基于PLC控制的一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)
基于PLC控制的一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)供水方式。廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)和市政供水系統(tǒng)。文章介紹了PLC與變頻器的一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成，泵組切換與恒壓供水控制方法和系統(tǒng)保護(hù)功能的實現(xiàn)。并簡要分析了其使用效果。
1 引言
以 PLC控制為核心、變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)，已逐漸取代原有的供水方式。PLC用于變頻恒壓供水系統(tǒng)中，不僅簡化了系統(tǒng)的硬件，減少了系統(tǒng)在硬件上出現(xiàn)故障的次數(shù)，提高了硬件系統(tǒng)的抗干擾能力，而且，隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步、通信技術(shù)的快速發(fā)展，為實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制奠定了基礎(chǔ)，同時，也解決了城市高層建筑和居民小區(qū)的供水問題。
2 一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)的組成
PLC與變頻器實現(xiàn)的恒壓供水自動控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。
2.1 主要設(shè)備選擇
(1) FK2 - 32可編程控制器是三菱公司的產(chǎn)品，適用于各種環(huán)境，抗干擾能力強，編程方便，易于使用；擴(kuò)展功能也很強。本身具有16路開關(guān)量輸入和16路輸出，精度高，多量程的A/D 和D/A 模塊用于反饋控制。基本指令處理時間為0.74μs/每步，平均無故障時間達(dá)30萬h，可滿足一般工業(yè)控制需求。
(2) 本系統(tǒng)設(shè)備選型的主要要求是可靠性高，能長時間穩(wěn)定運行。所選設(shè)備應(yīng)能滿足恒壓供水閉環(huán)控制和泵組切換控制。
根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，選用FX2 - 32 作為系統(tǒng)的控制主機(jī)，擴(kuò)展1個模擬量輸入模塊FX-4AD和1個模擬量輸出模塊FX- 2DA，能滿足系統(tǒng)水壓的PID閉環(huán)控制和開關(guān)量的切換控制要求。
變頻器選擇日本三肯公司制造的MF-l10kW交流變頻調(diào)速器，該變頻器具有快速響應(yīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)整功能、轉(zhuǎn)差補償功能及優(yōu)良的保護(hù)功能。變頻器容量為150 kVA ，驅(qū)動電機(jī)功率110kW，輸出額定電流228A(120%的過載能力)，操作方便，直觀。
壓力變送器選擇國產(chǎn)1151型號的電容式壓力變送器。該變送器具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，準(zhǔn)確度高及高可靠性等優(yōu)點，能滿足控制要求。
2.2 水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)原理
該系統(tǒng)的水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：在泵站的輸出母管上的壓力變送器將出水母管水壓轉(zhuǎn)換為1～5 V，直流電壓信號輸入PLC，經(jīng)FX- 4AD將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該信號與壓力給定值相比較，并經(jīng)PID運算，由PLC輸出1個控制信號經(jīng)FX- 2DA 轉(zhuǎn)換為4～20mA的控制信號送往變頻器，控制變頻器輸出頻率，從而控制供水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到輸出供水母管水壓穩(wěn)定在設(shè)定的壓力上。
3 一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)泵組切換與恒壓供水控制方法
該系統(tǒng)由1臺編程控制器和1臺變頻器配合來控制4臺水泵的起、停。上電時系統(tǒng)由變頻器控制軟起動1號泵變頻運行。如變頻器的輸出頻率上升到50Hz，輸出母管水壓還達(dá)不到設(shè)定值，則延時3 min后(使母管壓力穩(wěn)定)，將1號泵切換為工頻市電驅(qū)動。變頻器則再軟起動2號泵運轉(zhuǎn)，如輸出母管水壓還達(dá)不到設(shè)定值，則將2 泵切換為工頻市電驅(qū)動。變頻器則再起動3號泵運轉(zhuǎn)，直到輸出母管水壓達(dá)到設(shè)定值為止。
當(dāng)系統(tǒng)處于N臺泵同時運轉(zhuǎn)時，因用水量的變化可引起水壓的變化。泵組切換與恒壓供水的控制流程如圖2所示。
為防止變頻器50Hz驅(qū)動與市電50Hz驅(qū)動時電機(jī)輸出功率不同造成反復(fù)加泵緘泵現(xiàn)象，程序中的加泵緘泵的切換點不是剛好等于設(shè)定值時就切換。加泵時壓力判斷點為設(shè)定值-Δ，減泵時判斷點為設(shè)定值+Δ。其中Δ根據(jù)水壓控制的精度要求而對應(yīng)設(shè)置。
另外，為防止減泵時由于市電驅(qū)動的泵的切換使水壓下降甚至造成斷水現(xiàn)象，故減泵之前將變頻器的輸出控制在30Hz上(此值可根據(jù)實際情況進(jìn)行修正)。泵可處于不打水狀態(tài)，一旦N - 1號泵停止，則第N號泵將在30 Hz的基礎(chǔ)上增加，上升頻率速度快，可避免切換過程中的斷水現(xiàn)象。
為了滿足在火災(zāi)情況發(fā)生時的消防需要，，本系統(tǒng)具有雙恒壓控制功能，即當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，按下消防按鈕開關(guān)，PLC讀到消防按鈕開關(guān)信號后，立即起動消防水壓(即第二恒壓設(shè)定值)控制，滿足消防滅火水壓要求。
4 一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動控制系統(tǒng)保護(hù)功能的實現(xiàn)
4.1 定時換泵功能
為了防止某1臺水泵因長期不運行銹死而另外1臺卻長時間運行，影響系統(tǒng)的運行壽命和可靠性，該系統(tǒng)PLC內(nèi)部設(shè)有實時時鐘。PLC系統(tǒng)定時巡檢每1臺泵的運行時間，并與整個系統(tǒng)泵的平均運行時間比較，如果某1臺泵休息時間太長，則將該泵投入運行，而運行時間最長的泵投入休息狀態(tài)。系統(tǒng)盡量使每1臺泵的運行時間接近，以防止泵因長期不運行而銹死，同時也避免了某1臺泵因運行時間太長而易出現(xiàn)故障的現(xiàn)象。
4.2 故障檢測與報警功能
該系統(tǒng)設(shè)有水位檢測與報警、變頻器故障檢測與報警、超壓(水壓)檢測與報警及故障處理功能。
蓄水池水位的檢測采用1臺浮球傳感器。當(dāng)水池中水位高于某設(shè)定值時，浮球懸浮在水中，球內(nèi)的干簧管接通。若水池水位低于某設(shè)定值時，浮球懸起，內(nèi)部干簧管斷開。PLC接收到此信號后，發(fā)出報警信號，通知操作人負(fù)處理。
超壓報警在設(shè)備正常運行時是不會發(fā)生的，因為一旦水壓超過設(shè)定值時，則PLC會減泵或控制變頻器降低頻率使水泵減速。特殊情況下，如壓力傳感器失靈等情況出現(xiàn)，實測壓力大大超過設(shè)定水壓時，則PLC發(fā)出報警信號，通知操作人員處理。
5 結(jié)束語
FX2 - 32可編程控制器與變頻器結(jié)合實現(xiàn)的智能恒壓多泵恒壓供水自動控制系統(tǒng)已在企業(yè)得到實際應(yīng)用。實際運行表明，系統(tǒng)投入后供水壓力穩(wěn)定，控制精度高，運行可靠，效率較高。
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