探析基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)

烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張巨洲

1.引言

通常我們使用的水泵在絕大部分時(shí)間是通過額定負(fù)荷來(lái)運(yùn)行，對(duì)于現(xiàn)在用水要求不斷提高，同時(shí)全天24h的用水量大，負(fù)荷變化大，白天與夜間的用水變化不同，基于PLC的現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備來(lái)完成恒定水壓供水，有效地解決了在夜間少量用水，能夠依據(jù)根據(jù)用水量的大小不同，做到自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，同時(shí)確保供水壓力恒定，變頻恒壓供水系統(tǒng)以其有效的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，調(diào)速系統(tǒng)的價(jià)值突出。

2.控制系統(tǒng)運(yùn)行的工作原理

2.1 s7-2OO的變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理

本文研究分析的是在s7-2OO的變頻恒壓供水系統(tǒng)的工作原理基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)的一套系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的控制核心可編程控制器和變頻器PLC作為中間樞紐，對(duì)供水管網(wǎng)的壓力與系統(tǒng)壓力設(shè)定值的偏差變化情況做即時(shí)的跟蹤和分析，變頻器是用于獲取實(shí)際的水壓值，通過比較系統(tǒng)的設(shè)定值和實(shí)際水壓值之間的大小差異，變頻器也作為調(diào)節(jié)器通過其內(nèi)部的PID規(guī)律來(lái)做運(yùn)算，再利用PLC輸出的數(shù)據(jù)做到有效的控制變頻與工頻切換作用，來(lái)達(dá)到自動(dòng)控制水泵電機(jī)投入臺(tái)數(shù)和水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整恒壓供水，在保持恒壓下達(dá)到控制流量的目的。同時(shí)，,泵站的其他控制邏輯也是通過PLC的控制來(lái)運(yùn)行，例如：手動(dòng)操作轉(zhuǎn)換與自動(dòng)操作轉(zhuǎn)換，泵站的工作狀態(tài)指示,泵站的工作異常報(bào)警,系統(tǒng)的自檢等。若將PLC連于工業(yè)以太網(wǎng)上,操作員可以在上位機(jī)上改變需要保持的壓力或隨現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況自動(dòng)控制水壓。

本研究的變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（見圖1），變頻恒壓供水系統(tǒng)整體上主要由二個(gè)部分組成：清水泵恒壓控制和循環(huán)水泵恒壓控制。生活用水是通過清水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，工業(yè)用水是循環(huán)水泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)系統(tǒng)都是由s7-2OO的變頻恒壓供水系統(tǒng)來(lái)控制運(yùn)行，而循環(huán)水泵控制系統(tǒng)作為本次分析的重點(diǎn)。

2.2 循環(huán)水泵控制系統(tǒng)的控制要素

循環(huán)水泵控制系統(tǒng)的功能主要有手動(dòng)與自動(dòng)控制功能、PID自動(dòng)恒壓功能、倒泵功能、定時(shí)輪休功能、循環(huán)軟啟動(dòng)功能和系統(tǒng)保護(hù)功能。

（l）系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式,手動(dòng)用于設(shè)備調(diào)試、檢修及其特殊情況下的供水。在自動(dòng)控制方式失效的情況下,手動(dòng)控制系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。正常情況下，設(shè)備置于中控自動(dòng)位，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動(dòng)時(shí)，由人工在柜面上通過電位器調(diào)節(jié)各水泵轉(zhuǎn)速。

（2）PID自動(dòng)恒壓功能是當(dāng)工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)設(shè)定壓力自動(dòng)進(jìn)行控制，由壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電流量或電壓量,反饋到P1D調(diào)節(jié)器，在通過變頻器的控制來(lái)保證恒壓供水。

（3）系統(tǒng)通過定時(shí)器來(lái)記錄水泵的累計(jì)工作時(shí)間,在于設(shè)定值比較來(lái)自動(dòng)控制控制系統(tǒng)的中斷與運(yùn)行。表現(xiàn)出了具有自動(dòng)轉(zhuǎn)為備用并重新計(jì)時(shí),下臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行,依次循環(huán),達(dá)到定時(shí)切換功效。

（4）泵組執(zhí)行“先啟先?！钡倪\(yùn)行原則,循環(huán)運(yùn)行，提高了設(shè)備的使用時(shí)間和節(jié)能效果。清水泵的要求是一臺(tái)用而另一臺(tái)備用，兩臺(tái)水泵互為備用；循環(huán)泵的要求是兩臺(tái)用而一臺(tái)備用，三臺(tái)水泵互為備用，自動(dòng)啟停是通過PLC來(lái)執(zhí)行控制。

（5）系統(tǒng)是通過信號(hào)的反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)行的，包括了運(yùn)行、報(bào)警、故障等信號(hào)，系統(tǒng)保護(hù)功能完善，均為無(wú)源常開點(diǎn)。

圖1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

3.系統(tǒng)的硬件

根據(jù)本系統(tǒng)要求，本次的PLC可編程控制器采用了S7-2OOCN（CPU224）系，本機(jī)集成14輸入/1O輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。16K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的3OkHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的2OkHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排易地整體拆卸。具有較強(qiáng)控制能力。

變頻器選用ABB/ACS4OO變頻器，該變頻器作為Comp-AC家族的一員，在2.2～37KW的功率范圍，本次選用的是內(nèi)型7.skw變頻器產(chǎn)品，通過該設(shè)備中的基本配置具有的PID功能，變頻器具有通過給定頻率來(lái)設(shè)定既定的壓力值，整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器來(lái)獲取反饋過來(lái)的壓力信號(hào)（4-2OmA），依據(jù)變頻器的輔助來(lái)完成壓力反饋的機(jī)制，再通過給定的壓力值與實(shí)測(cè)壓力值進(jìn)行比較，反饋后自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出的頻率，水泵轉(zhuǎn)速獲得有效調(diào)節(jié)，供水管網(wǎng)的壓力將保持在給定值上。變頻器的極限輸出頻率的檢測(cè)輸出信號(hào)端到PLC核心控制系統(tǒng)中，成為控制信號(hào)在泵變頻與工頻切換系統(tǒng)中進(jìn)入，變頻器的極限輸出頻率經(jīng)過在面板的設(shè)定來(lái)完成，通常為5OHz。變頻器的故障輸出端進(jìn)PLC可編程控制器，也進(jìn)入故障指示燈，PLC控制系統(tǒng)將運(yùn)行狀況反饋出來(lái)，作停止或者報(bào)故障的提示要求進(jìn)一步檢查的運(yùn)行情況。變頻器面板的故障復(fù)位按鍵，來(lái)處理系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的一般故障來(lái)復(fù)位，也可以重新啟動(dòng)變頻器;變頻器的運(yùn)行與停止進(jìn)入到PLC可編程控制器的輸出端；變頻器的輸出端通過并聯(lián)的方式將3個(gè)接觸器分別接到3個(gè)泵，來(lái)完成整個(gè)路線的有效運(yùn)行。

4.運(yùn)行效果與注意事項(xiàng)

4.1 應(yīng)用效果

基于PLC控制變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓調(diào)速供水，具有以下特點(diǎn)：使用方便，運(yùn)行可靠，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力且恒定性好，控制效果良好。經(jīng)濟(jì)效益上的表現(xiàn)為恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能效率可達(dá)4O%左右，對(duì)于資源的利用更加清潔和高效，水質(zhì)的二次污染減少。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)電機(jī)實(shí)行軟起動(dòng)，設(shè)備損耗小，水泵、電機(jī)設(shè)備的使用效果更加凸顯。系統(tǒng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和改善生活質(zhì)量的作用顯著提高。在實(shí)際應(yīng)用中，恒定供水具有一個(gè)穩(wěn)壓值，是可以依據(jù)用戶的需求來(lái)自行定制，即可以實(shí)現(xiàn)的O～1 MPa范圍的調(diào)整,通過改變壓力給定,進(jìn)行任意設(shè)定,在系統(tǒng)進(jìn)行增泵或減泵過程中,水壓波動(dòng)在O.4±O.O1 MPa范圍內(nèi),一旦增泵或減泵過程結(jié)束,壓力立即穩(wěn)定到O.4 MPa,這個(gè)過程前后不到3Os時(shí)間,很好地滿足了用戶用水要求。

4.2 注意事項(xiàng)

在實(shí)際運(yùn)行中，要注意T設(shè)置是變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時(shí)間，在加泵時(shí)注意同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合而損壞變頻器，時(shí)間要設(shè)置的合理，太小空氣開關(guān)易出現(xiàn)跳閘情況，利用PLC上面的電位器來(lái)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整。上下限頻率持續(xù)時(shí)間TH和TL變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，定值不宜過大過小，利用PLc的電位器來(lái)根據(jù)實(shí)際情況做調(diào)節(jié)。

5.結(jié)束語(yǔ)

基于PLC控制變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓調(diào)速供水，具有以下特點(diǎn)：使用方便，運(yùn)行可靠，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力且恒定性好，控制效果良好。運(yùn)行結(jié)果表明，采用PLC和變頻器為核心部件構(gòu)成的變頻恒壓供水系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益，又不斷為用戶的需求而改變，技術(shù)帶來(lái)的革新價(jià)值巨大。

[1]張萬(wàn)忠,孫晉.可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[2]楊東平.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)綜述[J].南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,9(3):77-80.

[3]錢平.交直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:高等教育出版社,2004.

[4]鐘肇新,彭侃.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2000.