PLC變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

戴世榮

摘要： 水泵為二次方率負(fù)載，實(shí)施變頻調(diào)速節(jié)能效果十分可觀。本文介紹了PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速恒壓供水的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： PLC變頻器變頻恒壓供水系統(tǒng)

1.引言

由于傳統(tǒng)水塔供水系統(tǒng)存在線路復(fù)雜、故障率高、自動(dòng)化程度低、二次污染等問(wèn)題，其已不能適合現(xiàn)在生產(chǎn)生活的要求，對(duì)傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的現(xiàn)代化改造勢(shì)不可擋。變頻恒壓供水系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，無(wú)疑是最為理想的改造目標(biāo)。

（1）水泵為二次方率負(fù)載，實(shí)施變頻供水，其節(jié)能效果十分可觀，為20%—40%。

（2）采用變頻調(diào)速，可以徹底消除水錘效應(yīng)。

（3）采用變頻調(diào)速，水泵的工作壽命將大大延長(zhǎng)。

2.工作原理

總之，保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所需要達(dá)到的目的。

3.一控三的實(shí)施方案

該方案探討的是基于PLC、變頻器（一控三）為核心的恒壓供水系統(tǒng)。PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的控制部分，將接收到的壓力傳感器反饋信號(hào)與預(yù)設(shè)值作比較、數(shù)據(jù)處理，并發(fā)出邏輯控制命令，控制變頻器輸出頻率的高低，改變水泵快慢轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的恒壓供水。圖1是變頻恒壓供水的系統(tǒng)框圖。

首先確定一個(gè)壓力值p，該壓力值為正常情況下保證相對(duì)泵站垂直距離最大的用戶能正常用水的管網(wǎng)壓力值。設(shè)3臺(tái)水泵分別為1#泵、2#泵、3#泵，正常供水時(shí)只需2臺(tái)水泵，其工作過(guò)程如下：

先由變頻器起動(dòng)1#泵變頻運(yùn)行，如管網(wǎng)水壓大于p，則PLC輸出指令控制變頻器減小輸出頻率，降低水泵轉(zhuǎn)速，最終保證管網(wǎng)水壓等于p；如管網(wǎng)水壓小于p，則變頻器增大頻率輸出，水泵轉(zhuǎn)速升高，保證管網(wǎng)水壓等于p。若此時(shí)，1#泵頻率為50Hz，而管網(wǎng)水壓仍小于p，則系統(tǒng)自動(dòng)延時(shí)1分鐘，之后將1#泵轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行，起動(dòng)2#泵變頻運(yùn)行，頻率不斷上升直至管網(wǎng)水壓達(dá)到，此時(shí)供水系統(tǒng)處于“1工1變”的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)用水量減小，管網(wǎng)水壓升高時(shí)（大于p），變頻器輸出頻率降低，2#泵轉(zhuǎn)速降低，保證管網(wǎng)水壓恒定。當(dāng)頻率降到下限值時(shí)，管網(wǎng)水壓仍高于p時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)1分鐘后則自動(dòng)停掉2#泵，并將1#泵由工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換為變頻運(yùn)行，繼續(xù)保持水壓為p。如此循環(huán)。

4.電路圖

圖2為變頻恒壓供水系統(tǒng)的主電路圖。電源開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)控制和PLC、變頻器智能控制的轉(zhuǎn)換。任意時(shí)刻，水泵只能處于變頻控制和工頻運(yùn)行的一種狀況，KM2/KM3、KM4/KM5、KM6/KM7接觸器需要連鎖控制。此連鎖既能在硬件電路中實(shí)現(xiàn)，又可由PLC軟件編程實(shí)現(xiàn)。電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，無(wú)過(guò)載現(xiàn)象；當(dāng)PLC處于工頻運(yùn)行時(shí)，為防止電機(jī)過(guò)載，需將熱繼電器串聯(lián)電路中。

5. PLC變頻器選型

PLC變頻器的選擇要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求選擇。

5.1PLC選擇

采用西門子S7-200型。S7-200可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用；大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)控制任務(wù)，各種單獨(dú)的模塊之泛組合以用于擴(kuò)展；簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活；方便用戶和簡(jiǎn)易的無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)；當(dāng)控制任務(wù)增加時(shí)，可以自由擴(kuò)展；大范圍的集成功能使得它的功能非常強(qiáng)勁。多種性能遞增的CPU和豐富且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大，可隨時(shí)使用附加模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖3。

5.2變頻器選擇

根據(jù)工藝要求和方便調(diào)試等要求，選用ABBACS800系列變頻器。ACS800系列變頻器是ABB公司采用直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻器，結(jié)合諸多先進(jìn)的生產(chǎn)制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，完整的保護(hù)功能，靈活的編程功能，以及較高的可靠性和較小的體積，等等。ABB變頻器獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）功能是目前最佳的電機(jī)控制方式，它可以對(duì)所有交流電機(jī)的核心變量進(jìn)行直接控制，無(wú)需速度反饋就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)速的精確控制。ACS800系列內(nèi)置五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)宏程序和兩個(gè)用戶宏程序，只需選擇需要的應(yīng)用宏啟動(dòng)，做出修改并且將結(jié)果存儲(chǔ)到用戶宏程序中。這些預(yù)設(shè)的應(yīng)用宏配置大大節(jié)約了調(diào)試時(shí)間，減少了出錯(cuò)的概率。

6.結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)采用PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速恒壓供水，使用方便、工作可靠、系統(tǒng)壓力恒定，具有較好的控制效果。系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，參數(shù)超調(diào)波動(dòng)范圍小，偏差能及時(shí)進(jìn)行控制。綜上所述，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)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，為供水領(lǐng)域的技術(shù)革新開(kāi)辟了切實(shí)有效的途徑。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙崇剛.變頻器在小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用.機(jī)電工程技術(shù)，2008.8：41-43.

［2］ABB.ACS800標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序7.x固件手冊(cè).

［3］黃全振.基于模糊PID控制器的恒壓供水系統(tǒng).儀表技術(shù)與傳感器，2008，7：81-82，89.

［4］石秋潔.變頻器應(yīng)用基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，2007，7.

［5］廖常處.FX系列PLC編程及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2009，1.