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基于PLC控制的一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)

      隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)供水方式。廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)和市政供水系統(tǒng)。文章介紹了PLC與變頻器的一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成，泵組切換與恒壓供水控制方法和系統(tǒng)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。并簡要分析了其使用效果。

1  引言

　　以 PLC控制為核心、變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)的一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)，已逐漸取代原有的供水方式。PLC用于變頻恒壓供水系統(tǒng)中，不僅簡化了系統(tǒng)的硬件，減少了系統(tǒng)在硬件上出現(xiàn)故障的次數(shù)，提高了硬件系統(tǒng)的抗干擾能力，而且，隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步、通信技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)，也解決了城市高層建筑和居民小區(qū)的供水問題。

2  一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

　　PLC與變頻器實(shí)現(xiàn)的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。

2.1  主要設(shè)備選擇

　　(1) FK2 - 32可編程控制器是三菱公司的產(chǎn)品，適用于各種環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，編程方便，易于使用；擴(kuò)展功能也很強(qiáng)。本身具有16路開關(guān)量輸入和16路輸出，精度高，多量程的A/D 和D/A 模塊用于反饋控制。基本指令處理時(shí)間為0.74μs/每步，平均無故障時(shí)間達(dá)30萬h，可滿足一般工業(yè)控制需求。

　　(2) 本系統(tǒng)設(shè)備選型的主要要求是可靠性高，能長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。所選設(shè)備應(yīng)能滿足恒壓供水閉環(huán)控制和泵組切換控制。

　　根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，選用FX2 - 32 作為系統(tǒng)的控制主機(jī)，擴(kuò)展1個(gè)模擬量輸入模塊FX-4AD和1個(gè)模擬量輸出模塊FX- 2DA，能滿足系統(tǒng)水壓的PID閉環(huán)控制和開關(guān)量的切換控制要求。

　　變頻器選擇日本三肯公司制造的MF-l10kW交流變頻調(diào)速器，該變頻器具有快速響應(yīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)整功能、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能及優(yōu)良的保護(hù)功能。變頻器容量為150 kVA ，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率110kW，輸出額定電流228A(120%的過載能力)，操作方便，直觀。

　　壓力變送器選擇國產(chǎn)1151型號(hào)的電容式壓力變送器。該變送器具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，準(zhǔn)確度高及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能滿足控制要求。

2.2  水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)原理

　　該系統(tǒng)的水壓閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：在泵站的輸出母管上的壓力變送器將出水母管水壓轉(zhuǎn)換為1～5 V，直流電壓信號(hào)輸入PLC，經(jīng)FX- 4AD將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。該信號(hào)與壓力給定值相比較，并經(jīng)PID運(yùn)算，由PLC輸出1個(gè)控制信號(hào)經(jīng)FX- 2DA 轉(zhuǎn)換為4～20mA的控制信號(hào)送往變頻器，控制變頻器輸出頻率，從而控制供水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到輸出供水母管水壓穩(wěn)定在設(shè)定的壓力上。

3  一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)泵組切換與恒壓供水控制方法

　　該系統(tǒng)由1臺(tái)編程控制器和1臺(tái)變頻器配合來控制4臺(tái)水泵的起、停。上電時(shí)系統(tǒng)由變頻器控制軟起動(dòng)1號(hào)泵變頻運(yùn)行。如變頻器的輸出頻率上升到50Hz，輸出母管水壓還達(dá)不到設(shè)定值，則延時(shí)3 min后(使母管壓力穩(wěn)定)，將1號(hào)泵切換為工頻市電驅(qū)動(dòng)。變頻器則再軟起動(dòng)2號(hào)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，如輸出母管水壓還達(dá)不到設(shè)定值，則將2 泵切換為工頻市電驅(qū)動(dòng)。變頻器則再起動(dòng)3號(hào)泵運(yùn)轉(zhuǎn)，直到輸出母管水壓達(dá)到設(shè)定值為止。

　　當(dāng)系統(tǒng)處于N臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因用水量的變化可引起水壓的變化。泵組切換與恒壓供水的控制流程如圖2所示。

　　為防止變頻器50Hz驅(qū)動(dòng)與市電50Hz驅(qū)動(dòng)時(shí)電機(jī)輸出功率不同造成反復(fù)加泵緘泵現(xiàn)象，程序中的加泵緘泵的切換點(diǎn)不是剛好等于設(shè)定值時(shí)就切換。加泵時(shí)壓力判斷點(diǎn)為設(shè)定值-Δ，減泵時(shí)判斷點(diǎn)為設(shè)定值+Δ。其中Δ根據(jù)水壓控制的精度要求而對(duì)應(yīng)設(shè)置。

　　另外，為防止減泵時(shí)由于市電驅(qū)動(dòng)的泵的切換使水壓下降甚至造成斷水現(xiàn)象，故減泵之前將變頻器的輸出控制在30Hz上(此值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正)。泵可處于不打水狀態(tài)，一旦N - 1號(hào)泵停止，則第N號(hào)泵將在30 Hz的基礎(chǔ)上增加，上升頻率速度快，可避免切換過程中的斷水現(xiàn)象。

　　為了滿足在火災(zāi)情況發(fā)生時(shí)的消防需要，，本系統(tǒng)具有雙恒壓控制功能，即當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，按下消防按鈕開關(guān)，PLC讀到消防按鈕開關(guān)信號(hào)后，立即起動(dòng)消防水壓(即第二恒壓設(shè)定值)控制，滿足消防滅火水壓要求。

4  一拖二一拖三變頻恒壓供水設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)

4.1  定時(shí)換泵功能

　　為了防止某1臺(tái)水泵因長期不運(yùn)行銹死而另外1臺(tái)卻長時(shí)間運(yùn)行，影響系統(tǒng)的運(yùn)行壽命和可靠性，該系統(tǒng)PLC內(nèi)部設(shè)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘。PLC系統(tǒng)定時(shí)巡檢每1臺(tái)泵的運(yùn)行時(shí)間，并與整個(gè)系統(tǒng)泵的平均運(yùn)行時(shí)間比較，如果某1臺(tái)泵休息時(shí)間太長，則將該泵投入運(yùn)行，而運(yùn)行時(shí)間最長的泵投入休息狀態(tài)。系統(tǒng)盡量使每1臺(tái)泵的運(yùn)行時(shí)間接近，以防止泵因長期不運(yùn)行而銹死，同時(shí)也避免了某1臺(tái)泵因運(yùn)行時(shí)間太長而易出現(xiàn)故障的現(xiàn)象。

4.2  故障檢測與報(bào)警功能

　　該系統(tǒng)設(shè)有水位檢測與報(bào)警、變頻器故障檢測與報(bào)警、超壓(水壓)檢測與報(bào)警及故障處理功能。

　　蓄水池水位的檢測采用1臺(tái)浮球傳感器。當(dāng)水池中水位高于某設(shè)定值時(shí)，浮球懸浮在水中，球內(nèi)的干簧管接通。若水池水位低于某設(shè)定值時(shí)，浮球懸起，內(nèi)部干簧管斷開。PLC接收到此信號(hào)后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人負(fù)處理。

　　超壓報(bào)警在設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)是不會(huì)發(fā)生的，因?yàn)橐坏┧畨撼^設(shè)定值時(shí)，則PLC會(huì)減泵或控制變頻器降低頻率使水泵減速。特殊情況下，如壓力傳感器失靈等情況出現(xiàn)，實(shí)測壓力大大超過設(shè)定水壓時(shí)，則PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通知操作人員處理。

5  結(jié)束語

　　FX2 - 32可編程控制器與變頻器結(jié)合實(shí)現(xiàn)的智能恒壓多泵恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)已在企業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用。實(shí)際運(yùn)行表明，系統(tǒng)投入后供水壓力穩(wěn)定，控制精度高，運(yùn)行可靠，效率較高。