探析PLC及變頻調(diào)速技術(shù)在二次加壓泵房恒壓供水中的應(yīng)用

【摘要】文章針對PLC及變頻調(diào)速技術(shù)在二次加壓泵房恒壓供水當(dāng)中的應(yīng)用進(jìn)行了一定得闡述。根據(jù)當(dāng)前工業(yè)恒壓供水系統(tǒng)中對于供水的要求及指標(biāo)，采用PLC及變頻調(diào)速技術(shù)來對水泵進(jìn)行控制，在該控制系統(tǒng)當(dāng)中包括軟件、硬件兩部分，同時(shí)在系統(tǒng)中引進(jìn)雙重濾波技術(shù)以及數(shù)字PID在線控制技術(shù)。下文對其軟件系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理等等進(jìn)行一定的闡述。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出結(jié)論，PLC及變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到二次加壓泵房恒壓供水當(dāng)中，具有很好的穩(wěn)定性及安全性。

【關(guān)鍵詞】PLC及變頻調(diào)速技術(shù)；二次加壓泵房；恒壓供水；技術(shù)應(yīng)用

在我國社會生活中，供水是居民生活和社會發(fā)展的重要組成部分，對于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。傳統(tǒng)的供水方式具有占地面積達(dá)、水質(zhì)易污染且投資成本較大等缺點(diǎn)，其中最為主要的缺點(diǎn)是在供水過程中水壓無法保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備無法正常運(yùn)作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的、成熟的交流電機(jī)無極調(diào)速技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，尤其是廣泛應(yīng)用到供水行業(yè)當(dāng)中。[1]然而，二次加壓泵房的恒壓供水過程中對于供水的安全性以及供水質(zhì)量具有較高的要求，于是要求恒壓供水技術(shù)更加嚴(yán)格，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到供水系統(tǒng)中。恒壓供水方式擁有技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便等等優(yōu)點(diǎn)，在泵站供水當(dāng)中具有如下功能：：維持水壓恒定；控制系統(tǒng)是否自動(dòng)運(yùn)行；自動(dòng)切換運(yùn)行多臺泵；系統(tǒng)的睡眠與喚醒；在線調(diào)整PID參數(shù)；泵組及路線保護(hù)檢測報(bào)警以及信號顯示等等。

1、恒壓供水系統(tǒng)硬件構(gòu)成

恒壓供水系統(tǒng)中的硬件結(jié)構(gòu)主要包括壓力傳感器、PLC以及變頻器，這些作為中心控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)所需的功能。

首先，壓力傳感器是安裝在管網(wǎng)干線中的，其作用是檢測管網(wǎng)的水壓，并將壓力轉(zhuǎn)化為電流信號，以提供給PLC變頻器。

其次，變頻器是水泵電機(jī)中的控制設(shè)備，能夠按照水壓恒定的需要來將頻率信號供給水泵電機(jī)以調(diào)整轉(zhuǎn)速。ASC變頻器的功能較為強(qiáng)大，其中預(yù)置了具有多種應(yīng)用功能的宏，也就是說，預(yù)先將參數(shù)及編制好，應(yīng)用宏來調(diào)整使用過程的參數(shù)，將使用中設(shè)定的參數(shù)的數(shù)量減少到最小，參數(shù)的缺省值，則根據(jù)宏的選擇不同。系統(tǒng)采用PID和閉環(huán)控制的方式來控制應(yīng)用宏。宏中提供6個(gè)輸入信號：啟動(dòng)/停止、模擬量給定、實(shí)際值、控制方式選擇、恒速、允許運(yùn)行；以及三個(gè)輸出信號：模擬輸出、繼電器輸出1、繼電器輸出2；DIP的開關(guān)選擇輸入0～10V電壓值或是0～20mA電流值。變頻器則根據(jù)給定值以及實(shí)際值，即根據(jù)恒壓時(shí)系統(tǒng)對應(yīng)的電壓設(shè)定值以及從壓力傳感器當(dāng)中獲得的反饋電流信號，利用PID來控制宏的自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來對所控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)的壓力能夠保持恒定。

通過分析泵站供水的實(shí)際情況以及需求，利用一臺變頻器來對3臺水泵進(jìn)行控制，不僅要改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還應(yīng)當(dāng)通過增減運(yùn)行泵臺數(shù)的方式來進(jìn)行水壓恒定的維持，直到運(yùn)行的泵滿工頻進(jìn)行抽水仍然無法保持恒壓時(shí)，則再投入下一臺泵來運(yùn)行。相反，若變頻器的輸出頻率降低到最小，壓力仍然過高，則必須要切除一臺運(yùn)行的泵。因此，不僅需要對其開關(guān)量進(jìn)行控制，還需要具備數(shù)據(jù)處理和分析的能力，采用3模擬量入來獲得模擬量的信號。它在應(yīng)用上的一個(gè)非常重要的優(yōu)勢就是由PLC進(jìn)行自動(dòng)采樣，實(shí)時(shí)將模擬量轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量，并將其存放在數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中，由數(shù)據(jù)處理的指令對其進(jìn)行調(diào)用，并將處理的結(jié)果隨時(shí)存放到指定的數(shù)據(jù)接觸器當(dāng)中。通過這一方式，能夠?qū)毫鞲衅鳟?dāng)中的電流信號及變頻器的輸出頻率信號都轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并提供給PLC，與恒壓對應(yīng)的電流值、頻率上下限等進(jìn)行比較，能夠?qū)崿F(xiàn)泵的快速切換以及轉(zhuǎn)速控制。

綜上所述，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)當(dāng)讓水泵在變頻器以及工頻電網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換過程盡量地迅速，保證供水連續(xù)，這樣能夠獲得較小的水壓波動(dòng)，提高供水質(zhì)量。但是原件的動(dòng)作過程較快，會導(dǎo)致回流對變頻器造成損壞，因此，為了防止故障發(fā)聲，硬件結(jié)構(gòu)中必須要設(shè)置閉鎖保護(hù)裝置。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件通常是采用梯形圖語言來編制的程序，能夠?qū)崿F(xiàn)對3臺泵的控制。它對3臺泵的控制過程，主要需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手動(dòng)、自動(dòng)切換、各個(gè)元件及參數(shù)初始化、信號及數(shù)據(jù)預(yù)處理以及泵啟動(dòng)、切換、停止等的條件、產(chǎn)生順序以及產(chǎn)生過程等的問題。當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到了上線，而供水的壓力未達(dá)到預(yù)設(shè)值的時(shí)候，就會發(fā)出加泵的信號，增加下一臺泵運(yùn)作來供水。當(dāng)供水的壓力達(dá)到了預(yù)設(shè)值，但是變頻器的輸出頻率降低到了頻率下限，則應(yīng)當(dāng)發(fā)出減泵的信號，切除在工頻運(yùn)行方式中的某一臺泵。例如，在系統(tǒng)剛剛啟動(dòng)過程中，情況較為簡單，首先將1號泵啟動(dòng)運(yùn)行就可以了。但是在3臺泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的情況就比較復(fù)雜了，任何1或2臺泵都可能正在工頻自動(dòng)方式下運(yùn)行，其他的泵則可能在變頻器的控制之下才運(yùn)行，因此，應(yīng)當(dāng)預(yù)先對增減泵的順序進(jìn)行設(shè)定。例如，獲得加泵的信號之后，按照1、2、3號泵的順序來優(yōu)先考慮加泵；當(dāng)獲得減泵的信號后，則根據(jù)3、2、1號泵的順序進(jìn)行優(yōu)先減泵。

為了防止在泵運(yùn)行的過程中發(fā)聲故障，軟件中同樣也需要設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)程序。在加減泵的過程中必須要設(shè)置原件動(dòng)作的先后順序以及相應(yīng)的延時(shí)，防止出現(xiàn)誤動(dòng)作?？紤]到系統(tǒng)工作環(huán)境對運(yùn)行狀態(tài)的影響，在設(shè)計(jì)中采用硬件、軟件上的雙重濾波來消除干擾的影響。硬件上變頻器提供了濾波時(shí)間常數(shù)，當(dāng)模擬輸入信號變化時(shí)，63%的變化發(fā)生在所定義的時(shí)間常數(shù)中；軟件上采用數(shù)字濾波的方式，系統(tǒng)采用平均值的方法。計(jì)算最近10次采樣的平均值，其計(jì)算公式如下：

結(jié)語：

根據(jù)上述軟件及硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以得出結(jié)論：該系統(tǒng)是按照工業(yè)生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)的，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的一系列功能，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性，在長時(shí)間運(yùn)行中取得了良好的效果，只需作相應(yīng)修改就可推廣到相關(guān)供水系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙勇飛，陳啟卷.PLC及變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中的應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2004-08-05.

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[3]王景虎.PLC及變頻調(diào)速技術(shù)在油泵恒壓供油系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013-06-01.