變頻恒壓供水系統(tǒng)

................資料供水系統(tǒng)方案圖變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-1系統(tǒng)原理圖如圖3-1PLC和一個壓力傳感器一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號)或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器................資料項功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機界面、以及報警裝置等部分組成。執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，圖2.3中的3二種類型:變電機的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。供水能力不足時，對供水量進行定量的補充。信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:①水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。②信號為開關量信號?？刂葡到y(tǒng)(PLC設備三個部分。①供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機構(gòu)(即水泵)進行控制。②變頻器:它是對水泵進行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。③水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。人機界面人機界面是人與機器進行信息交流的場所。通過人機界面，使用者可以更改設定壓力，修改一些系統(tǒng)設定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機界面上得知系統(tǒng)的一些運行情況及設備的工作狀態(tài)。人機界面還可以對系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)示，對報警進行顯示。通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進的網(wǎng)絡技術(shù)應用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進行遠程的診斷和維護等報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進行顯示和保護動作控制，以免造成不必要的損失工作原理中程序首先接通KM6會將頻率到達信號送給PID會繼續(xù)通過由遠傳壓力表送來的檢測信號進行分析、計算、判斷，進一步控制變頻器的運行頻率，使管壓保持在壓力設定值的上、下限偏差圍之。增泵工作過程：假定增泵順序為l、2、3泵。開始時，1泵電機在PLC控制下先投入PLC的邏輯控制下將1泵電機與變頻器連2泵電機連接，控制2泵投23泵投入變頻運行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當供水壓力大于預置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當變頻器的輸出頻率達到下限，并穩(wěn)定運行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機，如果供水壓力仍大于預置值，則將下一臺水泵由工頻運行切換到變頻器調(diào)速運行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當最后一臺正在運行的主泵處于低速運行時，如果供水壓力仍大于設定值，則停機并啟動輔泵投入調(diào)速運行，從而達到節(jié)能效果。變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當一臺調(diào)速水泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設定壓力，此時需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達到恒壓的目的。當調(diào)速水泵和恒速水泵都在運行且調(diào)速水泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達到恒壓的目的。那么何時進行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機組不過于頻繁的切換。盡管通用變頻器的頻率都可以在0-400Hz圍進行調(diào)節(jié)，但當它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當正在變頻狀態(tài)下運行的水泵電機50Hz50Hz時，即使實際供水壓力仍然低于設定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機組切換，增加運行機組數(shù)量來實現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負值，最低只能是0Hz。其實，在實際應用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。因為當水泵機組運行，電機帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進入管網(wǎng)，因此，當電機運行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機頻率的下降而下降。這0Hz,具體數(shù)值與水泵特20Hz在實際應用中，應當在確實需要機組進行切換的時候才進行機組的切換。所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進行機組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間（比如1-2分鐘），................資料能引起一系列多余的切換操作。主電路接線圖圖3-2主電路圖KM1、KM3、KM5M1M2M3KM2KM4M1、M2、M3變頻運行時接通電源的控制接觸器。熱繼電器(FR的過載保護。熔斷器產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設備短路和嚴重過載。相關器件的選型及接線1.PLC的選型M1、M2，M3PLC6PLC111個輸出點，輸出點數(shù)量一共9個?？刂破饎雍屯Ｖ剐枰?PLC2/16131524本系統(tǒng)選用FX

-30MR-D型PLC。os..........PLC圖4-1PLC的接線圖Y0接KM0M1接KM1控制M1接KM2控制M2的變接KM3控制M2接KM4控制M3接KM5控制M3的工頻運行。X0接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現(xiàn)某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同時控制M1電動機的兩個接觸器KM1KM0檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3PLC增泵減泵控制信號。變頻器的選型.資料.資料...................資料圖4-2FR-A540的管腳說明................資料變頻器的接線增泵減泵控制信號。管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。圖4-3變頻器接線圖PID僅用P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的控制。用PI控制時，能消除由改變目標值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。但是，I動作過強時，對快速變化偏差響應遲緩。對有積分元件的負載系統(tǒng)可以單獨使用P動作控制。對于PD控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨D動作還要大的操作量，以此來抑制偏P控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使P動作的振蕩衰減..........PD利用I動作消除偏差作用和用D動作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應需要一定時間的負載系統(tǒng)(即實時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié))效果比較好圖4-4PID控制框圖通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標值(溫度、流量、壓力等設定值)進行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:PIDPID參數(shù)及日(2PID控制算法在可編程序控制器(或單片機)上做PID控制器.資料.資料...................資料圖4-5 PID控制接線圖壓力傳感器的接線圖CY-YZ-1001要求。0～a℃～0℃8（C。..............資料....資料圖4-6壓力傳感器的接線圖原件表水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數(shù)見表4.1所示。P 220012IU3805.8A I12

P 3000U3807.9Aosos熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機的過載保護熱繼電器FR，F(xiàn)RFR1 2CARC，3額定電流為6－9A熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。接觸器的選擇：對于接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw按鈕SB的選擇：PLC各輸入點的回路的額定電壓直流24V，各輸入點的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對常開觸點，按鈕均選用LAY3-11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：U=24VDC，I=0.3A，含1對常開和1對常閉觸點。N N元件符號型號個數(shù)可編程控制器PLCFX-30MR-D1變頻器FR-A540系列5.5型1接觸器KMSC-E03-C7M1,M240-160(I)A2水泵M340-160(I)1閘刀開關閘刀開關QSHD11-100/181FU1，F(xiàn)U2RT18 6A2熔斷器FU3RT18 8A1FRFR1 2TK-E02T-C2熱繼電器FRK-E02U-C13按鈕SBLAY3—1110表4-1元件表總圖符號型號流量揚程轉(zhuǎn)速電機功率M1,M240-160(I)(m3/h)11(m)28(r/min)2900(kw)2.2AM340-160(I)12.53229003.0水泵表4-2水泵的參數(shù)水泵變頻器適用電機輸出額定輸出額定過載能力電源額定冷卻容量（KW)容量(KVA)電流（A）輸入交流方式FR-A5405.59.112150%60s,電壓/頻率3強制................資料5.5200%0.5s 至480V 風冷型（三菱）(反時限特 50Hz/60H性)z表4-3變頻器的參數(shù)PLC控制及編程PLC調(diào)整。工作流程如圖5-1所示。PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖5-1所示。圖5-1 PLC程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運行模式還是手動運行模式。如果是手動運行模式則進行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應操作。如果是自動運行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關的輸入信號執(zhí)行相應的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運行狀態(tài)。系統(tǒng)運行模式手動運行當按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當系統(tǒng)壓力不夠需要增SBn（n=1,3,5）時，用時間繼電器作了時間延遲，當壓力過大時，可以手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，按鈕，可以依次實現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.自動運行由PLC降壓控制.升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止狀態(tài).系統(tǒng)開始工作時，供水管道水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運行，第一臺水泵M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運行狀態(tài).當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之................資料時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運行.當最后一臺水泵M3投人運行，變頻器輸出頻率達到工頻，壓力仍未達到設定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.編程及介紹總程序的順序功能圖系統(tǒng)分為自動運行和手動運行兩部分圖5-2總程序的順序功能圖自動運行順序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進入自動運行模式，順序功能圖如5.3所示。圖5-3自動運行順序功能圖Y0KM0M1KM1M1KM2KM3M2KM4M3..........接KM5控制M3的工頻運行C#1KM32#水泵。KM3KM22#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3#水泵變頻起動。PLCKM5KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。再次接到下限信號就關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。為了防止出現(xiàn)某臺電動機既接工頻電又接變頻電設計了電氣互鎖。在同是控制M1電動機的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。5.3.3手動模式順序功能圖.資料...SB9.資料.............圖5-4自動運行順序功能圖SB93，5）SBn（n=2，4，6）三臺電機分別處于（如#1SB1,SB2）3.4程序說明（1）自動運行部分。起動1#泵.資料....資料.............起動1#，2#泵：C#行，KM1KM0KM32#水泵。起動1#，2#，3#泵：KM3KM22#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運行，3#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號就關閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運行。. 資料 .............起動1#，2#泵：輸出的下限信號使PLC關閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。起動1#泵：KM3、KM0KM11#水泵變頻運行。(2)手動