高樓恒壓供水控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

李小偉

高樓恒壓供水控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

李小偉

本文結(jié)合PLC和變頻技術(shù)，采用PID控制和變頻調(diào)速實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制，完成恒壓供水系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究。文章研究了變頻恒壓供水系統(tǒng)的總體方案、工作原理、控制策略及控制電路和PLC控制程序，最后基于組態(tài)王設(shè)計了監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)良好的人機交互。

恒壓供水系統(tǒng)；變頻調(diào)速；PLC控制；組態(tài)王

一、 恒壓供水系統(tǒng)總體方案設(shè)計

恒壓供水系統(tǒng)由水泵機組系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、信號檢測系統(tǒng)、上位機監(jiān)控系統(tǒng)組成。其中水泵機組由水泵電機和水泵組成，完成組合式供水；電氣控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的主控單元，由PLC控制器、變頻器和電控設(shè)備構(gòu)成；信號檢測系統(tǒng)是為了檢測管網(wǎng)出水壓力，保持水壓恒定，由水箱液位檢測環(huán)節(jié)、管網(wǎng)壓力檢測環(huán)節(jié)與反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成；上位機監(jiān)控系統(tǒng)顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，完成操作界面編程控制，實現(xiàn)人員與系統(tǒng)的信息交流。

二、 恒壓供水系統(tǒng)的控制技術(shù)

1. 控制系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)由三臺電機帶動三臺水泵供水，其中1#、2#電機共用一臺變頻器控制，即“一拖二”的方式，3#是備用泵，和主電源相接，不通過變頻器，用水少時工作。系統(tǒng)有自動和手動的工作模式，自動控制采用先啟先停的原則，用水量小時，3#單獨工頻運行，1#和2#停運；若用水量增加，啟用變頻供水，即3#停運，主機組開始工作。即1#變頻運行，若達到工頻頻率，切換為工頻運行，變頻器控制2#變頻補充供水。在運行過程中，若用水減少，2#運行頻率較低，接近停止時，停運1#，由2#單獨調(diào)頻恒壓控制，后續(xù)根據(jù)實際用水量，重復(fù)以上過程。手動模式是當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時可通過開關(guān)直接控制的一種備用模式。

2. 控制策略分析

在供水系統(tǒng)中，變頻器、PID調(diào)節(jié)器、壓力變送器和傳感器、電機組構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，能有效地自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)恒壓供水。系統(tǒng)根據(jù)用戶對水壓要求，給PID調(diào)節(jié)器預(yù)置一個目標(biāo)壓力值，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)目標(biāo)壓力值和管道實際壓力值的偏差，給出調(diào)節(jié)量，自動調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，使供水量適應(yīng)用水量的變化，取得動態(tài)平衡，維持水壓不變。同時，壓力傳感器檢測出水口壓力，將用戶的水壓實時地反饋給PID調(diào)節(jié)器，以達到根據(jù)用戶用水量需求變化實時調(diào)節(jié)水壓，實現(xiàn)高效、節(jié)能的用水需求。

3. 系統(tǒng)主控電路

系統(tǒng)有1#～3#機組，其中1#、2#工頻、變頻均可運行，3#工頻運行，不經(jīng)過變頻器，由接觸器KM8控制。具體實現(xiàn)方式為：電源經(jīng)低壓斷路器接至變頻器輸入端，變頻器的輸出通過KM3接至1#電動機，通過KM4接至2#電動機。2臺水泵電動機共享一臺變頻器，接觸器KM3、KM4的觸點不能同時閉合但可以同時斷開(工頻運行方式下)。當(dāng)電機工頻運行時，KM3、KM4斷開，接通工頻運行的KM1、KM2。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時，采用手動運行方式，此時需采用軟啟動(可降低電機端電壓)的方式以降低電流，保證機組的正常啟動運行，故1#、2#通過KM5、KM6將軟啟動器連接至主電源，系統(tǒng)硬件主控電路如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件主控電路圖

三、 PLC控制及上位機監(jiān)控設(shè)計

根據(jù)主控電路的設(shè)計及系統(tǒng)運行要求，基于PLC開發(fā)控制、指示及報警程序，控制程序運行流程如圖2所示。

圖2 控制程序運行流程圖

組態(tài)王融過程設(shè)計和現(xiàn)場操作于一體，采用多線程、COM組件等新技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時多任務(wù)監(jiān)控。系統(tǒng)上位機監(jiān)控分為狀態(tài)監(jiān)控和查詢兩大部分，實現(xiàn)運行監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、報警查詢和相關(guān)數(shù)據(jù)的報表查詢等功能。

四、 結(jié)束語

本系統(tǒng)將PLC和變頻技術(shù)結(jié)合起來，通過PLC的邏輯控制功能，能在生活供水應(yīng)用中對多臺水泵電機的啟停及調(diào)速進行控制，實現(xiàn)系統(tǒng)管網(wǎng)壓力的恒定。系統(tǒng)能很好地提高供水系統(tǒng)的能源利用率，避免造成不必要的水源浪費，具有切實可行的現(xiàn)實應(yīng)用價值。

[1]周澤明.變頻器與PLC在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2003.

[2]胡軍，熊偉.可編程控制器原理應(yīng)用與案例解析[M].清華大學(xué)出版社，2007.

李小偉，湖北省黃石市，湖北工程職業(yè)學(xué)院。