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      現(xiàn)代小區(qū)節(jié)能供水設(shè)計

      2017-04-19 11:28:13顧娟
      卷宗 2016年12期
      關(guān)鍵詞:變頻器

      顧娟

      摘 要:本系統(tǒng)介紹了一種基于舊式水塔供水的PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理。通過傳感器與PID調(diào)節(jié)來實現(xiàn)閉環(huán)控制,系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速或加、減泵,自動完成泵組軟啟動及無沖擊切換,使水壓平穩(wěn)過渡。

      關(guān)鍵詞:PLC;變頻器;PID調(diào)節(jié)器

      在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中,變頻調(diào)速控制是很常見的,特別是在供水領(lǐng)域的運用已經(jīng)很普遍,大到自來水廠,小到一幢住宅樓。采用恒壓供水大大的提高了供水的品質(zhì),但是由于很多住宅用的供水系統(tǒng)仍是舊式的,在進行新系統(tǒng)改造時會遇到一些理論上預(yù)料不到的情況。本系統(tǒng)充分考慮舊設(shè)備的運行情況,對其進行改造,提高了系統(tǒng)的利用率。

      1 系統(tǒng)介紹

      變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖1所示,它主要是由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、液位傳感器、動力控制線路以及4臺水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。

      通過安裝在出水管主網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號變成4-20mA的標準信號送入PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較,得出一調(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上;當用水量超過一臺泵的供水量時,通過PLC控制器加泵。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調(diào)速,實現(xiàn)恒壓供水。當供水負載變化時,輸入電機的電壓和頻率也隨之變化,這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

      此外,系統(tǒng)還設(shè)有多種保護功能,尤其是硬件/軟件備用水泵功能,充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。

      正常情況(無泵檢修)時,各泵的運行順序為1#,2#,3#,4#。

      2 工作原理

      2.1 運行方式

      該系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式:

      ⑴. 手動運行

      按下按鈕啟動或停止水泵,可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。

      ⑵. 自動運行

      合上自動開關(guān)后,1#泵電機通電,變頻器輸出頻率從0Hz上升,同時PID調(diào)節(jié)器接收到自壓力傳感器的標準信號,經(jīng)運算與給定壓力參數(shù)進行比較,將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器,如壓力不夠,則頻率上升到50Hz,1#泵由變頻切換為工頻,啟2#變頻,變頻器逐漸上升頻率至給定值,加泵依次類推;如用水量減小,從先啟的泵開始減,同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

      3 泵組工作的切換

      泵組的切換,開始時,1#泵變頻啟動,轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升,如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值,延時一段時間(避免由于干擾而引起誤動作)后,1#泵切換至工頻運行,同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz,2#泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則依次啟動3#、4#泵,泵的切換過程同上;若開始時1#泵備用,則直接啟2#變頻,轉(zhuǎn)速從0開始隨頻率上升,如變頻器頻率到達50Hz而此時水壓還在下限值,延時一段時間后,2#泵切換至工頻運行,同時變頻器頻率由50Hz滑停至0Hz,3#泵變頻啟動,如水壓仍不滿足,則啟動4#泵,泵的切換過程同上;若1#、2#泵都備用,則直接啟3#變頻,具體泵的切換過程與上述類同。

      4 PLC控制系統(tǒng)

      PLC選用SIEMENS公司的S7-200系列:由CPU226XP、DI/DO模塊、AI/AO模塊組成。PLC作為控制單元,是整個系統(tǒng)的控制核心。其主要的作用要體現(xiàn)以下幾方面:①完成對系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換。②完成對整個系統(tǒng)的邏輯控制及PID調(diào)節(jié)的運算。③將PID運算的數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬信號,作為調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率的控制信號。④通過通信電纜及USS4協(xié)議完成對變頻器內(nèi)部參數(shù)讀寫及控制。為了提高整個系統(tǒng)的性價比,該系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機的啟停、定時切換、軟起動、循環(huán)變頻及故障的報警等,而電機轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由PID調(diào)節(jié)器和變頻器來控制。

      5 變頻器、傳感器控制系統(tǒng)

      5.1 利用PID調(diào)節(jié)方式

      變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機無級調(diào)速驅(qū)動技術(shù),它以其獨特優(yōu)良的控制性被廣泛應(yīng)用在速度控制領(lǐng)域。特別是在供水行業(yè)中,由于生產(chǎn)安全和供水質(zhì)量的特殊需要,對恒壓供水壓力有著嚴格要求,變頻調(diào)速技術(shù)在本系統(tǒng)也得到了更加深入的應(yīng)用。

      5.2 傳感器

      壓電示傳感器是一種典型的自發(fā)電式傳感器。它是某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ),在外力作用下,在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷,從而實現(xiàn)非電量電測的目的。

      傳感器頂端的信號處理電路可將液位信號轉(zhuǎn)換成4-20mA標準信號輸出.磁致伸縮式液位計的測量范圍由磁致伸縮線的長度決定,可以長達十幾米,它可以替換差壓式、電容式、超聲波式、浮筒式或伺服式等傳統(tǒng)的液位計,具有可靠的工作性能.

      6 系統(tǒng)優(yōu)勢

      6.1 高效節(jié)能

      通過采用變頻調(diào)速恒壓控制,可在不同季節(jié)、全天不同時段內(nèi)有效即時地調(diào)控水量,這樣在用水量較低時,大大節(jié)約供水量,減少電耗。

      在設(shè)定壓力內(nèi)跟隨用水量供水,避免了傳統(tǒng)供水方式的損耗,降低噸水消耗。

      6.2 提高自動化水平

      根據(jù)系統(tǒng)建立自動控制系統(tǒng)的原則“分散控制、集中管理、現(xiàn)場無人值守”,變頻恒壓供水技術(shù)的應(yīng)用提高了自動控制系統(tǒng)的整體水平,真正作到了操作簡便安全,現(xiàn)場無人職守,運行安全可靠。

      7 結(jié)束語

      在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運行方式,系統(tǒng)可根據(jù)實際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機的轉(zhuǎn)速或加減泵,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值,以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資,并使系統(tǒng)處于可靠運行的狀態(tài);減泵時采用“先啟先?!钡那袚Q方式,相對于“先啟后?!狈绞剑艽_保各泵使用平均以延長設(shè)備的使用壽命;同時針對所用四臺泵均已使用,需要定期進行檢修的實際情況,增加了硬件/軟件備用功能,有效延長了設(shè)備的使用壽命;壓力閉環(huán)控制,系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定,大大提高了供水品質(zhì);變頻器故障后仍能保障不間斷供水,同時實現(xiàn)故障消除后自啟動,具有一定的可靠性.

      參考文獻

      [1] SIMENS、可編程序控制器S7-200操作手冊。

      [2]唐修波、變頻技術(shù)及應(yīng)用、北京;中國勞動社會保障出版社、2014

      [3]賀玲芳、PLC控制的全自動變頻恒壓供水系統(tǒng)、西安科技學院學報、2013.9、第20卷、第3期。

      [4]梁 森、自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、北京;機械工業(yè)出版社、2015.1

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