基于PLC和變頻器的恒壓供水控制系統(tǒng)

1、54工業(yè)儀表與自動化裝置2007年第3期基于PLC和變頻器的恒壓供水控制系統(tǒng)雷宏彬,曹曉娟(黃陵煤矸石熱電有限公司,陜西黃陵727307)摘要:介紹了一種基于PLC和變頻器的恒壓供水控制系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能、工作原理和安全措施。該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠,果。關(guān)鍵詞:變頻器;PLC;恒壓供水中圖分類號:TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B-0682(2007)03-0054-02AkindofsupplycontrolsystemandfrequencychangerLEIHong2bin,CAOXiao2juan(GangueThermoelectricityCo.Ltd,ShaanxiHuang

2、ling727307,China)Keywords:frequencychanger;PLC;constantpressurewatersupply0引言傳統(tǒng)的水塔供水方式存在很多問題:水的二次污染,用水高低峰的不平衡,管道閥門易損壞,維修保養(yǎng)費(fèi)用過高等等。隨著控制技術(shù)的發(fā)展與完善,變頻器及PLC在各個行業(yè)的應(yīng)用愈來愈廣,PLC與變頻器的可靠性與靈活性得到了用戶的認(rèn)可。該文介紹一種采用PLC和變頻器的恒壓供水控制系統(tǒng),以下分別闡述系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能、工作原理和安全措施。該控制系統(tǒng)已在某電廠供水系統(tǒng)成功運(yùn)行多年,取得了恒壓供水的效果。方式等參數(shù)在TD200文本顯示器上設(shè)定,壓力傳感器把用戶管網(wǎng)壓

3、力轉(zhuǎn)換為010V標(biāo)準(zhǔn)信號送進(jìn)PLC模擬量模塊EM235,PLC通過采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定壓力構(gòu)成閉環(huán),運(yùn)算后轉(zhuǎn)換為PLC模擬量輸出信號送給變頻器,調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速,達(dá)到恒壓供水的目的。1系統(tǒng)組成恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。供水系統(tǒng)由4臺大泵(22kW)與1臺小泵(5.5kW)組成;控制系統(tǒng)中的PLC由西門子S7-200系列的CPU226、文本顯示器TD200組成;變頻器采用三菱FR-A540系列,其功率為22kW。2系統(tǒng)功能用戶所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運(yùn)行收稿日期:2007-01-05作者簡介:雷宏彬(1974-),男,陜西渭南人,碩士,工程師,主要研究儀表及自動控制

4、。圖1恒壓供水控制系統(tǒng)構(gòu)成圖該系統(tǒng)有各個泵的運(yùn)行時間累計功能,通過PLC的數(shù)據(jù)區(qū)保持可以斷電記憶。每次啟動時先啟動1#小泵,當(dāng)用水量超過一臺泵的供水能力時,PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時上行切換,切換原則為當(dāng)前未運(yùn)行的大泵累計運(yùn)行時間最少的先投入;當(dāng)壓力2007年第3期工業(yè)儀表與自動化裝置55超過時,PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時下行切換,切換原則為當(dāng)前正在運(yùn)行的大泵運(yùn)行時間最多的先撤出。直到滿足設(shè)定壓力為止。追求的最終目標(biāo)為壓力恒定。當(dāng)供水負(fù)載變化時,變頻器的輸出電壓與頻率變化自動調(diào)節(jié)泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)恒壓供水。系統(tǒng)還可通過PLC的實(shí)時時鐘自動定時供水,用戶在TD200上設(shè)定每天最多6段(段數(shù)也可設(shè)

5、定)定時供水,比如早上600830,中午1120130等。系統(tǒng)可動態(tài)顯示各種參數(shù),如設(shè)定壓力、運(yùn)行壓力、水位高度、運(yùn)行方式、實(shí)時時間、運(yùn)行時間累計(精確到秒)、等。為了不使系統(tǒng)中,在PLC程序中控制TD200,動態(tài)顯示。,各泵發(fā)生過載、缺相、短路、傳感器斷線、傳感器短路、水位下限、水壓超高、水壓超低、變頻器故障等,都會有聲光報警,TD200上同時顯示故障類型,通知設(shè)備維修人員處理,并可記憶故障發(fā)生時間及班次,以便追查原因及相關(guān)責(zé)任。泵變頻啟動運(yùn)行;延時切斷1#小泵,系統(tǒng)中相應(yīng)的一臺大泵變頻運(yùn)行,壓力自動調(diào)節(jié),若系統(tǒng)壓力平衡,則頻率穩(wěn)定在一個相對的范圍,若頻率到達(dá)50Hz后壓力仍然偏低,則再投入

6、一臺大泵,比較剩下的泵的累計運(yùn)行時間,時間少的先行投入,以此類推。注意,上行中,只要有一臺大泵運(yùn)行,則1#小泵要斷開,大泵與小泵同時運(yùn)行時,小泵的效率很低。(2)下行過程,18Hz左右(18,)時,PLC程序判斷運(yùn)(若只有一臺泵不),運(yùn)行時間最多的泵延時先行撤出,在撤出的瞬間,PLC控制變頻器運(yùn)行頻率在50Hz,否則系統(tǒng)沖擊過大,容易有水垂現(xiàn)象,延時一會兒后,再把PID運(yùn)算輸出投入即可;以此類推。注意:下行過程中,到最后一臺大泵運(yùn)行時,頻率在18Hz左右,系統(tǒng)壓力仍然偏高時,則把1#小泵切換到變頻運(yùn)行。這種情況在夜間可能發(fā)生,當(dāng)供水管網(wǎng)很大時,也許沒有這個可能性。4安全措施(1)該系統(tǒng)中有泵的

7、工頻變頻上行切換,為了系統(tǒng)的快速響應(yīng),切換時間最好越短越好,切換時時間差很小,所以各個泵的變頻接觸器與工頻接觸器最好用可逆接觸器,電氣線路與PLC程序中也要有互鎖功能。以免發(fā)生意外短路事故。對系統(tǒng)或變頻器造成危害。(2)變頻器上下行切換時間設(shè)定,如果設(shè)定值過大,則系統(tǒng)不能迅速對管網(wǎng)的用水量做出反應(yīng);如果設(shè)定值過小,則可能引起系統(tǒng)頻繁的投入泵、撤出泵的動作;為此PLC程序中必須判斷設(shè)定壓力與運(yùn)行壓力之差,在臨界切換狀態(tài)時,只要不超過允許的誤差范圍內(nèi),不做泵的切換。(3)變頻器在上行切換時,必須要有瞬間禁止輸出功能,對于沒有此功能的變頻器可用自由停車功能;所以選擇變頻器時要關(guān)注這個問題。3工作原理

8、3.1手動方式手動運(yùn)行時,可按下按鈕啟動,停止水泵在工頻狀態(tài)下運(yùn)行,完全脫開PLC及變頻器的控制,該功能主要用在檢修及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應(yīng)急供水方式中。3.2自動方式自動運(yùn)行時,全部泵的運(yùn)行依程序自動工作。(1)上行過程當(dāng)在自動運(yùn)行方式時,按下TD200上的啟動軟健,系統(tǒng)先啟動1#小泵,PLC程序控制模擬量模塊EM235給定變頻器一固定頻率輸出,此時若用PID運(yùn)算輸出直接控制變頻器(設(shè)定壓力大,運(yùn)行壓力為零,所以運(yùn)算輸出最大),則變頻器依設(shè)定的上升時間運(yùn)行,升速太快,系統(tǒng)沖擊很大。等泵運(yùn)行一會兒,管網(wǎng)壓力積累后,再用PID運(yùn)算輸出控制變頻器。具體時間和頻率與管網(wǎng)系統(tǒng)有關(guān),在現(xiàn)場調(diào)試時這兩個參數(shù)在TD200上設(shè)定調(diào)整。管網(wǎng)越大,時間越長。當(dāng)1#小泵到達(dá)50Hz后,系統(tǒng)壓力仍偏低,則延時一段時間后,系統(tǒng)靠PLC程序把1#泵切換到工頻運(yùn)行,同時由PLC輸出一個開關(guān)量給變頻器的MRS端子,變頻器瞬間禁止輸出,此時PLC把運(yùn)行時間最少的泵變頻接觸器接通后,撤掉禁止輸出,相應(yīng)的5結(jié)語該文介紹的基于PLC和變頻器的恒壓供水控制系統(tǒng)已成