基于(yu)臺達PLC與變(bian)頻(pin)器實(shi)現(xian)自(zi)動變(bian)頻(pin)給水(shui)設備(bei)自(zi)動恒壓控制

1 前言

常(chang)規的供水系統采用(yong)水泵(beng)定速控制，通過改變閥門的大(da)小的方(fang)法(fa)調節(jie)流量和壓(ya)力，以(yi)達(da)水壓(ya)恒定。這種方(fang)式在(zai)運行中存在(zai)以(yi)下(xia)問題。

（1）人工(gong)操作存(cun)在調(diao)節滯后，整個系統穩定性差(cha)，自動化(hua)程度低，使得溢水管經(jing)常(chang)排水造成資(zi)源浪費；

（2）水(shui)泵定速(su)運行，不僅造成電能的浪費(fei)，而且(qie)由(you)于泵長期高速(su)運行，易使(shi)軸(zhou)承損壞，影(ying)響泵的使(shi)用(yong)壽命(ming)，且(qie)備用(yong)水(shui)泵出現過銹死的現象；

（3）每年夏(xia)天用(yong)水(shui)高峰時段水(shui)壓(ya)不(bu)能得到保證，當出現了突發性電網故(gu)障時，由于水(shui)量不(bu)足(zu)給企業生(sheng)產造成不(bu)便；

      為了提(ti)供恒壓(ya)供水，因而(er)(er)對飲料公司供水系統進(jin)行改造就(jiu)顯得非常重要。可(ke)編程序控制(zhi)器（簡(jian)稱PLC）是一種(zhong)專門為在工業環(huan)境下應用(yong)而(er)(er)設計的(de)數(shu)字運(yun)算操(cao)作(zuo)的(de)電子(zi)裝置。具有通用(yong)性好，可(ke)靠性高，安裝靈活，擴展方(fang)便，性價(jia)比高等(deng)一系列優點(dian)，而(er)(er)且其(qi)總線(xian)與網(wang)絡能(neng)(neng)力越來越強，可(ke)方(fang)便地與上(shang)位機(ji)組成控制(zhi)系統，實現(xian)系統的(de)高性價(jia)比和高，效能(neng)(neng)運(yun)作(zuo)。

      本文采(cai)用臺達公司(si)的PLC和(he)變頻器(qi)產(chan)品研(yan)制開發了(le)一(yi)種自動(dong)變頻給水(shui)設備控制系(xi)(xi)(xi)統，可有效減(jian)輕工作(zuo)人(ren)員的負擔，提高(gao)供水(shui)系(xi)(xi)(xi)統的優化運行程(cheng)度，增強系(xi)(xi)(xi)統抗干擾性(xing)，避免硬件老化損(sun)失(shi)。

2　自(zi)動變頻給水設備系統簡介

      為改善(shan)生產(chan)(chan)環境，某大型飲料公(gong)司投資清潔水(shui)(shui)技(ji)改工程并(bing)建(jian)成一座日產(chan)(chan)水(shui)(shui)5萬(wan)頓的(de)(de)供(gong)(gong)(gong)水(shui)(shui)系(xi)統(tong)(tong)，分別建(jian)設了(le)抽水(shui)(shui)泵系(xi)統(tong)(tong)、加(jia)壓(ya)泵系(xi)統(tong)(tong)和高位(wei)(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)。根據公(gong)司用(yong)(yong)水(shui)(shui)需求特(te)點，從抽水(shui)(shui)泵系(xi)統(tong)(tong)過來的(de)(de)水(shui)(shui)一部(bu)分直接供(gong)(gong)(gong)給生產(chan)(chan)用(yong)(yong)水(shui)(shui)部(bu)門(men)，一部(bu)分則需通(tong)過加(jia)壓(ya)泵輸送(song)到高位(wei)(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)，而供(gong)(gong)(gong)給生產(chan)(chan)用(yong)(yong)水(shui)(shui)部(bu)門(men)的(de)(de)水(shui)(shui)壓(ya)與供(gong)(gong)(gong)給高位(wei)(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)的(de)(de)水(shui)(shui)壓(ya)相差較(jiao)大。同時高位(wei)(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)距抽水(shui)(shui)泵房較(jiao)遠達十多公(gong)里(li)，高位(wei)(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)的(de)(de)液位(wei)(wei)(wei)高低和加(jia)壓(ya)泵系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)設計以及(ji)如何與抽水(shui)(shui)泵系(xi)統(tong)(tong)“聯(lian)動”也是較(jiao)難解決的(de)(de)。

      鑒于(yu)以上特點，從技術可(ke)靠和經濟實用角度綜(zong)合(he)(he)考慮，我們設計了(le)用PLC控制(zhi)與變頻器控制(zhi)相結合(he)(he)的自動變頻給水設備，同時通過主水管線壓力傳遞較經濟地(di)實現了(le)加壓泵系統與抽水泵系統“遠程聯動”的控制(zhi)目的。

3　自動變(bian)頻(pin)給(gei)水設備系統方案

      自動(dong)變頻(pin)(pin)給水設(she)備(bei)(bei)系統的控制以臺達(da)的DVP-EH型(xing)DVP64EH00R PLC為技術平(ping)臺，DOP-A57CST觸摸屏為操作(zuo)界面，VFD110B43A變頻(pin)(pin)器(qi)作(zuo)為執行構(gou)件。觸摸屏通過COM2口與DVPEH　PLC 的COM口相連，采用MODBUS協議。PLC通過RS485口控制變頻(pin)(pin)器(qi)（便于擴充），支持MODBUS協議。另(ling)外還包括(kuo)施耐德公(gong)司(si)的軟啟動(dong)器(qi)、電(dian)機保護器(qi)、數據(ju)采集及其輔助設(she)備(bei)(bei)組(zu)成（見圖1）。

3.1 抽水泵系統

      整個抽水(shui)泵系統有150KW深(shen)(shen)井泵電(dian)機四(si)臺(tai)(tai)，90KW深(shen)(shen)井泵電(dian)機兩臺(tai)(tai)，采用變頻器循環工(gong)(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)，六臺(tai)(tai)電(dian)機均(jun)可(ke)設置在變頻方(fang)式(shi)下工(gong)(gong)作(zuo)。采用一臺(tai)(tai)150KW和一臺(tai)(tai)90KW的(de)軟起(qi)動150KW和90KW的(de)電(dian)機。當變頻器工(gong)(gong)作(zuo)在50HZ，管網壓力(li)仍(reng)然低于系統設定的(de)下限時，軟起(qi)動器便自(zi)動起(qi)動一臺(tai)(tai)電(dian)機投入到工(gong)(gong)頻運(yun)行(xing)，當壓力(li)達到高限時，自(zi)動停(ting)掉工(gong)(gong)頻運(yun)行(xing)電(dian)機。

      自動變頻給水(shui)設備(bei)系(xi)統為(wei)每臺電(dian)機配備(bei)電(dian)機保(bao)護器，是因(yin)為(wei)電(dian)機功率較大，在(zai)過(guo)載、欠(qian)壓、過(guo)壓、過(guo)流、相序不平衡、缺相、電(dian)機空轉(zhuan)等(deng)情況下為(wei)確保(bao)電(dian)機的(de)良好使用(yong)條件，達到延(yan)長電(dian)機的(de)使用(yong)壽(shou)命的(de)目(mu)的(de)。

      自動變頻給水設備系統配備水(shui)(shui)(shui)位(wei)(wei)顯示儀表(biao)，可(ke)進(jin)行高低位(wei)(wei)報警(jing)，同時(shi)(shi)通過PLC可(ke)確(que)保取水(shui)(shui)(shui)在合理水(shui)(shui)(shui)位(wei)(wei)的水(shui)(shui)(shui)質監控(kong)，同時(shi)(shi)也保護(hu)電機制正(zheng)常運轉工(gong)況。

      自(zi)動變頻給水設備系統配(pei)備流(liu)量(liang)(liang)計，既能(neng)顯示一段時(shi)間的累積流(liu)量(liang)(liang)，又能(neng)顯示瞬時(shi)流(liu)量(liang)(liang)，可(ke)進(jin)行出水量(liang)(liang)的統計和每臺泵的出水流(liu)量(liang)(liang)監(jian)控(kong)。

3.2 公司內不同壓力(li)供水需求(qiu)的解決(jue)

      為穩(wen)定可靠(kao)地滿(man)足公(gong)司內(nei)部(bu)分(fen)區域供(gong)水(shui)太(tai)力（0.4~0.45Mpa）低于(yu)主管網水(shui)壓(ya)力（0.8~0.9Mpa）的要求，配備穩(wen)壓(ya)減壓(ya)閥(fa)來調節(jie)，可調范圍為0.1~0.8Mpa。

3.3 加壓泵系統

      由于抽水(shui)(shui)泵(beng)(beng)房距(ju)(ju)離(li)高位(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)較遠，直(zhi)接供(gong)水(shui)(shui)到高位(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)抽水(shui)(shui)泵(beng)(beng)的揚程不足，為此在距(ju)(ju)離(li)高位(wei)(wei)水(shui)(shui)池(chi)(chi)落(luo)差(cha)為36米(mi)處設計有一加(jia)壓泵(beng)(beng)房，配備立式離(li)心泵(beng)(beng)兩臺（一用一備）電機功(gong)率為75KW，揚程36米(mi)。該加(jia)壓泵(beng)(beng)的控(kong)制系統(tong)需(xu)考慮以下條件：

（1）若高位水(shui)(shui)(shui)池水(shui)(shui)(shui)位低和主管有水(shui)(shui)(shui)，則打開進水(shui)(shui)(shui)電動蝶(die)閥和起動加壓泵向(xiang)高位水(shui)(shui)(shui)池供水(shui)(shui)(shui)；

（2）若(ruo)高位水池水位滿且主(zhu)管有(you)水，則給出報警信號并關閉加壓泵和進水電動蝶(die)閥；

（3）若(ruo)主管(guan)無水(shui)(shui)表(biao)明(ming)用水(shui)(shui)量(liang)增大或(huo)抽(chou)水(shui)(shui)泵房停止供水(shui)(shui)，須開(kai)啟出(chu)水(shui)(shui)電動(dong)蝶閥(fa)由高位水(shui)(shui)池向主管(guan)補充不。

      像抽水泵一樣(yang)，我們為(wei)加壓泵配備(bei)了軟起動器和電機保護器，確保加壓泵長(chang)期可靠地運轉，同時配備(bei)了高(gao)位水池的水位傳感(gan)器和數顯儀和缺水傳感(gan)器。

      為(wei)保證整個主水(shui)管網的(de)恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)不(bu)，當高位水(shui)池滿且主水(shui)管有水(shui)時，加壓(ya)(ya)泵(beng)停(ting)止，此時主管壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)將“憋(bie)壓(ya)(ya)”，會導(dao)致主管壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)上升(sheng)，并(bing)將此壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)傳(chuan)遞(di)到抽水(shui)泵(beng)房(fang)，抽水(shui)泵(beng)的(de)控(kong)制(zhi)系(xi)統檢測到此壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)進行恒(heng)壓(ya)(ya)變頻控(kong)制(zhi)，進而達到整個主管網的(de)恒(heng)壓(ya)(ya)供(gong)水(shui)，這是整個控(kong)制(zhi)系(xi)統設(she)計的(de)關鍵(jian)。

4 自動變頻(pin)給(gei)水(shui)設備系統實(shi)現功能

4.1 全(quan)自動平穩切換，恒壓控制(zhi)

      主水(shui)(shui)管網(wang)壓(ya)(ya)(ya)力傳感器(qi)(qi)的(de)壓(ya)(ya)(ya)力信(xin)(xin)號(hao)4~20mA送給數字PID控(kong)制器(qi)(qi)，控(kong)制器(qi)(qi)根(gen)據壓(ya)(ya)(ya)力設(she)定(ding)值與實際檢測值進行(xing)(xing)PID運(yun)(yun)(yun)算，并給出(chu)信(xin)(xin)號(hao)直接控(kong)制變(bian)頻器(qi)(qi)的(de)轉速以使管網(wang)的(de)壓(ya)(ya)(ya)力穩定(ding)。當(dang)用水(shui)(shui)量不(bu)是(shi)很大(da)時，一臺(tai)泵(beng)(beng)在變(bian)頻器(qi)(qi)的(de)控(kong)制下(xia)穩定(ding)運(yun)(yun)(yun)行(xing)(xing)；當(dang)用水(shui)(shui)量大(da)到變(bian)頻器(qi)(qi)全速運(yun)(yun)(yun)行(xing)(xing)也不(bu)能保(bao)證管網(wang)的(de)壓(ya)(ya)(ya)和穩定(ding)時，控(kong)制器(qi)(qi)的(de)壓(ya)(ya)(ya)力下(xia)限信(xin)(xin)號(hao)與變(bian)頻器(qi)(qi)的(de)高速信(xin)(xin)號(hao)同時被 PLC檢測到，PLC自動(dong)(dong)將原工(gong)作(zuo)在變(bian)頻狀(zhuang)態下(xia)泵(beng)(beng)投(tou)入到工(gong)頻運(yun)(yun)(yun)行(xing)(xing)，以保(bao)持壓(ya)(ya)(ya)力的(de)連續性，同時將一臺(tai)備(bei)用的(de)泵(beng)(beng)用變(bian)頻器(qi)(qi)起動(dong)(dong)后投(tou)入運(yun)(yun)(yun)行(xing)(xing)，以加(jia)大(da)管網(wang)的(de)供水(shui)(shui)量保(bao)證壓(ya)(ya)(ya)力穩定(ding)。若(ruo)兩臺(tai)泵(beng)(beng)運(yun)(yun)(yun)轉仍，則依次將變(bian)頻工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態下(xia)的(de)泵(beng)(beng)投(tou)入到工(gong)頻運(yun)(yun)(yun)行(xing)(xing)，而(er)將另一臺(tai)備(bei)用泵(beng)(beng)投(tou)入變(bian)頻運(yun)(yun)(yun)行(xing)(xing)。

   ;   當用水量減(jian)少時(shi)(shi)，首先(xian)表(biao)現為變頻器已(yi)工作(zuo)在(zai)低速信號有(you)效(xiao)，這時(shi)(shi)壓力上限信號如仍(reng)出(chu)現，PLC首先(xian)將工頻運行的(de)泵(beng)停(ting)掉(diao)，以減(jian)少供水量。當上述兩個信號仍(reng)存在(zai)時(shi)(shi)，PLC再停(ting)掉(diao)一(yi)臺(tai)工頻運行的(de)電機，直到只有(you)一(yi)臺(tai)泵(beng)用主頻器恒壓供水。另外，控(kong)制系(xi)統設(she)計(ji)六臺(tai)泵(beng)為兩組，每臺(tai)泵(beng)的(de)電機累計(ji)運行時(shi)(shi)間可顯示(shi)，24小時(shi)(shi)輪換一(yi)次(ci)，既保(bao)證供水系(xi)統有(you)備用泵(beng)，又(you)保(bao)證系(xi)統的(de)泵(beng)有(you)相同的(de)運行時(shi)(shi)間，確保(bao)了泵(beng)的(de)可靠(kao)壽命。控(kong)制系(xi)統圖見圖2。

4.2 半自動運行

      當(dang)PLC系統出現問題時(shi)，自(zi)動(dong)控制系統失靈，這時(shi)候(hou)系統工(gong)作(zuo)處于半(ban)自(zi)動(dong)狀態，即一臺泵(beng)具有變頻自(zi)動(dong)恒壓(ya)控制功能，當(dang)用水(shui)量不夠時(shi)，可手動(dong)投(tou)入另外一臺或(huo)幾臺工(gong)頻泵(beng)運(yun)行。

4.3 手動

      當壓力傳(chuan)感器(qi)故(gu)(gu)障或變頻器(qi)故(gu)(gu)障時(shi)，為確(que)保用水，六臺泵(beng)可分(fen)別以手動工(gong)頻方式運行(xing)。

5 實施效果

      實(shi)際(ji)運行證明本控制(zhi)(zhi)系(xi)統滿(man)足了(le)多臺深井泵的自動控制(zhi)(zhi)的低成本且經濟實(shi)惠，在軟件設計中充(chong)分(fen)考虎變(bian)頻與工頻在切換時的瞬間(jian)壓力與電流(liu)沖(chong)擊，每臺泵均(jun)采用(yong)軟起動是解(jie)決該問題關鍵(jian)。變(bian)頻器工作(zuo)的上下限頻率及(ji)數字(zi)PID控制(zhi)(zhi)的上下限控制(zhi)(zhi)點的設定對系(xi)統的誤差范圍也有不可忽(hu)視的作(zuo)用(yong)。

①采用自動變頻給水設備，消除了主管網壓(ya)力(li)波動，保證了供水質量(liang)，而且節能效果明顯，并延長了主管網及(ji)其閥(fa)門的使用壽命。

②用(yong)穩壓減壓閥(fa)經濟地解決了不同用(yong)水壓力(li)的問(wen)題。

③拓寬運用(yong)變頻恒壓控制原理(li)，較好地解決了加壓泵房(fang)與抽水泵房(fang)的遠程(cheng)通(tong)訊(xun)總是并達到異地連鎖控制的目的。

④在抽水(shui)泵房設置(zhi)連(lian)續液(ye)位顯(xian)示(shi)，并(bing)將信(xin)號傳與PLC，防止泵缺水(shui)燒壞電(dian)機，設定(ding)的(de)取水(shui)位置(zhi)，確(que)保水(shui)的(de)質量。

⑤電(dian)(dian)機既有電(dian)(dian)機保護器，又(you)有軟起(qi)動器，克服(fu)了(le)起(qi)動時的大電(dian)(dian)流沖擊，相對延長了(le)電(dian)(dian)機制使用(yong)壽命。

⑥由于采用PLC控制的壓(ya)力自動控制，可以實現無人遠程(cheng)操作，系(xi)統(tong)的PLC預留有(you)RS485接(jie)口，可與公司總調度(du)室計算(suan)機網絡進行連接(jie)。

⑦由于(yu)系(xi)統(tong)采用閉環恒壓(ya)控制，電機在滿足主水很容易網的(de)壓(ya)力的(de)前提下，節能效果(guo)顯著(zhu)，年(nian)節電61萬(wan)度，折合(he)為人民幣36萬(wan)元。

⑧通過采用變頻器(qi)控制，可(ke)在(zai)不同季節(jie)、節(jie)假日、日夜及上下班等(deng)全面(mian)調控水(shui)量，按(an)日節(jie)水(shui)100噸(dun)計，則年可(ke)節(jie)水(shui)36500噸(dun)。

總之，采(cai)用(yong)該PLC控制的(de)(de)(de)自動(dong)變頻(pin)給(gei)水(shui)設備肯定能(neng)保證該大(da)(da)型(xing)飲料廠的(de)(de)(de)足量用(yong)水(shui)，同(tong)時很大(da)(da)程(cheng)度(du)上降低(di)了維修的(de)(de)(de)勞動(dong)強度(du)和(he)延長了設備的(de)(de)(de)使用(yong)壽命，實現了真正的(de)(de)(de)自動(dong)控制，不僅可解(jie)決了現供水(shui)系統存在(zai)的(de)(de)(de)問題，而且節(jie)能(neng)效果(guo)顯(xian)著。因此，從節(jie)能(neng)和(he)改善供水(shui)條件上有著重大(da)(da)的(de)(de)(de)價值。