PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)原理

鄭先銳

1 PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制流程

1.1PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于PLC和變頻調(diào)速器控制的智能恒壓供水系統(tǒng)，具有完善的控制和保護功能，明顯的經(jīng)濟節(jié)能效益。恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。恒壓供水系統(tǒng)的控制策略是采用可編程控制器（PLC）和變頻調(diào)速裝置優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)， 完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時能達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)一般由信號檢測、控制器、變頻器、執(zhí)行機構(gòu)、電控設(shè)備和報警裝置等組成。

信號檢測包括水壓信號檢測和液位信號檢測。水壓信號檢測反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。液位信號檢測反映水泵的進水水源是否充足，信號有效時控制系統(tǒng)要對系統(tǒng)實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。

控制器是整個供水控制系統(tǒng)的核心?？刂破鞲鶕?jù)變送器檢測到的壓力和液位信號進行分析， 通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)（水泵）進行控制。

在供水控制系統(tǒng)中，變頻器根據(jù)控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。變頻器還為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時變頻器還可作為電機軟啟動裝置，限制電機的啟動電流。壓力變送器的作用是檢測管網(wǎng)水壓。智能PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的PID調(diào)節(jié)。PLC控制單元則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時還是變頻器的驅(qū)動控制，根據(jù)用水量的實際變化，自動調(diào)整其它工頻泵的運行臺數(shù)。變頻器和PLC的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機實現(xiàn)變頻軟啟動， 消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機械設(shè)備的沖擊，延長機電設(shè)備的使用壽命。

執(zhí)行機構(gòu)由一組水泵組成，它們用于將水送人用戶管網(wǎng)。水泵分為兩種類型：調(diào)速泵和輔助泵。調(diào)速泵由變頻調(diào)速器控制，根據(jù)用水量的變化改變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。輔助泵只在工頻狀態(tài)下運行。速度恒定。此泵主要工作在夜間用水量很少的情況下，用以維持管網(wǎng)壓力。

電控設(shè)備由繼電器、接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件組成。在供水系統(tǒng)中用于控制器完成對水泵的變頻—工頻切換和手動—自動切換等。接觸器主要用于頻繁接通或分斷交、直流電路，具有控制容量大，可遠距離操作，配合繼電器可以實現(xiàn)定時操作，聯(lián)鎖控制，各種定量控制和失壓及欠壓保護，廣泛應(yīng)用于自動控制電路，完成對電動機的控制。

作為一個控制系統(tǒng)，報警時必不可少的重要組成部分。由于供水系統(tǒng)的設(shè)計要求進行壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)和水泵機組的變頻運行與工頻運行的同步切換，所以，為了保證系統(tǒng)的安全、可靠、平穩(wěn)運行，防止因超調(diào)、過電壓、過電流、缺水造成故障，因此對主電路的電壓、電流等進行監(jiān)測，通過檢測變送裝置，有PLC判別報警類別，進行顯示和保護動作控制。為了保證供水系統(tǒng)的正常運行，設(shè)計了水位、壓力上下限等報警裝置。

1.2 PLC變頻調(diào)速恒壓供水原理

恒壓供水的基本思路是： 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要是由PLC、變頻器、動力控制線路以及水泵等組成。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號通過A/D變換變成標準數(shù)字信號送入變頻器的PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力；當用水量超過或低于一臺泵的供水量時，通過PLC控制器加減泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的凋速，實現(xiàn)恒壓供水。

2 PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的硬件設(shè)計

根據(jù)PLC恒壓供水的原理，系統(tǒng)的電氣控制圖主要框圖為：

圖 系統(tǒng)的電氣控制總框圖

由以上系統(tǒng)電氣總框圖可以看出，系統(tǒng)所需要的主要硬件包括：水泵機組、變頻器、PLC及擴張模塊、壓力變送器及數(shù)顯儀構(gòu)成。

3 PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的程序

PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的程序如圖5：

圖5 PLC變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)程序圖

在供水系統(tǒng)中，變頻器、PID調(diào)節(jié)器、壓力變送器、電機、水泵等構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以對供水能力實現(xiàn)有效的自動調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)恒壓供水。其實現(xiàn)方法是，首先據(jù)用戶對水壓的要求，給PID調(diào)節(jié)器預(yù)置一個目標壓力值，管道中的實際水壓，經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換成的模擬電流信號反饋給變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)目標壓力值和實際壓力值的偏差，給出調(diào)節(jié)量，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使供水量適應(yīng)用水量的變化，取得動態(tài)平衡，維持水壓不變。

4結(jié)論

本文介紹了基于PLC的變頻調(diào)速恒壓自動控制供水系統(tǒng)，PLC變頻調(diào)速的應(yīng)用實際運行分析表明，PLC變頻控制系統(tǒng)設(shè)計方案是合理的、經(jīng)濟的，它為該系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行提供可靠的技術(shù)保障，并具有節(jié)能、PID調(diào)節(jié)、運行可靠、經(jīng)濟性好電機控制更容易實現(xiàn)負荷自動調(diào)節(jié)等優(yōu)點，是供水系統(tǒng)設(shè)計與改造中最先進的選擇之一，同時PLC變頻控制系統(tǒng)技術(shù)還可以用于引風機、送風機等自動控制系統(tǒng)中，是過程控制發(fā)展的新方向。

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