PLC、變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】在恒壓供水中通過(guò)變頻器控制水泵的速度，用以調(diào)節(jié)水管中壓力，并利用PLC進(jìn)行邏輯控制。PLC作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心經(jīng)過(guò)檢測(cè)元件實(shí)時(shí)監(jiān)視、跟蹤水管內(nèi)壓力，并經(jīng)變頻器的PID調(diào)節(jié)保證供水壓力，通過(guò)PLC 控制變頻與工頻切換，自動(dòng)控制水泵投入的臺(tái)數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓變量供水，在保持恒壓下，達(dá)到控制流量的目的。目前變頻調(diào)速器已成為恒壓供水設(shè)備的主體，它不僅可以完全取代傳統(tǒng)的高位水箱、水塔等供水方式，而且也消除水質(zhì)的二次污染，更具有節(jié)省能源、自動(dòng)化程度高、供水操作的利用率均衡，供水泵房，在運(yùn)方便、提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】PLC；變頻調(diào)速；恒壓供水；PID控制

1.引言

當(dāng)下常用的供水方式有市政管道直接給用戶供水、通過(guò)天臺(tái)的水池供水、恒壓供水幾種。市政管道直接給用戶供水用戶不需要自己添加設(shè)備、成本低，供水壓力一般只能供到6層樓以下，壓力不穩(wěn)定，一般只是在城郊結(jié)合農(nóng)村和小城鎮(zhèn)。通過(guò)天臺(tái)的水池供水只能對(duì)9層樓以下的建筑，如果樓層太高，采用這種方式供水，則建筑物的承重負(fù)荷大；容易造成二次污染，天臺(tái)水池長(zhǎng)期不清晰容易滋生各種細(xì)菌、微生物，不利于人體健康；供水消耗電能多，不利于技能，壓力比較穩(wěn)定。恒壓供水用戶用水壓力穩(wěn)定，無(wú)論在用水高峰期，還是低谷，水管壓力的波動(dòng)?。ㄒ?yàn)橄到y(tǒng)是根據(jù)設(shè)定壓力值與實(shí)際壓力值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，保證水管中的壓力穩(wěn)定）；沒(méi)有二次污染，在天臺(tái)不需要做水池，樓的承重低；節(jié)能、節(jié)約電能呢個(gè)大約是常規(guī)供水的20%。通過(guò)比較可以看出無(wú)論是從日后改造還是節(jié)能角度恒壓供水都已經(jīng)是最好的供水方式。

2.恒壓供水系統(tǒng)的組成及原理

2.1恒壓供水系統(tǒng)的組成

恒壓供水所用到的新電工技術(shù)包括PLC、變頻器控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)。PLC屬于核心技術(shù)，變頻器主要進(jìn)行調(diào)速，在工業(yè)控制中使用非常廣泛，在風(fēng)機(jī)、水泵負(fù)載中使用有節(jié)能的功能。傳感檢測(cè)技術(shù)將測(cè)量量（如速度、流量、壓力等）變化，信號(hào)（0-5V或4-20mA）A/D、D/A轉(zhuǎn)換[A/D模塊→PLC→D/A模塊]，控制變頻器輸出頻率起到調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。

恒壓供水系統(tǒng)的電氣構(gòu)成有PLC、變頻器、A/D、D/A模塊、壓力傳感器，控制柜面板上有觸摸屏、按鈕、手動(dòng)/自動(dòng)選擇變頻器操作面板、急停等。

2.2恒壓供水系統(tǒng)的原理

將給定壓力與來(lái)自壓力傳感器的反饋壓力值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，而后用輸出值控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。PID調(diào)節(jié)可以由PLC指令實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)變頻器的PID功能實(shí)現(xiàn)。

3.恒壓供水設(shè)計(jì)

3.1恒壓供水系統(tǒng)要求

假定設(shè)定壓力為3MPa，系統(tǒng)啟動(dòng)后，傳感器測(cè)量水管中壓力，如果水管中壓力小于3MPa，經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)輸出值增大，變頻為輸出頻率增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速增大，當(dāng)變頻器輸出頻率到達(dá)49Hz，電機(jī)由變頻運(yùn)行切換到工頻運(yùn)行，供水量加大。如果水管壓力還達(dá)不到設(shè)定值，繼續(xù)把其他電機(jī)啟動(dòng)，直至把所有水泵都啟動(dòng)，達(dá)到最大供水要求。

如果供水量大于用水量，水管中壓力超過(guò)設(shè)備值，此時(shí)輸出值將減少，變頻器輸出頻率低，當(dāng)頻率降低低于30Hz，把水泵退出運(yùn)行，如果到深夜沒(méi)有人用水，所有水泵退出運(yùn)行，此時(shí)靠氣罐保壓（休眠狀態(tài)）。當(dāng)用水量繼續(xù)加大，水管壓力到達(dá)壓力下限，重新把系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)。

三臺(tái)水泵互為備用（防止長(zhǎng)期不用損壞），1#、2#水泵運(yùn)行8h，3#備用；1#、3#水泵運(yùn)行8h，2#備用；當(dāng)消防用水時(shí)，3臺(tái)水泵必須都啟用，處于非備用狀態(tài)故障時(shí)退出運(yùn)行。

3.2變頻器參數(shù)設(shè)置

關(guān)于設(shè)定值上、下限參數(shù)的設(shè)定計(jì)算：例如要求某供水系統(tǒng)，要求供水壓力是3MPa，上限為3.5MPa，下限位2.5MPa，壓力傳感器的壓力范圍是0-5MPa，反饋電流時(shí)4-20mA。求設(shè)定值Pr.133、Pr.131上限、Pr.132下限，應(yīng)該分別設(shè)置為60 和50，設(shè)定值為70。

因?yàn)橐獧z測(cè)變頻器控制水管中壓力所對(duì)應(yīng)的輸出頻率上限及下限，進(jìn)行變頻與工頻的切換，故需要選用第一輸出頻率FU和第二輸出FU；還需要進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，故得知曉PID的上限和下限。所以需要將變頻器的輸出端子進(jìn)行改變，本文將SU變?yōu)镕DN，RUN變?yōu)镕UP。所以對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)置為Pr.190=15，Pr192=14。

3.3系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

電路說(shuō)明：壓力上限為3.5MPa，壓力下限為2.5MPa，當(dāng)頻率小于30Hz水泵退出運(yùn)行，大于49Hz轉(zhuǎn)為工頻，多功能端子SU通過(guò)參數(shù)設(shè)置改為FDN，RUN通過(guò)參數(shù)設(shè)置改為FUP。KM0、KM2、KM4控制工頻，KM1、KM3、KM5控制變頻。為使系統(tǒng)簡(jiǎn)單直接，將KM1、KM3、KM5直接接到PLC上，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流很大，此時(shí)不可以由PLC直接接接觸器的，用KA0即可。

3.4程序設(shè)計(jì)