第一篇：簡(jiǎn)析變頻恒壓供水系統(tǒng)在水廠的實(shí)際應(yīng)用（精選）

簡(jiǎn)析變頻恒壓供水系統(tǒng)在水廠的實(shí)際應(yīng)用

摘 要 作者經(jīng)過多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了變頻恒壓供水系統(tǒng)在水廠的實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】變頻恒壓供水系統(tǒng) 水廠 應(yīng)用

當(dāng)今社會(huì)科技與經(jīng)濟(jì)越來(lái)越發(fā)展水資源的重要性也日益變得很重要。而且城市化建設(shè)的不斷深入，各類高層建筑的拔地而起，對(duì)水的需求愈來(lái)愈多，尤其對(duì)供水品質(zhì)、供水質(zhì)量和供水安全要求越來(lái)越高。因此，提高水廠生產(chǎn)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水，成為了整個(gè)行業(yè)共同追求的目標(biāo)。

如何更好地利用先進(jìn)科技在水廠建設(shè)和水廠應(yīng)用中發(fā)揮作用，成為國(guó)家的重要問題。尤其是將自動(dòng)化技術(shù)在水廠中應(yīng)用更是一個(gè)很大的課題，這樣可以極大地提高供水品質(zhì)和供水治療以及可以節(jié)約人力成本。水廠自動(dòng)化

所謂水廠自動(dòng)化，就是將水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)、水處理控制技術(shù)、變頻節(jié)能技術(shù)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與水廠生產(chǎn)過程相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)濾池自動(dòng)化、投加自動(dòng)化、泵站自動(dòng)化、水質(zhì)檢測(cè)自動(dòng)化等全過程的自動(dòng)控制及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的信息采集，并通過網(wǎng)絡(luò)與水廠監(jiān)控中心連接，實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)控和管理、分散控制、數(shù)據(jù)共享”，以保證整個(gè)水廠的運(yùn)行協(xié)調(diào)、一致。其系統(tǒng)框圖如下：

其中自動(dòng)化水廠包括三個(gè)主要的層面：

第一個(gè)層面是設(shè)備層，主要為自動(dòng)化水廠的受控對(duì)象，由現(xiàn)場(chǎng)的在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀表、鼓風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)、泵、流量計(jì)、壓力計(jì)、閥、液位計(jì)、加氯機(jī)等受控設(shè)備構(gòu)成。

第二個(gè)層面是采集控制層：其主要負(fù)責(zé)在線水質(zhì)各種參數(shù)采集并且將采集到的參數(shù)進(jìn)行上傳到水廠采集中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)整合，該層由水廠自動(dòng)控制中心和采集中心的分控柜構(gòu)成。

第三個(gè)層面是監(jiān)控層：其主要負(fù)責(zé)接收各個(gè)水廠采集控制中心設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、以及警告記錄信息，保證水廠工藝流程狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，對(duì)設(shè)備可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時(shí)建立水質(zhì)特征污染物數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)原水處的實(shí)時(shí)光譜進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)預(yù)警。該層面主要由服務(wù)器、工程師站、以太網(wǎng)交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作員站等構(gòu)成。

在自動(dòng)化水廠設(shè)計(jì)工程中，我們要保證以下幾個(gè)方面（1）可靠性；（2）開放性；（3）先進(jìn)性；（4）經(jīng)濟(jì)性；（5）實(shí)用性。通過以上五個(gè)方面我們能夠滿足的水廠技術(shù)生產(chǎn)管理和水處理的自動(dòng)化控制技術(shù)的要求。水廠的生產(chǎn)過程自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)水廠的生產(chǎn)調(diào)度，管理事務(wù)部門的協(xié)調(diào)，物流管理一體化，生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可視化，通過以上的實(shí)現(xiàn)能夠符合目前我國(guó)企事業(yè)單位的電子政務(wù)和電子商務(wù)的改革需求。最終可以實(shí)現(xiàn)把水廠建設(shè)成具備現(xiàn)代化、信息化和自動(dòng)化的新型水廠，保證建設(shè)水廠和運(yùn)營(yíng)水廠的低成本和管理方便。變頻恒壓供水

長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水、消防供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度較低。傳統(tǒng)的供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和電池滑差離合器調(diào)速供水等方式。分析研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水以及消防用水安全。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用和老百姓對(duì)日常飲用水和其他生活用水的水質(zhì)品質(zhì)的提高，采用變頻恒壓供水系統(tǒng)以其環(huán)保、節(jié)能和高品質(zhì)的供水質(zhì)量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)及高層建筑的生活、消防供水中。

變頻恒壓供水系統(tǒng)控制流程圖如下：

變頻恒壓供水的調(diào)速系統(tǒng)可以產(chǎn)生一定壓力電動(dòng)泵的無(wú)級(jí)速度控制，用來(lái)實(shí)現(xiàn)水量的變化。伴隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的改變，水壓力隨之進(jìn)行相應(yīng)的變化，以滿足水廠的用水需求，省能源、水供給系統(tǒng)，是最先進(jìn)的、合理。舊的供水塔和水槽和高壓水供給的比較周波數(shù)量可變恒壓供水方式，具有設(shè)備投資費(fèi)用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，以及系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，自動(dòng)化程度等高的特點(diǎn)。

變頻恒壓供水系統(tǒng)的另一大優(yōu)勢(shì)就是節(jié)能。下面我們以水泵的揚(yáng)程特性通過調(diào)節(jié)流量方法方式做一對(duì)比分析。

如圖 3所示，設(shè)用戶所需流量QX為額定流量的60%（即QX=60%QN）。當(dāng)通過關(guān)小閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，管阻特性將改變?yōu)榍€③，而揚(yáng)程特性則仍為曲線①，故供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)移至E點(diǎn)，這時(shí)，流量減小為QE（=Qx）；揚(yáng)程增加為HE；供水功率PC與面積ODEJ成正比。

當(dāng)通過降低轉(zhuǎn)速使得Qx=60%Qn時(shí)，揚(yáng)程特性仍為曲線②，故工作點(diǎn)移向C點(diǎn)。這時(shí)流量減小為QE（=Qx），揚(yáng)程減小為Hc，供水功率PC與面積0DCK成正比。由此可見，其節(jié)能效果非常顯著。

因此，變頻恒壓技術(shù)與PLC控制技術(shù)相結(jié)合，使供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)城鎮(zhèn)建設(shè)中成片開發(fā)、智能樓宇、網(wǎng)絡(luò)供水調(diào)度和整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)?？偨Y(jié)

系統(tǒng)使用先進(jìn)的變頻恒壓供水方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水廠的控制，可以減少設(shè)計(jì)的成本和其它人力的成本。同時(shí)提高了自來(lái)水公司的科技含量，推動(dòng)了企業(yè)的發(fā)展，提高了公司的競(jìng)爭(zhēng)力，最后能確保優(yōu)質(zhì)、足量、安全供水，更好地為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。變頻恒壓供水方式適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的持點(diǎn)，滿足大型自來(lái)水廠自動(dòng)控制的要求。整個(gè)方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易于編程、操作及維修，在全國(guó)多個(gè)水廠得到良好的應(yīng)用。

作者單位

唐山市曹妃甸供水有限責(zé)任公司 河北省唐山市 063000

第二篇：基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用

張雷雷

南山紡織服飾有限公司

摘要：隨著社會(huì)主義市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高；再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)·控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能·高節(jié)能·能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然的趨勢(shì)。

本論文采用變頻器和PLC實(shí)現(xiàn)恒壓供水和數(shù)據(jù)傳輸。本論文的變頻恒壓供水系統(tǒng)以再國(guó)內(nèi)許多實(shí)際的供水控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用，并取得穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效果和良好的節(jié)能效果。經(jīng)實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有高度的可靠性和實(shí)時(shí)行，極大地提高了供水的質(zhì)量，并且節(jié)省了人力，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵字：恒壓供水：變頻調(diào)速：PLC：泵切換

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，以變頻調(diào)速為核心的智能供水系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可以延長(zhǎng)泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除啟動(dòng)和挺及時(shí)的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運(yùn)行性能、簡(jiǎn)單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將供水實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運(yùn)行目的。

PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)是以PLC為控制核心，由PLC控制器、變頻調(diào)速器、壓力傳感器等其他電控設(shè)備以及4臺(tái)水泵組成，如圖1.1所示

圖1.1 變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的原理圖

其工作過程：設(shè)定一個(gè)水壓值后，根據(jù)變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網(wǎng)上的壓力傳感器，連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號(hào)，并將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入PLC，PLC根據(jù)實(shí)際水壓值與設(shè)定水壓值進(jìn)行比較和經(jīng)PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出送到變頻器的信號(hào)給定端，變頻器根據(jù)給定信號(hào)，調(diào)節(jié)水泵的電源頻率，從而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水管網(wǎng)中水壓值在設(shè)定的水壓范圍內(nèi)。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最或大最小時(shí)，由PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，從而達(dá)到恒壓供水的目的。我公司在2009年11月份正式啟用了該系統(tǒng)，并從中受益。本文介紹基于PLC變頻調(diào)速恒壓供水的設(shè)計(jì)

我公司水處理車間擔(dān)負(fù)了南山紡織服飾有限公司下屬單位和附屬單位的工業(yè)及生活消防用水的任務(wù)。包括4臺(tái)22KW的工業(yè)用水水泵和2臺(tái)11KW的應(yīng)急不壓水泵。1.控制要求

1）.水泵能自動(dòng)變頻軟啟動(dòng)，四臺(tái)水泵自動(dòng)變頻軟啟動(dòng)，并根據(jù)用水量的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的臺(tái)數(shù)。四臺(tái)水泵自動(dòng)輪換變頻運(yùn)行，工作泵故障時(shí)備用泵自動(dòng)投入，可轉(zhuǎn)換自動(dòng)或人工手動(dòng)開·停機(jī)。2）.設(shè)備具有缺相、欠壓、過壓、短路、過載等多種電氣保護(hù)功能，具有相許保護(hù)防止水泵反轉(zhuǎn)抽空，并具有缺水保護(hù)及水位恢復(fù)開機(jī)功能。且有設(shè)備工作、停機(jī)、報(bào)警指示。2.PLC及變頻器控制電路 2.1）.供水系統(tǒng)主電路

該系統(tǒng)有四臺(tái)水泵，如圖2.1所示，合上空氣開關(guān)（QS）后，當(dāng)交流接觸器KM1、KM3、KM5、KM7主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為工頻運(yùn)行；當(dāng)KM2、KM4、KM6、KM8主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為變頻運(yùn)行。四個(gè)熱繼電器FR1、FR2、FR3、FR4分別對(duì)四臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動(dòng)機(jī)在過載時(shí)可能產(chǎn)生的過熱損壞。

圖2.1恒壓供水的主電路

2.2）.供水系統(tǒng)的控制電路

如圖2.2所示，Y0、Y7為PLC輸出軟繼電器觸點(diǎn)，其中Y0、Y2、Y4、Y6控制變頻運(yùn)行電路；Y1、Y3、Y5、Y7控制工頻電路。SAC為轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)控制切換。當(dāng)SAC切在手動(dòng)位時(shí)，通過1#SB24#SB2按鈕分別啟動(dòng)四臺(tái)水泵工頻運(yùn)行；當(dāng)SAC在自動(dòng)位時(shí)，由PLC控制水泵進(jìn)行變頻或工頻狀態(tài)的啟動(dòng)、切換、停止運(yùn)行。

圖2.2恒壓供水系統(tǒng)的控制電路

1KA為缺水保護(hù)電路的中間繼電器觸點(diǎn)，當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，配合缺水保護(hù)裝置斷開控制電路，切斷主電路，實(shí)現(xiàn)缺水保護(hù)作用。2.3）.缺水保護(hù)電路

當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，若不及時(shí)切斷電源就會(huì)損壞水泵，甚至發(fā)生事故。如圖2.3所示。利用液位繼電器等裝置時(shí)刻檢測(cè)水池里的水位，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換及處理后對(duì)控制回路電源進(jìn)行控制。水池水位正常時(shí)，控制回路電源接通，系統(tǒng)正常工作。水池缺水或水位不足時(shí)，液位繼電器1K釋放，系統(tǒng)報(bào)警、指示燈亮并通過1KA切斷系統(tǒng)控制電路和主電路，水泵停止。水位正常后，液位繼電器1K吸合，重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

圖2.3缺水保護(hù)電路 2.4）.缺相相序保護(hù)電路

圖2.4缺相相序保護(hù)電路

水泵工作在三相交流電，電源發(fā)生缺相時(shí)，電動(dòng)機(jī)中某一相無(wú)電流，而另外兩相電流會(huì)增大，容易燒壞電動(dòng)機(jī)；另外，為了避免電源相序相反，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)水泵抽空的現(xiàn)象，設(shè)置了缺相相序保護(hù)電路，如圖2.4所示。采用缺相相序保護(hù)電路繼電器KP接在主電路電源進(jìn)線空氣開關(guān)之后，三項(xiàng)正常時(shí)，KP得電吸合，控制電路中KP的1-2觸點(diǎn)吸合，接通PLC控制電路。反之，缺相或反相時(shí)，KP的1-2觸點(diǎn)斷開，會(huì)切斷PLC控制電路，系統(tǒng)停止工作，缺相相序保護(hù)指示燈亮。

2.5）.硬件接線圖

圖2.5 硬件原理圖

該系統(tǒng)的硬件連接圖即PLC和系統(tǒng)的各個(gè)硬件的接線。由于PLC所輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，不能被變頻器所識(shí)別，所以我們?cè)谒麄冎g加了個(gè)模擬量輸入輸出模塊FXON-3A。其功能：該模塊具有2路模擬量輸入（0-10V直流或4-20mA直流）通道和1路模擬量輸出通道。其輸入通道數(shù)字分辨率為8位，A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us,在模擬與數(shù)字信號(hào)之間采用光電隔離，占用8個(gè)I/O點(diǎn)。2.6）.變頻器頻率（速度）的設(shè)定及PID 1.最高頻率：水泵屬于平方率負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速將按平方規(guī)律增加，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過載。因此，變頻器的工作頻率是不允許超過額定頻率的，其最高頻率只能與額定頻率相等，即Fmax=Fn=50HZ。

2.上限頻率：一般來(lái)說(shuō)，上限頻率以等于額定頻率為宜。但有時(shí)也可以預(yù)置得略低一些，變頻器內(nèi)部有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能，同在50HZ的情況下，水泵在變頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，從而增大了水泵和電機(jī)的負(fù)載；變頻調(diào)速系統(tǒng)在50HZ下運(yùn)行時(shí)，還不如直接在工頻下運(yùn)行，可以減少變頻器本身的損失。因此，將上限頻率預(yù)置為49HZ或49.5HZ是適宜的。

3.下限頻率：在供水系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速降低，會(huì)出現(xiàn)水泵的全揚(yáng)程小于實(shí)際揚(yáng)程，形成水泵“空轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象。所以，下限頻率預(yù)置為25-30HZ 4.啟動(dòng)頻率:水泵在啟動(dòng)時(shí)，如果從0HZ開始啟動(dòng)，水泵基本沒有壓力輸出，為調(diào)節(jié)時(shí)間，應(yīng)預(yù)置啟動(dòng)頻率值為15-20HZ，及設(shè)置變頻器PID輸出值的下限為最大值的30%-40%。

變頻器利用PID控制器將被控對(duì)象的傳感等檢測(cè)到控制量（反饋信號(hào)），將其與目標(biāo)值（流量、壓力等設(shè)定值）進(jìn)行比較，再有PLC控制變頻器輸出。如圖2.60若有偏差，則通過此功能的控制動(dòng)作是偏差為零，也就是是反饋量與目標(biāo)值保持一致，從而達(dá)到好好的調(diào)速作用。

圖2.6 PID控制器接線圖 2.7 PLC在系統(tǒng)中的控制

根據(jù)變頻恒壓供水原理，利用安裝在供水管網(wǎng)上的壓力傳感器，連續(xù)采集供水管網(wǎng)中的水壓及水壓變化率信號(hào)，并將水壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入PLC，PLC根據(jù)實(shí)際水壓值與設(shè)定水壓值進(jìn)行比較和經(jīng)PID運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出送到變頻器的信號(hào)給定端，變頻器根據(jù)給定信號(hào)，調(diào)節(jié)水泵的電源頻率，從而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，以維持供水管網(wǎng)中水壓值在設(shè)定的水壓范圍內(nèi)。當(dāng)變頻器頻率到達(dá)最或大最小時(shí)，由PLC控制加泵或減泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水，PLC在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用是控制交流接觸器組近進(jìn)行工頻-交頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。如圖2.7

系統(tǒng)運(yùn)行之后，在自動(dòng)運(yùn)行方式下開始啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)水池水位，若水池水位符合設(shè)定水位要求，1#變頻交流接觸器吸合，電機(jī)與變頻器連通，變頻器輸出頻率從0HZ開始上升，此時(shí)壓力傳感器檢測(cè)壓力信號(hào)反饋到PLC，由PLC經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如壓力不夠，則頻率上升至50HZ,延時(shí)一定時(shí)間后，將1#水泵切換為工頻，2#水泵變頻交流接觸器吸合，變頻啟動(dòng)#水泵，頻率逐漸上升，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力，以此類推增加水泵。

如用水量減少，出水壓力超過設(shè)定壓力，則PLC控制變頻器降低輸出頻率，減少出水量來(lái)穩(wěn)定出水壓力。若變頻器輸出頻率低于某一設(shè)定值，而出水壓力仍高于設(shè)定壓力值時(shí)，PLC開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，出水壓力降低到設(shè)定壓力，PLC放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若子一定時(shí)間，內(nèi)壓力仍高于設(shè)定值，根據(jù)先停機(jī)的原則，PLC將停止正在運(yùn)行的水泵中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工頻泵，直至出水壓力達(dá)到設(shè)定值。若系統(tǒng)中只有一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行且連續(xù)一段時(shí)間頻率低于設(shè)定出水頻率，則切除變頻運(yùn)行主泵，投入小流量泵，既保護(hù)主泵電動(dòng)機(jī)，又節(jié)約能源。當(dāng)外來(lái)管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，則控制其完全停止各泵的工作。

在變頻器發(fā)生故障時(shí)也要不間斷供水。當(dāng)變頻器發(fā)生故障時(shí)蜂鳴器報(bào)警，則PLC發(fā)出指令使全部水泵停止工作，然后1#水泵工頻運(yùn)行，經(jīng)一定演示后根據(jù)壓力變化情況在使2#泵工頻運(yùn)行。此時(shí)，PLC切換泵則根據(jù)實(shí)際水壓的變化在工頻泵之間切換。當(dāng)出現(xiàn)水池?zé)o水停機(jī)、電動(dòng)機(jī)欠壓、過壓、錯(cuò)相、電機(jī)故障等情況時(shí)，均能有蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。3.結(jié)束語(yǔ)

由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用，它取代了傳統(tǒng)的水塔、高位水箱或氣壓罐，不但大大的提高和改善了廠區(qū)工業(yè)及生活消防供水系統(tǒng)的性能，而且節(jié)能環(huán)保，具有良好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益。我公司自2009年11月投入使用以來(lái)，未出現(xiàn)過大的技術(shù)問題，保障了了公司下屬和附屬單位的正?？煽康墓I(yè)用水，為企業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

1.張還.《控制其原理及控制過程》，北京:中國(guó)電力出版社，2008-10 2.岳大為.《變頻器應(yīng)用技術(shù)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009-6 3.周志敏.《變頻器調(diào)速系統(tǒng)》，北京：電子工業(yè)出版社，2008-5 4.宮淑貞.《可編程序制器原理與應(yīng)用》，北京:人民店有出版社，2004

第三篇：PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響產(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(wú)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)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

基于上述情況對(duì)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)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。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，其中泵房裝有1#~3#共3臺(tái)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(tái)泵向管網(wǎng)充壓，供水量大時(shí)開3臺(tái)泵同時(shí)向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)的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(hào)，由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用pid調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用plc參與控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用。選擇frn160g7p-4變頻器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速運(yùn)行，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。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖

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(hào)與現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的反饋信號(hào)經(jīng)plc的分析和計(jì)算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過pid運(yùn)算后，plc將0~5v的模擬信號(hào)輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟啟動(dòng);plc通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過i/o端口開關(guān)量的輸出驅(qū)動(dòng)切換繼電器組，以此來(lái)協(xié)調(diào)投入工作的水泵電機(jī)臺(tái)數(shù)，并完成電機(jī)的啟停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整電機(jī)組中投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和plc的i/o分配

系統(tǒng)程序包括啟動(dòng)子程序和運(yùn)行子程序，其流程圖如圖2所示。運(yùn)行子程序又包括模擬調(diào)節(jié)子程序(其流程圖如圖3所示)和電機(jī)切換子程序(流程圖略)，電機(jī)切換子程序又包括加電機(jī)子程序和減電機(jī)子程序(程序設(shè)計(jì)略)。plc的輸入、輸出端子分配情況如附表所示。

圖2 啟動(dòng)程序流程圖

圖3 模擬調(diào)節(jié)流程圖 系統(tǒng)工作過程

加上啟動(dòng)信號(hào)(x4)后，此信號(hào)被保持，當(dāng)條件滿足時(shí)，(即x2為“1”)時(shí)，開始啟動(dòng)程序，此時(shí)由plc控制1#電機(jī)變頻運(yùn)行(此時(shí)y0、y6、y7亮)，同時(shí)定時(shí)器t0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)1s。延時(shí)有兩方面的原因: 一是使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻器減速為0，以重新啟動(dòng)另一臺(tái)電機(jī)。延時(shí)完畢，則有1#機(jī)投入工頻運(yùn)行，2#機(jī)投入變頻運(yùn)行，此時(shí)y1、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，(y1、y7仍亮，)t3延時(shí)1s，延時(shí)完畢，將2#機(jī)投入工頻運(yùn)行，3#機(jī)投入變頻運(yùn)行，(此時(shí)y1、y3、y4、y6、y7亮，)再次等待y7滅掉后，則整個(gè)啟動(dòng)程序執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行調(diào)節(jié)程序，此后啟動(dòng)程序不再發(fā)生作用，直到下一次重新啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中，無(wú)論幾臺(tái)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，x2一旦滅掉，則應(yīng)視為啟動(dòng)結(jié)束(y7滅掉)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)程序。綜合整個(gè)啟動(dòng)過程，完成三臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)最多需要22s的時(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x1、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(hào)和y6亮)。

若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)上限值(x1亮)，則定時(shí)器t4馬上開始定時(shí)(5s)，定時(shí)過程中監(jiān)控x1，若x1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，x1仍亮，則啟動(dòng)一低速(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x1仍亮，則關(guān)閉此多段速，啟動(dòng)一更低速(y9)，同時(shí)定時(shí)器t6定時(shí)(10s)。定時(shí)完畢，若x1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(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無(wú)論何時(shí)，若x0亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行切換動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入切換程序，同樣，若無(wú)論何時(shí)，x1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，則啟動(dòng)一高速(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，啟動(dòng)一更高速(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(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無(wú)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)行加電機(jī)動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入加電機(jī)程序。同樣，若無(wú)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)作的條件是:啟動(dòng)結(jié)束后無(wú)論何時(shí)x0亮，一旦條件滿足，即由plc根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)決定相應(yīng)切換哪臺(tái)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)是一臺(tái)變頻一臺(tái)工頻，則立即切除工頻電機(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(tái)電機(jī)同時(shí)工作，則應(yīng)由plc來(lái)決定切除哪臺(tái)工頻運(yùn)行電機(jī)。切除依據(jù)是3臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的大小，誰(shuí)大切誰(shuí)，切除掉一臺(tái)后，要由定時(shí)器定時(shí)(5s)等待，以便變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)切除動(dòng)作。這主要是考慮到本系統(tǒng)的非線性和大小慣性因素而采取的措施。

加電機(jī)程序, 其動(dòng)作程序是:啟動(dòng)結(jié)束后無(wú)論何時(shí)x2亮, 一旦條件滿足, 立即關(guān)掉變頻運(yùn)行電機(jī)和變頻器，延時(shí)一段時(shí)間后(原因同上), 將原變頻運(yùn)行電機(jī)投入工頻運(yùn)行，同時(shí)打開變頻器和將要啟動(dòng)電機(jī)的變頻開關(guān), 完成加電機(jī)。

同樣，若原有2臺(tái)電機(jī)工頻工作，則x2一亮，立即開始加另一臺(tái)電機(jī)(無(wú)延時(shí))，(加電機(jī)依據(jù)是判斷計(jì)數(shù)值，誰(shuí)小加誰(shuí))。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)一段時(shí)間，防止連續(xù)加電機(jī)動(dòng)作。其過程分為:結(jié)束語(yǔ)

用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來(lái)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(duì)電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合,恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對(duì)環(huán)境的污染。參考文獻(xiàn)

[1] 常斗南.電氣控制與plc應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003 [2] fp1型可編程控制器c24/c40/c60操作手冊(cè) [3] 變頻器說(shuō)明手冊(cè).富士電機(jī)有限公司

[4] 曾 毅.變頻調(diào)速控制系統(tǒng).濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2002 作者簡(jiǎn)介

張全莊(1963-)男 講師/碩士 主要研究方向:工業(yè)電氣自動(dòng)控制與plc應(yīng)用。

第四篇：PLC在恒壓供水變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來(lái)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(wú)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)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

基于上述情況對(duì)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)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的，提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。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，其中泵房裝有1#～3#共3臺(tái)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(tái)泵機(jī)向管網(wǎng)充壓，供水量大時(shí)，開3臺(tái)泵機(jī)同時(shí)向管網(wǎng)充壓。要想維持供水網(wǎng)的壓力不變，在管網(wǎng)系統(tǒng)的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(hào)，由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，管網(wǎng)的充壓比較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)，不宜直接采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，而應(yīng)采用PLC參與控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用?？删幊绦蚩刂破鬟x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)的調(diào)速運(yùn)行。

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?？刂坪诵膯卧狿LC根據(jù)手動(dòng)設(shè)定壓力信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)壓力傳感器的反饋信號(hào)經(jīng)PLC的分析和計(jì)算，得到壓力偏差和壓力偏差的變化率，經(jīng)過PID運(yùn)算后，PLC將0～5V的模擬信號(hào)輸出到變頻器，用以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)行電機(jī)的軟起動(dòng);PLC通過比較模擬量輸出與壓力偏差的值，通過I/O端口開關(guān)量的輸出驅(qū)動(dòng)切換繼電器組，以此來(lái)協(xié)調(diào)投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)，并完成電機(jī)的起停、變頻與工頻的切換。通過調(diào)整電機(jī)組中投入工作的電機(jī)臺(tái)數(shù)和控制電機(jī)組中一臺(tái)電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)速，使動(dòng)力系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和PLC的I/O分配

系統(tǒng)程序包括起動(dòng)子程序和運(yùn)行子程序，其流程圖如圖2所示。運(yùn)行子程序又包括模擬調(diào)節(jié)子程序(其流程圖如圖3所示)和電機(jī)切換子程序(流程圖略)，電機(jī)切換子程序又包括加電機(jī)子程序和減電機(jī)子程序(程序設(shè)計(jì)略)。PLC的輸入、輸出端子分配情況如附表所示。系統(tǒng)工作過程

加上起動(dòng)信號(hào)(X4)后，此信號(hào)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)Y0、Y6、Y7亮)，同時(shí)定時(shí)器T0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)1s(延時(shí)是為了兩方面的原因:一是使開關(guān)充分熄弧，防止電網(wǎng)倒送電給變頻器，燒毀變頻器;二是讓變頻帶器減速為零，以重新起動(dòng)另一臺(tái)電機(jī))。延時(shí)完畢，則有1#機(jī)投入工頻運(yùn)行，2#機(jī)投入變頻運(yùn)行，此時(shí)Y1、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，(Y1、Y7仍亮，)T3延時(shí)1s，延時(shí)完畢，將2#機(jī)投入工頻運(yùn)行，3#機(jī)投入變頻運(yùn)行，(此時(shí)Y1、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，直到下一次重新起動(dòng)。在起動(dòng)過程中，無(wú)論幾臺(tái)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，X2一旦滅掉，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(tái)電機(jī)的起動(dòng)最多需要22s的時(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X1、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(hào)和Y6亮)。若達(dá)到模擬調(diào)節(jié)上限值(X1亮)，則定時(shí)器T4馬上開始定時(shí)(5s)。定時(shí)過程中監(jiān)控X1，若X1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，X1仍亮，則起動(dòng)一低速(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X1仍亮，則關(guān)閉此多段速，起動(dòng)一更低速(Y9)，同時(shí)定時(shí)器T6定時(shí)(10s)。定時(shí)完畢，若X1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(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無(wú)論何時(shí)，若X0亮，則會(huì)關(guān)閉相應(yīng)多段速和定時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行切換動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入切換程序。同樣，若無(wú)論何時(shí)，X1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)一高速(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)一更高速(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(jí)多段速調(diào)節(jié)過程中，無(wú)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)行加電機(jī)動(dòng)作，即轉(zhuǎn)入加電機(jī)程序。同樣，若無(wú)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)作的條件是:起動(dòng)結(jié)束后無(wú)論何時(shí)X0亮，一旦條件滿足，即由PLC根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)決定相應(yīng)切換哪臺(tái)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(tái)變頻1臺(tái)工頻，則立即切除工頻電機(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(tái)電機(jī)同時(shí)工作，則應(yīng)由PLC來(lái)決定切除哪臺(tái)工頻運(yùn)行電機(jī)。切除依據(jù)是3臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的大小，誰(shuí)大切誰(shuí)，切除掉一臺(tái)后，要由定時(shí)器定時(shí)(5s)等待，以便變頻器調(diào)節(jié)一段時(shí)間，防止連續(xù)切除動(dòng)作。這主要是考慮到本系統(tǒng)的非線性和大小慣性因素而采取的措施。圖3運(yùn)行時(shí)模擬調(diào)節(jié)子程序流程圖加電機(jī)程序，其動(dòng)作程序是:起動(dòng)結(jié)束后無(wú)論何時(shí)X2亮，一旦條件滿足，立即關(guān)掉變頻運(yùn)行電機(jī)和變頻器，延時(shí)一段時(shí)間后(原因同上)，將原變頻運(yùn)行電機(jī)投入工頻運(yùn)行，同時(shí)打開變頻器和將要起動(dòng)電機(jī)的變頻開關(guān)，完成加電機(jī)。

同樣，若原有2臺(tái)電機(jī)工頻工作，則X2一亮，立即開始加另一臺(tái)電機(jī)(無(wú)延時(shí))，(加電機(jī)依據(jù)是判斷計(jì)數(shù)值，誰(shuí)小加誰(shuí))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)一段時(shí)間，防止連續(xù)加電機(jī)動(dòng)作。其過程分為:1# → 2#、1# → 3#、2# → 3#、2# → 1#、3# → 2#、3# → 1#。結(jié)束語(yǔ)

用變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門來(lái)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(duì)電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門等的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng);在鍋爐和其他燃燒重油的場(chǎng)合，恒壓供油可使油的燃燒更加充分，大大地減輕了對(duì)環(huán)境的污染。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

張全莊(1963-)講師 現(xiàn)為陜西科技大學(xué)在讀碩士，主要研究方向:工業(yè)電氣自動(dòng)控制與PLC應(yīng)用。

第五篇：PLC 變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中應(yīng)用

PLC 變頻調(diào)速技術(shù)在泵站恒壓供水中應(yīng)用

0 引言

供水系統(tǒng)是國(guó)民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點(diǎn)是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機(jī)無(wú)極調(diào)速技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對(duì)恒壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運(yùn)行可靠、節(jié)約電能、自動(dòng)化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：(1)維持水壓恒定；(2)控制系統(tǒng)可手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行；(3)多臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行；(4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。當(dāng)外界停止用水時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時(shí)自動(dòng)喚醒；(5)在線調(diào)整PID參數(shù)；(6)泵組及線路保護(hù)檢測(cè)報(bào)警，信號(hào)顯示等。

將管網(wǎng)的實(shí)際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時(shí)，變頻器增大輸出頻率，水泵 轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持恒壓供水。系統(tǒng)硬件構(gòu)成系統(tǒng)采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為中心控制裝置，實(shí)現(xiàn)所需功能。

安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器，用于檢測(cè)管網(wǎng)的水壓，將壓力轉(zhuǎn)化為4～20 mA的電流信號(hào)，提供給PLC與變頻器。

變頻器是水泵電機(jī)的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50 Hz的頻率信號(hào)供給水泵電機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。ACS變頻器功能強(qiáng)大，預(yù)置了多種應(yīng)用宏，即預(yù)先編置好的參數(shù)集，應(yīng)用宏將使用過程中所需設(shè)定的參數(shù)數(shù)量減小到最小，參數(shù)的缺省值依應(yīng)用宏的選擇而不同。系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏，進(jìn)行閉環(huán)控制。該宏提供了6個(gè)輸入信號(hào)：?jiǎn)?dòng)/停止(DI1、DI5)、模擬量給定(AI1)、實(shí)際值(AI2)、控制方式選擇(DI2)、恒速(DI3)、允許運(yùn)行(DI4)；3個(gè)輸出信號(hào)：模擬輸出(頻率)、繼電器輸出1(故障)、繼電器輸出2(運(yùn)行)；DIP開關(guān)選擇輸入0～10 V電壓值或0～20 mA電流值(系統(tǒng)采用電流值)。變頻器根據(jù)給定值A(chǔ)I1和實(shí)際值A(chǔ)I2，即根據(jù)恒壓時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號(hào)，利用PID控制宏自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來(lái)調(diào)節(jié)所控制的水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。

根據(jù)泵站供水實(shí)際情況與需求，利用一臺(tái)變頻器控制3臺(tái)水泵，因此除改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速外，還要通過增減運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)來(lái)維持水壓恒定，當(dāng)運(yùn)行泵滿工頻抽水仍達(dá)不到恒壓要求時(shí)，要投入下一臺(tái)泵運(yùn)行。反之，當(dāng)變頻器輸出頻率降至最小，壓力仍過高時(shí)，要切除一臺(tái)運(yùn)行泵。所以不僅需要開關(guān)量控制，還需數(shù)據(jù)處理能力，采用FX－4AD(4模擬量入)獲得模擬量信號(hào)。它在應(yīng)用上的一個(gè)重要特征就是由PLC自動(dòng)采樣，隨時(shí)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，放在數(shù)據(jù)寄存器中，由數(shù)據(jù)處理指令調(diào)用，并將計(jì)算結(jié)果隨時(shí)放在指定的數(shù)據(jù)接觸器中。通過其可將壓力傳感器電流信號(hào)和變頻器輸出頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給PLC[1>，與恒壓對(duì)應(yīng)電流值、頻率上限、頻率下限(考慮到水泵電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)危險(xiǎn)，必須保證其頻率不低于20Hz，因此頻率上限設(shè)為工頻50Hz，下限設(shè)為20Hz)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性，水壓波動(dòng)盡可能小，從而提高供水質(zhì)量。但元件動(dòng)作過程太快，會(huì)有回流損壞變頻器。為了防止故障的發(fā)生，硬件上必須設(shè)置閉鎖保護(hù)，即1Q與4Q，2Q與5Q，3Q與6Q不能同時(shí)閉合。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件是指用梯形圖語(yǔ)言編制的對(duì)3臺(tái)泵進(jìn)行控制的程序。它對(duì)3臺(tái)泵的控制，主要解決 系統(tǒng)的手動(dòng)及自動(dòng)切換、各元件和參數(shù)的初始化、信號(hào)及通訊數(shù)據(jù)的預(yù)處理、3臺(tái)泵的啟動(dòng)、切換及停止的條件、順序、過程等問題。

當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到頻率上限，供水壓力未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，發(fā)出加泵信號(hào)，投入下1臺(tái)泵供水。當(dāng)供水壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值，變頻器輸出頻率降到頻率下限時(shí)，發(fā)出減泵信號(hào)，切除在工頻運(yùn)行方式中的1臺(tái)泵。系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)，情況簡(jiǎn)單，首先啟動(dòng)一號(hào)泵即可。但考慮3臺(tái)泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)情況復(fù)雜，任1臺(tái)或2臺(tái)泵可能正在工頻自動(dòng)方式下運(yùn)行，而其他泵則可能在變頻器控制下運(yùn)行，因此必須預(yù)先設(shè)定增減水泵的順序。即獲得加泵信號(hào)后，按照1號(hào)泵、2號(hào)泵、3號(hào)泵的順序優(yōu)先考慮。獲得減泵信號(hào)后，按照3號(hào)泵、2號(hào)泵、1號(hào)泵的順序優(yōu)先考慮。

為了防止故障的發(fā)生，軟件上也必須設(shè)置保護(hù)程序，保證1Q與4Q、2Q與5Q、3Q與6Q不能同時(shí)閉合。在加減泵時(shí)必須設(shè)置元件動(dòng)作順序及延時(shí)，防止誤動(dòng)作發(fā)生。

考慮到系統(tǒng)工作環(huán)境對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的影響，在設(shè)計(jì)中采用硬件、軟件上的雙重濾波來(lái)消除干擾的影響。硬件上變頻器提供了濾波時(shí)間常數(shù)，當(dāng)模擬輸入信號(hào)變化時(shí)，63％的變化發(fā)生在所定義的時(shí)間常數(shù)中；軟件上采用數(shù)字濾波的方式，系統(tǒng)采用平均值的方法[2>。

計(jì)算最近10次采樣的平均值，其計(jì)算公式如下：系統(tǒng)參數(shù)的確定

系統(tǒng)變頻運(yùn)行主要靠變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻器有一數(shù)量很大的參數(shù)群，初始情況下，只有所謂的基本參數(shù)可以看到。只需設(shè)定簡(jiǎn)單的幾個(gè)參數(shù)，變頻器就可以工作。

除基本參數(shù)外，還必須對(duì)完整參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

完整參數(shù)的設(shè)定主要是PID參數(shù)的整定，它是按照工藝對(duì)控制性能的要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp，TI，TD?？刂票磉_(dá)式為：

變頻器根據(jù)偏差調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)離目標(biāo)參數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)幅度加快，隨著偏差的逐步接近，跟蹤的幅度逐漸減小，近似相等時(shí)，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定狀態(tài)[

3、4>。試驗(yàn)結(jié)果

由于系統(tǒng)的顯示和通訊功能，可以對(duì)系統(tǒng)工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。考慮到管網(wǎng)覆蓋面積大，泵站海拔高度相對(duì)低，遠(yuǎn)端供水壓力需維持3kg，因此泵站出水口壓力必須維持5kg。試驗(yàn)條件為管網(wǎng)初始無(wú)壓 力，電磁閥控制一定量相同用水情況下啟動(dòng)系統(tǒng)。獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)MATLAB進(jìn)行插值擬合可得系統(tǒng)在不同條件下跟蹤壓力變化的曲線[5>。

試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)在未進(jìn)行濾波和PID控制時(shí)，響應(yīng)速度特別慢、誤差大、振蕩嚴(yán)重，見圖5。在未進(jìn)行濾波而引入數(shù)字PID控制時(shí)，響應(yīng)速度明顯加快，但振蕩問題未能得到解決，這是由于喘振現(xiàn)象的存在；當(dāng)管道壓力與設(shè)定值近似相當(dāng)時(shí)，水錘效應(yīng)影響明顯，壓力波動(dòng)異常，PID的參數(shù)跟蹤整定，形成惡性循環(huán)，管道中空氣的存在也會(huì)導(dǎo)致振蕩問題。

該系統(tǒng)是按照工業(yè)生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)的，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的一系列功能，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全性，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中取得了良好的效果。只需作相應(yīng)修改就可推廣到相關(guān)供水系統(tǒng)中。