變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張靜偉

摘 要：本文是關(guān)于，步進(jìn)順序控制功能基于PLC和變頻器PID頻率自動(dòng)調(diào)整功能相結(jié)合的恒壓供水控制系統(tǒng)，由變頻器、PLC和三個(gè)泵，系統(tǒng)的操作，管網(wǎng)壓力傳感器在4～20ma電流信號(hào)輸入到變頻器PID控制器，PID控制器來調(diào)整頻率輸出值，改變泵速。當(dāng)用戶用水量增加，管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，變頻器的輸出頻率增加。當(dāng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，水泵轉(zhuǎn)速不再變化，管網(wǎng)壓力不變。當(dāng)泵不能滿足用水量的增加時(shí)，PLC會(huì)根據(jù)壓力的變化自動(dòng)增加泵的數(shù)量。當(dāng)管網(wǎng)用水量減少，不需要多臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，PLC會(huì)自動(dòng)減少泵的數(shù)量，使管網(wǎng)壓力恒定輸出，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

關(guān)鍵詞：變頻器；可編程控制器PLC；自動(dòng)控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.128

0 前言

我國城鎮(zhèn)市政管網(wǎng)的供水壓力通常維持在0.14MP左右，這樣的水壓只能滿足低層建筑供水的要求，高層建筑必須通過二次加壓才能滿足用水要求。以前大多采用常高壓給水系統(tǒng)，由水泵把水提升到水塔，再由水塔把水輸送給各用戶，結(jié)果增大了水泵的軸功率和能量損耗，非常不經(jīng)濟(jì)；本系統(tǒng)將采用PLC與變頻器相結(jié)合的方式來控制水泵的切換和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，使管網(wǎng)壓力恒定輸出。

1 變頻恒壓供水系統(tǒng)組成和設(shè)備選擇

1.1 系統(tǒng)組成

小區(qū)變頻恒壓供水系統(tǒng)通常是由水井、水泵、壓力傳感器、變頻器、管網(wǎng)組成。工作流程是利用設(shè)置在管網(wǎng)上的壓力傳感器將管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)因用水量的變化引起的水壓變化，及時(shí)將信號(hào)（4-20mA或0-10V）反饋到變頻器PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器對(duì)比設(shè)定控制壓力進(jìn)行運(yùn)算后給出相應(yīng)的變頻指令，改變水泵的轉(zhuǎn)速，使得管網(wǎng)的水壓與控制壓力一致。

1.2 變頻器和可編程控制器（PLC）選型

本文選用日本三菱公司的FX2N系列的PLC和 FR-A700系列變頻器。

2 控制原理簡述如下

2.1 控制過程

該系統(tǒng)由一個(gè)變頻器、一個(gè)PLC和三個(gè)泵組成。利用變頻器的PID功能和PLC實(shí)現(xiàn)1 - 3自動(dòng)恒壓供水的變頻。自動(dòng)/手動(dòng)切換。

控制過程：系統(tǒng)啟動(dòng)后，壓力傳感器對(duì)水管內(nèi)壓力進(jìn)行測量。如果水管的壓力小于設(shè)定值，PID值調(diào)整，輸出值增加時(shí)，變頻器的輸出頻率的增加，泵的速度增加 ，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到49赫茲，從變頻水泵切換操作電源頻率操作。如果水壓沒有達(dá)到設(shè)定值，則繼續(xù)變頻啟動(dòng)第二臺(tái)水泵，直到三臺(tái)水泵都啟動(dòng)到最大供水壓力為止。當(dāng)供水大于用水量時(shí)，逆變器降低輸出頻率，泵轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)變頻器輸出頻率降低到20HZ時(shí)，泵停止工作。如果在半夜不用水，所有的水泵就會(huì)停止運(yùn)行。

2.2 PLC控制的步進(jìn)程序

該程序由步驟指令的設(shè)置和復(fù)位指令完成。步控實(shí)際上只有兩條指令。 STL，步控制開始。完成所有步驟控制后，使用返回命令RET返回到開始步驟S0然后循環(huán)向下。從一個(gè)STL開始到下一個(gè)STL是一個(gè)“步驟”； SET是一個(gè)設(shè)置命令，將線圈設(shè)置為1狀態(tài) - “上電”，RST是復(fù)位命令，將線圈復(fù)位為0狀態(tài) - “斷電釋放”； ZRST是批量復(fù)位命令。例如，所有三個(gè)計(jì)數(shù)器，例如C10-C12，都會(huì)立即復(fù)位； M8002是一個(gè)特殊繼電器，當(dāng)它接觸電源時(shí)（相當(dāng)于上升沿）電氣閉合。脈沖），它將在以后正常打開。這里使用的是程序啟動(dòng)時(shí)的初始化過程。

3 結(jié)論

本文研究了變頻器與PLC相結(jié)合的恒壓供水系統(tǒng)。采用三菱FX系列PLC靈活的步進(jìn)指令控制功能，可根據(jù)管網(wǎng)用水量隨時(shí)切換三臺(tái)泵。壓力傳感器的管網(wǎng)壓力信號(hào)為4 - 20毫安電流信號(hào)給變頻器PID 控制器、PID比例積分控制器根據(jù)壓力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制水泵的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水自動(dòng)控制，不需要人工干預(yù)，節(jié)省了大量水和能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最佳方式。

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