PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)

摘要： 本文介紹了我們生活小區(qū)供水系統(tǒng)的要求，講述了現(xiàn)供水系統(tǒng)存在的問題，為了解決存在的問題，提高供水系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，采用PLC與變頻器構(gòu)成恒壓變頻供水系統(tǒng)來進行改造，改造后的系統(tǒng)完全可以達到各用戶用水的要求。 關(guān)鍵詞： 恒壓供水 PLC 變頻器 傳感器 一、引言： 生活小區(qū)有近千用戶，現(xiàn)在的供水系統(tǒng)，在用水量大的時間段，出現(xiàn)嚴(yán)重的供水不足，水壓下降，嚴(yán)重影響住戶的生活質(zhì)量?，F(xiàn)供水系統(tǒng)采用水泵定速控制，通過改變閥門的大小的方法調(diào)節(jié)流量和壓力，以達水壓恒定。這種方式在運行中存在以下問題。 1.人工操作存在調(diào)節(jié)滯后，整個系統(tǒng)穩(wěn)定性差，自動化程度低，使得溢水管經(jīng)常排水造成資源浪費； 2.水泵定速運行，不僅造成電能的浪費，而且由于泵長期高速運行，易使軸承損壞，影響泵的使用壽命，且備用水泵出現(xiàn)過銹死的現(xiàn)象； 3.每年夏天用水高峰時段水壓不能得到保證，當(dāng)出現(xiàn)了突發(fā)性電網(wǎng)故障時，由于水量不足給住戶生活造成不便； 為了提供恒壓供水，因而對生活小區(qū)供水系統(tǒng)進行改造就顯得非常重要。 二、系統(tǒng)要求： 1.原供水系統(tǒng) 原供水系統(tǒng)采用兩臺（一臺備用）７.５KW電機控制水塔水位，通過改變閥門的大小的方法調(diào)節(jié)流量和壓力，以達到調(diào)節(jié)水壓供水，系統(tǒng)中電機采用硬啟動，且供水中只有一種壓力。 2.改造后供水系統(tǒng)要求 (1)供水管網(wǎng)壓力按時間自動變化如圖一曲線所示。 (2)水泵工作時可由變頻運行轉(zhuǎn)換為工頻運行，也可由工頻運行轉(zhuǎn)換為變頻運行，工頻運行與變頻運行之間有連鎖控制。 (3)當(dāng)電機由變頻運行切換至工頻電網(wǎng)運行和由工頻電網(wǎng)切換到變頻器電動運行時，必須有一定的延時，進行速度穩(wěn)定后接觸器才自動合閘，以防止操作過電壓和電機高速產(chǎn)生的感應(yīng)電勢損壞電力電子器件。 (4) 具有自動、穩(wěn)定、節(jié)能、經(jīng)濟等。 三、改造方案確定及系統(tǒng)的構(gòu)成 1.改造方案 (1)根據(jù)系統(tǒng)節(jié)能、經(jīng)濟的要求選用三臺10KW電機控制三臺水泵進行供水。其中一臺備用，當(dāng)用水高峰時兩臺水泵運行以滿足水壓要求，用水低峰時一臺水泵運行，實現(xiàn)節(jié)能目的。 (2)選用PLC、變頻器、壓力傳感器、時控開關(guān)作為控制單元，實現(xiàn)出水管網(wǎng)壓力的自動化控制，水泵之間的自動切換和閥門的自動開關(guān)等，大幅度提高設(shè)備的自動化水平和可靠度。 2.系統(tǒng)構(gòu)成 變頻器是調(diào)速核心設(shè)備，其主要作用是通過改變輸出電源頻率而對電機，水泵實現(xiàn)無級調(diào)速，達到隨用水量變化而自動調(diào)節(jié)電機、水泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)保持恒壓的目的。另外，系統(tǒng)通過軟硬件實現(xiàn)過壓過流過熱等較齊全的保護功能，以及對電機實施熱啟動，每臺水泵均具有變頻，手動等操作功能。從而，根據(jù)用水所需的壓力來調(diào)節(jié)電機速度控制壓力，達到節(jié)能的目的。 四、系統(tǒng)改造 1.元件選型 (1)時控開關(guān)選用LT311A型時控開關(guān)。它為單片機可編程時間控制器，具有24個可預(yù)置的時間程序，按順序設(shè)置可組成12對定時開關(guān)。其中1～8程序組成4對定時開關(guān)為第一路輸出，9～16程序組成4對定時開關(guān)為第二路輸出，17～24程序組成4對定時開關(guān)為第三路輸出，若將三路輸出合并為一路使用，可實現(xiàn)每天12次開12次關(guān)的定時控制。其使用接線如圖三所示。 (2)壓力傳感器選用PS4型壓力傳感器，該傳感器具有開關(guān)量與模擬量輸出功能，傳感器的測量范圍為0.3~0.8Mpa，外形引腳如圖四所示。其開關(guān)量輸出可通過壓力預(yù)置，當(dāng)檢測到的壓力達到預(yù)置壓力時開關(guān)閉合。 (3) PLC選型：根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出點數(shù)選擇。時控開關(guān)有三個時控輸出信號，再加上啟動、停止，手動控制三臺電機及六個電磁閥等共計有22個輸入點，22個輸出點；另整個系統(tǒng)對PLC沒有特殊功能指令要求，因此可選擇經(jīng)濟小型的FXON-60MR型PLC。 (4)根據(jù)電機的功率選擇變頻器：電機功率為10KW，可選擇日本三菱公司的FR-A540-10KW變頻器，其變頻器本身具有制動功能，可不用外接制動元件。 2.全系統(tǒng)控制 (1)時間壓力匹配控制 ①時控開關(guān)時間設(shè)定：0:00~5:00,11:00~14:00,21:00~24:00為1~6組時間程序，由第一路輸出；5:00~8:00,14:00~17:00為8~11組時間程序，由第二路輸出；8:00~11:00,17:00~21:00為17~20組時間程序由第三路輸出。然后接于PLC輸入端的X10、X11、X12端子。 ②壓力設(shè)置分別為0.38MPa、0.5MPa、0.47MPa、0.52MPa、0.48MPa、0.53MPa、0.42MPa，其實現(xiàn)可通過PLC輸出的開關(guān)量信號來控制變頻器2端子輸入電壓大小以達到實現(xiàn)的目的。其電氣接線圖如圖五所示。 ③變頻器在某一時段給定壓力后，與壓力傳感器檢測到的壓力信號反饋到變頻器的4端子進行比較，可隨時調(diào)整變頻器輸出頻率，以達到實際壓力與給定壓力相等，從而實現(xiàn)了變頻器的PID控制。 (2)變頻運行與工頻運行的轉(zhuǎn)切換 當(dāng)電機的變頻供電頻率上升到工頻運行時，則PLC控制繼電器斷開變頻器的供電，直接由電網(wǎng)進行供電，當(dāng)供水管壓力還達不到要求時，第二臺電機變頻啟動運行。根據(jù)現(xiàn)場實測情況有如下特點：當(dāng)壓力達到0.5Mpa時變頻器輸出頻率為工頻，此時要求將變頻運行切換成電網(wǎng)供電運行。其實現(xiàn)是將壓力傳感器設(shè)定值為50Hz，通過傳感器開關(guān)量的輸出來控制PLC，實現(xiàn)電機變頻與電網(wǎng)運行的切換。PLC控制變頻及電機運行的情況如下表: (3)PLC輸入、輸出分配表 (4)PLC梯形圖如圖七所示。 (5)變頻器程序設(shè)置如下： Pr79=2；(操作模式選擇外部操作模式) Pr128=20；(PID控制動作選擇負(fù)反饋) Pr129=300%；(PID比例范圍) Pr130=180s；(PID積分時間) Pr134=3s；(PID微分時間) Pr1=10Hz；(下限頻率) Pr2=50Hz；(上限頻率) Pr904=0mA;0Hz；(傳感器輸出校正) Pr905=16mA;50Hz；(傳感器輸出校正) 五、結(jié)束語： 采用該PLC控制的恒壓變頻供水系統(tǒng)肯定能保證小區(qū)用戶的用水，同時很大程度上降低了維修的勞動強度和延長了設(shè)備的使用壽命，實現(xiàn)了真正的自動控制，不僅可解決了現(xiàn)供水系統(tǒng)存在的問題，而且節(jié)能效果顯著。因此，從節(jié)能和改善用戶的生活條件上有著重大的價值。