淺談變頻器和PLC配合實現(xiàn)恒壓供水

閔志成

【摘要】介紹變頻器與PLC的配合實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)。采用變頻調(diào)速方式，通過PLC的PID功能，自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的穩(wěn)定。系統(tǒng)具有節(jié)能、可靠、自動化等優(yōu)點，提高了供水質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】PLC 變頻器 恒壓供水

可編程控制器（PLC）和變頻器已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛使用，在其它領(lǐng)域（如民用和家庭自動化）的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。

變頻器和可編程程序控制器在恒壓供水系統(tǒng)中也得到廣泛的應(yīng)用。采用PLC作為控制單元，利用變頻器與PLC的結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)運行水壓可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達到恒壓供水的目的，不但提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，而且達到了節(jié)能的目的。

1恒壓供水系統(tǒng)的原理

它主要有PLC、變頻器、壓力變送器、線路以及水泵組成。用戶可通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制系統(tǒng)的運行。通過安裝在泵出口管網(wǎng)上的壓力變送器，把壓力信號（4～20mA標準信號）送入PLC，經(jīng)PLC的PID運算后，送出4～20mA信號，4～20mA信號再送至變頻器，再由變頻器根據(jù)4～20mA信號輸出對應(yīng)的頻率（0～50Hz），以此控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量。為了降低成本，一般采用一臺變頻器對應(yīng)多臺水泵的配置。當(dāng)采用一對多方式時，一臺水泵是用于變頻調(diào)節(jié)的，根據(jù)水壓來調(diào)節(jié)變頻器的頻率，來控制水泵的轉(zhuǎn)速。在變頻器設(shè)置中設(shè)定一個上限頻率和下限頻率，當(dāng)用水壓力低于要求值，變頻器迅速上升到上限頻率，此時，變頻器輸出一個開關(guān)信號給PLC，啟動一臺工頻運行的水泵，然后，變頻器和PLC根據(jù)水壓調(diào)節(jié)變頻水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)用水壓力高于要求值，變頻器輸出達到下限頻率，變頻器也輸出一個開關(guān)信號給PLC，停止一臺工頻運行的水泵，然后，變頻器和PLC根據(jù)水壓調(diào)節(jié)變頻水泵的轉(zhuǎn)速。啟停工頻水泵數(shù)量根據(jù)壓力依次類推?？偟膩碚f，通過調(diào)整投入工作的電機臺數(shù)和控制電機組中一臺電機的變頻轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定，進而達到恒壓供水的目的。

以往的變頻恒壓供水系統(tǒng)在水壓高時，通常采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運行方式切換到正在以工頻運行的泵上進行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進，但其容易引起泵組的頻繁起停，從而減少變頻器和水泵的使用壽命。而在該系統(tǒng)中采用直接停工頻泵的運行方式，同時由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實現(xiàn)泵組的無沖擊切換，使水壓過渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動及水壓太低時的短時間缺水的現(xiàn)象，即提高了供水穩(wěn)定，同時延長了設(shè)備的使用壽命。

變頻器恒壓供水的原理圖如圖1。

2變頻器

該系統(tǒng)變頻器采用ABB公司生產(chǎn)的ACS510系列變頻器。ACS510采用獨特的控制方式，專用于水泵的控制，實現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動、循環(huán)軟起，用于降低諧波的變感式電抗器專利技術(shù)，滿足通用變頻器高性能化的要求，具有超出同類產(chǎn)品的防跳閘功能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)溫度、濕度和粉塵能力，極大提高產(chǎn)品可靠性。

3PLC控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用OMRON的CPM2A，I/O點數(shù)為20點，繼電器輸出，PLC編程采用OMRON的PLC專用編程軟件Cx-programmer，PLC可編程程序控制器及軟件提供完整的編程環(huán)境，可進行離線編程、在線連接和調(diào)試。為了提高整個系統(tǒng)的性價比，該系統(tǒng)采用可編程控制器的開關(guān)量輸入輸出來控制電機的起停、自動投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報警等，而電機的轉(zhuǎn)速、設(shè)定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號量及實際運行參數(shù)則由變頻器及其內(nèi)置PID來顯示和控制。

4注意事項

要使系統(tǒng)穩(wěn)定快速準確的運行，應(yīng)注意以下參數(shù)：

4.1變頻、工頻切換時間

切換時間在PLC程序中設(shè)定，設(shè)置時為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)換為工頻過程中，同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合，而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流大而對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，所以在允許的范圍內(nèi)時間必須盡可能小。

4.2上、下限頻率持續(xù)時間

變頻器運行的頻率隨水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻運行的頻率是否達到上限或下限，并保持一定的時間來判斷是否加泵或減泵，這個判斷時間就是上下限頻率持續(xù)時間，如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量變化時就很可能引起頻繁的加減泵工作。

5結(jié)語

此系統(tǒng)采用PLC和變頻器結(jié)合，系統(tǒng)運行可靠，降低了能耗，實現(xiàn)無人職守的全自動循環(huán)倒泵、變頻運行，保證了各臺水泵運行效率的最優(yōu)。由于泵的頻繁啟停減少了，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機時的水錘效應(yīng)。該設(shè)計系統(tǒng)是性能、價格比較高的優(yōu)選方案。并通過多年的工程運用，運行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。

參考文獻

[1]《OMRONCS1系列硬件手冊》.

[2]《Cx-programmer3.1編程手冊》.

[3]《ACS510技術(shù)樣本》.

[4]《ACS510使用手冊》.