PLC在變頻調(diao)速(su)生活給水設備系統的應(ying)用

1 引言

      交流變(bian)(bian)頻調(diao)速技術(shu)在國內(nei)(nei)外得(de)(de)到了廣泛的(de)(de)(de)應用(yong)，它具有(you)體積小(xiao)、重量(liang)輕、安裝(zhuang)操作簡(jian)單、數據(ju)可(ke)靠、性能穩定(ding)和節(jie)電效(xiao)果(guo)明顯等特點,是一項較為(wei)成熟的(de)(de)(de)高(gao)科技成果(guo)。近年(nian)來，在國內(nei)(nei)各行各業也相繼(ji)引進(jin)交流變(bian)(bian)頻調(diao)速的(de)(de)(de)各類產品，以(yi)(yi)滿足(zu)生產現場的(de)(de)(de)需求。在城市高(gao)樓發(fa)展的(de)(de)(de)今(jin)天，以(yi)(yi)前的(de)(de)(de)給(gei)水設備已經遠(yuan)遠(yuan)不能滿足(zu)現代(dai)人民生活(huo)的(de)(de)(de)需要，給(gei)水廠的(de)(de)(de)自動化改造迫在眉睫。如何(he)保證在供(gong)(gong)水量(liang)波動的(de)(de)(de)時候水壓(ya)恒定(ding)，采取(qu)變(bian)(bian)頻恒壓(ya)控(kong)制是現代(dai)供(gong)(gong)水控(kong)制系統(tong)的(de)(de)(de)主要方(fang)式。它利用(yong)plc、傳(chuan)感器、變(bian)(bian)頻器及水泵(beng)機組(zu)(zu)組(zu)(zu)成閉環(huan)控(kong)制系統(tong)，使管網(wang)壓(ya)力保持恒定(ding)，代(dai)替了傳(chuan)統(tong)的(de)(de)(de)水塔供(gong)(gong)水控(kong)制方(fang)案，具有(you)自動化程度高(gao)，高(gao)效(xiao)節(jie)能的(de)(de)(de)優點，在小(xiao)區供(gong)(gong)水和工廠供(gong)(gong)水控(kong)制中(zhong)得(de)(de)到廣泛應用(yong)，并取(qu)得(de)(de)了明顯的(de)(de)(de)經濟效(xiao)益。

2 變頻調速(su)生活給水設備(bei)組成(cheng)

      變(bian)頻調(diao)速生活(huo)給(gei)水設(she)備系(xi)統以(yi)3臺15kw的水泵p1、p2、p3變(bian)頻恒壓(ya)運(yun)行為例，以(yi)變(bian)頻器(qi)、可(ke)編程序控(kong)制器(qi)作為系(xi)統控(kong)制的核心部件，以(yi)設(she)定壓(ya)力(li)為控(kong)制目標，以(yi)pid為控(kong)制算(suan)(suan)法(fa)，和(he)變(bian)頻器(qi)組成(cheng)恒壓(ya)閉環(huan)控(kong)制系(xi)統，如圖(tu)1所示。系(xi)統時刻跟蹤管網(wang)壓(ya)力(li)與壓(ya)力(li)設(she)定值(zhi)的偏(pian)差(cha)變(bian)化情況，經變(bian)頻器(qi)內(nei)部進行pid運(yun)算(suan)(suan)，由plc控(kong)制變(bian)頻與工(gong)頻切換(huan)，自動控(kong)制水泵電機投入(ru)臺數(shu)和(he)電機轉速，實(shi)現(xian)閉環(huan)自動調(diao)整恒壓(ya)供水。

2.1 變頻(pin)調速生活給水設(she)備硬件設(she)計

      變頻調速生活給(gei)水(shui)設備plc選用日(ri)本三菱(ling)公司的(de)(de)(de)(de)產品，水(shui)泵p1、p2、p3可變(bian)頻(pin)(pin)運(yun)行，也(ye)可工頻(pin)(pin)運(yun)行，需(xu)plc的(de)(de)(de)(de)四個輸(shu)出(chu)信號(hao)(hao)(hao)控制(zhi)，變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)運(yun)行與關斷由plc的(de)(de)(de)(de)一個輸(shu)出(chu)信號(hao)(hao)(hao)控制(zhi)，變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)極(ji)限(xian)頻(pin)(pin)率的(de)(de)(de)(de)檢(jian)測信號(hao)(hao)(hao)占(zhan)用plc一個輸(shu)人點(dian)，設(she)定(ding)水(shui)壓的(de)(de)(de)(de)上(shang)、下(xia)限(xian)壓力(li)值(zhi)，上(shang)、下(xia)限(xian)壓力(li)值(zhi)分別設(she)在(zai)給定(ding)壓力(li)值(zhi)上(shang)下(xia)兩(liang)側與給定(ding)壓力(li)略有偏差處，當管(guan)網壓力(li)處于上(shang)、下(xia)限(xian)位(wei)置，傳感器(qi)分別輸(shu)出(chu)開關信號(hao)(hao)(hao)進入plc兩(liang)個輸(shu)人點(dian)，與變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)的(de)(de)(de)(de)極(ji)限(xian)輸(shu)出(chu)頻(pin)(pin)率檢(jian)測信號(hao)(hao)(hao)一起(qi)，通過plc控制(zhi)泵的(de)(de)(de)(de)變(bian)頻(pin)(pin)與工頻(pin)(pin)切換以(yi)及工頻(pin)(pin)運(yun)行泵的(de)(de)(de)(de)切除。系(xi)統(tong)所需(xu)的(de)(de)(de)(de)輸(shu)入/輸(shu)出(chu)點(dian)數量共為16個點(dian)，可編程控制(zhi)器(qi)fxos-20mr能夠(gou)滿(man)足系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)控制(zhi)要求，fx系(xi)列plc的(de)(de)(de)(de)工作電源(yuan)(yuan)可以(yi)用交流(liu)220v電源(yuan)(yuan)，也(ye)可用直(zhi)流(liu)24v電源(yuan)(yuan)，它具有抗干(gan)擾能力(li)強(qiang)，可靠性(xing)高等特點(dian)，可長期在(zai)惡劣(lie)的(de)(de)(de)(de)工業環(huan)境下(xia)工作。該系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)i/o分布如附表所示。

      變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)選用日本安川(chuan)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)cimr-p5a45p5產品。通過變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)面板設定(ding)(ding)一個給(gei)定(ding)(ding)頻(pin)(pin)率(lv)作(zuo)(zuo)為壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)給(gei)定(ding)(ding)值(zhi)（14端(duan)），壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)傳(chuan)感器(qi)反饋來的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)信(xin)號（0～10v）接至(zhi)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)端(duan)子的(de)(de)7端(duan)、8端(duan)，作(zuo)(zuo)為壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)反饋，變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)根據壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)給(gei)定(ding)(ding)和實測壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)，調節(jie)輸(shu)出頻(pin)(pin)率(lv)，改變(bian)(bian)水(shui)泵(beng)轉速。變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器(qi)端(duan)子的(de)(de)19端(duan)和20端(duan)是傳(chuan)感器(qi)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)設定(ding)(ding)的(de)(de)上(shang)、下限值(zhi)，該信(xin)號進plc，作(zuo)(zuo)為工頻(pin)(pin)切換的(de)(de)控制(zhi)信(xin)息，由plc控制(zhi)水(shui)泵(beng)的(de)(de)工頻(pin)(pin)或變(bian)(bian)頻(pin)(pin)運行。主回路如圖2所示。變頻(pin)器有2個作用(yong)，一是作為電機(ji)的(de)軟起(qi)動裝置，限制(zhi)電動機(ji)的(de)啟(qi)動電流；二是改變異步電動機(ji)的(de)轉速，實(shi)現恒壓供水。

      交流(liu)接觸器組km2 km3分(fen)別(bie)控(kong)制(zhi)泵(beng)1的變頻(pin)運行(xing)和(he)(he)工(gong)頻(pin)運行(xing)；km4和(he)(he) km5分(fen)別(bie)控(kong)制(zhi)泵(beng)2變頻(pin)運行(xing)和(he)(he)工(gong)頻(pin)運行(xing)；km6和(he)(he)km7分(fen)別(bie)控(kong)制(zhi)泵(beng)3的變頻(pin)運行(xing)和(he)(he)工(gong)頻(pin)運行(xing)。

2.3 壓力傳(chuan)感器

      變頻調速(su)生活給水設備輸出(chu)壓力一般小于或等于0.6mpa，故系統選用(yong)ytz一150型帶電接點式的(de)壓力傳感器，其水壓檢測范圍為0～1mpa，檢測精度為±0.01mpa，該傳感器將0～1mpa范圍的(de)壓力對應(ying)轉換成(cheng)0～10v的(de)電信號。

3 控制(zhi)原(yuan)理

      合上(shang)(shang)空(kong)氣開關(guan)，供水(shui)系(xi)統投入運(yun)行(xing)。將手動、自動開關(guan)打到自動上(shang)(shang)，km1合上(shang)(shang)，系(xi)統進(jin)(jin)入全自動運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)，plc中程(cheng)序(xu)首先(xian)接通km2，并起動變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器。根據壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)設(she)(she)定值(zhi)（根據管(guan)網壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)要求(qiu)設(she)(she)定）與壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)實(shi)際值(zhi)（來自于壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)傳感器）的(de)(de)偏差進(jin)(jin)行(xing)pid調節，并輸出頻(pin)(pin)率(lv)給(gei)(gei)(gei)定信(xin)號(hao)（irf）給(gei)(gei)(gei)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器。變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器根據頻(pin)(pin)率(lv)給(gei)(gei)(gei)定信(xin)號(hao)及預先(xian)設(she)(she)定好的(de)(de)加速時間(jian)控制水(shui)泵的(de)(de)轉(zhuan)速以保證水(shui)壓(ya)(ya)(ya)(ya)保持在(zai)(zai)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)設(she)(she)定值(zhi)的(de)(de)上(shang)(shang)、下(xia)限范(fan)圍(wei)之內(nei)，實(shi)現恒(heng)壓(ya)(ya)(ya)(ya)控制。同時變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器在(zai)(zai)運(yun)行(xing)頻(pin)(pin)率(lv)到達上(shang)(shang)限（設(she)(she)定為工(gong)頻(pin)(pin)50hz），會將頻(pin)(pin)率(lv)到達信(xin)號(hao)送給(gei)(gei)(gei)plc，plc則根據管(guan)網壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)上(shang)(shang)、下(xia)限信(xin)號(hao)和變(bian)(bian)頻(pin)(pin)器的(de)(de)運(yun)行(xing)頻(pin)(pin)率(lv)是(shi)否(fou)到達上(shang)(shang)限的(de)(de)信(xin)號(hao)，由程(cheng)序(xu)判斷(duan)是(shi)否(fou)要起動第(di)2臺泵（或第(di)3臺泵）。

      當(dang)變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)運行(xing)(xing)頻(pin)率達到頻(pin)率上限值，并保持一段時(shi)間（程序設定為15s），則(ze)plc會(hui)將當(dang)前變(bian)(bian)頻(pin)運行(xing)(xing)泵(beng)切換(huan)為工頻(pin)運行(xing)(xing)，并迅速（時(shi)間設定為5s）起動(dong)下1臺泵(beng)變(bian)(bian)頻(pin)運行(xing)(xing)。此時(shi)pid會(hui)繼續通過(guo)由遠傳壓力(li)表送(song)來的(de)檢測信號進行(xing)(xing)分析、計算、判斷，進一步控(kong)制變(bian)(bian)頻(pin)器(qi)(qi)的(de)運行(xing)(xing)頻(pin)率，使管壓保持在(zai)壓力(li)設定值的(de)上、下限偏差范圍之內。3臺泵(beng)切換(huan)及(ji)變(bian)(bian)頻(pin)控(kong)制程序框圖(tu)如圖(tu)3所示。

      增(zeng)泵工作(zuo)過程：假定(ding)(ding)增(zeng)泵順(shun)序為l、2、3泵。開始時，1泵電(dian)機(ji)(ji)(ji)在plc控制(zhi)下(xia)先投入(ru)調(diao)速(su)運(yun)行(xing)，其(qi)運(yun)行(xing)速(su)度由(you)變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)調(diao)節。當供水(shui)壓力(li)小于(yu)壓力(li)預(yu)置值時變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)輸出頻(pin)率(lv)升(sheng)高，水(shui)泵轉速(su)上升(sheng)，反(fan)之下(xia)降。當變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)的輸出頻(pin)率(lv)達到(dao)上限（50hz），并穩定(ding)(ding)運(yun)行(xing)15s后(hou)，如(ru)果(guo)供水(shui)壓力(li)仍沒(mei)(mei)達到(dao)預(yu)置值，則(ze)需進入(ru)增(zeng)泵過程。在plc的邏輯控制(zhi)下(xia)將1泵電(dian)機(ji)(ji)(ji)與(yu)變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)連接(jie)的電(dian)磁(ci)開關斷開，延(yan)時1s后(hou)，1泵電(dian)機(ji)(ji)(ji)切換(huan)到(dao)工頻(pin)運(yun)行(xing)，同(tong)時變(bian)頻(pin)器(qi)(qi)與(yu)2泵電(dian)機(ji)(ji)(ji)連接(jie)，控制(zhi)2泵投入(ru)調(diao)速(su)運(yun)行(xing)。如(ru)果(guo)還沒(mei)(mei)到(dao)達設定(ding)(ding)值，則(ze)繼續按照以上步(bu)驟將2泵切換(huan)到(dao)工頻(pin)運(yun)行(xing)，控制(zhi)3泵投入(ru)變(bian)頻(pin)運(yun)行(xing)。

      減(jian)泵(beng)工(gong)作過(guo)程(cheng)：假定(ding)減(jian)泵(beng)順序依次為3、2、1泵(beng)。當供(gong)水(shui)(shui)壓(ya)力大(da)于預(yu)置值時，變(bian)(bian)頻器輸出頻率降(jiang)低(di)(di)，水(shui)(shui)泵(beng)速(su)(su)度(du)下(xia)降(jiang)，當變(bian)(bian)頻器的(de)(de)輸出頻率達(da)(da)到(dao)下(xia)限（30hz），并(bing)穩(wen)定(ding)運(yun)行一段(duan)時間(jian)(jian)（30s）后，把(ba)變(bian)(bian)頻器控制的(de)(de)水(shui)(shui)泵(beng)停機，如(ru)果(guo)(guo)供(gong)水(shui)(shui)壓(ya)力仍(reng)大(da)于預(yu)置值，則將下(xia)一臺水(shui)(shui)泵(beng)由工(gong)頻運(yun)行切換到(dao)變(bian)(bian)頻器調(diao)速(su)(su)運(yun)行，并(bing)繼續(xu)減(jian)泵(beng)工(gong)作過(guo)程(cheng)。如(ru)果(guo)(guo)在晚(wan)間(jian)(jian)用水(shui)(shui)不多時，當最后一臺正(zheng)在運(yun)行的(de)(de)主(zhu)泵(beng)處于低(di)(di)速(su)(su)運(yun)行時，如(ru)果(guo)(guo)供(gong)水(shui)(shui)壓(ya)力仍(reng)大(da)于設定(ding)值，則停機并(bing)啟(qi)動輔(fu)泵(beng)投入調(diao)速(su)(su)運(yun)行，從而(er)達(da)(da)到(dao)節(jie)能效(xiao)果(guo)(guo)。

4 結束語

      該變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)生活(huo)給(gei)水(shui)設(she)(she)備系統(tong)邏輯控制(zhi)采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)plc控制(zhi)變(bian)頻(pin)器(qi)實(shi)現調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)恒壓(ya)供(gong)水(shui)，使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)方便，工作(zuo)可(ke)靠(kao)，系統(tong)壓(ya)力(li)恒定(ding)，具有(you)較(jiao)好的(de)(de)控制(zhi)效(xiao)果。該變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)生活(huo)給(gei)水(shui)設(she)(she)備系統(tong)采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)調(diao)(diao)(diao)(diao)節水(shui)泵(beng)轉速(su)，使(shi)系統(tong)實(shi)現了(le)(le)高效(xiao)節能，節能效(xiao)率可(ke)達40％左右(you)，同(tong)時由于采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)變(bian)頻(pin)器(qi)對電機(ji)實(shi)行(xing)軟起動，減(jian)少了(le)(le)設(she)(she)備損耗，延長了(le)(le)水(shui)泵(beng)、電機(ji)設(she)(she)備的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)壽命。變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)生活(huo)給(gei)水(shui)設(she)(she)備系統(tong)采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)閉環控制(zhi)，參(can)數(shu)超調(diao)(diao)(diao)(diao)波動范圍小，偏差能及時進行(xing)控制(zhi)。變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)(de)加速(su)和減(jian)速(su)可(ke)根據工藝要求自動調(diao)(diao)(diao)(diao)節，控制(zhi)精度高，能保證(zheng)生產工藝穩定(ding)，而且由于變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)器(qi)具有(you)十分靈(ling)敏的(de)(de)故障(zhang)檢測(ce)、診斷、數(shu)字顯示功能，提(ti)高了(le)(le)水(shui)泵(beng)運(yun)行(xing)的(de)(de)可(ke)靠(kao)性。綜上(shang)所述，采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)plc和變(bian)頻(pin)器(qi)為核心部件構成的(de)(de)變(bian)頻(pin)調(diao)(diao)(diao)(diao)速(su)生活(huo)給(gei)水(shui)設(she)(she)備系統(tong)，具有(you)很強的(de)(de)實(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)性，為供(gong)水(shui)領域的(de)(de)技術(shu)革新，開辟了(le)(le)切實(shi)有(you)效(xiao)的(de)(de)途徑(jing)。