自來(lái)水供水中水泵變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用分析

孫連彬

摘 要：變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，可有效提高供水工程的穩(wěn)定性與可靠性，實(shí)現(xiàn)恒壓供水，能夠滿(mǎn)足各種工況下的供水需求。本文將可編程控制器與變頻器相結(jié)合，運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)自來(lái)水恒壓供水。在系統(tǒng)中采用PLC技術(shù)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，經(jīng)測(cè)試后工作穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制變頻器的頻率變化，即使水泵出現(xiàn)故障，也依然能夠保持正常工作狀態(tài)，在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)明顯。

關(guān)鍵詞：自來(lái)水;供水;變頻;調(diào)速;設(shè)計(jì)

現(xiàn)在人們將許多的自動(dòng)化控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等運(yùn)用到供水系統(tǒng)中，使得供水系統(tǒng)跟上時(shí)代的發(fā)展。恒壓供水系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便等優(yōu)勢(shì)，在保證穩(wěn)定性的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了資源的高效利用，避免了水資源的浪費(fèi)，有效地節(jié)省了資金。

1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

1.1硬件設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)計(jì)方案為用1臺(tái)變頻器控制4臺(tái)電機(jī)中的1臺(tái)，當(dāng)其中1臺(tái)受變頻器控制時(shí)，其他電機(jī)都以工頻運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際情況判斷變頻器控制哪一臺(tái)電機(jī)。這種方案在減少了變頻器臺(tái)數(shù)的同時(shí)，并沒(méi)有減少該系統(tǒng)應(yīng)有的功能[1]。該系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括以下幾個(gè)部分：PLC、變頻器、水泵電機(jī)組、壓力傳感器、液位傳感器。

1.2 PLC的選型

可編程控制器選擇型號(hào)為S7-200-226PLC，變頻器等其他器件在該控制器上都有連接點(diǎn)。輸出的電流大小為400 m A。該CPU擁有24個(gè)輸入點(diǎn)、16個(gè)輸出點(diǎn)。此外，有一個(gè)EM222模塊上有8個(gè)數(shù)字量輸出，它屬于一種小型PLC，但有著特別強(qiáng)大的功能，可以代替許多硬件完成復(fù)雜工作。模擬量選擇EM235模塊，它的輸入點(diǎn)有4個(gè)，輸出點(diǎn)有1個(gè)[3]。該模塊將1～5 V的信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，1 V對(duì)應(yīng)為3 200，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后為0～32 000，同時(shí)將模擬量輸出模塊也轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

1.3變頻器的選型

變頻器型號(hào)為MICROMASTER 430，該變頻器是水泵類(lèi)負(fù)載專(zhuān)用的變頻器[4];它的最低功率為7.5 k W，最高功率為250 k W，三相交流電為380～480 V;它擁有特別高的穩(wěn)定性和靈敏性，可以操控軟件實(shí)現(xiàn)多種功能。在水泵的多泵切換中，一個(gè)變頻器控制多臺(tái)水泵的啟停。水泵是通過(guò)接觸器投入系統(tǒng)運(yùn)行，變頻器通過(guò)輸出繼電器控制接觸器，從而控制水泵的投入數(shù)量;該變頻器不僅可以控制數(shù)量，還可以控制單臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到恒壓的狀態(tài)。

1.4水泵電機(jī)組

水泵選擇IS100-65-315型水泵。國(guó)標(biāo)單極單吸離心式清水泵;泵的吸入口直徑為100 mm;泵的出水口直徑為65 mm;泵的葉輪直徑為315 mm。電機(jī)選擇Y80-355小型三相變頻異步電機(jī)，該電機(jī)擁有安全可靠的制動(dòng)功能。

1.5壓力傳感器的選型

壓力傳感器選擇MIK-P300，它采用了強(qiáng)度比較高的一種芯體，是集成電路，可以將壓力傳感器接收到的信號(hào)快速轉(zhuǎn)化為0～5 V直流或0～10 V直流、4～20 m A的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可以直接與PLC連接，還可以遠(yuǎn)距離傳輸;其材質(zhì)為不銹鋼，可在腐蝕性環(huán)境中工作?？垢蓴_能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，而且結(jié)構(gòu)種類(lèi)多，可以在溫度為-40～85℃的環(huán)境下使用，具有極高的性?xún)r(jià)比。

1.6液位變送器的選型控制要求

液位變送器選擇的型號(hào)為MIK-P260，可以直接與PLC相連接。該變送器廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，工作溫度為0～85℃、精度為±0.5%FS、溫漂為2%FS（0～60℃）、24V直流供電、多級(jí)電氣保護(hù);設(shè)置量程為0～7m。

2控制電路設(shè)計(jì)

2.1控制要求和控制電路

在啟動(dòng)系統(tǒng)之前，先設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)（包括壓力值的上限和下限，液位測(cè)量值的上限和下限），控制電機(jī)的啟停。當(dāng)監(jiān)測(cè)到水位低于下限值時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)補(bǔ)水閥，向水池中自動(dòng)供水;監(jiān)測(cè)到水池水位超過(guò)上限值時(shí)，停止補(bǔ)水;當(dāng)監(jiān)測(cè)到水池沒(méi)有水時(shí)，所有的電機(jī)都停止工作，并且每隔一段時(shí)間輪詢(xún)一次，以保證電機(jī)正常工作[2]。

當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，第一臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)，隨著水壓的上升，第一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越來(lái)越快，當(dāng)達(dá)到一個(gè)上限值之后，第一臺(tái)電機(jī)變?yōu)楣ゎl運(yùn)行，此時(shí)第二臺(tái)電機(jī)連接變頻器，開(kāi)始變頻運(yùn)行，第三臺(tái)、第四臺(tái)電機(jī)依次類(lèi)推，直到滿(mǎn)足當(dāng)前水壓要求，電機(jī)停止加速;當(dāng)檢測(cè)到水壓下降，低于設(shè)定值時(shí)，最后一臺(tái)電機(jī)頻率減小，速度降低，然后依次減泵，如果壓力值還是大于設(shè)定值，則所有的電機(jī)退出工作。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式時(shí)，由人工控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止，第一臺(tái)電機(jī)以工頻運(yùn)行。

當(dāng)某一臺(tái)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該臺(tái)電機(jī)的故障指示燈亮，并且自動(dòng)退出供水，其余電機(jī)仍正常工作，這時(shí)就可以檢修故障電機(jī)，檢修完后重新投入工作，不會(huì)影響其他電機(jī)的正常運(yùn)行。

2.2 PLC模塊接線(xiàn)圖

該P(yáng)LC的供電電源為24 V直流電，主電路連接220 V的交流電，經(jīng)過(guò)KM1與PLC相連接，EM235模塊負(fù)責(zé)模擬量的輸入和輸出，接壓力傳感器和液位變送器，另一塊與變頻器連接，用于控制變頻器的啟動(dòng)與停止。

3系統(tǒng)運(yùn)行仿真

在組態(tài)王6.55軟件中啟動(dòng)工程瀏覽器，從中找到設(shè)備，選擇COM2進(jìn)入設(shè)備串口的設(shè)定，對(duì)通信參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。波特率設(shè)置為9 600，通信超時(shí)9 000 ms，通信方式為RS232，參數(shù)設(shè)定完成后與PLC連接;選擇“西門(mén)子”P(pán)LC的型號(hào)為S7-200，然后將通信方式選擇為PPI，PPI通信為“西門(mén)子”S7-200專(zhuān)有的一個(gè)通信協(xié)議，其他型號(hào)的可編程控制器是沒(méi)有的[3]。將PLC的地址與數(shù)據(jù)類(lèi)型一一對(duì)應(yīng)，添加與系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)變量，分別有4臺(tái)水泵、工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行、輪詢(xún)時(shí)間、壓力設(shè)定、故障反饋、水位設(shè)定等參數(shù)。變量類(lèi)型包括內(nèi)存實(shí)數(shù)型、內(nèi)存整數(shù)型、內(nèi)存離散變量、I/O離散、實(shí)數(shù)變量等。設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控界面。通過(guò)程序多次調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)增大或減小壓力測(cè)定值觀(guān)察4臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)情況;每臺(tái)電機(jī)都有故障按鈕，可以進(jìn)行故障測(cè)試，同時(shí)有急停按鈕。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)點(diǎn)開(kāi)實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、報(bào)警畫(huà)面，都會(huì)有相對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)和數(shù)值[4]。

4結(jié)語(yǔ)

文章首先闡述了恒壓供水系統(tǒng)在現(xiàn)代生活中的重要性，接著指出了變頻恒壓供水的必然性，然后圍繞系統(tǒng)的主電路及控制電路的設(shè)計(jì)，提出基于PLC的變頻調(diào)速的控制策略，最后通過(guò)組態(tài)王軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證了此系統(tǒng)的可行性。該系統(tǒng)不僅能保證供水的可靠性，還具有施工方便、維修簡(jiǎn)易、節(jié)能效果好的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]高靜.變頻恒壓供水控制系統(tǒng)在軟水站的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2020（08）：27-28.

[2]藏博.自來(lái)水供水中水泵變頻調(diào)速技術(shù)分析[J].江西建材，2017（18）：65+64.

[3]朱利歡.水泵電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用探微[J].裝備維修技術(shù)，2019（03）：151.

[4]白蕾，孟嬌嬌，辛旗.基于PLC與變頻器的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2018，41（04）：61-65.