PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中應(yīng)用技術(shù)

1、1引言恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要地，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水壓 力不足或短時(shí)斷水,可能會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞.又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若 供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火,可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡.所以，某些用水區(qū) 采川恒壓供水系統(tǒng)，具有較大地經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義.基于上述情況對某生活區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用PLC作為中心控制單元,利用變頻器與PID 相結(jié)合，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)地工作壓力，達(dá)到恒壓供水地目地,扌是高了系統(tǒng)地匸作 穩(wěn)定性，得到了良好地控制效果.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、儲(chǔ)水池及泵房組成，其中泵房

2、裝有1#3社共3臺150kW泵機(jī). 另外,還有多個(gè)電動(dòng)閘閥或電動(dòng)蝶閥控制各供水回路和水流量由于該供水網(wǎng)較大，系統(tǒng)需要供水 量每小時(shí)開2臺泵機(jī)向管網(wǎng)充壓，供水雖人時(shí)，開3臺泵機(jī)同時(shí)向管網(wǎng)充壓.要想維持供水網(wǎng)地壓 力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)地管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件，為控制系統(tǒng)提供反饋信號，由于供 水系統(tǒng)管道長、管徑大，管網(wǎng)地充壓比較慢，故系統(tǒng)是個(gè)大滯后系統(tǒng),不宜直接釆用PID調(diào)節(jié)器 進(jìn)行控制，而應(yīng)釆用PLC參與控制地方式來實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用.可編程序控制器選擇日本 松下FP1-C40型，且配有A/D和D/A模塊，其原理框圖如圖1所示.變頻器選擇FRN1 60G7P-4實(shí)現(xiàn) 電動(dòng)機(jī)地調(diào)速運(yùn)行

3、.控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、切換繼電器、壓力傳感器等部分組成.控制核心單元PLC根據(jù)手 動(dòng)設(shè)定壓力信號與現(xiàn)場壓力傳感器地反饋信號經(jīng)PLC地分析和計(jì)算，得到壓力偏差和壓力偏差地 變化率，經(jīng)過PID運(yùn)算后,PLC將05V地模擬信號輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)地轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行 電機(jī)地軟起動(dòng)。PLC通過比較模擬量輸出與壓力偏差地值，通過I/O端口開關(guān)量地輸出驅(qū)動(dòng)切換 繼電器組，以此來協(xié)調(diào)投入?yún)[作地電機(jī)臺數(shù),并完成電機(jī)地起停、變頻與工頻地切換.通過調(diào)整電 機(jī)組中投入工作地電機(jī)臺數(shù)和控制電機(jī)組中臺電機(jī)地變頻轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力系統(tǒng)地工作壓力穩(wěn)定， 進(jìn)而達(dá)到恒壓供水地目地.圖1恒壓供水系統(tǒng)原理圖3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和PL

4、C地I/O分配系統(tǒng)程療:包括起動(dòng)（程序和運(yùn)行（程序，其流程圖如圖2所示.運(yùn)行/程序又包括模擬調(diào)節(jié)/程 療：（其流程圖如圖3所示）和電機(jī)切換（程序（流程圖略），電機(jī)切換（程序又包括加電機(jī)f程序和 減電機(jī)了程序（程序設(shè)計(jì)略）.PLC地輸入、輸出端/分配情況如附衣所示.4系統(tǒng)工作過程加上起動(dòng)信號（X4）后,此信號被保持，當(dāng)條件滿足（即X2為“1”）時(shí)，開始起動(dòng)程序,此時(shí)由PLC 控制1#電機(jī)變頻運(yùn)行（此時(shí)YO、Y6、Y7亮），同時(shí)定時(shí)器TO開始計(jì)時(shí)（10s）,若計(jì)時(shí)完畢X2仍亮, 則關(guān)閉Y0、Y6（Y7仍亮），T2延時(shí)Is（延時(shí)是為了兩方而地原因：是使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒 送電給變頻器，燒毀變頻

5、器。二是讓變頻帶器減速為零，以重新起動(dòng)另臺電機(jī)）.延時(shí)完畢，則有 1#機(jī)投入工頻運(yùn)行,2尊機(jī)投入變頻運(yùn)行，此時(shí)Yl、Y2、Y6、Y7亮，同時(shí)定時(shí)器T1開始計(jì)時(shí)（10s）, 若計(jì)時(shí)完畢X2仍未滅，則關(guān)閉Y2、Y6, （Yl、Y7仍亮,）T3延時(shí)Is,延時(shí)完畢，將2#機(jī)投入工頻運(yùn) 行,3苗機(jī)投入變頻運(yùn)行，（此時(shí)Yl、Y3、Y4、Y6、Y7亮,）再次等待Y7滅掉后，則整個(gè)起動(dòng)程序執(zhí)行 完畢，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行調(diào)節(jié)程序,此后起動(dòng)程序不再發(fā)生作用，肖到下次重新起動(dòng).在起動(dòng)過程中， 無論幾臺電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài),X2 旦滅掉，則應(yīng)視為起動(dòng)結(jié)束（Y7滅掉），轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序.綜合整個(gè) 起動(dòng)過程，完成3臺電機(jī)地起動(dòng)最多需要

6、22s地時(shí)間.運(yùn)行過程中，若模擬調(diào)節(jié)器節(jié)上、下限值均未達(dá)到（即XI、X2滅），則此時(shí)變頻器處于模擬調(diào)節(jié)狀 態(tài)（此時(shí)相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行信號和Y6亮）若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)上限值（XI亮），則定時(shí)器T4馬上開始定時(shí)（5s）.定時(shí)過程中監(jiān)控XI,若XI又滅掉, 則關(guān)閉定時(shí)器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié)。若T4定時(shí)完畢,XI仍亮，則起動(dòng)低速（Y8亮），進(jìn)行多段速調(diào)節(jié)， 同時(shí)定時(shí)器T5開始定時(shí)（3s）,定時(shí)完畢.若XI仍亮，則關(guān)閉此多段速，起動(dòng)更低速（Y9）,同時(shí)定 時(shí)器T6定時(shí)（10s）.定時(shí)完畢，若XI仍亮,則關(guān)掉Y9,此后X0很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入切換動(dòng)作程序.在此 兩級多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時(shí)，若X0亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)

7、器,同時(shí)進(jìn)行切換動(dòng)作， 即轉(zhuǎn)入切換程序.同樣，若無論何時(shí),XI滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器，轉(zhuǎn)入模擬調(diào)節(jié).若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)下限值（X2亮），則定時(shí)器T7馬上開始定時(shí)（5s）,定時(shí)過程中監(jiān)控X2,若X2又滅掉, 則關(guān)閉定時(shí)器，繼續(xù)摸擬調(diào)節(jié)，若T7定時(shí)完畢,X2仍亮,則起動(dòng)-高速（Y7、Y2）,進(jìn)行多段速調(diào)節(jié), 同時(shí)定時(shí)器T8開始定時(shí)（3s）,定時(shí)完畢.若X2仍亮，則關(guān)閉此多段速,起動(dòng)-更高速（Y8、Y9）,同 時(shí)定時(shí)器T9定時(shí)（10s）,定時(shí)完畢.若X2仍亮,則關(guān)掉Y8、Y9,此后X3很快會(huì)通，轉(zhuǎn)入加電機(jī)動(dòng)作 程序.在此兩級多段速調(diào)節(jié)過程中，無論何時(shí)，若X3亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)

8、行 加電機(jī)動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入加電機(jī)程序同樣，若無論何時(shí),X2滅掉，則關(guān)閉運(yùn)行多段速和定時(shí)器,轉(zhuǎn)入模 擬調(diào)節(jié).電機(jī)切換程序分為電機(jī)切除程序和加電機(jī)程序兩部分.此程序動(dòng)作地條件是:起動(dòng)結(jié)束后無論何 時(shí)X0亮，旦條件滿足，即由PLC根據(jù)電動(dòng)機(jī)地運(yùn)行狀態(tài)來決定相應(yīng)切換哪臺電機(jī)，切換時(shí)只能切 換工頻運(yùn)行電機(jī).若工作狀態(tài)是1臺變頻1臺匸頻，則立即切除匸頻電機(jī),然后計(jì)數(shù)值減1,即完成此過程，再由調(diào)節(jié) 程序運(yùn)行，調(diào)節(jié)至滿足要求為止.若3臺電機(jī)同時(shí)工作，則應(yīng)由PLC來決定切除哪臺工頻運(yùn)行電機(jī).切除依據(jù)是3臺電機(jī)對應(yīng)計(jì)數(shù)器 地大小，誰人切誰,切除掉臺后，要由定時(shí)器定時(shí)（5s）等待，以便變頻器調(diào)節(jié)段時(shí)間，防止連續(xù) 切除動(dòng)

9、作.這主要是考慮到本系統(tǒng)地非線性和人小慣性因素而采取地措施.圖3運(yùn)行時(shí)模擬調(diào)節(jié) /程序流程圖加電機(jī)程序，其動(dòng)作程序是:起動(dòng)結(jié)束后無論何時(shí)X2亮，旦條件滿足，立即關(guān)掉變 頻運(yùn)行電機(jī)和變頻器，延時(shí)段時(shí)間后（原因同上），將原變頻運(yùn)行電機(jī)投入匚頻運(yùn)行，同時(shí)打開變 頻器和將要起動(dòng)電機(jī)地變頻開關(guān),完成加電機(jī).同樣,若原有2臺電機(jī)工頻工作，則X2 -亮,立即開始加另臺電機(jī)（無延時(shí)），（加電機(jī)依據(jù)是判斷 計(jì)數(shù)值，誰小加誰）但加電機(jī)完成以后，定時(shí)器要開始定時(shí)（5s）等待，讓變頻器調(diào)節(jié)-段時(shí)間，防止 連續(xù)加電機(jī)動(dòng)作.其過程分為：埔一 2#、1# - 3#、2# - 3#、2# -* 1札3# - 2#、3# -* IS.5結(jié)束語用變頻調(diào)速來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著.其優(yōu)點(diǎn)是: 起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)地沖擊。由于泵地平均轉(zhuǎn)速 降低了，從而可延長泵和閥門等地使用壽命?？梢韵饎?dòng)和停機(jī)時(shí)地水錘效應(yīng)。在鍋爐和其他 燃燒重油地場合，恒壓供油可使油地燃燒更加充分，大大地減輕了對環(huán)境地污染.參考文獻(xiàn)1 FP1型可編程控制C24/C40/C