PLC與變頻器在恒壓供水控制系統(tǒng)中的應用

王學書

摘 要：較詳細地介紹了采用PLC與變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的基本原理，給出了系統(tǒng)的電路的設計和控制，以及系統(tǒng)的主要功能與特點，并在實際中得到了應用。

關鍵詞：可編程控制器;變頻器;速度調節(jié);恒壓供水;電氣原理

0 概述

隨著PLC和變頻調速技術的發(fā)展，以及人們對用水要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔、高位水箱供水系統(tǒng)，廣泛應用于生活用水和工業(yè)供水系統(tǒng)。

水泵在市電供電下，其轉速保持恒定，而生活或工業(yè)用水量卻在時刻變化，因此在市電下工作的供水系統(tǒng)管網壓力隨用水量不同而變化，用水量少時管網壓力過大，對供水管網造成很大破壞，對能源也是極大的浪費。變頻調速恒壓供水系統(tǒng)的誕生將以上的問題迎刃而劍。它根據管網的用水情況，通過監(jiān)測管網壓力變化，利用變頻器（內置PID控制器）可以改變到水泵電機的供電電壓和頻率的原理對水泵轉速和投入、切除臺數進行控制，完成供水壓力的閉環(huán)控制，調節(jié)供水量使管網壓力基本保持在恒定的設定壓力值。本文介紹了利用1臺變頻器拖動兩臺水泵，即“一拖二”實現(xiàn)變頻恒壓供水的目的。

1 控制原理

本恒壓變量供水系統(tǒng)由ABB ACS550通用變頻器（內置PID模塊）、三菱FX1S30MR可編程控制器（PLC）、兩臺水泵、壓力變送器、液位探針、接觸器與繼電器低壓電器、指示燈、動力與控制電路等組成。用戶可通過控制柜面板上的按鈕、旋鈕開關等主令電器來對系統(tǒng)實施手動/自動控制。

另外，本系統(tǒng)還可根據水池水位的高低控制水泵啟停。當水位降到水位下限時，設備自動停泵，有水自動起泵，確保設備及水泵安全。“一拖二”實現(xiàn)變頻恒壓供水電氣原理圖見下。

通過安裝在出水管網上的遠傳壓力表，把壓力信號通過壓力變送器變成4～20mA的模擬電信號送入變頻器的5、6端，輸入的信號經與給定壓力參數進行運算比較和PID調節(jié)，將需要執(zhí)行的命令送給變頻器的輸出端，由變頻器控制水泵的轉速，調節(jié)系統(tǒng)供水量，使供水系統(tǒng)管網中的壓力保持在設定的壓力上。當用水量超過1臺泵的供水量時，通過系統(tǒng)控制加泵。工作泵數量的增減由PLC控制，水泵的調速由變頻器控制。開泵時，1號泵變頻啟動，該泵轉速由零開始隨頻率上升。同時，壓力變送器引來的4～20mA電流給變頻器作為變頻器的控制信號。若變頻器頻率達到50Hz，而壓力仍小于設定值，則1號泵由變頻切換成工頻，同時2號泵變頻啟動，其轉速由零開始隨頻率上升。當壓力大于設定值時，1號泵停機，2號泵繼續(xù)變頻運行。當壓力再次小于設定值時，2號泵由變頻切換成工頻，1號泵變頻啟動。如此循環(huán)下去，兩臺泵輪流變頻工作來完成供水。

2 電路設計與控制

2.1 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)由一臺PLC、一臺變頻器對每臺水泵進行軟啟與軟停及調速控制，實現(xiàn)恒壓。系統(tǒng)具有自動和手動兩種運行狀態(tài)。

自動控制：將柜門上手/自動開關（SA1）打到“自動”（SA1-1）檔位，設備就處于自動運行狀態(tài)，即自動恒壓系統(tǒng)投入運行。自動狀態(tài)下，1#或2#變頻或工頻指示燈應亮，無故障指示，同時觀察壓力表，壓力穩(wěn)定在設定壓力下，說明設備運行正常。當水池水位降到水位下限時，設備自動停泵;水池水位降到水位缺水端時，水池無水指示燈亮;當水池水位恢復后，設備自動投入運行，水池無水指示燈滅。

手動控制：柜門上的手/自動開關（SA1）處于手動（SA1-2）檔位，設備處于手動狀態(tài)。此時，電路脫離PLC的控制，根據需要，通過操作面板上的SA2和SA3旋鈕分別控制1號泵和2號泵的啟停。當手動運行時，系統(tǒng)不在恒壓狀態(tài)下運行，對管網沖擊較大，同時，手動時不受水池水位限制。故手動控制僅在特殊情況（如維修、故障診斷、更換水泵時等）下使用，此時需觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)、水池水位等以免發(fā)生意外。

停止：柜門上手/自動開關處于“停止”檔時，設備處于停止狀態(tài)，水泵不啟動。

2.2 電氣系統(tǒng)原理圖

變頻恒壓供水主回路電氣原理圖見圖1;控制回路原理圖見圖2;信號指示回路見圖3（各運行和故障都有報警指示燈顯示）;PLC輸入/輸出點代碼和地址編號見表1。

3 系統(tǒng)主要功能與特點

①通過變頻器自動調節(jié)泵的轉速來保證供水壓力，達到降低能耗，使系統(tǒng)處于最經濟運行狀況;②軟啟與軟停功能使電機與水泵的使用壽命延長，消除水錘效應對水泵的沖擊，自動倒泵又使得不會出現(xiàn)其中任何一臺泵因經常不用而銹死的情況，可調大大降低系統(tǒng)維護成本;③減少對管道的沖擊，保證長期有效的供水，軟啟功能使得不會把泥沙吸入管網，從而改善水質;④此系統(tǒng)處于自動擋位供水時，可實現(xiàn)無人值守;⑤電路具有過壓、欠壓、過載、短路、缺相、變頻器故障保護、熱繼電器故障保護、水池水位保護等自動保護功能;⑥本系統(tǒng)設有故障指示燈對故障狀態(tài)進行顯示，方便檢修人員進行處理。

4 結語

利用PLC和變頻器等構成的恒壓供水系統(tǒng)，其應用將越來越廣泛，它優(yōu)點眾多，適用于多種流體（包含生活供水、工業(yè)用水、消防供水、鍋爐給水、集中供熱、污水排放、油類等）的輸送，可有效達到自動、恒壓、高效節(jié)能等的功能。因此，本系統(tǒng)極具廣泛的市場應用價值。

參考文獻：

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