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變頻器和PLC在供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2019-09-23

恒壓水控的工作原理

1 恒壓水控系統(tǒng)概述

恒壓供水是指用戶在任何時候,不管用水量的大小,總能保持管網(wǎng)中水壓的基本恒定。在高層建筑中,通常采用恒定管網(wǎng)的壓力來維持對高層的供水。

恒壓供水系統(tǒng)的基本控制策略是:采用可編程控制器也就是我們所說的PLC與變頻調(diào)速裝置構(gòu)成控制系統(tǒng),進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行。并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù),完成供水壓力的閉環(huán)控制,以保證供水管網(wǎng)的壓力保持在設(shè)定值。運用了恒壓水控技術(shù)以后,既可以滿足生產(chǎn)供水要求,還可節(jié)約電能,使系統(tǒng)處于可靠工作狀態(tài),為居民供水提供便利。

2 PLC、變頻器在現(xiàn)代水控系統(tǒng)中的運用

自來水廠的自動控制系統(tǒng)一般分為兩大部分,一是水源地深水泵的工作控制,而另外一種則是水廠區(qū)變頻恒壓供水控制。水廠區(qū)變頻恒壓供水控制運用十分廣泛,水廠在運用變頻恒壓供水控制時,水源通過水廠區(qū)對水池的水進行消毒處理后,使得加壓泵向管路進行恒壓供水,其間,就需要選用PLC和上位機組成實時數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)。

對深水泵進行遠程控制,并且對供水泵采用變頻器進行恒壓控制,通過PLC、變頻器在現(xiàn)代水控系統(tǒng)中的運用,可以保證整個水廠的工作電機安全,可靠地運行。

3 運用PLC、變頻器水控系統(tǒng)的特性

運用了變頻器和PLC的恒壓供水系統(tǒng),變頻器可以為電機提供可變頻率的電源,實現(xiàn)電機的無級調(diào)速。從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。此外壓力變送器還具有檢測管網(wǎng)水壓的作用。PLC則是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備,同時還是變頻器的驅(qū)動控制,根據(jù)用水量的實際變化,實現(xiàn)自動化運行。變頻器和PLC的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便,對于消除了對電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機械設(shè)備的沖擊,延長機電設(shè)備的使用壽命具有很大的作用。

變頻器、PLC在水控系統(tǒng)中的運用設(shè)計

利用變頻器與PLC設(shè)計水控系統(tǒng),需要根據(jù)供水管道的壓力值控制水泵電機轉(zhuǎn)速,將壓力維持在所需的壓力值上,將平時不必消耗的能量節(jié)省下來,從而達到節(jié)電的目的。設(shè)計主要的流程分為以下幾個步驟:

1 恒壓供水系統(tǒng)主電路設(shè)計

在現(xiàn)代工業(yè)運用中,恒壓水控系統(tǒng)一般包括3臺水泵電動機M1、M2、M3, 通過模擬設(shè)定,其中Ml的功率為45kW,M2為22kW,M3為22kW。設(shè)計電路時,為該系統(tǒng)設(shè)計一臺變頻器依次控制每臺水泵,來實現(xiàn)恒壓控制。

為了使得系統(tǒng)具有變頻和工頻兩種運行狀態(tài),當(dāng)變頻泵達到水泵額定轉(zhuǎn)速后,如水壓在所設(shè)定的判斷時間內(nèi)還不能滿足恒壓值時,系統(tǒng)自動將當(dāng)前變頻泵狀

可以設(shè)計其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運行,KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M 3工頻運行, FU為主電路的熔斷器,變頻器是風(fēng)機水泵負(fù)載專用變頻器MM430,通過合理的分析,可以得到的恒壓供水系統(tǒng)主電路

變頻器、PLC恒壓供水系統(tǒng)的組成設(shè)計主要包括四個大的板塊:

一是壓力傳感器,是水控系統(tǒng)的控制輸入量,能否準(zhǔn)確采集該信號決定控制系統(tǒng)的精度及可靠性。

二是PLC控制器,是整個控制系統(tǒng)的核心,通過對外界輸入狀態(tài)進行檢測,對外界輸入的數(shù)據(jù)進行運算處理后,輸出相應(yīng)的控制量。

三是變頻器,作為核心控制器的后續(xù)控制單元,對終端設(shè)備進行控制,***終達到控制要求。例如多段調(diào)速、變頻器調(diào)速等。

***后還有水泵組成,供水系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu),通過變頻器控制電動機的轉(zhuǎn)速,***后達到控制水泵流量大小的。

據(jù)城市供水電氣控制系統(tǒng)的功能要求,從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮,由于城市供水電氣控制系統(tǒng)的輸入/輸出端口較多,而其控制過程相對復(fù)雜,結(jié)合變頻器、PLC恒壓供水系統(tǒng)的組成設(shè)計,可以規(guī)劃出變頻器、PLC恒壓供水系統(tǒng)的組成

PLC和變頻器在水控系統(tǒng)中的運用改進

現(xiàn)代水控系統(tǒng)運用PLC與變頻器還存在著一定的局限性。主要體現(xiàn)在主要是PLC的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的:如專用總線、專家通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議,I/O模板不通用,甚至連機柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數(shù)是梯形圖,但組態(tài)、尋址、語言結(jié)構(gòu)均不一致,因此各公司的 PLC互不兼容。

使用變頻器時也存在著一些缺點:如使用變頻器會產(chǎn)生干擾電波,影響到同一電網(wǎng)的敏感元件。在工業(yè)實踐中,常常產(chǎn)生一些問題困擾著水控系統(tǒng)的工作人員,對此,通過分析,可以總結(jié)出幾條對于運用變頻器和PLC的常見應(yīng)急措施:

1 變頻泵過壓跳閘問題

以某水務(wù)局的水控系統(tǒng)為例,一臺100KW工頻泵和一臺160KW變頻泵并聯(lián)為市區(qū)供水為例,當(dāng)100KW工頻泵拉閘停機時,變頻泵報過壓跳閘。某水務(wù)局水控設(shè)計圖如

通過這一具體的案例分析可以知道工頻泵工作時,水流在管道中高速流動,形成很大的慣性。當(dāng)工頻泵突然停止,管道中產(chǎn)生負(fù)壓,形成空化現(xiàn)象,負(fù)壓將水從變頻泵中吸入,推動葉輪轉(zhuǎn)動,使電動機的轉(zhuǎn)速高于變頻器的輸出轉(zhuǎn)速,電動機產(chǎn)生發(fā)電效應(yīng)。為此,可以通過在變頻器上加裝制動電阻來解決變頻泵過壓跳閘這一問題。

2電動機過流現(xiàn)象

在鄂爾多斯某水務(wù)局一臺變頻水泵,當(dāng)變頻器輸出頻率達到16Hz時,總是會出現(xiàn)變頻器過流跳閘的現(xiàn)象。通過分析,可以知道因為變頻器驅(qū)動的是水泵,水泵按平方率特性曲線輸出,不會在某頻率出現(xiàn)過載情況。那么變頻器過流另有原因。

斷開電動機,空載運行正常,再接入電動機,仍然在16Hz左右出現(xiàn)過流跳閘。換一臺電動機,運行正常,說明過流是電動機故障。

對此,為了處理電動機的過流問題,可以分解電動機,發(fā)現(xiàn)電動機繞組有短路現(xiàn)象。原來變頻器的輸出頻率上升時,電壓也在上升,當(dāng)電壓上升到匝間擊穿電壓時,變頻器過流跳閘。

3 水泵變頻器過載

某供水單位使用艾默生TD2000-4T0300P (30KW)變頻器拖動水泵負(fù)載,如圖5所示。使用過程中變頻器經(jīng)常報E013過載,檢查故障電流記錄58A,經(jīng)查說明書:風(fēng)機、水泵變頻器過載能力為:110% 額定電流1分鐘,通過研究發(fā)現(xiàn):變頻器的過載保護按反時限曲線不同分為G型和P型。

本例機型為P型機,當(dāng)變頻器輸出電流達到95%持續(xù)時間達到1小時時,即報“E013”。當(dāng)變頻器輸出電流達到110%、持續(xù)時間達到1分鐘也同樣報E013。

經(jīng)現(xiàn)場了解和查看,發(fā)現(xiàn)水泵負(fù)載長期工作在48Hz,電流長期在58A左右,報E013的原因為變頻器帶載能力不夠,需要更換更高一級的變頻器,即更換為TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P(37KW)。

4 PLC與變頻器在水控系統(tǒng)運用的改進措施

為了提高水控系統(tǒng)的恒壓穩(wěn)定性與安全性,對于PLC與變頻器的使用有著一些注意事項以及改進措施。

為了實現(xiàn)對設(shè)備的分散控制和集中管理,水控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用了三層網(wǎng)絡(luò)進行控制,主電路中變頻與工頻中使用的接觸器應(yīng)采用帶有機械聯(lián)鎖的接觸器,并且應(yīng)當(dāng)嚴(yán)禁將工頻電源引入到變頻器中。

變頻器的供電部分除了加裝空氣開關(guān)外,***好加裝快速保險,以保證由于過電流造成的損壞PLC編程要考慮的問題。而作為***重要的人機操作界面的變頻器操作面板,它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的輸入功能,還能實現(xiàn)頻率、輸出功率、輸出轉(zhuǎn)矩、端子狀態(tài)、閉環(huán)參數(shù)、長度等物理量的監(jiān)控,以及對這些物理量進行存儲與修改。

于是,適當(dāng)?shù)耐ㄟ^變頻器的故障報警顯示,對上述物理量進行適當(dāng)修改,來排除變頻器的有關(guān)故障也顯得十分必要。

多點網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是是通信技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)發(fā)展的結(jié)合點,它既能獨立運行,也可連成網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)集散自動化系統(tǒng)的復(fù)雜控制功能,應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)領(lǐng)域,用這種技術(shù)設(shè)計的自來水廠分布式監(jiān)控系統(tǒng),經(jīng)多年的實際運行證明,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,運行可靠,報警及時,且對于變頻器以及PLC的穩(wěn)定性具有可靠地保障。運用這種控制技術(shù)對結(jié)合了變頻器以及PLC的水控系統(tǒng),具有較大的推廣價值。

結(jié)論

運用了變頻器和PLC的水控系統(tǒng),不僅性能穩(wěn)定可靠,而且能夠非常好地控制可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備,水控系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體,對于恒壓水控系統(tǒng)的功能擴充和設(shè)計創(chuàng)新,實為重要。

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