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PLC及變頻調速技術(shù)在箱式泵站恒壓供水中的應用

2022-2-8 9:53:29??????點(diǎn)擊:

0 引言

    供水系統是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統供水方式占地面積大,水質(zhì)易污染,基建投資多,而最主要的缺點(diǎn)是水壓不能保持恒定,導致部分設備不能正常工作。變頻調速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機無(wú)極調速技術(shù),它以其獨特優(yōu)良的控制性能被廣泛應用于速度控制領(lǐng)域,特別是箱式泵站恒壓供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要,對恒壓供水壓力有著(zhù)嚴格的要求,因而變頻調速技術(shù)得到了更加深入的應用。箱式泵站恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運行可靠、節約電能、自動(dòng)化程度高,在箱式泵站恒壓供水中可完成以下功能:

(1)維持水壓恒定;

(2)控制系統可手動(dòng)/自動(dòng)運行;

(3)多臺泵自動(dòng)切換運行;

(4)系統睡眠與喚醒。當外界停止用水時(shí),系統處于睡眠狀態(tài),直至有用水需求時(shí)自動(dòng)喚醒;

(5)在線(xiàn)調整PID參數;

(6)泵組及線(xiàn)路保護檢測報警,信號顯示等。

    將管網(wǎng)的實(shí)際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進(jìn)行比較,當管網(wǎng)壓力不足時(shí),變頻器增大輸出頻率,水泵轉速加快,供水量增加,迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉速減慢,供水量減小,管網(wǎng)壓力下降,保持恒壓供水。


1 箱式泵站恒壓供水系統硬件構成

    箱式泵站恒壓供水系統采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為中心控制裝置,實(shí)現所需功能。

    安裝在管網(wǎng)干線(xiàn)上的壓力傳感器,用于檢測管網(wǎng)的水壓,將壓力轉化為4~20mA的電流信號,提供給PLC與變頻器。

    變頻器是水泵電機的控制設備,能按照水壓恒定需要將0~50Hz的頻率信號供給水泵電機,調整其轉速。ACS變頻器功能強大,預置了多種應用宏,即預先編置好的參數集,應用宏將使用過(guò)程中所需設定的參數數量減小到最小,參數的缺省值依應用宏的選擇而不同。系統采用PID控制的應用宏,進(jìn)行閉環(huán)控制。該宏提供了6個(gè)輸入信號:?jiǎn)?dòng)/停止(DI1、DI5)、模擬量給定(AI1)、實(shí)際值(AI2)、控制方式選擇(DI2)、恒速(DI3)、允許運行(DI4);3個(gè)輸出信號:模擬輸出(頻率)、繼電器輸出1(故障)、繼電器輸出2(運行);DIP開(kāi)關(guān)選擇輸入0~10V電壓值或0~20mA電流值(系統采用電流值)。變頻器根據給定值AI1和實(shí)際值AI2,即根據恒壓時(shí)對應的電壓設定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號,利用PID控制宏自動(dòng)調節,改變頻率輸出值來(lái)調節所控制的水泵電機轉速,以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

    根據箱式泵站恒壓供水實(shí)際情況與需求,利用一臺變頻器控制3臺水泵,因此除改變水泵電機轉速外,還要通過(guò)增減運行泵的臺數來(lái)維持水壓恒定,當運行泵滿(mǎn)工頻抽水仍達不到恒壓要求時(shí),要投入下一臺泵運行。反之,當變頻器輸出頻率降至最小,壓力仍過(guò)高時(shí),要切除一臺運行泵。所以不僅需要開(kāi)關(guān)量控制,還需數據處理能力,采用FX-4AD(4模擬量入)獲得模擬量信號。它在應用上的一個(gè)重要特征就是由PLC自動(dòng)采樣,隨時(shí)將模擬量轉換為數字量,放在數據寄存器中,由數據處理指令調用,并將計算結果隨時(shí)放在指定的數據接觸器中。通過(guò)其可將壓力傳感器電流信號和變頻器輸出頻率信號轉換為數字量,提供給PLC[1>,與恒壓對應電流值、頻率上限、頻率下限(考慮到水泵電機在低速運行時(shí)危險,必須保證其頻率不低于20Hz,因此頻率上限設為工頻50Hz,下限設為20Hz)進(jìn)行比較,實(shí)現泵的切換與轉速的變化。

    箱式泵站恒壓供水系統在設計時(shí)應使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過(guò)程盡可能快,以保證供水的連續性,水壓波動(dòng)盡可能小,從而提高供水質(zhì)量。但元件動(dòng)作過(guò)程太快,會(huì )有回流損壞變頻器。為了防止故障的發(fā)生,硬件上必須設置閉鎖保護,即1Q與4Q,2Q與5Q,3Q與6Q不能同時(shí)閉合。


2 箱式泵站恒壓供水系統軟件設計

    箱式泵站恒壓供水控制系統軟件是指用梯形圖語(yǔ)言編制的對3臺泵進(jìn)行控制的程序。它對3臺泵的控制,主要解決系統的手動(dòng)及自動(dòng)切換、各元件和參數的初始化、信號及通訊數據的預處理、3臺泵的啟動(dòng)、切換及停止的條件、順序、過(guò)程等問(wèn)題。

    當變頻器輸出頻率達到頻率上限,供水壓力未達到預設值時(shí),發(fā)出加泵信號,投入下1臺泵供水。當供水壓力達到預設值,變頻器輸出頻率降到頻率下限時(shí),發(fā)出減泵信號,切除在工頻運行方式中的1臺泵。系統剛啟動(dòng)時(shí),情況簡(jiǎn)單,首先啟動(dòng)一號泵即可。但考慮3臺泵聯(lián)合運行時(shí)情況復雜,任1臺或2臺泵可能正在工頻自動(dòng)方式下運行,而其他泵則可能在變頻器控制下運行,因此必須預先設定增減水泵的順序。即獲得加泵信號后,按照1號泵、2號泵、3號泵的順序優(yōu)先考慮。獲得減泵信號后,按照3號泵、2號泵、1號泵的順序優(yōu)先考慮。

    為了防止故障的發(fā)生,軟件上也必須設置保護程序,保證1Q與4Q、2Q與5Q、3Q與6Q不能同時(shí)閉合。在加減泵時(shí)必須設置元件動(dòng)作順序及延時(shí),防止誤動(dòng)作發(fā)生。

    考慮到系統工作環(huán)境對運行狀態(tài)的影響,在設計中采用硬件、軟件上的雙重濾波來(lái)消除干擾的影響。硬件上變頻器提供了濾波時(shí)間常數,當模擬輸入信號變化時(shí),63%的變化發(fā)生在所定義的時(shí)間常數中;軟件上采用數字濾波的方式,系統采用平均值的方法。





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