PLC與變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳淑晴 付瑩

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

PLC與變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳淑晴 付瑩

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣泛，目前已經(jīng)穿透到很多的領(lǐng)域中，而且對人們的生活也起到了很大的作用，現(xiàn)今確保供水系統(tǒng)是足夠的安全以及足夠的穩(wěn)定，這對于在大多數(shù)的行業(yè)中受到了很大的關(guān)注，同時在供水的領(lǐng)域中的采用到一些先進(jìn)的技術(shù)，比如PLC相關(guān)的控制技術(shù)以及一些重要的變頻技術(shù)等，這些技術(shù)都在供水領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，而且也是系統(tǒng)的重要需求。PLC與變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)，采用PLC進(jìn)行邏輯控制，變頻器進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。PLC與變頻器中系統(tǒng)控制是屬于核心的部件。

恒壓供水系統(tǒng) PLC 變頻器

1 引言

在供水系統(tǒng)的，供水網(wǎng)的末端相關(guān)的工作以及供水始端的工作可以說實(shí)在整個供水系統(tǒng)中的地位舉足輕重。通常而言，在供水系統(tǒng)中不論一天的哪個時間段，對水的需求量都是很多了，人們幾乎任何時候都需要水的供應(yīng)，但是時間段不同，這種需求的強(qiáng)度也就不同，所以對于不同的時候就需要對供水的需求進(jìn)行不同的調(diào)整，這樣才能盡量減少供水管網(wǎng)所面臨的壓力，倘若如果這種調(diào)整沒有把握好的話，則會對供水的質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響，最壞的結(jié)果甚至?xí)鹩捎诠┧男枨筮^大，從而導(dǎo)致水管大爆炸。所以對于供水系統(tǒng)，需要根據(jù)調(diào)整水閥門從而對用戶用水量進(jìn)行合理的調(diào)整，這樣有利于減少在供水壓力在控制的范圍下，減少資源的浪費(fèi)以及降低安全隱患。所以為了滿足用戶用水量多以及對水壓的控制比較高的這些情況從而在供水系統(tǒng)中運(yùn)用變頻的技術(shù)，這對于供水系統(tǒng)有著十分重要的意義。

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在20世紀(jì)60年代的時候，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及可編程控制器的飛速引入，在相關(guān)的制造業(yè)中運(yùn)用可編程控制器這已經(jīng)成為了一種重要的趨勢。同時隨著后期技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣控制領(lǐng)域中也不斷運(yùn)用了變頻器的技術(shù)，而這種廣泛的運(yùn)用主要是集中在20世紀(jì)90年代，因此不言而喻，新生的變頻器迅速在國內(nèi)外受到了很大的重視，成為許多業(yè)界人士所關(guān)注的重大焦點(diǎn)。現(xiàn)今關(guān)于變頻器的應(yīng)用也是十分廣泛的，通常在許多的領(lǐng)域中都有用到變頻器，比如鋼鐵企業(yè)，水泥冶煉以及環(huán)保和供水系統(tǒng)中都有普遍運(yùn)用到，這些領(lǐng)域中對變頻器的運(yùn)用，從而說明了變頻器的發(fā)展對于各行各業(yè)都有著重大的影響意義。

同一時期，在PLC網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用PLC的構(gòu)成以及將變頻器進(jìn)行了充分的結(jié)合，這可以說是目前的現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中的一個重大的發(fā)展與突破，在現(xiàn)代工業(yè)化領(lǐng)域中，第一選擇的控制裝置就是基于PLC的技術(shù)，也迅速成為工業(yè)中的不可替代的重要角色。20世紀(jì)90年代初的時候PLC技術(shù)就首次運(yùn)用到了國內(nèi)，但是的PLC是來自西門子公司所研究的技術(shù)，而且在這一時刻，變頻器的發(fā)展已經(jīng)處于了萌芽的階段，同時變頻器也獲得很大的進(jìn)步，恒壓調(diào)速供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不斷發(fā)展是一個漫長的過程，在這個過程中該系統(tǒng)不斷得到了完善與改進(jìn)。從2008年以來，隨著基于變頻恒壓自動供水相關(guān)的設(shè)備不斷在市場中獲得廣泛的發(fā)展，而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品也在不斷的增多，在恒壓供水系統(tǒng)中應(yīng)用PLC與變頻器相結(jié)合得到國家政府的支持，我國的一些企業(yè)在這方面的投資也不斷地提高。而且這些商家迅速發(fā)現(xiàn)了恒壓供水系統(tǒng)中的商機(jī)，這足以證明了變頻器的意義重大。

3 PLC的概述

PLC主要是用在工業(yè)控制領(lǐng)域，其特點(diǎn)主要如下：

方便維修。PLC不同于繼電接觸器的一點(diǎn)是，PLC自身自帶有故障診斷的功能，所以當(dāng)裝置出現(xiàn)故障的時候，通過觀察設(shè)備上的故障提醒顯示，可以很方便地查看故障原因，而故障的提示是通過裝置上的發(fā)光二極管進(jìn)行判斷的。PLC方便維修的另一個因素是PLC的體積比較小，同時也可以根據(jù)模塊化進(jìn)行故障的檢測。

編程簡單，易操作。PLC中編程語言最常見的是梯形圖語言，該語言不僅僅最常見，而且在PLC編程中也是占有重要位置的，梯形圖語言的原理圖和繼電接觸器大體類似，所以在繼電接觸器的基礎(chǔ)上很容易快速掌握梯形圖語言的語法，從而可以在編程中采用這門語言。

可靠性強(qiáng)。PLC應(yīng)用到傳統(tǒng)的繼電接觸器中，這樣可以大大地減少硬件路線中的連線的數(shù)量和線路中的接觸點(diǎn)的數(shù)量。所以從這一方面而言，PLC可靠性是比繼電接觸器系統(tǒng)高。

4 恒壓供水系統(tǒng)組成

本文設(shè)計(jì)的恒壓供水系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的供水方式選擇的是通過3臺主水泵機(jī)組以及1臺輔助泵機(jī)組進(jìn)行并聯(lián)從而實(shí)現(xiàn)供水，變頻器選擇的是三菱，在變頻器的里面有嵌入PID的控制模塊。而在選擇PLC方面選取的是FX2N－32MR，這種PLC的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)都是16。壓力變送器選擇的是尋常的壓力表，通過該表最終對水壓力進(jìn)行檢測以及對水壓進(jìn)行顯示和變送的功能。本系統(tǒng)中的K為選擇開關(guān)，系統(tǒng)的工作模式可以是自動的也可以是手動的，如果選擇了工作狀態(tài)是手動的時候，那么如果需要停止工作的話可以根據(jù)按鈕來對4臺泵進(jìn)行控制，這個功能主要的目的是為了實(shí)現(xiàn)對供應(yīng)水進(jìn)行檢測并且提供臨時的供水功能。

如果選擇的工作狀態(tài)是自動的時候，那么PLC首先就會根據(jù)變頻器對1臺加壓泵實(shí)施軟啟動，這個時候檢測到的管網(wǎng)壓力就會傳到變頻器中，而這個管網(wǎng)壓力的值的獲取是通過傳感器實(shí)現(xiàn)的，然后接著就將測得管網(wǎng)壓力和變頻器面板重提前設(shè)置好的壓力比較，在經(jīng)過了變頻器內(nèi)部的PID運(yùn)算之后，調(diào)節(jié)變頻器從而得到輸出功率。當(dāng)用水量處于高峰期，需求量比較大的時候，變頻器的輸出頻率就會和工頻比較接近，但是管網(wǎng)的壓力還是不能夠接近提前設(shè)置的壓力值。PLC把當(dāng)前的工作的變頻泵會進(jìn)行一個改變，從變頻改到工頻，同時將變頻器關(guān)掉，接著再把變頻器換成另一臺泵，接著由變頻器對該軟泵進(jìn)行軟啟動，從而能夠通過用水量的數(shù)值對選擇的水泵臺數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在保持了全流量的情況下根據(jù)變結(jié)合頻泵的不斷調(diào)節(jié)以及對工頻泵進(jìn)行分級，最終實(shí)現(xiàn)供水壓力和設(shè)定值保持一致。

5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 溫度變送器接線

圖2 溫度變送器接線圖

將溫度傳感器的二次儀表的接口4以及接口5進(jìn)行短接，其中溫度變送器中的C+表示的是PLC模擬量輸入口，而C-表示的是PLC模擬量輸入口，同時溫度傳感器二次儀表輸出的正極和C+進(jìn)行相互連接，而相反的溫度傳感器二次儀表的輸出的負(fù)極和C－口進(jìn)行相互連接，短接C+口以及RC口，對C－與PLC的M口也進(jìn)行短接。溫度變送器接線圖如圖2所示。

5.2 變頻器的PID參數(shù)設(shè)置

所謂的PID控制的含義指的是通過進(jìn)行PID的運(yùn)算從而對執(zhí)行量獲取的一個過程，并且可以對輸出的頻率進(jìn)行相應(yīng)的控制。與此同時PID運(yùn)算中的P指的是比例運(yùn)算，而I指的是進(jìn)行積分的運(yùn)算，而D指的是微分運(yùn)算，所以PID是集合了這三種運(yùn)算的一種技術(shù)。PID運(yùn)算中可以分為正和負(fù)兩種類型。而且通常的情況下，選擇負(fù)的作用占多數(shù)，而這里的負(fù)作用的含義就是如果設(shè)定值和反饋量的差值是為正的時候，這里的差值可以記為△，那么就會執(zhí)行量增加，也就是增加輸出頻率，反之當(dāng)偏差取為負(fù)的時候，執(zhí)行量就會得到減少。處于PID的控制器中，當(dāng)有壓力控制加到誤差信號的時候，控制電源驅(qū)動電路的放大方式可以分為三種。所謂的比例增益指的是向誤差信號所給出的瞬時響應(yīng)。而積分增益則是將誤差信號的積分得出，同時可以使得誤差能夠減到趨近于零。積分增益對于壓力信號中進(jìn)行過濾有很大的作用，能夠?qū)⒃胍羧サ?。而且微分增益會對?shí)測壓力進(jìn)行依賴，如果運(yùn)用是正確的時候，那么微分增益就會將受到的干擾的時間盡量縮短。關(guān)于PID設(shè)置相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 變頻器的參數(shù)設(shè)置

6 結(jié)語

本文主要是對恒壓供水的進(jìn)行了介紹，對該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概述，分析了目前的國內(nèi)外關(guān)于恒壓供水的現(xiàn)狀以及還對恒壓供水中設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行了分析。

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