數(shù)可使用默認(rèn)值。在調(diào)試時(shí)根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)整定方法和系統(tǒng)響應(yīng)調(diào)整P2280和P2285，以達(dá)到最佳的控制指標(biāo)。

5 結(jié) 語

通過對基于USS通信的一拖三變頻恒壓供水系統(tǒng)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）由變頻器內(nèi)置PI控制器實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力閉環(huán)控制，節(jié)省PLC的模擬量處理模塊，節(jié)約了成本。

2）系統(tǒng)配有手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān)。便于故障檢修和應(yīng)急處理，可靠性高，保護(hù)功能完善。

3）該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，而且操作容易，節(jié)能效果顯著。

［1］李焦明.單變頻器多泵恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)［J］.電氣傳動(dòng)，2009，39（11）：64－67.

［2］孫 凱.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.中國制造業(yè)信息化，2010，39（19）：50－52.

［3］田賀紅.基于MODBUS總線的污水處理變頻供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.給水排水，2010，36（s1）：433－435.

［4］廖常初.PLC編程及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

Design of constant pressure water－supply system based on one frequency converter dragging three pumps

ZHANG Jin－h(huán)ong，SHI Wen－lan，ZHANG Shu－yan
（Department of Information Engineering and Automatization，Hebei Institute of Vocation and Technology，Shijiazhuang Hebei 050091，China）

This paper introduces the implementation of constant pressure water－supply system based on one frequency converter dragging three pumps.The system adjusts pumps running condition through freqency converter according to the pipe pressure signal.The PLC controls the number of pumps for the increase or decrease through data communication with frequency converter.

USS communication；PLC；frequency converter；constant pressure water－supply

TP278

A

1008－1534（2011）06－0387－03

2011－09－06

李 穆

河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研資助項(xiàng)目（QZ－1101）

張金紅（1977－），女，河北保定人，講師，主要從事工業(yè)自動(dòng)控制、電子檢測及儀表方面的研究。