基于PLC變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

伍春霞，候 海

(重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院，重慶 永川 402160)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市的高層建筑也在不斷增多，居民對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性有了新認(rèn)識(shí)和需求，水塔式、高位水箱供水等傳統(tǒng)的供水方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代居民的生活要求。設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能的變頻恒壓供水系統(tǒng)成為了當(dāng)前社會(huì)發(fā)展、居民需求的必然趨勢(shì)[2]。

1 傳統(tǒng)與變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的區(qū)別

傳統(tǒng)的供水方式存在效率低、成本高、維修(維護(hù))不便、供水質(zhì)量差、飲用水存在二次污染現(xiàn)象。變頻恒壓供水系統(tǒng)采用可編程控制器與變頻器相結(jié)合的軟起軟停，具有效率高、成本低、設(shè)備磨損小等特點(diǎn)。具體區(qū)別見(jiàn)表1所示。

表1 傳統(tǒng)式供水系統(tǒng)與變頻恒壓式供水系統(tǒng)的比較

2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

2.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的工作原理

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)是通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)壓力，將電信號(hào)傳送于可編程控制器，經(jīng)處理，將信號(hào)傳送至變頻器來(lái)控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使供水系統(tǒng)自動(dòng)恒穩(wěn)在設(shè)定的壓力值范圍，如果用水量增加，頻率升高，對(duì)應(yīng)的水泵轉(zhuǎn)速就會(huì)加快，供水量相應(yīng)增大；如果用水量小，頻率就會(huì)降低，對(duì)應(yīng)的水泵轉(zhuǎn)速將會(huì)減慢，供水量也相對(duì)減小。通過(guò)軟啟動(dòng)，使多臺(tái)水泵順序運(yùn)行，由遠(yuǎn)程壓力表設(shè)定一定值，通過(guò)指針的上下浮動(dòng)來(lái)控制水泵頻率的升高或降低。變頻恒壓供水系統(tǒng)控制示意圖如圖1所示[3]。

圖1 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制示意圖

2.2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的組成

變頻恒壓供水系統(tǒng)主要是由變頻控制柜、壓力傳感器、水泵機(jī)組、氣壓罐等組成。

變頻控制柜主要由斷路器、變頻器、接觸器、中間繼電器、可編程控制器等組成。

水泵機(jī)組主要是由三臺(tái)主泵和一個(gè)輔助泵構(gòu)成，當(dāng)水流量運(yùn)行較小時(shí)，主泵會(huì)停止運(yùn)行，啟動(dòng)輔助泵。

氣壓罐是一種密封容器，當(dāng)壓力罐內(nèi)沒(méi)有水時(shí)，控制器啟動(dòng)水泵往壓力罐注水，水位上升，罐內(nèi)的空氣被壓縮，壓力升高,水位至高水位時(shí)，控制器控制水泵停機(jī)；當(dāng)用戶用水時(shí)，罐內(nèi)凈水在壓縮空氣的作用下向用戶供水，隨著罐內(nèi)水量減少，壓力下降，下降至低水位，啟動(dòng)水泵向罐內(nèi)注水。

2.3 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.3.1 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)

變頻恒壓供水系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式。通過(guò)可編程控制器使主水泵變頻啟動(dòng)，依據(jù)預(yù)先設(shè)定的給定壓力比較，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，保持水壓恒定。當(dāng)1臺(tái)水泵全速運(yùn)行也達(dá)不到用水需求時(shí)，可編程控制器將水泵由變頻運(yùn)行轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，并同時(shí)啟動(dòng)第2臺(tái)水泵進(jìn)入變頻運(yùn)行中，以此來(lái)保證用水量壓力的穩(wěn)定。當(dāng)用水量減小時(shí)，為保證水壓穩(wěn)定，可編程控制器將停止工頻運(yùn)行中的水泵，通過(guò)1臺(tái)水泵變頻恒壓進(jìn)行供水。變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)如圖2所示[4]。

圖2 變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路

2.3.2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)

圖3 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路

2.3.3 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)可編程控制器及變頻器的選擇

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)選用三菱FX2N-48MR-001，F(xiàn)X-2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的PLC，能實(shí)現(xiàn)微積分控制、模數(shù)轉(zhuǎn)換等，該型號(hào)的設(shè)備繼電器輸出24點(diǎn)，輸入24點(diǎn) 。

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)選用的變頻器是施耐德ATV38型，該型號(hào)設(shè)備主要應(yīng)用于泵和風(fēng)機(jī)中，具有節(jié)能、抗污染等功能。

2.3.4 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)PLC部分輸入輸出點(diǎn)分配

變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，核心控制器采用三菱可編程邏輯控制器FX2N-48MR。輸入信號(hào)主要包括控制四個(gè)水泵組起動(dòng)、停止的按鈕，液位信號(hào)及變頻器故障的信號(hào)等。輸出信號(hào)主要包括四個(gè)水泵組的工作運(yùn)行狀態(tài)，PLC故障輸出，四個(gè)水泵組的故障報(bào)警指示燈等。其部分的輸入/輸出設(shè)備分配表見(jiàn)表2。

表2 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)部分輸入/輸出分配表

2.3.5 ATV38變頻器的端子連接

圖4 ATV38變頻器端子連接圖

2.3.6 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件連線圖

根據(jù)PLC輸入/輸出分配表，變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件連線圖如圖5所示。

圖5 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)硬件連線圖

3 結(jié)束語(yǔ)

供水系統(tǒng)是人們生活中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)由于用水?dāng)?shù)量的不確定，時(shí)常導(dǎo)致管網(wǎng)水壓不穩(wěn)定，給人們生活帶來(lái)不便的同時(shí)也造成設(shè)備的損壞。應(yīng)用三菱FX2N-48MR和ATV38變頻調(diào)速技術(shù)設(shè)計(jì)的變頻恒壓供水控制系統(tǒng)，不僅能提高供水質(zhì)量、降低能耗，減少二次污染，而且用于消防中，可避免因?yàn)楣┧畨毫Σ蛔悖荒芗皶r(shí)撲救所引起的人員和財(cái)產(chǎn)的損失。

[1] 楊月,賀鑫.一種簡(jiǎn)單的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案(DB/OL).[2019-10-16].http://www.elecfans.com/kongzhijishu/PLC_PAC/336086.html.

[2] 包一辰. 基于PLC及變頻調(diào)速小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2017(2):42-48.

[3] 劉美俊.變頻器的工程應(yīng)用實(shí)例(DB/OL).[2015-07-02].http://www.docin.com/p-1212053290.html.

[4] 變頻恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)(DB/OL).[2018-10-06].http://www.doc88.com/p-5905848846461.html.