基于PLC控制的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統
基于PLC控制的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統
隨著變頻調速技術的發展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統已經取代了傳統供水方式。廣泛應用于工礦企業和市政供水系統。文章介紹了PLC與變頻器的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統的構成，泵組切換與恒壓供水控制方法和系統保護功能的實現。并簡要分析了其使用效果。
1 引言
以 PLC控制為核心、變頻調速技術為基礎的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統，已逐漸取代原有的供水方式。PLC用于變頻恒壓供水系統中，不僅簡化了系統的硬件，減少了系統在硬件上出現故障的次數，提高了硬件系統的抗干擾能力，而且，隨著社會的發展和進步、通信技術的快速發展，為實現系統的遠程控制奠定了基礎，同時，也解決了城市高層建筑和居民小區的供水問題。
2 一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統的組成
PLC與變頻器實現的恒壓供水自動控制系統的組成如圖1所示。
2.1 主要設備選擇
(1) FK2 - 32可編程控制器是三菱公司的產品，適用于各種環境，抗干擾能力強，編程方便，易于使用；擴展功能也很強。本身具有16路開關量輸入和16路輸出，精度高，多量程的A/D 和D/A 模塊用于反饋控制。基本指令處理時間為0.74μs/每步，平均無故障時間達30萬h，可滿足一般工業控制需求。
(2) 本系統設備選型的主要要求是可靠性高，能長時間穩定運行。所選設備應能滿足恒壓供水閉環控制和泵組切換控制。
根據系統的實際需要，選用FX2 - 32 作為系統的控制主機，擴展1個模擬量輸入模塊FX-4AD和1個模擬量輸出模塊FX- 2DA，能滿足系統水壓的PID閉環控制和開關量的切換控制要求。
變頻器選擇日本三肯公司制造的MF-l10kW交流變頻調速器，該變頻器具有快速響應轉矩調整功能、轉差補償功能及優良的保護功能。變頻器容量為150 kVA ，驅動電機功率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1151型號的電容式壓力變送器。該變送器具有結構簡單，安裝方便，準確度高及高可靠性等優點，能滿足控制要求。
2.2 水壓閉環調節原理
該系統的水壓閉環調節原理是：在泵站的輸出母管上的壓力變送器將出水母管水壓轉換為1～5 V，直流電壓信號輸入PLC，經FX- 4AD將其轉換為數字信號。該信號與壓力給定值相比較，并經PID運算，由PLC輸出1個控制信號經FX- 2DA 轉換為4～20mA的控制信號送往變頻器，控制變頻器輸出頻率，從而控制供水泵電機轉速，達到輸出供水母管水壓穩定在設定的壓力上。
3 一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統泵組切換與恒壓供水控制方法
該系統由1臺編程控制器和1臺變頻器配合來控制4臺水泵的起、停。上電時系統由變頻器控制軟起動1號泵變頻運行。如變頻器的輸出頻率上升到50Hz，輸出母管水壓還達不到設定值，則延時3 min后(使母管壓力穩定)，將1號泵切換為工頻市電驅動。變頻器則再軟起動2號泵運轉，如輸出母管水壓還達不到設定值，則將2 泵切換為工頻市電驅動。變頻器則再起動3號泵運轉，直到輸出母管水壓達到設定值為止。
當系統處于N臺泵同時運轉時，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驅動與市電50Hz驅動時電機輸出功率不同造成反復加泵緘泵現象，程序中的加泵緘泵的切換點不是剛好等于設定值時就切換。加泵時壓力判斷點為設定值-Δ，減泵時判斷點為設定值+Δ。其中Δ根據水壓控制的精度要求而對應設置。
另外，為防止減泵時由于市電驅動的泵的切換使水壓下降甚至造成斷水現象，故減泵之前將變頻器的輸出控制在30Hz上(此值可根據實際情況進行修正)。泵可處于不打水狀態，一旦N - 1號泵停止，則第N號泵將在30 Hz的基礎上增加，上升頻率速度快，可避免切換過程中的斷水現象。
為了滿足在火災情況發生時的消防需要，，本系統具有雙恒壓控制功能，即當發生火災時，按下消防按鈕開關，PLC讀到消防按鈕開關信號后，立即起動消防水壓(即第二恒壓設定值)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備自動控制系統保護功能的實現
4.1 定時換泵功能
為了防止某1臺水泵因長期不運行銹死而另外1臺卻長時間運行，影響系統的運行壽命和可靠性，該系統PLC內部設有實時時鐘。PLC系統定時巡檢每1臺泵的運行時間，并與整個系統泵的平均運行時間比較，如果某1臺泵休息時間太長，則將該泵投入運行，而運行時間最長的泵投入休息狀態。系統盡量使每1臺泵的運行時間接近，以防止泵因長期不運行而銹死，同時也避免了某1臺泵因運行時間太長而易出現故障的現象。
4.2 故障檢測與報警功能
該系統設有水位檢測與報警、變頻器故障檢測與報警、超壓(水壓)檢測與報警及故障處理功能。
蓄水池水位的檢測采用1臺浮球傳感器。當水池中水位高于某設定值時，浮球懸浮在水中，球內的干簧管接通。若水池水位低于某設定值時，浮球懸起，內部干簧管斷開。PLC接收到此信號后，發出報警信號，通知操作人負處理。
超壓報警在設備正常運行時是不會發生的，因為一旦水壓超過設定值時，則PLC會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，實測壓力大大超過設定水壓時，則PLC發出報警信號，通知操作人員處理。
5 結束語
FX2 - 32可編程控制器與變頻器結合實現的智能恒壓多泵恒壓供水自動控制系統已在企業得到實際應用。實際運行表明，系統投入后供水壓力穩定，控制精度高，運行可靠，效率較高。
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