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PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)備中的應(yīng)用

1 引言

      傳統(tǒng)的通過人工調(diào)節(jié)閥門來調(diào)整供水量方式在如今的供水系統(tǒng)中已經(jīng)逐漸退出舞臺，因?yàn)槿斯し绞酵嬖谟盟叻鍟r(shí)管網(wǎng)水壓不夠，而用水量較少時(shí)，管網(wǎng)壓力較大的情況，不僅造成資源的浪費(fèi)，還可能由于壓力過大造成管道炸裂。如何保證恒壓供水，使用戶需水量的變化不至于對管網(wǎng)壓力產(chǎn)生沖擊。本文通過可編程邏輯控制器s7-200，配合pid調(diào)節(jié)器，實(shí)時(shí)自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和多臺水泵的切換，使管網(wǎng)出水口壓力保持在恒定的設(shè)定值上，既能延長供水系統(tǒng)和管網(wǎng)的使用壽命，而且提高了系統(tǒng)的安全指數(shù)。

2 恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)備控制要求

2.1 清水泵恒壓控制要求

(1)控制系統(tǒng)具有本柜手動、本柜自動、中控自動三種工作方式，本柜手動用于設(shè)備調(diào)試、檢修及特殊情況下供水。正常情況下，設(shè)備置于中控自動位，實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行。

(2)當(dāng)工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于中控自動時(shí)，如果現(xiàn)場具備開機(jī)的條件，則應(yīng)發(fā)出“備妥”信號，收到dcs發(fā)出的“驅(qū)動”信號后，應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的工況（如水池水位、各泵的選擇開關(guān)、變頻器的故障狀態(tài)等），按照要求進(jìn)行控制，保證恒壓供水，并發(fā)出“運(yùn)行”信號；當(dāng)出現(xiàn)不影響設(shè)備運(yùn)行的非正常情況時(shí)，應(yīng)發(fā)出“報(bào)警”信號；出現(xiàn)影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的緊急情況時(shí)，應(yīng)發(fā)出“故障”信號，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施；當(dāng)處于中控自動狀態(tài)時(shí)，如果“驅(qū)動”信號斷開，則應(yīng)該停止各泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)當(dāng)工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于本柜自動時(shí)，可根據(jù)設(shè)定壓力，自動進(jìn)行控制，保證恒壓供水。

(4)當(dāng)工作方式處于本柜手動時(shí)，由人工在柜面上通過電位器調(diào)節(jié)各水泵轉(zhuǎn)速。

(5)為保障生活用水的壓力穩(wěn)定，清水泵采用變頻控制方式，一臺變頻器控制兩臺電機(jī)，根據(jù)水工藝提資，正常情況下一臺水泵就能滿足生活用水，當(dāng)一臺工作時(shí)，如果變頻器調(diào)節(jié)到它的額定轉(zhuǎn)速時(shí)壓力仍不能達(dá)到要求，則本水泵可能發(fā)生故障，要求能自動切換到另一臺電機(jī)，保證供水壓力恒定。

(6)由plc控制兩臺電機(jī)工作，為保證線路發(fā)生問題時(shí)不損壞變頻器，在其進(jìn)線端加裝一斷路器，由變頻器和出水壓力檢測傳感器組成回路實(shí)現(xiàn)水壓的恒定控制。

(7)當(dāng)水量突然增大，或發(fā)生火災(zāi)需要用水時(shí)，由于用水量大增，使管網(wǎng)水壓驟降，變頻器調(diào)到50hz水壓也不能滿足條件，所以此時(shí)要求一臺泵轉(zhuǎn)到工頻全速運(yùn)轉(zhuǎn)，另一臺泵根據(jù)管網(wǎng)水壓調(diào)速運(yùn)行，保證供水壓力恒定。

(8)系統(tǒng)要求具有自動巡檢功能。既定期逐臺變頻軟起兩臺清水泵，并作短時(shí)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，以防長期不用某臺而“銹死”。

(9)控制系統(tǒng)提供的備妥、運(yùn)行、報(bào)警、故障信號，均為無源常開點(diǎn)。

2.2 循環(huán)水泵恒壓控制要求

(1)~(4)控制要求和清水泵一樣。

(5)三臺循環(huán)水泵正常情況下為兩用一備，三臺水泵互為備用；由plc控制三臺電機(jī)之間的自動啟停，在三臺水泵的出水口止回閥之前各裝一個(gè)電接點(diǎn)壓力表，當(dāng)主循環(huán)水泵正常工作時(shí)，其對應(yīng)的水管壓力正常，當(dāng)運(yùn)行的某一臺水泵發(fā)生故障時(shí)，它對應(yīng)的出水口壓力突變?yōu)橐幌孪拗担瑒t其管路上的電接點(diǎn)壓力表動作發(fā)出信號給控制plc從而切換到備用泵，保證供水量穩(wěn)定。

(6)各電機(jī)的運(yùn)行電流要求進(jìn)行dcs監(jiān)控。

3 恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)備硬件選型

      可編程控制器選用西門子s7-200 plc，cpu224，共兩套，清水泵組控制和循環(huán)水泵組控制各一套，型號為6es7214-1bd22-0xb0，清水泵控制系統(tǒng)擴(kuò)展了一個(gè)em223模塊，型號為223-1ph23-0xa0，變頻器型號acs510-01-060a-4，18.5kw abb變頻器，實(shí)現(xiàn)一臺變頻器拖二臺清水泵。

循環(huán)水泵恒壓控制系統(tǒng)擴(kuò)展了一個(gè)em223 cn模塊，型號為223-1pl22-0xa8，變頻器型號為acs510-01-157a-4，45kw abb變頻器，實(shí)現(xiàn)一臺變頻器拖三臺循環(huán)水泵。

pid調(diào)節(jié)器選用具有壓力顯示的。循環(huán)泵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4 恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)備工作原理

      恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)備利用變頻器的兩個(gè)輸入接口，x1.5和x1.6，采集pid調(diào)節(jié)器輸出的壓力信號，x:20、x:21頻率輸出驅(qū)動泵電機(jī)的運(yùn)行，繼電器輸出口可以作為機(jī)旁和中控啟停信號，如圖3所示。為了節(jié)省成本，不采用模擬量模塊em235，而采用pid調(diào)節(jié)器，由于采用了pid調(diào)節(jié)器，而不用變頻器內(nèi)部的pid，設(shè)置變頻器時(shí)將factory設(shè)置成0即可。

變頻器的運(yùn)行要根據(jù)plc的輸出是否閉合來確定，變頻器的停止要根據(jù)plc輸出是否閉合來確定。控制系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

      由壓力變送器采集管網(wǎng)壓力信號，送至pid調(diào)節(jié)器，由pid調(diào)節(jié)器將所需的信號傳遞給變頻器，變頻器的參數(shù)設(shè)置如表1所示，plc控制回路負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制。

      系統(tǒng)工作模式分手動運(yùn)行和自動運(yùn)行，以下以循環(huán)泵控制為例（io分配如表2所示）介紹系統(tǒng)的工作流程和泵的切換過程。變頻器的外部接線圖如圖3所示。在中控自動模式下，系統(tǒng)自動運(yùn)行，程序流程圖如圖4所示。

      首先啟動1#泵，變頻器輸出頻率從0逐漸上升，同時(shí)pid調(diào)節(jié)器采集管網(wǎng)壓力變送器信號，經(jīng)pid運(yùn)算之后，將調(diào)節(jié)信號送給變頻器，隨著用水量的不斷增加，變頻器的輸出頻率逐漸增大，直至50hz，如果此時(shí)采集的壓力信號仍沒有達(dá)到設(shè)定壓力，此時(shí)系統(tǒng)自動將1#泵置于工頻運(yùn)行，啟動2#泵，置于變頻狀態(tài)，當(dāng)2#泵工作頻率達(dá)到50hz之后，如果此時(shí)壓力變送器信號仍小于設(shè)定值，則將2#泵置于工頻，啟動3#泵，置于變頻。隨著3#泵運(yùn)行頻率的增大，管網(wǎng)壓力超過了設(shè)定值，則停止1#泵的運(yùn)行，之后如果管網(wǎng)壓力仍大于設(shè)定值，則停止2#泵，3#泵仍置于變頻狀態(tài)。以后系統(tǒng)將根據(jù)用水量的不斷變化，對3臺水泵進(jìn)行不斷地啟動、變頻、工頻、停止等循環(huán)操作，使系統(tǒng)的供水壓力始終穩(wěn)定在所設(shè)定的壓力上。

5 結(jié)束語

      采用可編程控制器實(shí)現(xiàn)恒壓變頻供水系統(tǒng)設(shè)備，自動保持供水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，同時(shí)plc的使用使系統(tǒng)控制可靠性和抗干擾性大大提高。降低成本的同時(shí)，也保證了系統(tǒng)的安全性。該系統(tǒng)融合了plc控制技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、反饋控制技術(shù)、電機(jī)拖動技術(shù)，其成功運(yùn)行在水廠供水控制系統(tǒng)中有一定的推廣價(jià)值。