基于PLC控(kong)制的一拖(tuo)二一拖(tuo)三變頻恒壓供水設備自動(dong)控(kong)制系(xi)統(tong)

      隨著變頻調速技(ji)術的(de)發(fa)展(zhan)和人們對生活飲(yin)用水(shui)品質要(yao)求(qiu)的(de)不斷提(ti)高，一(yi)(yi)拖二一(yi)(yi)拖三變頻恒(heng)壓供水(shui)設備自動控制系(xi)(xi)統已經(jing)取代了傳統供水(shui)方式。廣泛應用于工礦企業和市政供水(shui)系(xi)(xi)統。文章(zhang)介紹了PLC與變頻器的(de)一(yi)(yi)拖二一(yi)(yi)拖三變頻恒(heng)壓供水(shui)設備自動控制系(xi)(xi)統的(de)構成，泵組(zu)切換與恒(heng)壓供水(shui)控制方法和系(xi)(xi)統保護(hu)功能的(de)實現(xian)。并(bing)簡(jian)要(yao)分析了其使用效果。

1  引言

　　以(yi) PLC控(kong)制(zhi)(zhi)為(wei)核(he)心、變頻(pin)調速技術為(wei)基礎(chu)的(de)(de)(de)一(yi)拖(tuo)二一(yi)拖(tuo)三(san)變頻(pin)恒壓供(gong)水設(she)備自動控(kong)制(zhi)(zhi)系(xi)(xi)統，已逐漸取代原有的(de)(de)(de)供(gong)水方式。PLC用于(yu)變頻(pin)恒壓供(gong)水系(xi)(xi)統中(zhong)，不僅簡化了系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)硬(ying)件，減(jian)少了系(xi)(xi)統在硬(ying)件上(shang)出現故障的(de)(de)(de)次數，提高(gao)了硬(ying)件系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)抗干(gan)擾能力，而且(qie)，隨著社會的(de)(de)(de)發(fa)展和進步、通信技術的(de)(de)(de)快速發(fa)展，為(wei)實現系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)遠程控(kong)制(zhi)(zhi)奠定了基礎(chu)，同時，也解決了城市高(gao)層建筑和居民小區的(de)(de)(de)供(gong)水問題。

2  一(yi)拖二一(yi)拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統(tong)的組成

　　PLC與變頻器實(shi)現的(de)恒壓供水自動控制系統(tong)的(de)組成如圖(tu)1所(suo)示。

2.1  主(zhu)要設備選擇

　　(1) FK2 - 32可(ke)編程控制器是(shi)三菱公(gong)司(si)的產品，適用于(yu)各種環境(jing)，抗干擾能(neng)力強，編程方(fang)便，易于(yu)使用；擴展功能(neng)也很強。本身具有16路開關量輸入和(he)16路輸出(chu)，精度高，多量程的A/D 和(he)D/A 模(mo)塊用于(yu)反饋控制。基本指令(ling)處理時間為0.74μs/每步，平均(jun)無故障時間達30萬h，可(ke)滿足(zu)一般工業控制需求。

　　(2) 本系統設備(bei)選(xuan)(xuan)型的主要要求是可靠(kao)性高，能長時間穩定運行。所選(xuan)(xuan)設備(bei)應能滿足恒壓供水閉環控制(zhi)和泵組(zu)切換控制(zhi)。

　　根據系(xi)(xi)統(tong)的實際需要，選用FX2 - 32 作為系(xi)(xi)統(tong)的控制主機(ji)，擴(kuo)展1個模(mo)(mo)擬量輸入(ru)模(mo)(mo)塊FX-4AD和(he)1個模(mo)(mo)擬量輸出模(mo)(mo)塊FX- 2DA，能(neng)滿足(zu)系(xi)(xi)統(tong)水壓的PID閉環控制和(he)開關量的切換控制要求。

　　變(bian)(bian)頻器選擇(ze)日本三肯(ken)公司(si)制造的MF-l10kW交流(liu)變(bian)(bian)頻調速器，該變(bian)(bian)頻器具有快速響應轉(zhuan)矩調整(zheng)功能(neng)、轉(zhuan)差補償(chang)功能(neng)及優(you)良的保護(hu)功能(neng)。變(bian)(bian)頻器容量為150 kVA ，驅動電(dian)機功率110kW，輸出額(e)定電(dian)流(liu)228A(120%的過載(zai)能(neng)力)，操作方便，直觀。

　　壓力(li)變(bian)送器(qi)選擇國產1151型號的電容式壓力(li)變(bian)送器(qi)。該變(bian)送器(qi)具有(you)結構簡單，安裝方便，準確度(du)高及高可(ke)靠性等優(you)點，能滿足控制要(yao)求。

2.2  水壓閉環調節原理

　　該(gai)系統(tong)的(de)(de)水壓(ya)閉環調節原理是：在泵站的(de)(de)輸出母(mu)管(guan)上的(de)(de)壓(ya)力變送器將出水母(mu)管(guan)水壓(ya)轉換(huan)為(wei)1～5 V，直流電壓(ya)信(xin)號輸入PLC，經FX- 4AD將其轉換(huan)為(wei)數字信(xin)號。該(gai)信(xin)號與(yu)壓(ya)力給(gei)定(ding)值(zhi)相比(bi)較(jiao)，并經PID運算，由PLC輸出1個(ge)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)信(xin)號經FX- 2DA 轉換(huan)為(wei)4～20mA的(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)信(xin)號送往變頻器，控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)變頻器輸出頻率(lv)，從而控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)供水泵電機轉速，達到(dao)輸出供水母(mu)管(guan)水壓(ya)穩定(ding)在設定(ding)的(de)(de)壓(ya)力上。

3  一(yi)拖二一(yi)拖三變頻恒壓(ya)供水設備(bei)自動控制系統泵組切換與(yu)恒壓(ya)供水控制方法(fa)

　　該系統(tong)由(you)1臺編程控制器和(he)1臺變頻(pin)器(qi)配(pei)合來控(kong)制4臺水(shui)(shui)泵(beng)(beng)的(de)起(qi)、停。上電(dian)時系統由變(bian)頻器(qi)(qi)控(kong)制軟起(qi)動1號泵(beng)(beng)變(bian)頻運(yun)行。如變(bian)頻器(qi)(qi)的(de)輸(shu)出(chu)頻率(lv)上升到(dao)50Hz，輸(shu)出(chu)母管(guan)水(shui)(shui)壓還達不(bu)到(dao)設定值，則延時3 min后(hou)(使母管(guan)壓力穩定)，將1號泵(beng)(beng)切(qie)換(huan)為(wei)(wei)(wei)工(gong)頻市電(dian)驅動。變(bian)頻器(qi)(qi)則再軟起(qi)動2號泵(beng)(beng)運(yun)轉，如輸(shu)出(chu)母管(guan)水(shui)(shui)壓還達不(bu)到(dao)設定值，則將2 泵(beng)(beng)切(qie)換(huan)為(wei)(wei)(wei)工(gong)頻市電(dian)驅動。變(bian)頻器(qi)(qi)則再起(qi)動3號泵(beng)(beng)運(yun)轉，直(zhi)到(dao)輸(shu)出(chu)母管(guan)水(shui)(shui)壓達到(dao)設定值為(wei)(wei)(wei)止。

　　當系統處于N臺(tai)泵同時運轉時，因用水(shui)量的變化可引起水(shui)壓(ya)(ya)的變化。泵組切(qie)換與(yu)恒壓(ya)(ya)供水(shui)的控制流程如圖2所示。

　　為防(fang)止變頻器50Hz驅(qu)動與市(shi)電50Hz驅(qu)動時(shi)電機輸出(chu)功(gong)率不(bu)同造成反復加(jia)(jia)泵緘泵現象，程序中的加(jia)(jia)泵緘泵的切換點不(bu)是剛好等于設(she)定(ding)(ding)值時(shi)就切換。加(jia)(jia)泵時(shi)壓(ya)力(li)判斷點為設(she)定(ding)(ding)值-Δ，減泵時(shi)判斷點為設(she)定(ding)(ding)值+Δ。其(qi)中Δ根據水(shui)壓(ya)控制的精度要求而對應(ying)設(she)置(zhi)。

　　另外，為防止(zhi)(zhi)減(jian)泵(beng)(beng)時由于(yu)市(shi)電驅動的泵(beng)(beng)的切換(huan)使(shi)水(shui)(shui)壓下降甚至(zhi)造成斷(duan)水(shui)(shui)現象，故減(jian)泵(beng)(beng)之(zhi)前將變頻器的輸出控制在30Hz上(shang)(shang)(此值可根據實(shi)際(ji)情況進行修正)。泵(beng)(beng)可處于(yu)不打水(shui)(shui)狀態，一(yi)旦N - 1號泵(beng)(beng)停止(zhi)(zhi)，則第N號泵(beng)(beng)將在30 Hz的基礎上(shang)(shang)增加，上(shang)(shang)升頻率(lv)速度快，可避免切換(huan)過(guo)程中的斷(duan)水(shui)(shui)現象。

　　為了(le)滿(man)足(zu)在火(huo)災情況發生時(shi)的消(xiao)防需要，，本系統(tong)具有雙恒壓(ya)控(kong)制功能(neng)，即(ji)當(dang)發生火(huo)災時(shi)，按(an)下(xia)消(xiao)防按(an)鈕開關，PLC讀到消(xiao)防按(an)鈕開關信號(hao)后，立即(ji)起動(dong)消(xiao)防水壓(ya)(即(ji)第(di)二恒壓(ya)設定值)控(kong)制，滿(man)足(zu)消(xiao)防滅火(huo)水壓(ya)要求(qiu)。

4  一拖二一拖三(san)變頻恒壓供(gong)水設(she)備自動控制系(xi)統(tong)保護功能的實(shi)現

4.1  定(ding)時(shi)換泵功能

　　為了(le)防止(zhi)(zhi)某1臺(tai)水(shui)泵因長期(qi)不運行(xing)(xing)(xing)銹(xiu)死而另外(wai)1臺(tai)卻(que)長時(shi)間運行(xing)(xing)(xing)，影(ying)響系(xi)(xi)統(tong)的運行(xing)(xing)(xing)壽命(ming)和可靠性(xing)，該系(xi)(xi)統(tong)PLC內部設(she)有(you)實(shi)時(shi)時(shi)鐘。PLC系(xi)(xi)統(tong)定時(shi)巡(xun)檢每1臺(tai)泵的運行(xing)(xing)(xing)時(shi)間，并與整(zheng)個系(xi)(xi)統(tong)泵的平均(jun)運行(xing)(xing)(xing)時(shi)間比較，如果(guo)某1臺(tai)泵休息(xi)時(shi)間太長，則將該泵投入運行(xing)(xing)(xing)，而運行(xing)(xing)(xing)時(shi)間最(zui)長的泵投入休息(xi)狀態。系(xi)(xi)統(tong)盡(jin)量(liang)使每1臺(tai)泵的運行(xing)(xing)(xing)時(shi)間接(jie)近，以防止(zhi)(zhi)泵因長期(qi)不運行(xing)(xing)(xing)而銹(xiu)死，同時(shi)也(ye)避免了(le)某1臺(tai)泵因運行(xing)(xing)(xing)時(shi)間太長而易(yi)出現故障的現象(xiang)。

4.2  故障檢測與(yu)報(bao)警功能

　　該(gai)系統設有水位檢測與報警(jing)、變(bian)頻(pin)器故障檢測與報警(jing)、超壓(ya)(水壓(ya))檢測與報警(jing)及(ji)故障處理功能。

　　蓄水(shui)池水(shui)位(wei)(wei)的檢測采用(yong)1臺(tai)浮球(qiu)(qiu)傳感器。當水(shui)池中水(shui)位(wei)(wei)高于(yu)某(mou)設(she)定值時，浮球(qiu)(qiu)懸浮在(zai)水(shui)中，球(qiu)(qiu)內的干(gan)(gan)簧管接通(tong)。若水(shui)池水(shui)位(wei)(wei)低于(yu)某(mou)設(she)定值時，浮球(qiu)(qiu)懸起，內部干(gan)(gan)簧管斷開。PLC接收到此信(xin)號后，發出報警信(xin)號，通(tong)知操作(zuo)人負處理。

　　超(chao)(chao)壓(ya)報(bao)警(jing)在設備正常運行時(shi)是不會發生的，因為一旦水壓(ya)超(chao)(chao)過設定(ding)值時(shi)，則(ze)PLC會減泵或(huo)控制(zhi)變頻器(qi)降(jiang)低頻率使(shi)水泵減速(su)。特殊情(qing)況(kuang)下，如壓(ya)力(li)傳感器(qi)失靈等情(qing)況(kuang)出現，實測壓(ya)力(li)大(da)大(da)超(chao)(chao)過設定(ding)水壓(ya)時(shi)，則(ze)PLC發出報(bao)警(jing)信號，通知操(cao)作人(ren)員處理(li)。

5  結束語

　　FX2 - 32可編程控制(zhi)(zhi)器與變頻器結合實現(xian)的智(zhi)能恒壓(ya)多(duo)泵(beng)恒壓(ya)供(gong)水(shui)自(zi)動控制(zhi)(zhi)系統(tong)已(yi)在企業得到實際應(ying)用(yong)。實際運(yun)(yun)行(xing)表明，系統(tong)投入后(hou)供(gong)水(shui)壓(ya)力穩定，控制(zhi)(zhi)精度(du)高，運(yun)(yun)行(xing)可靠(kao)，效率較高。