變頻器和PLC在變頻成套給水設(shè)備中的功能化應(yīng)用
本文介紹基于變頻器與PLC的變頻成套給水設(shè)備恒壓供水系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持供水壓力的恒定，PLC控制投入工作水泵的臺(tái)數(shù)，在用水量的高峰及低谷都能滿足系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)具有節(jié)能、工作可靠、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，提高了供水質(zhì)量。
1. 變頻成套給水設(shè)備引言
隨著變頻調(diào)速技術(shù)和可編程控制器的飛速發(fā)展，以及其應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要裝置之一，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛使用，在其它領(lǐng)域（如民用和家庭自動(dòng)化）的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。
由于變頻調(diào)速技術(shù)和可編程程序控制器的應(yīng)用靈活方便，在恒壓供水系統(tǒng)中亦得到廣泛的應(yīng)用。采用PLC作為中心控制單元，利用變頻器與PID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以及明顯的節(jié)能效果。
2、變頻成套給水設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
變頻成套給水設(shè)備原理如圖一；它主要有PLC、變頻器、壓力變送器、液位傳感器、動(dòng)力及控制線路以及泵組組成。用戶通過(guò)控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。通過(guò)安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，把出口壓力信號(hào)變成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，經(jīng) PID運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得到4～20mA參數(shù)，4～20mA信號(hào)送至變頻器?？刂葡到y(tǒng)由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量，根據(jù)用水量的不同，變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速不同、工作頻率也就不同，在變頻器設(shè)置中設(shè)定一個(gè)上限頻率和下限頻率檢測(cè)，當(dāng)用水量大時(shí)，變頻器迅速上升到上限頻率，此時(shí)，變頻器輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)給PLC；當(dāng)用水處于低峰時(shí)，變頻器輸出達(dá)到下限頻率，變頻器也輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)給PLC；兩個(gè)信號(hào)不會(huì)同時(shí)產(chǎn)生。當(dāng)產(chǎn)生任何一個(gè)信號(hào)時(shí)，信號(hào)即反饋給PLC，PLC通過(guò)設(shè)定的內(nèi)部程序驅(qū)動(dòng)I/O端口開(kāi)關(guān)量的輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)切換交流接觸器組，以此協(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(guò)調(diào)整投入工作的電機(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，使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力始終穩(wěn)定，進(jìn)而達(dá)到恒壓供水的目的。
3、變頻成套給水設(shè)備工作原理
變頻成套給水設(shè)備系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。手動(dòng)方式時(shí)，按下按鈕啟動(dòng)和停止水泵，可根據(jù)需要分別控制1#~3#泵的啟停，該方式主要供設(shè)備調(diào)試、自動(dòng)有故障和檢修時(shí)使用。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先由1#水泵變頻運(yùn)行，變頻器輸出頻率從0HZ上升，同時(shí)PID調(diào)節(jié)器把接收的信號(hào)與給定壓力比較運(yùn)算后送給變頻器控制。如壓力不夠，則頻率上升到50HZ，變頻器輸出一個(gè)上限頻率到達(dá)信號(hào)給PLC，PLC接收到信號(hào)后經(jīng)延時(shí)，1＃泵變頻迅速切換為工頻，2＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍達(dá)不到設(shè)定壓力，則2＃泵由變頻切換成工頻，3＃泵變頻啟動(dòng)；如用水量減少，PLC控制從先起的泵開(kāi)始切除，同時(shí)根據(jù)PID調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，始終保持管網(wǎng)壓力。
若有電源瞬時(shí)停電的情況，則系統(tǒng)停機(jī)，待電源恢復(fù)正常后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到初始狀態(tài)開(kāi)始運(yùn)行。變頻自動(dòng)功能是該系統(tǒng)最基本的功能，系統(tǒng)自動(dòng)完成對(duì)多臺(tái)泵的啟動(dòng)、停止、循環(huán)變頻的全部操作過(guò)程。
4、變頻成套給水設(shè)備變頻器
變頻器采用艾默生電氣公司生產(chǎn)的EV2000系列變頻器。EV2000采用獨(dú)特的控制方式，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩、高精度、寬調(diào)速驅(qū)動(dòng)，滿足通用變頻器高性能化的要求，具有超出同類產(chǎn)品的防跳閘功能和適應(yīng)惡劣電網(wǎng)溫度、濕度和粉塵能力，極大提高產(chǎn)品可靠性。
EV2000具有實(shí)用的PI(圖二)、簡(jiǎn)易PLC、靈活的輸入輸出端子、脈沖頻率給定、停電和停機(jī)參數(shù)存儲(chǔ)選擇。頻率給定通道與運(yùn)行命令通道捆綁，零頻回差控制等，為設(shè)備提供集成度一體化解決方案，對(duì)降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大價(jià)值。PI參數(shù)的設(shè)定將直接反饋?zhàn)冾l器控制中的響應(yīng)速度和精度，零頻運(yùn)行閾值和零頻回差的設(shè)定可以避免變頻器在低頻率輸出水泵低速運(yùn)行（水泵在變頻器輸出15HZ以下時(shí)的效率很低），使變頻器低于某一頻率時(shí)自動(dòng)停止輸出，即不影響恒壓供水的要求，又把效率提至最高。
5、變頻成套給水設(shè)備PLC控制系統(tǒng)
該變頻成套給水設(shè)備系統(tǒng)采用三菱FX-1s30MR，I/O點(diǎn)數(shù)為30點(diǎn)，繼電器輸出，PLC編程采用FX—20P—E手持式編程器或三菱PLC專用編程軟件 SWOPC—FX/WIN—C，PLC可編程程序控制器及軟件提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程、在線連接和調(diào)試。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比，該系統(tǒng)采用可編程控制器的開(kāi)關(guān)量輸入輸出來(lái)控制電機(jī)的起停、自動(dòng)投入、定期切換，供水泵的變頻及故障的報(bào)警等，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速、設(shè)定壓力、頻率、電流、電壓等模擬信號(hào)量及實(shí)際運(yùn)行參數(shù)則由變頻器及其內(nèi)置PID來(lái)顯示和控制。
三菱PLC的編程指令簡(jiǎn)單易懂且程序設(shè)計(jì)靈活，本系統(tǒng)PLC主體程序用STL指令與狀態(tài)繼電器S，STL指令可以編制生產(chǎn)流程和工作與順序圖非常接近的程序，順序功能圖中的每一步與其他步是完全隔離開(kāi)的，根據(jù)控制要求將這些程序段按一定的順序組合在一起，就可以成功地完成控制任務(wù)。FX系列PLC的狀態(tài)繼電器編制順序控制程序時(shí)一般與STL指令一起使用。
泵組切換示意圖如圖 三，工作條件滿足，開(kāi)始工作時(shí)，1#泵變頻啟動(dòng)，泵的轉(zhuǎn)速隨變頻器輸出頻率的上升而逐漸升高，如變頻器的頻率達(dá)到50HZ而此時(shí)水壓還未達(dá)到設(shè)定值，變頻器檢測(cè)到上限頻率并輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)給PLC，延時(shí)一段時(shí)間后，1＃泵迅速切換至工頻運(yùn)行，同時(shí)解除變頻器運(yùn)行信號(hào)，使變頻器頻率降為0HZ，然后2＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍未達(dá)到，則2＃泵切換至工頻，3＃泵變頻啟動(dòng)，在運(yùn)行中始終保持一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)變頻輸出將為0HZ，同時(shí)變頻器輸出一個(gè)下限頻率信號(hào)至PLC，由PLC決定切除1＃工頻泵，此時(shí)由一臺(tái)工頻泵和一臺(tái)變頻泵運(yùn)行，如果此時(shí)壓力達(dá)到設(shè)定值，變頻器的輸出為0HZ，同時(shí)輸出下限信號(hào)給PLC，PLC解除2＃工頻泵，只由3＃泵變頻運(yùn)行來(lái)維持管網(wǎng)壓力。當(dāng)壓力下降，變頻器頻率升至50HZ輸出信號(hào)，延時(shí)后3＃泵切換為工頻，1＃泵變頻啟動(dòng)，若壓力仍不滿足則1＃變切換為1＃工，2＃泵變頻運(yùn)行，如果壓力仍達(dá)不到，2＃變切換為2＃工，啟動(dòng)3＃變，三臺(tái)泵同時(shí)工作以保證供水要求。
這樣的切換過(guò)程有效地減少泵的頻繁起停，同時(shí)在實(shí)際管網(wǎng)對(duì)水壓波動(dòng)做出反應(yīng)之前，由變頻器迅速調(diào)節(jié)，使水壓平穩(wěn)過(guò)渡，從而有效的避免了高樓用戶短時(shí)間停水的情況發(fā)生。
以往的變頻成套給水設(shè)備供水系統(tǒng)在水壓高時(shí)，通常時(shí) 采用停變頻泵，再將變頻器以工頻運(yùn)行方式切換到正在以工頻運(yùn)行的泵上進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種切換的方式理論上要比直接切換工頻的方式先進(jìn)，但其容易引起泵組的頻繁起停，從而減少設(shè)備的使用壽命。而在該系統(tǒng)中采用直接停工頻泵的運(yùn)行方式，同時(shí)由變頻器迅速調(diào)節(jié)，只要參數(shù)設(shè)置合適，即可實(shí)現(xiàn)泵組的無(wú)沖擊切換，使水壓過(guò)渡平穩(wěn)，有效的防止了水壓的大范圍波動(dòng)及水壓太低時(shí)的短時(shí)間缺水的現(xiàn)象，提高了供水品質(zhì)。
6、變頻成套給水設(shè)備注意事項(xiàng)
要使系統(tǒng)穩(wěn)定快速準(zhǔn)確的運(yùn)行，應(yīng)注意一下參數(shù)：
1） 變頻、工頻切換時(shí)間T
切換時(shí)間T在PLC程序中設(shè)定，設(shè)置T時(shí)為了確保在加泵時(shí)，泵由變頻轉(zhuǎn)換為工頻過(guò)程中，同一臺(tái)泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對(duì)對(duì)應(yīng)的交流接觸器不會(huì)同時(shí)吸合，而損壞變頻器，同時(shí)為了避免工頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流大而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，所以在允許的范圍內(nèi)時(shí)間T必須盡可能小。
2） 上、下限頻率持續(xù)時(shí)間TH和TL
變頻器運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限（下限），并保持一定的時(shí)間來(lái)判斷是否加、減泵，這個(gè)判斷時(shí)間就是 TH（TL）,如果設(shè)定值過(guò)大，系統(tǒng)就不能迅速的對(duì)管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過(guò)小，管網(wǎng)用水量變化時(shí)就很可能引起頻繁的加減泵工作。
7、結(jié)束語(yǔ)
該變頻成套給水設(shè)備系統(tǒng)采用PLC和變頻器結(jié)合，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人職守的全自動(dòng)循環(huán)倒泵、變頻運(yùn)行，保證了各臺(tái)水泵運(yùn)行效率的較優(yōu)和設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)平穩(wěn)，消除了啟動(dòng)大電流沖擊，由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵的使用壽命，可以消除啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)是大型公共社區(qū)如高校、居民小區(qū)等處的性能、價(jià)格比較高的優(yōu)選方案。并通過(guò)在大學(xué)一期泵房近兩年的使用，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著，得到了用戶一致好評(píng)。
變頻成套給水設(shè)備概述
變頻成套供水設(shè)備是長(zhǎng)沙中贏供水設(shè)備有限公司結(jié)合消防和生活、生產(chǎn)用水的特點(diǎn)，研制生產(chǎn)的具有國(guó)外前進(jìn)水平的新一代產(chǎn)品，采用微型計(jì)算機(jī)可編程控制技術(shù)，根據(jù)供水管網(wǎng)和水源的多種情況，由微型計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)各種復(fù)雜的工作，實(shí)現(xiàn)了智能化供水。
變頻成套供水設(shè)備是非常理想的一種節(jié)能供水設(shè)備，節(jié)能效果好，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)，方案設(shè)計(jì)靈活，供水壓力可調(diào)，流量可大可小，可以取代水塔、高位水箱及各種氣壓式供水設(shè)備，可徹底免除水質(zhì)的二次污染。變頻成套供水設(shè)備亦用于改造原有老式泵房設(shè)備，改造后同樣可以達(dá)到高效節(jié)能、自動(dòng)恒壓供水的目的。
變頻成套給水設(shè)備特點(diǎn)：
1、高效節(jié)能：全自動(dòng)變頻恒壓供水設(shè)備能根據(jù)用戶的實(shí)際用水量和使用壓力自動(dòng)檢測(cè)，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(耗電量)，使設(shè)備始終處于高效率的工作狀態(tài)。
2、供水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定：中贏變頻成套供水設(shè)備由微機(jī)構(gòu)成自動(dòng)閉環(huán)控制，能在0.5秒內(nèi)使變化的壓力恢復(fù)正常，壓力調(diào)節(jié)精度為設(shè)定值的±5%。
3、占地小、投資少，安裝工期短：中贏變頻成套供水設(shè)備與其他老式供水設(shè)備相比節(jié)約占地3~16倍，比建水塔節(jié)約投資15%~60%。設(shè)備體積小，組裝、安裝調(diào)試方便，運(yùn)輸及安裝工期短。
4、保護(hù)功能全，運(yùn)行安全可靠，操作方便：中贏變頻成套供水設(shè)備主機(jī)采用進(jìn)口變頻調(diào)速器，自身具有欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)載、短路、過(guò)熱、失速防止等保護(hù)功能，無(wú)故障運(yùn)用達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上。設(shè)備配電控制部分，采用智能化控制原理，操作方便實(shí)用，設(shè)備工作狀況一目了然，便于非專業(yè)人員很快熟練掌握。
5、供水功能全，保險(xiǎn)系數(shù)高：變頻成套供水設(shè)備局部出現(xiàn)故障時(shí)，能啟用應(yīng)急功能繼續(xù)供水。設(shè)備可與市政供水網(wǎng)自動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行，并具有雙恒壓功能，即能滿足生活生產(chǎn)用水的正常壓力和流量，有能在出現(xiàn)火情時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為高壓大流量供水，可一機(jī)多用。
6、適用范圍：變頻成套供水設(shè)備供水壓力0.15~2.0MP，供水高度10－200米，單套設(shè)備每小時(shí)供水量10~50000m3/h，可用于大、中、小型自來(lái)水的配套改造；可用于企事業(yè)單位、住宅區(qū)、農(nóng)村的生產(chǎn)、生活、辦公用水。
變頻成套給水設(shè)備產(chǎn)品用途：
1.自來(lái)水廠、農(nóng)業(yè)噴灌站自動(dòng)給水
2.工業(yè)、民用建筑的生產(chǎn)、生活給水
3.暖通、空調(diào)、鍋爐等冷熱水供給
4.廣場(chǎng)音樂(lè)噴泉的自動(dòng)給水
變頻成套給水設(shè)備安裝要求：
1、安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查泵體流產(chǎn)內(nèi)有無(wú)硬質(zhì)物，以免運(yùn)行時(shí)損壞葉輪和泵體。
2、安裝時(shí)管路理量不允許加在泵上，以免使泵變形，影響正常運(yùn)行。
3、擰緊地腳螺栓，以免起動(dòng)時(shí)振動(dòng)對(duì)泵性能產(chǎn)生影響。
4、在泵的進(jìn)、出口管路上安裝調(diào)節(jié)閥，在泵出口附近安裝壓力表，以控制泵在額定工況內(nèi)運(yùn)行，確保泵的正常使用。
5、排出管路如裝逆止閥應(yīng)裝在閘閥的外面。
6、泵的安裝方式分為硬性聯(lián)接安裝和柔性聯(lián)接安裝。
- 上一篇：智能化將湖南矢量變頻供水設(shè)備產(chǎn)業(yè)帶上綠色發(fā)展之道 2025/7/30
- 下一篇：地下式一體化消防給水泵站將成為一種新型光伏電站消防供水解決方 2025/7/30
