基于CPM1APLC變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計

張志濤

摘 要 隨著社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)采用先進的變頻調(diào)速、PLC等技術(shù)組成一閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于民用建筑、生產(chǎn)用水，可使水泵出口壓力保持恒定。

關(guān)鍵詞 水泵供水 變頻器 恒壓控制 PLC

中圖分類號：TU821；TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1系統(tǒng)概述

1.1供水系統(tǒng)的發(fā)展

當(dāng)今社會的供水方式向高效節(jié)能、自動可靠的方向發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，應(yīng)用在城鄉(xiāng)工業(yè)用水的各級加壓系統(tǒng)、居民生活用水的恒壓供水系統(tǒng)中。在變頻恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前也有很多供水方式，如恒速泵直接供水和水塔供水等方式，但這些傳統(tǒng)的供水方式，由于供水穩(wěn)定性差、設(shè)備成本過高和場地受限等原因，已經(jīng)不能很好地滿足人們?nèi)粘５墓┧枰?。隨著變頻器的問世，變頻調(diào)速技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

1.2系統(tǒng)設(shè)計工況簡介

3臺水泵供水，壓力控制點設(shè)在水泵出口處，用變頻器、CPM1A PLC、調(diào)節(jié)器等組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保正水泵出口壓力恒定。水泵的切換方式為：第一臺泵作變頻泵，第二、三臺泵作變頻備用泵。當(dāng)?shù)谝慌_水泵運行至工頻時切換至工頻電網(wǎng)，第二臺水泵變頻運行；當(dāng)?shù)诙_水泵運行至工頻且壓力達(dá)不到要求時，切換至工頻，第三臺泵變頻起動。用水量減少時，依次停下第三臺水泵，第二臺水泵，順序運行。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，所有水泵停機，報警。

1.3變頻恒壓供水系統(tǒng)原理分析

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的基本原理是：通過安裝在管網(wǎng)上的壓力傳感器，把水壓轉(zhuǎn)換成4～20mA的模擬信號，采用電動機調(diào)速裝置（變頻器）與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(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)流量變化時達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有變頻器、可編程序控制器、壓力變送器和水泵機組一起組成的完整閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2系統(tǒng)設(shè)計

2.1系統(tǒng)主電路設(shè)計

由設(shè)計工況可知，每臺水泵都有變頻運行和工頻運行兩種工作狀態(tài)，每臺水泵都受兩個接觸器控制，一個接觸器使水泵與變頻器連接，另外一個接觸器使水泵與電網(wǎng)電壓連接。在啟動變頻調(diào)速時，先斷開第一臺的變頻運行，切換為工頻運行，再使第二臺水泵與變頻器連接。在停止變頻調(diào)速時，先斷開第三臺的變頻運行，斷開第二臺的工頻運行，再使第二臺水泵與變頻器連接。切換時中間繼電器控制使變頻器無輸出，這些都是由PLC控制的。

2.2控制電路的設(shè)計

本系統(tǒng)使用OMRON CPM1A 系列PLC，在輸入點方面，系統(tǒng)設(shè)有手動/自動、工作/檢修、夜間三個旋鈕開關(guān)需3個輸入點；自動運行狀態(tài)下，控制起動和停止需2個輸入點；手動運行狀態(tài)下，每臺水泵都有起動和停機按鈕，需8個輸入點；每臺水泵都有故障監(jiān)測，需4個輸入點；壓力傳感器的檢測信號經(jīng)PID的比較分析會產(chǎn)生壓力上限、下限兩種信號，需2個輸入點；系統(tǒng)的液位監(jiān)測也需1個液位下限的輸入；變頻器的故障也需1個輸入點，共需21個輸入點。在輸出點方面，水泵M1、M2，M3即可變頻運行，也可工頻運行，M4只需工頻運行，需PLC的7個輸出點；變頻器的運行與關(guān)斷由PLC的1個輸出點，變頻器的故障報警與顯示需1個輸出點；切換時，中間繼電器控制使變頻器無輸出需1個輸出信號控制；每臺水泵的都有故障顯示燈，需4個輸出點，輸出點數(shù)量為14個。本系統(tǒng)選用CPM1A-40CDR-A-V1型PLC。

2.3系統(tǒng)工況分析

自動運行時液位下限的常閉閉合，當(dāng)按下自動起動按鈕進入自動運行狀態(tài)，變頻器運行，按下停機按鈕變頻器則停止運行，當(dāng)夜間旋鈕開關(guān)閉合或者變頻器出現(xiàn)故障時，變頻器則會停止運行，出現(xiàn)水位下限信號時變頻器亦會停止工作。

當(dāng)變頻器開始運行時，1#水泵開始變頻運行。當(dāng)?shù)谝淮嗡畨旱竭_(dá)下限時，1#泵變頻運行斷開，2#泵變頻運行起動，此時1#泵需切換到工頻運行，為了避免出現(xiàn)工頻、變頻同時接通的情況，所以延時5s后1#泵切換至工頻運行。

1#水泵切換至工頻后，2#泵變頻運行，當(dāng)?shù)诙嗡畨旱竭_(dá)下限時，不滿足供水需求，2#泵變頻運行斷開，3#開始變頻運行，此時2#泵需切換到工頻運行，為了避免出現(xiàn)工頻、變頻同時接通的情況，所以延時5s后2#泵切換至工頻運行。

第二次壓力下限到達(dá)后，定時器1接通，延時5秒，2#泵切換至工頻，3#泵在延時前已經(jīng)變頻運行，當(dāng)前1#泵、2#泵工頻運行，3#泵變頻運行。當(dāng)夜間工作模式開啟或者變頻器故障時，3臺泵均停機。

當(dāng)用水量需求減小時，管網(wǎng)的壓力減小，通過壓力傳感器的信號檢測，傳來壓力上限信號，此時計數(shù)器1復(fù)位，3#泵與變頻器切斷停機，2#泵工頻斷開，延時5秒后，2#泵變頻起動。此時2#泵變頻運行，1#泵保持工頻運行。

用計數(shù)器2來計數(shù)壓力上限信號，當(dāng)?shù)诙紊舷扌盘柕竭_(dá)，計數(shù)器輸出ON，此時2#泵變頻斷開，1#工頻斷開，延時5秒后定時器2輸出ON信號，1#變頻運行。

當(dāng)夜間用水量不大的時候，開啟夜間模式，則1#、2#、3#均停機待起，此時夜間泵變頻運行起動。當(dāng)傳來水位下限信號或者變頻器故障，夜泵則將停止工作。

每臺泵都有各自的故障報警指示燈。當(dāng)工作狀態(tài)時，變頻器故障，變頻器故障指示燈變亮，并報警，當(dāng)把系統(tǒng)轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)時，變頻器故障燈與警鈴都斷開。

參考文獻(xiàn)

[1] 張承慧，崔納新，李珂.交流電機變頻調(diào)速及其應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2008.

[2] 馬小軍.建筑電氣控制技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2012.