plc變頻(pin)恒壓供水(shui)(shui)(shui)系統在(zai)小區供水(shui)(shui)(shui)和工(gong)廠供水(shui)(shui)(shui)中的廣(guang)泛應(ying)用

1 plc變頻(pin)恒壓供水(shui)系統引(yin)言(yan)

      交流變(bian)頻調速技術在(zai)國(guo)內(nei)外得到了廣泛(fan)的(de)(de)(de)應用，它具有體積小、重量輕(qing)、安裝(zhuang)操作簡單、數據可靠、性能穩定(ding)和節電(dian)效(xiao)果明顯等特點,是一項較為成熟的(de)(de)(de)高(gao)(gao)科技成果。近年來(lai)，在(zai)國(guo)內(nei)各(ge)(ge)行各(ge)(ge)業也(ye)相(xiang)繼引進交流變(bian)頻調速的(de)(de)(de)各(ge)(ge)類產(chan)品，以滿足生(sheng)產(chan)現(xian)場的(de)(de)(de)需求。在(zai)城(cheng)市(shi)高(gao)(gao)樓發(fa)展的(de)(de)(de)現(xian)在(zai)，以前的(de)(de)(de)給水(shui)(shui)設備(bei)已經遠遠不能滿足現(xian)代人(ren)民生(sheng)活的(de)(de)(de)需要，給水(shui)(shui)廠的(de)(de)(de)自動化改造迫在(zai)眉睫。如何保證在(zai)供(gong)水(shui)(shui)量波(bo)動的(de)(de)(de)時候(hou)水(shui)(shui)壓恒(heng)定(ding)，采取(qu)變(bian)頻恒(heng)壓控制(zhi)是現(xian)代供(gong)水(shui)(shui)控制(zhi)系統的(de)(de)(de)主要方式。它利(li)用plc、傳感器、變(bian)頻器及水(shui)(shui)泵機組組成閉(bi)環控制(zhi)系統，使管網壓力保持(chi)恒(heng)定(ding)，代替了傳統的(de)(de)(de)水(shui)(shui)塔供(gong)水(shui)(shui)控制(zhi)方案，具有自動化程度高(gao)(gao)，高(gao)(gao)度有效(xiao)節能的(de)(de)(de)優(you)點，在(zai)小區供(gong)水(shui)(shui)和工廠供(gong)水(shui)(shui)控制(zhi)中得到廣泛(fan)應用，并取(qu)得了明顯的(de)(de)(de)經濟效(xiao)益。

2 plc變頻恒壓供水系統組成

      plc變頻恒壓(ya)供水(shui)系(xi)統以(yi)(yi)(yi)3臺15kw的水泵p1、p2、p3變(bian)頻(pin)恒壓運行為(wei)(wei)(wei)例，以(yi)(yi)(yi)變(bian)頻(pin)器、可編程序控(kong)制(zhi)器作(zuo)為(wei)(wei)(wei)系統(tong)控(kong)制(zhi)的核心部件，以(yi)(yi)(yi)設定壓力(li)為(wei)(wei)(wei)控(kong)制(zhi)目標，以(yi)(yi)(yi)pid為(wei)(wei)(wei)控(kong)制(zhi)算(suan)(suan)法(fa)，和變(bian)頻(pin)器組成恒壓閉環(huan)控(kong)制(zhi)系統(tong)，如圖1所示。系統(tong)時刻跟蹤管網(wang)壓力(li)與壓力(li)設定值的偏差(cha)變(bian)化情況，經變(bian)頻(pin)器內部進行pid運算(suan)(suan)，由plc控(kong)制(zhi)變(bian)頻(pin)與工(gong)頻(pin)切(qie)換，自動(dong)控(kong)制(zhi)水泵電機投入臺數(shu)和電機轉速，實現閉環(huan)自動(dong)調整恒壓供水。

2.1 plc硬(ying)件設計

      plc選用(yong)日本三菱公司的(de)(de)(de)fxos-20mr產(chan)品(pin)，水泵p1、p2、p3可變(bian)頻(pin)(pin)運行，也可工頻(pin)(pin)運行，需plc的(de)(de)(de)四個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出信(xin)號控制(zhi)，變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)運行與(yu)關斷由(you)plc的(de)(de)(de)一個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出信(xin)號控制(zhi)，變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)較(jiao)高(gao)頻(pin)(pin)率的(de)(de)(de)檢測信(xin)號占用(yong)plc一個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)人(ren)點(dian)，設(she)定(ding)水壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)上、下限(xian)壓(ya)(ya)力(li)值(zhi)，上、下限(xian)壓(ya)(ya)力(li)值(zhi)分(fen)別(bie)設(she)在給定(ding)壓(ya)(ya)力(li)值(zhi)上下兩側與(yu)給定(ding)壓(ya)(ya)力(li)略有偏差處(chu)，當管網壓(ya)(ya)力(li)處(chu)于上、下限(xian)位(wei)置，傳(chuan)感器(qi)分(fen)別(bie)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出開關信(xin)號進入plc兩個(ge)輸(shu)(shu)(shu)(shu)人(ren)點(dian)，與(yu)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)較(jiao)高(gao)輸(shu)(shu)(shu)(shu)出頻(pin)(pin)率檢測信(xin)號一起，通過(guo)plc控制(zhi)泵的(de)(de)(de)變(bian)頻(pin)(pin)與(yu)工頻(pin)(pin)切(qie)換以(yi)及工頻(pin)(pin)運行泵的(de)(de)(de)切(qie)除。系統所(suo)需的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)(shu)入/輸(shu)(shu)(shu)(shu)出點(dian)數量共(gong)為16個(ge)點(dian)，可編程控制(zhi)器(qi)fxos-20mr能夠滿足系統的(de)(de)(de)控制(zhi)要(yao)求，fx系列plc的(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)電源可以(yi)用(yong)交(jiao)流220v電源，也可用(yong)直流24v電源，它具(ju)有抗干(gan)擾能力(li)強，可靠性高(gao)等(deng)特(te)點(dian)，可長期在惡(e)劣的(de)(de)(de)工業環境下工作(zuo)(zuo)。該系統的(de)(de)(de)i/o分(fen)布(bu)如附表所(suo)示。

2.2 變頻器(qi)硬件設計

      變(bian)頻(pin)器(qi)選用(yong)日本安川(chuan)變(bian)頻(pin)器(qi)cimr-p5a45p5產品。通過變(bian)頻(pin)器(qi)面板設定(ding)一(yi)(yi)個給定(ding)頻(pin)率作(zuo)(zuo)為(wei)壓(ya)力給定(ding)值（14端(duan)），壓(ya)力傳(chuan)感器(qi)反饋來的(de)(de)(de)壓(ya)力信(xin)號（0～10v）接至變(bian)頻(pin)器(qi)端(duan)子的(de)(de)(de)7端(duan)、8端(duan)，作(zuo)(zuo)為(wei)壓(ya)力反饋，變(bian)頻(pin)器(qi)根據(ju)壓(ya)力給定(ding)和實測壓(ya)力，調節輸出(chu)頻(pin)率，改(gai)變(bian)水泵轉速。變(bian)頻(pin)器(qi)端(duan)子的(de)(de)(de)19端(duan)和20端(duan)是傳(chuan)感器(qi)壓(ya)力設定(ding)的(de)(de)(de)上、下限(xian)值，該信(xin)號進plc，作(zuo)(zuo)為(wei)工頻(pin)切換的(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)信(xin)息(xi)，由plc控(kong)制(zhi)水泵的(de)(de)(de)工頻(pin)或變(bian)頻(pin)運行(xing)。變(bian)頻(pin)控(kong)制(zhi)系統主回(hui)路(lu)如圖2所(suo)示。變(bian)頻(pin)器(qi)有2個作(zuo)(zuo)用(yong)，一(yi)(yi)是作(zuo)(zuo)為(wei)電(dian)(dian)機的(de)(de)(de)軟起動裝置，限(xian)制(zhi)電(dian)(dian)動機的(de)(de)(de)啟動電(dian)(dian)流；二是改(gai)變(bian)異步電(dian)(dian)動機的(de)(de)(de)轉速，實現恒壓(ya)供水。

2.3 壓力傳感器

      本plc變頻恒壓供水系統輸出(chu)壓力一般小于或等于0.6mpa，故系統選用ytz一150型帶電接點(dian)式的壓力傳(chuan)感(gan)器(qi)，其水(shui)壓檢測范圍(wei)為(wei)0～1mpa，檢測精度(du)為(wei)±0.01mpa，該傳(chuan)感(gan)器(qi)將0～1mpa范圍(wei)的壓力對應轉換成0～10v的電信號。

3 plc變頻(pin)恒壓(ya)供水系統控制原理

      合(he)上(shang)空(kong)氣開關，供水系(xi)統投(tou)入(ru)運行(xing)(xing)。將(jiang)手(shou)動(dong)、自(zi)動(dong)開關打(da)到自(zi)動(dong)上(shang)，km1合(he)上(shang)，系(xi)統進(jin)入(ru)全自(zi)動(dong)運行(xing)(xing)狀態，plc中程序首先接通km2，并(bing)(bing)起動(dong)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)。根據壓(ya)力(li)(li)(li)(li)設(she)定值（根據管(guan)網壓(ya)力(li)(li)(li)(li)要求設(she)定）與壓(ya)力(li)(li)(li)(li)實際值（來(lai)自(zi)于壓(ya)力(li)(li)(li)(li)傳感器(qi)(qi)）的偏(pian)差(cha)進(jin)行(xing)(xing)pid調節，并(bing)(bing)輸(shu)出頻(pin)(pin)率給定信(xin)(xin)號(hao)(hao)（irf）給變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)。變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)根據頻(pin)(pin)率給定信(xin)(xin)號(hao)(hao)及預先設(she)定好的加速時間控制水泵的轉速以保證水壓(ya)保持(chi)在(zai)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)設(she)定值的上(shang)、下限范圍之內，實現恒(heng)壓(ya)控制。同(tong)時變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)在(zai)運行(xing)(xing)頻(pin)(pin)率到達上(shang)限（設(she)定為工頻(pin)(pin)50hz），會將(jiang)頻(pin)(pin)率到達信(xin)(xin)號(hao)(hao)送(song)給plc，plc則(ze)根據管(guan)網壓(ya)力(li)(li)(li)(li)的上(shang)、下限信(xin)(xin)號(hao)(hao)和(he)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)的運行(xing)(xing)頻(pin)(pin)率是否(fou)到達上(shang)限的信(xin)(xin)號(hao)(hao)，由程序判(pan)斷是否(fou)要起動(dong)第2臺泵（或第3臺泵）。

      當變頻(pin)(pin)器運(yun)行頻(pin)(pin)率(lv)達到頻(pin)(pin)率(lv)上限(xian)值(zhi)，并(bing)保(bao)持一段時(shi)間(jian)（程(cheng)序設(she)定為(wei)15s），則(ze)plc會(hui)將(jiang)當前變頻(pin)(pin)運(yun)行泵切換(huan)為(wei)工頻(pin)(pin)運(yun)行，并(bing)迅速（時(shi)間(jian)設(she)定為(wei)5s）起動(dong)下(xia)1臺(tai)泵變頻(pin)(pin)運(yun)行。此時(shi)pid會(hui)繼續(xu)通過由遠傳壓(ya)力(li)表送來的檢(jian)測信號進(jin)行分析(xi)、計算、判(pan)斷，進(jin)一步控制(zhi)變頻(pin)(pin)器的運(yun)行頻(pin)(pin)率(lv)，使(shi)管壓(ya)保(bao)持在壓(ya)力(li)設(she)定值(zhi)的上、下(xia)限(xian)偏差范圍(wei)之內。3臺(tai)泵切換(huan)及變頻(pin)(pin)控制(zhi)程(cheng)序框圖如圖3所示。

      增泵(beng)工作過程(cheng)：假定(ding)增泵(beng)順(shun)序為l、2、3泵(beng)。開始時，1泵(beng)電(dian)機(ji)(ji)在plc控(kong)(kong)制下(xia)先投(tou)(tou)入調(diao)(diao)速運(yun)(yun)行(xing)，其(qi)運(yun)(yun)行(xing)速度由(you)變頻器(qi)(qi)調(diao)(diao)節(jie)。當供水壓(ya)力(li)小于壓(ya)力(li)預(yu)置值(zhi)時變頻器(qi)(qi)輸出頻率(lv)升高，水泵(beng)轉速上升，反之下(xia)降(jiang)。當變頻器(qi)(qi)的輸出頻率(lv)達(da)到(dao)(dao)上限（50hz），并穩定(ding)運(yun)(yun)行(xing)15s后，如(ru)果供水壓(ya)力(li)仍(reng)沒(mei)達(da)到(dao)(dao)預(yu)置值(zhi)，則(ze)需進入增泵(beng)過程(cheng)。在plc的邏輯控(kong)(kong)制下(xia)將1泵(beng)電(dian)機(ji)(ji)與變頻器(qi)(qi)連接的電(dian)磁開關斷開，延長時間1s后，1泵(beng)電(dian)機(ji)(ji)切(qie)換(huan)到(dao)(dao)工頻運(yun)(yun)行(xing)，同時變頻器(qi)(qi)與2泵(beng)電(dian)機(ji)(ji)連接，控(kong)(kong)制2泵(beng)投(tou)(tou)入調(diao)(diao)速運(yun)(yun)行(xing)。如(ru)果還沒(mei)到(dao)(dao)達(da)設定(ding)值(zhi)，則(ze)繼續按照(zhao)以上步驟將2泵(beng)切(qie)換(huan)到(dao)(dao)工頻運(yun)(yun)行(xing)，控(kong)(kong)制3泵(beng)投(tou)(tou)入變頻運(yun)(yun)行(xing)。

      減(jian)泵工(gong)作(zuo)過程(cheng)：假定減(jian)泵順(shun)序依次(ci)為3、2、1泵。當供水(shui)(shui)(shui)壓(ya)力(li)大(da)于(yu)預置(zhi)值(zhi)時(shi)，變頻(pin)(pin)(pin)器(qi)輸出頻(pin)(pin)(pin)率(lv)降低，水(shui)(shui)(shui)泵速度(du)下(xia)降，當變頻(pin)(pin)(pin)器(qi)的輸出頻(pin)(pin)(pin)率(lv)達到下(xia)限（30hz），并穩定運行(xing)(xing)一段時(shi)間（30s）后(hou)，把變頻(pin)(pin)(pin)器(qi)控制的水(shui)(shui)(shui)泵停機，如果(guo)(guo)供水(shui)(shui)(shui)壓(ya)力(li)仍(reng)大(da)于(yu)預置(zhi)值(zhi)，則將下(xia)一臺水(shui)(shui)(shui)泵由工(gong)頻(pin)(pin)(pin)運行(xing)(xing)切換到變頻(pin)(pin)(pin)器(qi)調速運行(xing)(xing)，并繼續減(jian)泵工(gong)作(zuo)過程(cheng)。如果(guo)(guo)在(zai)(zai)晚間用水(shui)(shui)(shui)不多時(shi)，當末(mo)后(hou)一臺正在(zai)(zai)運行(xing)(xing)的主泵處于(yu)低速運行(xing)(xing)時(shi)，如果(guo)(guo)供水(shui)(shui)(shui)壓(ya)力(li)仍(reng)大(da)于(yu)設定值(zhi)，則停機并啟(qi)動輔泵投入調速運行(xing)(xing)，從而達到節能效果(guo)(guo)。

4 結束語

      該plc變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)恒壓(ya)(ya)供(gong)水系(xi)(xi)統邏輯(ji)控(kong)制(zhi)采用(yong)plc控(kong)制(zhi)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)實(shi)(shi)現調速恒壓(ya)(ya)供(gong)水，使(shi)用(yong)方便，工作可靠，系(xi)(xi)統壓(ya)(ya)力恒定，具(ju)有(you)較好的(de)(de)控(kong)制(zhi)效果。該plc變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)恒壓(ya)(ya)供(gong)水系(xi)(xi)統采用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)調節(jie)水泵(beng)(beng)轉速，使(shi)系(xi)(xi)統實(shi)(shi)現了(le)高度(du)有(you)效節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)，節(jie)能(neng)(neng)(neng)(neng)效率可達40％左右(you)，同時由于采用(yong)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)對電(dian)機實(shi)(shi)行軟起(qi)動(dong)(dong)，減少(shao)了(le)設備損耗，延長了(le)水泵(beng)(beng)、電(dian)機設備的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命。plc變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)恒壓(ya)(ya)供(gong)水系(xi)(xi)統采用(yong)閉環控(kong)制(zhi)，參數超(chao)調波動(dong)(dong)范圍小，偏差能(neng)(neng)(neng)(neng)及時進行控(kong)制(zhi)。變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)的(de)(de)加(jia)速和減速可根據工藝(yi)(yi)要求自(zi)動(dong)(dong)調節(jie)，控(kong)制(zhi)精度(du)高，能(neng)(neng)(neng)(neng)保證(zheng)生產(chan)工藝(yi)(yi)穩定，而且由于變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)調速器(qi)(qi)具(ju)有(you)十分靈(ling)敏的(de)(de)故障檢測、診斷(duan)、數字顯示功(gong)能(neng)(neng)(neng)(neng)，提高了(le)水泵(beng)(beng)運(yun)行的(de)(de)可靠性。綜(zong)上所述，采用(yong)plc和變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)器(qi)(qi)為核心部件構成(cheng)的(de)(de)變(bian)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)恒壓(ya)(ya)供(gong)水系(xi)(xi)統，具(ju)有(you)很強的(de)(de)實(shi)(shi)用(yong)性，為供(gong)水領域的(de)(de)技術革新，開辟了(le)切(qie)實(shi)(shi)有(you)效的(de)(de)途徑(jing)。