基于PCC控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】作為一種新型供水方式，選用PCC控制變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)變頻恒壓供水，同時起到高效率、低能耗、高穩(wěn)定性的效果，解決了傳統(tǒng)高層建筑供水方式中的一些難題。

【關(guān)鍵詞】PCC；變頻；恒壓

1、概述

傳統(tǒng)的供水方式主要是通過采用恒速供水和水塔存儲供水方式，前者有大量的能耗損失，頻繁啟停電機會給系統(tǒng)帶來沖擊，而后者導(dǎo)致供水壓力不一致。國外普遍采用一個水泵配置一個變頻器的方式，但成本較高。本系統(tǒng)主要研究一種新型供水方式----變頻恒壓方式，通過變頻設(shè)備控制水泵的頻率，從而使水泵的轉(zhuǎn)速改變地下水箱出水的流量。通常情況下，只有一臺水泵處于變頻運行，其他水泵處于停止或工頻運行狀態(tài)。變頻運行的水泵通過頻率的改變對流量進行細調(diào)，從而保證水壓基本不變，使高層建筑供水更加靈活、高效和節(jié)能。

2、變頻恒壓供水系統(tǒng)分析

本系統(tǒng)通過研究PCC來控制變頻器從而實現(xiàn)變頻恒壓供水。通過變頻器恒壓供水方案的分析設(shè)計出系統(tǒng)的主電路、控制電路及各個硬件的連接電路，所使用的控制器是貝加萊X20系列PCC，通過控制器操縱西門子供水專用的MM430型變頻器進行PID控制供水?？刂葡到y(tǒng)由PCC完成，而系統(tǒng)中采用的變頻器則主要負責(zé)PID的整合及頻率調(diào)節(jié)。

3、變頻恒壓供水系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用一個變頻器拖動4臺水泵的方式，用PCC作為控制器，根據(jù)壓力變送器反饋的數(shù)據(jù)改變變頻器的頻率和水泵運行臺數(shù)，其中一臺水泵作為備用水泵。通過PCC控制變頻器，水泵的轉(zhuǎn)速會根據(jù)變頻器的實際運行頻率來改變。當(dāng)用水量增大時，供水管道內(nèi)安裝的壓力檢測計檢測到的壓力值會降低，傳感器把壓力信號變成標(biāo)準信號傳輸至壓力控制器。壓力傳感器輸出0-10V的信號到PCC和變頻器，變頻器的頻率從而開始增大。如果變頻器提高頻率達到工頻后仍不能滿足壓力的下降，則改臺水泵就切換至工頻運行，變頻器開始軟啟動下一臺水泵從而維持水壓的穩(wěn)定；當(dāng)用水量減少時，壓力檢測計檢測到的壓力值就會增加，變頻器的頻率就開始降低，如果變頻器降低的頻率達到水泵的啟動頻率仍然不能滿足壓力的上升，則該臺水泵退出運行。

圖1 PCC控制的變頻供水系統(tǒng)框圖

本系統(tǒng)選用的水泵型號為100DL3型，共計4臺，給水泵供電的電機功率選擇為30千瓦；供水管道內(nèi)的壓力傳感器采用YTZ-150型，傳感器為兩線制0-10V，壓力范圍是0-1.0MPa，精度是0.01MPa；斷路器QF5起過流、欠壓保護和電氣隔離作用，本系統(tǒng)中考慮的過載能力為150%，故額定電流為90A；斷路器QF1-QF4用于水泵工頻運行時保護系統(tǒng)，額定電流為150A；接觸器的觸點控制電機的運行，額定電流必須大于電機的額定電流，所以選擇為70A；PCC按鈕回路供電電壓是24V直流，采用LAY3-11型，UN=24V，IN=0.3A；變頻器選用西門子專用供水設(shè)計的MM430型，具有很好的可靠性。

經(jīng)過I/O分配得出，本系統(tǒng)共有25路數(shù)字量輸入信號、10路數(shù)字量輸出信號和2路模擬量輸入信號，故PCC選用BR的X20型，CPU使用X20CP1484，輸入模塊選用2只X20DI9371和1只X20DI4371，輸出模塊選用1只X20DO9322模塊，模擬量輸入選用采用1只X20AI4622模塊。

4、變頻恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計

BR的PCC編程軟件是Automation Studio，可新建一個工程，打開硬件配置，選擇的CPU是X20CP1484，再打開X2X link配置系統(tǒng)的輸入與輸出?？刂谱冾l恒壓供水系統(tǒng)的各個按鈕和開關(guān)安裝在控制柜上，可以對系統(tǒng)進行控制。供水管網(wǎng)中的壓力反饋信號AIW0和變頻器實際運行頻率的信號AIW2都輸入至PCC中，PCC通過分析反饋的信號和設(shè)定的值比較來確定頻率的增減及變頻與工頻的轉(zhuǎn)化。頻率的增減通過KM1-KM4進行控制，增加水泵臺數(shù)或減少水泵臺數(shù)可以通過KM5-KM8進行控制。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，水位低信號或水泵組合錯誤時，系統(tǒng)故障燈亮起，系統(tǒng)自動停止。

變頻器的壓力設(shè)定值是通過操作面板上的加減按鍵來設(shè)定的。當(dāng)設(shè)定好壓力值后，遠程壓力傳感器測量實際水壓，并反饋至PCC。PCC中水壓的上下限分別為0.15MPa和0.6MPa，所對應(yīng)PCC內(nèi)部值分別是5000和20000；反饋的數(shù)據(jù)經(jīng)PCC計算分別與設(shè)定的最低效率和最高頻率比較，最低頻率設(shè)置為30Hz，最高頻率設(shè)為50Hz，分別對應(yīng)PCC內(nèi)值10000和15000。如果小于10000則最低頻率標(biāo)志置位，開始頻率過低的程序；如果大于15000則最高頻率標(biāo)志置位，開始頻率過高的程序控制，隨后就按通變頻器開始工作。

控制系統(tǒng)時有手動和自動兩種控制方式。手動控制先是手動選擇供水的組合，共有4種選擇組合。選擇一種組合后系統(tǒng)先檢查是否存在故障，若沒有發(fā)現(xiàn)故障就不會出現(xiàn)報警，可以開始手動控制各個水泵。若按下手動變頻啟動1號水泵，1號水泵就會開始以變頻方式工作，當(dāng)要把水泵切換到工頻運行時，可以按下工頻切換按鈕。如果此時水泵的頻率達到了工頻值，則1號水泵會自動切換至工頻狀態(tài)。若不能滿足切換條件，則保持變頻運行。

實現(xiàn)自動控制程序時，首先選擇一種水泵組合，以1、2、3號水泵組合為例。組合選擇完畢后，變頻器延時1S啟動，1號水泵以變頻方式啟動。當(dāng)實際壓力下降時，變頻器頻率開始增大，當(dāng)頻率上升至50Hz壓力仍在下降，則變頻向工頻切換信號有效。延時1S后1號水泵由變頻變?yōu)楣ゎl運行，同時2號水泵以變頻方式啟動，此時系統(tǒng)為“1工2變”狀態(tài)。當(dāng)2號水泵變頻運行，實際壓力還繼續(xù)下降，變頻器再次開始上升達到50Hz時壓力仍在下降時，2號水泵變頻向工頻切換信號有效。延時1S后2號水泵由變頻轉(zhuǎn)換為工頻運行，同時3號水泵以變頻方式啟動，此時系統(tǒng)狀態(tài)為“1工2工3變”運行。

5、結(jié)論

通過對國內(nèi)外恒壓變頻供水設(shè)施現(xiàn)狀的分析，設(shè)計出一套適合國情的供水系統(tǒng)。通過本次設(shè)計，成功的解決了普通恒壓變頻供水方式能耗損失以及供水壓力不平衡問題，使供水更加靈活節(jié)能。

參考文獻

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