基于PLC的變頻恒壓供水控制研究

魏 杰

冀中能源邢臺礦業(yè)集團(tuán)生活后勤服務(wù)分公司 河北 邢臺 054000

1 引言

眾所周知,在生產(chǎn)生活用水中,要求供水系統(tǒng)的水壓保持在一個(gè)恒定的狀態(tài),就目前來說,很多控制方式已在實(shí)踐中獲得了豐碩的成果,其中,利用電工技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒壓供水是最值得研發(fā)的重要領(lǐng)域。近年來,PLC作為電工新技術(shù),在恒壓供水方面有著諸多的成功案例,并被廣泛的使用到供水系統(tǒng)當(dāng)中。

2 供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀介紹

近年來,我國的供水方式主要包括水池變頻泵供水、恒速泵加壓供水、無負(fù)壓供水、高位水塔水箱供水、單片機(jī)變頻調(diào)速供水等。這些供水方式雖然在原理上存在一定的差異,但其中心思想都是為了保證用戶能夠平穩(wěn)、正常的用水。但是隨著人民生活水平和科學(xué)技術(shù)的不斷提高,供水技術(shù)若只停留在當(dāng)前層面,將無法保證供水質(zhì)量與用戶所需,因此,供水系統(tǒng)的水壓恒定保持變的極為必要。在電工新技術(shù)的領(lǐng)域中,若想實(shí)現(xiàn)恒壓供水,主要借助以下幾種方式：一是邏輯電路控制法,此方法的特點(diǎn)是控制的精度不夠高,水泵在互相切換時(shí),會導(dǎo)致水壓波動(dòng)較大,進(jìn)而將調(diào)試的難度增加,但若存在干擾時(shí),其對干擾的抵抗能力不強(qiáng)。二是單片機(jī)路控制法,此方法在功能性上優(yōu)于邏輯電路控制法,但由于管網(wǎng)與供水條件的千差萬別,其應(yīng)用難度較大,控制方式的變更與修改的靈活性不高。三是PLC變頻恒壓系統(tǒng),就目前來看,PLC變頻恒壓系統(tǒng)的性能在所有的供水系統(tǒng)中是最為優(yōu)秀的,其控制方式的靈活性更高,在操作修改時(shí)也較為簡單。

3 PLC變頻恒壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)分析

和傳統(tǒng)的加壓供水方式相比,PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)突出地體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 高效節(jié)能 變頻恒壓供水系統(tǒng)的最顯著優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)約電能,具統(tǒng)計(jì)其節(jié)能量通常在10%～40%。從單臺水泵的節(jié)能來看,流量越小,節(jié)能量越大。

3.2 恒壓供水 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)供水壓力穩(wěn)定而流量可在大范圍內(nèi)連續(xù)變化,從而可以保證用戶任何時(shí)候的用水壓力,如：不會出現(xiàn)在用水高峰期用戶的熱水器不能正常使用的情況。

3.3 自動(dòng)運(yùn)行、管理簡便 新型的PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)能設(shè)置過電流、過電壓、欠電壓、斷相、短路保護(hù),瞬時(shí)停電保護(hù),過載、失速保護(hù),低液位保護(hù),主泵定時(shí)輪換控制和密碼設(shè)定等功能,功能完善,全自動(dòng)控制,自動(dòng)運(yùn)行,泵房可不設(shè)崗位,只需派人定期檢查、保養(yǎng)即可。

3.4 延長設(shè)備壽命、保護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定 通過使用變頻技術(shù)后,機(jī)泵的轉(zhuǎn)速將不再是長期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行,減少了機(jī)械磨損,降低了機(jī)泵故障率,而且主泵定時(shí)輪換控制功能自動(dòng)定時(shí)輪換主泵運(yùn)行,保證各泵磨損均勻且不銹死,延長了機(jī)泵使用壽命。變頻器的無級調(diào)速運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵軟起動(dòng),避免了電動(dòng)機(jī)開停時(shí)的大電流對電動(dòng)機(jī)繞組和電網(wǎng)的沖擊,消除了水泵的水錘效應(yīng)。

4 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冀中能源機(jī)關(guān)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)正常供水量為20 m3/小時(shí),最大供水量30 m3/小時(shí),揚(yáng)程60米。通過采用PLC變頻調(diào)速技術(shù)組成一閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng),控制水泵的運(yùn)行,保證用戶水壓恒定。當(dāng)用水量增大或減小時(shí),水泵電動(dòng)機(jī)速度發(fā)生變化,改變流量,以保證水壓恒定。通過設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)如下功能：設(shè)置二臺水泵,一臺工作,一臺備用;正常工作時(shí),始終由一臺水泵供水;當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時(shí),備用泵自投;二臺泵可以互換;給定壓力可調(diào);具有自動(dòng)、手動(dòng)工作方式,設(shè)計(jì)各種保護(hù)和報(bào)警裝置。

5 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)工作原理研究

該變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、PID調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、動(dòng)力控制線路、2臺水泵以及各種電氣控制元件等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

系統(tǒng)工作原理：通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號變成4-20 mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PID調(diào)節(jié)器,經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,得出一調(diào)節(jié)參數(shù),送給變頻器,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上。

當(dāng)供水負(fù)載變化時(shí),輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化,這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過PLC實(shí)現(xiàn)變頻器的啟停、故障報(bào)警和備用泵自投。在手動(dòng)狀態(tài)下,將不再使用變頻器,直接手動(dòng)啟停水泵。

6 設(shè)計(jì)PLC控制恒壓供水系統(tǒng)建議

當(dāng)下被應(yīng)用最廣泛的恒壓供水系統(tǒng)均是通過PID調(diào)節(jié)與PLC控制技術(shù)的共同協(xié)作下完成。若想準(zhǔn)確的得到管網(wǎng)的實(shí)時(shí)壓力值,則需要借助安裝在管網(wǎng)中檢測傳感系統(tǒng)與反饋系統(tǒng)的輔助來完成,但在一般情況下,供水系統(tǒng)是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的管網(wǎng),具有較大的延遲性,因此,當(dāng)管網(wǎng)中某個(gè)距離檢測傳感器區(qū)域的壓力產(chǎn)生變化時(shí),往往需要較長時(shí)間才能做出反應(yīng)。若單單以PID來調(diào)節(jié),無法滿足快速反應(yīng)與調(diào)整的要求,因此,需要借助PLC的同步參與。還可以手動(dòng)設(shè)定壓力信號與壓力傳感器的反饋值,再經(jīng)過相關(guān)處理得到壓力偏差的變化系數(shù),在運(yùn)算后,PLC將得到的模擬信號傳輸至變頻器,使電機(jī)的轉(zhuǎn)速得到改變,從而形成軟啟動(dòng)。PLC通過對模擬量輸出與壓力偏差值的對比,再通過端口開關(guān)量的驅(qū)動(dòng)輸出,對繼電器組進(jìn)行切換,以確定投入運(yùn)行所需的機(jī)組數(shù)量,使電機(jī)的啟停、變頻、工頻行云流水的切換。在調(diào)整電機(jī)組工作數(shù)量的同時(shí),需將其中一臺電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制,以此保證在動(dòng)力系統(tǒng)中的穩(wěn)定壓力達(dá)到恒壓的根本目的。

7 結(jié)語

綜上所述,以PLC作為控制核心的變頻供水系統(tǒng),不僅軟件結(jié)構(gòu)簡單,調(diào)節(jié)能力強(qiáng),其價(jià)格也在逐年遞減,加之維護(hù)難度較小,對于系統(tǒng)本身的成本節(jié)約有著諸多益處,且能夠在節(jié)能的基礎(chǔ)上更好的延長水泵使用壽命。因此PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢,在其提高供水質(zhì)量的同時(shí),在投建、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性等方面都有著巨大發(fā)展空間,因此對PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行更深入研究已勢在必行。