PLC變頻調(diào)速恒壓供水在供水系統(tǒng)中的實踐

1、    plc變頻調(diào)速恒壓供水在供水系統(tǒng)中的實踐    楊揚摘 要：近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們的生活水平在不斷提高，對生活質(zhì)量也有了更高的要求。在傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)中，恒速供水和高塔供水與人們?nèi)找嬖鲩L的生產(chǎn)、生活用水需求之間產(chǎn)生了矛盾。為了提高供水質(zhì)量和供水效率，滿足人們的生產(chǎn)、生活用水需求，需要借助plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的強大功能。關(guān)鍵詞：plc；變頻調(diào)速；恒壓供水；供水系統(tǒng)中圖分類號：tp273 文獻標識碼：a doi：10.15913/ki.kjycx.2016.03.104隨著第三次科技革命在世界范圍內(nèi)的影響不斷加深，各種先進技術(shù)為

2、經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。隨著plc技術(shù)的不斷完善，其在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用也日趨成熟，逐漸形成了現(xiàn)在的plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)。新型供水系統(tǒng)的應(yīng)用，一方面，改善了傳統(tǒng)的間斷式供水方式，解除了供水系統(tǒng)對生產(chǎn)和生活用水的束縛；另一方面，有效解決了管路壓力的調(diào)節(jié)問題和能耗問題。1 plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)分析1.1 plc變頻調(diào)速概念所謂的“plc”，是指可編程邏輯控制器，是能夠編程的存儲器，可實現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)部程序的存儲。具體來說，plc是集順序控制、邏輯運算、算數(shù)操作等功能于一體的面向用戶的指令。1.2 plc變頻調(diào)速原理plc變頻調(diào)速功能的實現(xiàn)，主要得益于內(nèi)部的異步電動機。異步電動機的轉(zhuǎn)速可采用以

3、下公式計算：n=60f（1-s）/p. （1）式（1）中：n為異步電動機的轉(zhuǎn)速，r/s；f為電網(wǎng)頻率，hz；s為異步電動機的轉(zhuǎn)差率；p為極對數(shù)。從式（1）中不難看出，異步電動機的轉(zhuǎn)速n與電網(wǎng)頻率f成正比，通過改變電網(wǎng)頻率，可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的改變。當電網(wǎng)頻率f介于150 hz之間時，異步電動機的調(diào)節(jié)范圍最佳。由此可見，plc變頻調(diào)速功能是通過調(diào)節(jié)電源頻率實現(xiàn)的。2 新型供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制流程2.1 plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于plc和變頻調(diào)速器控制的恒壓供水系統(tǒng)，控制和保護功能完善，經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益突出。所謂的“恒壓供水”，是指無論何時、無論用水量多大，用戶端管網(wǎng)水壓總處于恒定狀

4、態(tài)。在恒壓供水方式下，可以采用的控制策略通常是借助plc和變頻調(diào)速裝置控制泵組，通過對泵組運行臺數(shù)的控制，形成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時，供水壓力也能夠被控制在基本恒定的狀態(tài)，從而有效降低了能源消耗。plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)主要包括信號檢測裝置、控制器、變頻器、執(zhí)行機構(gòu)、電控設(shè)備和警報裝置。信號檢測裝置主要承擔(dān)水壓信號和液位信號的檢測工作。其中，水壓信號是系統(tǒng)的主要反饋信號，水壓信號檢測是反映永固管網(wǎng)水壓值的重要方式。而液位信號檢測則是對水泵進水水源的檢測。通過檢測，能夠?qū)ο到y(tǒng)起到有效的保護作用，防止水泵因干抽而受損?？刂破髯鳛閜lc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的核心，主要承擔(dān)檢測信號的分

5、析工作，并通過變頻調(diào)速器和接觸器對水泵進行控制。變頻器在供水系統(tǒng)中能夠起到有效控制運行頻率的作用?？刂破飨蜃冾l器輸送信號，變頻器根據(jù)信號改變運行頻率，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制。變頻器的另一功能是充當電源，從而實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，保持管網(wǎng)水壓處于恒定狀態(tài)。壓力變送器主要用于管網(wǎng)水壓的檢測。通過使用pid智能調(diào)節(jié)器，能夠?qū)崿F(xiàn)對管網(wǎng)水壓的調(diào)節(jié)。plc控制單元是執(zhí)行設(shè)備的一種，既是泵組管理命令的執(zhí)行者，又是變頻器的驅(qū)動控制者，通過感知水量，實現(xiàn)對工頻泵的自動控制。執(zhí)行機構(gòu)主要由水泵構(gòu)成，其主要功能是將水資源送入用戶管網(wǎng)。水泵主要由調(diào)速泵和輔助泵構(gòu)成，調(diào)速泵受到變頻調(diào)速器的控制后，能根據(jù)水量適時調(diào)整電機轉(zhuǎn)速

6、，保持水壓恒定；只有處于工頻狀態(tài)時，輔助泵才能運行，適用于夜間等用水量不大的情況。電控設(shè)備主要包括繼電器、接觸器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電氣元件。此外，報警裝置也是供水系統(tǒng)必不可少的組成部分。為了保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，防止過電壓、過電流、缺水等故障發(fā)生，需要對主電路進行監(jiān)測，通過plc的報警判別，執(zhí)行保護動作。2.2 plc變頻調(diào)速恒壓供水原理將壓力傳感器應(yīng)用于出水管網(wǎng)后，壓力信號就會通過a/d轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，進入變頻器的調(diào)節(jié)器中，通過運算，得出具體的壓力參數(shù)，并與給定的壓力參數(shù)對比后，得出調(diào)節(jié)參數(shù)；接著，調(diào)節(jié)參數(shù)被傳送到變頻器，變頻器通過控制水泵轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)供水量，并維持供水管網(wǎng)中的壓力處于恒定狀態(tài)。

7、當用水量過大或過小時，可以通過plc控制器的加減泵調(diào)節(jié)，并根據(jù)用水量控制工作泵的數(shù)量和轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)恒壓供水。2.3 plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)節(jié)能原理在恒壓供水系統(tǒng)中，應(yīng)用變頻器調(diào)速可取代恒速電機，從而有效降低能源消耗，達到節(jié)能降耗的目的。根據(jù)流體動力學(xué)的有關(guān)理論，水泵工作效率的計算公式為：p=c1（q/n）-c2（q/n）2. （2）式（2）中：c1，c2為常數(shù)；q為供水量；n為異步電動機的轉(zhuǎn)速。從式（2）中可以看出，當通過閥門控制水量時，在保持轉(zhuǎn)速不變的情況，如果供水量下降，那么工作效率也隨之下降；當通過轉(zhuǎn)速控制供水量時，供水量與異步電動機的轉(zhuǎn)速成正比，供水量與轉(zhuǎn)速的比值是個定值，因此，

8、供水效率能夠保持最佳狀態(tài)。3 plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成3.1 硬件設(shè)計根據(jù)plc變頻調(diào)速恒壓供水原理，系統(tǒng)的電氣控制如圖1所示。該系統(tǒng)主要由水泵機組、變頻器、plc及其擴張模塊、壓力流量傳感器、人機界面等組成。3.2 軟件設(shè)計plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的軟件控制程序如圖2所示。在供水系統(tǒng)中，變頻器、pid調(diào)節(jié)器、電機、壓力變送器和水泵構(gòu)成了一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的運行，能夠?qū)崿F(xiàn)對供水能力的自動調(diào)節(jié)，從而保證供水過程中的水壓處于恒定狀態(tài)。具體的實現(xiàn)方法為：了解不同用戶對用水的需求，并為pid調(diào)節(jié)器確定合理的壓力值；對管道中的水壓進行實際測量，并將實際測量結(jié)果通過壓力變送器傳輸給

9、pid調(diào)節(jié)器；pid調(diào)節(jié)器能夠進行比較運算，比較目標值與實際值的偏差，并確定調(diào)節(jié)量；自動調(diào)節(jié)變頻器收到調(diào)節(jié)指令后，輸出頻率，對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，從而改變供水量，使供水量與用水量相互平衡，實現(xiàn)供求關(guān)系的動態(tài)平衡。4 結(jié)束語綜上所述，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高。在此情況下，傳統(tǒng)的供水方式已不能滿足用戶日益增長的用水需求。而plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的使用，能夠有效解決現(xiàn)階段的供水問題。根據(jù)現(xiàn)有的實踐經(jīng)驗，plc變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)在供水管網(wǎng)中的應(yīng)用具有明顯的經(jīng)濟價值和環(huán)保價值，且安全性和可靠性較高，能滿足現(xiàn)階段的用水需求。參考文獻1莫慧芳，饒明輝，陳瑞，等.plc變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)在某自來水廠中的應(yīng)用j.工業(yè)儀表與自動化裝置，2013（5）：36-38.2吳海霞.plc變頻調(diào)速恒壓供水在供水