PLC-變頻器和軟啟動器在節(jié)電型疊壓給水設(shè)備中的應(yīng)用
PLC-變頻器和軟啟動器在節(jié)電型疊壓給水設(shè)備中的應(yīng)用
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，穩(wěn)定的水壓、優(yōu)良的水質(zhì)成了現(xiàn)代人們生活的必需要求。但工業(yè)發(fā)展對水資源的污染讓現(xiàn)代水廠 須遠(yuǎn)離污染源，都設(shè)在了水源的上游，從而導(dǎo)致供水管網(wǎng)過長，在管網(wǎng)的末端水壓過低，使得該區(qū)域的用戶生活受到了影響，于是，設(shè)在城市中心或管網(wǎng)末端的節(jié)電型疊壓給水設(shè)備在城市供水系統(tǒng)中就顯得極其重要。另一方面，由于城市人口密集，用水量隨機(jī)性、變化幅度大，因此，供水加壓站的設(shè)計(jì)即要滿足較大負(fù)荷（用水量）運(yùn)行，又要避免負(fù)荷變化引起的管網(wǎng)壓力驟然增大或減小而破裂的問題。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用頻繁地對水泵、電機(jī)啟停的方法，不但縮短了它們的機(jī)械壽命，而且增加了維護(hù)和維修的費(fèi)用，而且造成了電能的浪費(fèi)。這里介紹一種由PLC-變頻器和軟啟動器的節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)的應(yīng)用，它能很好地解決了上述的問題。
PLC-變頻器和軟啟動器控制系統(tǒng)由1個PLC控制站、2臺變頻器、2臺軟啟動器、壓力變送器、綜合保護(hù)器、液位計(jì)及4臺潛水泵等組成，如圖1。4臺水泵中2臺大泵的流量是5000m3/h，電機(jī)為150kW；2臺小泵流量3000m3/h；電機(jī)為85kW。兩臺變頻器控制1大1小的水泵，兩臺軟啟動器控制另外兩臺水泵。在出水總管上安裝有壓力變送器探測管網(wǎng)的壓力，在清水蓄水池裝有液位計(jì)，檢測水池的液位并將信號送至PLC。每臺潛水泵機(jī)都配有1臺的綜合保護(hù)器（安裝在變頻器或軟啟動機(jī)柜內(nèi)），它收集機(jī)組的軸承溫度、繞組溫度、漏水報警信號、絕緣信號等。
每臺變頻器柜和軟啟動柜在面板上都有手動/自動轉(zhuǎn)換按鈕，當(dāng)打在“手動”檔時，可通過柜面的控制按鈕進(jìn)行控制，工作人員可以根據(jù)實(shí)際情況現(xiàn)場決定開/停水泵，并設(shè)為較優(yōu)先控制級，不受PLC或控制室的控制，以保證檢修或出現(xiàn)故障時的安全使用。
根據(jù)區(qū)域供水條件的要求，節(jié)電型疊壓給水設(shè)備的常規(guī)供水流量按一大一小運(yùn)行流量設(shè)計(jì)，即1臺大的變頻器加1臺小軟啟動器或1臺小的變頻器加1臺大的軟啟動器，保證有1臺的變頻器工作。當(dāng)用水處于高峰時，用水量增時，管網(wǎng)的壓力就會降低，安裝在出口處的壓力變送器就把壓力信號傳送到變頻器，變頻器與給定的壓力（可通過電位器或PLC給定）相比較，通過內(nèi)部PID運(yùn)算，經(jīng)過一定時間的延時，如壓力繼續(xù)降低，則變頻器調(diào)節(jié)輸出頻率，提高水泵的轉(zhuǎn)速，直至壓力升高到給定值，然后繼續(xù)穩(wěn)定工作。如在延時時間內(nèi)，管網(wǎng)的壓力恢復(fù)，則輸出頻率不變。如用水量小，壓力上升，同樣變頻自動調(diào)節(jié)輸出頻率，直至達(dá)到壓力穩(wěn)定為止。這樣，給定壓力—變頻器—反饋壓力—給定壓力就形成了單循環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的來調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒壓供水的目的。
2.2節(jié)電型疊壓給水設(shè)備多泵或單泵運(yùn)行方式
當(dāng)節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)在一大一小運(yùn)行達(dá)到滿負(fù)荷時，即變頻器工作在工頻50Hz時，PLC即可對其進(jìn)行計(jì)時，若在一定的時間段內(nèi)，壓力仍小于給定的壓力，PLC就自動啟動另處一臺變頻器或軟啟動器，變頻器再自動調(diào)節(jié)輸出頻率，直到壓力達(dá)到給定值，如運(yùn)行的變頻器輸出頻率已在50Hz，壓力還達(dá)不到要求，則要啟動末后一臺水泵，直至壓力上升到給定值。
而當(dāng)節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)在一大一小的方式運(yùn)行，而變頻器的輸出頻率低于某一值（一般為30Hz左右）時，管網(wǎng)的壓力仍高于給定的壓力，PLC也自動啟動計(jì)時器，在一定的時間段內(nèi)，如果壓力仍高于給定值，PLC就自動停止軟啟動器的運(yùn)行，由單臺的變頻器運(yùn)行，直至壓力降低為止。
2.3PLC的工作
PLC在本節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)中主要通過RS485通信接口讀取變頻器、軟啟動器上傳的頻??開/停進(jìn)行控制，同時記錄每臺水泵的運(yùn)行時間，對高低壓配電系統(tǒng)如絕緣、過壓、過流等監(jiān)測。
2.4故障的處理
節(jié)電型疊壓給水設(shè)備不多，所以較主要的故障來源于潛水泵和變頻器或軟啟動器本身。由于每臺的潛水泵都由配有單獨(dú)的綜合保護(hù)器，當(dāng)潛水泵發(fā)生故障如軸承溫度、繞組溫度、漏水、絕緣報警時，綜合保護(hù)器就會根據(jù)故障的類型、或輕重程度決定是否先停止運(yùn)行該潛水泵，同時將故障信號傳到變頻器或軟啟動器，再通過變頻器或軟啟動器RS485接口報知PLC，在PLC系統(tǒng)發(fā)出停止信號和發(fā)出聲光報警，以通知工作人員及時處理。而變頻器或軟啟動器本身故障時，也通過RS485的接口上傳故障信號至PLC，PCL發(fā)出報警信號并自動發(fā)出停止信號。
三、節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)主要設(shè)備的配置及PLC軟件設(shè)計(jì)
（1）變頻器和軟啟動器的配置
在一般的控制系統(tǒng)中變頻器的輸出頻率是通過PLC來控制，即由PLC采集壓力信號，并進(jìn)行PID運(yùn)算，然后再輸出頻率信號，變頻器根據(jù)此信號來決定輸出。在本節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)中采用了變頻器自身控制的方法，變頻器用的是CFC-1000系列產(chǎn)品，軟啟動器用的也是施耐德CMC-S系列產(chǎn)品，這種型號的變頻器內(nèi)部自帶PID調(diào)節(jié)器采用了優(yōu)化算法，它可以接受現(xiàn)場壓力傳感器的4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，與給定的壓力參數(shù)比較，調(diào)節(jié)輸出，平穩(wěn)地控制了管網(wǎng)的壓力。由于PID運(yùn)算在變頻器內(nèi)部，就可省去了對PLC存儲容量和PID算法的編程，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。
（2）PLC控制系統(tǒng)的配置
由于PLC在本節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)中只承擔(dān)“總監(jiān)總控”的角色，而且PLC與變頻器和軟啟動器的通信是通過RS485接口進(jìn)行，所以配置較為簡單，除CPU模塊、通信模塊、電源模塊外，只配置了16點(diǎn)的開關(guān)量輸入模塊1塊，8點(diǎn)模擬量輸入模塊1塊，主要的輸入信號來源于配電系統(tǒng)中的開閘合閘、手動/自動、電流、電壓、有功功功率、無功功率等，所以對PLC的配置要求不高。
（3）PLC軟件的設(shè)計(jì)
3.1開停泵的程序
根據(jù)出水管壓力和水池的水位高低來確定開泵臺數(shù)，實(shí)現(xiàn)恒壓控制。即當(dāng)出水管壓力低于設(shè)定壓力時，增加開泵的臺數(shù)；當(dāng)出水管壓力高于設(shè)定壓力時，減少開泵的臺數(shù)。
3.2系統(tǒng)控制和報警記錄程序
節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)的總控制由PLC來完成，記錄每一臺機(jī)組的運(yùn)行時間，當(dāng)達(dá)到一定時間段時，按“先投先切”和“先切先投”的方式，自動輪流切換。PLC還接受變頻器、軟啟動器和潛水泵的報警信號，并按情況決定是否停止該機(jī)組的運(yùn)行，并把報警時間、類型等信息記錄，以便日后的查詢。
四、節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
本系統(tǒng)由于采用了PLC+2變頻器+2軟啟動器的控制方式，與相應(yīng)的PLC+4臺變頻器控制的系統(tǒng)相比，用戶節(jié)省了給每臺水泵配置變頻器大成本（ 變頻器比軟啟動器貴好多），而且PLC配置低，程序簡單，也同樣也達(dá)到由單臺運(yùn)行到多臺運(yùn)行采用變頻控制的多種運(yùn)行方式，達(dá)到恒壓供水的目的。
由于變頻器的運(yùn)用，也沒有了因?yàn)殡姎庠O(shè)備頻繁的啟停操作而導(dǎo)致的壽命減短的問題。因此，該系統(tǒng)具有了節(jié)資、節(jié)能、節(jié)水的目的。
五、結(jié)束語
在節(jié)電型疊壓給水設(shè)備系統(tǒng)中目前廣泛地采用了變頻調(diào)速的方法，也有很多的控制方法，但 目的也是只有一個：即恒壓又節(jié)資、節(jié)能。相信隨著技術(shù)的不斷更新和成熟，也不斷有新的方法??應(yīng)用實(shí)例寫出，希望借此能同大家共同交流和探討。
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備介紹特點(diǎn)■
變頻恒壓供水設(shè)備可替代高位水箱、水塔，壓力相對穩(wěn)定，避免水泵頻繁啟動，高效節(jié)能，噪音低。滬龍變頻恒壓供水設(shè)備按照國家消防標(biāo)準(zhǔn)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及公安部消防標(biāo)準(zhǔn)《消防氣壓供水設(shè)備的性能要求和試驗(yàn)方法》進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。
變頻恒壓供水設(shè)備產(chǎn)品采用CAD設(shè)計(jì)中心、三維模擬制造設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，保證了新產(chǎn)品研發(fā)的質(zhì)量和速度。
供水設(shè)備的泵體可采用鑄鐵、球鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料鑄造，另可根據(jù)用戶特殊需求定制生產(chǎn)。變頻恒壓供水系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于水利、建筑、消防、電力、環(huán)保、石油、化工等各個領(lǐng)域。
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備簡介：
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備普遍設(shè)置了消除負(fù)壓的功能，以避免干擾市政管網(wǎng)的壓力。但其功能的實(shí)現(xiàn)是靠泵前具有斷流功能的調(diào)節(jié)罐。當(dāng)用水量大于市政供水量時，調(diào)節(jié)罐上的真空破壞裝置開啟，空氣進(jìn)入水箱，使原本封閉的調(diào)節(jié)罐變?yōu)閿嗔魉洹５牵捎谥苯庸┧O(shè)備上實(shí)現(xiàn)斷流功能的真空破壞裝置是暴露性裝置，用戶可以人為調(diào)節(jié)，當(dāng)用戶將其開啟功能取消時，調(diào)節(jié)罐便失去了斷流功能成為了真空裝置，直接供水設(shè)備的消除負(fù)壓功能即無法實(shí)現(xiàn)，對供水安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備具有斷流功能，它實(shí)質(zhì)上就不可能是全封閉運(yùn)行，依然存在著空氣進(jìn)入供水系統(tǒng)污染水質(zhì)的可能性。
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和工程規(guī)程的制定。標(biāo)準(zhǔn)的制定會推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)的輸出，標(biāo)準(zhǔn)也會起到導(dǎo)引市場和技術(shù)發(fā)展，規(guī)范行業(yè)發(fā)展的作用。
設(shè)備初次運(yùn)行時，先根據(jù)當(dāng)?shù)刈詠硭芫W(wǎng)進(jìn)水壓力較低限值設(shè)定壓力保護(hù)值；設(shè)備通電置于自動工作狀態(tài)。徽機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)時檢測自來水壓力與用戶管網(wǎng)供水壓力。
用水低峰時，當(dāng)自來水管網(wǎng)供水量足、供水壓力 滿足用戶管網(wǎng)壓力要求，徽機(jī)控制系統(tǒng)控制水泵進(jìn)入睡眠狀態(tài)或由穩(wěn)壓系統(tǒng)進(jìn)入、保壓狀態(tài)，用戶的用水均從設(shè)備旁路直通管直接供給用戶，節(jié)能99.99999%。
用水高峰時，當(dāng)自來水管網(wǎng)供水量足、壓力不足時，徽機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)水泵進(jìn)水口的自來水進(jìn)水壓力和用戶所需用水量，變頻軟啟動水泵，疊壓補(bǔ)充不足部分，差多少，補(bǔ)多少，即充分利用自來水管網(wǎng)原有壓力，又確保用戶所需壓力恒定。
當(dāng)自來水管網(wǎng)供水壓力下降到事先設(shè)定的保護(hù)壓力值時，徽機(jī)控制系統(tǒng)通過限壓保護(hù)裝置，保證自來水管網(wǎng)供水壓力不再下降、底層直供水用戶管網(wǎng)壓力不破壞，加壓用戶的水量又能夠滿足。
當(dāng)自來水管網(wǎng)供水不足、壓力又不足時，設(shè)備通過微機(jī)控制系統(tǒng)、防負(fù)壓裝置和限壓保護(hù)裝工協(xié)同工作，確保在不對自來水管網(wǎng)產(chǎn)生負(fù)壓的前提下向用戶供水。
當(dāng)系統(tǒng)停電時，恢復(fù)自來水管網(wǎng)自然供水；來電時，自動喚醒設(shè)備。
當(dāng)自來水管網(wǎng) 全停水，系統(tǒng)自動停機(jī)；來水時，恢復(fù)正常運(yùn)行。
1.采用無負(fù)壓控制器時刻監(jiān)測市政管網(wǎng)及補(bǔ)償罐中的壓力，當(dāng)自來水壓力不足時，無負(fù)壓控制器開始工作，保證市政管網(wǎng)的水壓不受影響。
2.采用能量儲存器開始工作，保證罐中的水能夠較大程度的補(bǔ)償?shù)接脩艄芫W(wǎng)中，抑制負(fù)壓產(chǎn)生，保證不對市政管網(wǎng)產(chǎn)生任何影響。
3.采用儲能與釋放調(diào)節(jié)裝置雙向補(bǔ)償器可自動對自來水管網(wǎng)進(jìn)行持續(xù)水量補(bǔ)償，還可以對用戶管網(wǎng)起壓穩(wěn)壓補(bǔ)償?shù)淖饔茫_保該設(shè)備對自來水管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓。
4.特別的三腔分腔補(bǔ)水技術(shù)正適應(yīng)了新的供水模式的發(fā)展的需求，能夠保證在用水高峰期較大程度的把無負(fù)壓穩(wěn)壓罐中的水補(bǔ)償給用戶，以保障高區(qū)用戶的正常用水。
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備造型說明：
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備造型是根據(jù)用戶自來水管線.壓力與流量.用戶實(shí)際用水量.用戶實(shí)際用水量.建筑物的高度等數(shù)據(jù)來確定的.設(shè)備表用的調(diào)節(jié)器容積是按照自來水流量滿足要求的情況下估算的.如果自來水管路很細(xì).流量不能滿足用水高峰期的用水要求.需要重新計(jì)算調(diào)節(jié)器的容積.推薦公式如下：
V容積=（Q出-Q進(jìn)）△t
Q進(jìn)=一天較高用水高峰期自來水進(jìn)水量
Q出=一天較高用水高峰期用戶用水量
t=較大用水高峰期持續(xù)時間
中贏節(jié)電型疊壓給水設(shè)備技術(shù)指標(biāo)
1、供水流量 0—1500 M3/H 揚(yáng)程
2、控制電機(jī)功率 0.75---1500KW
3、供水戶數(shù) 10—10000戶
4、壓力控制范圍 0.15—1.6MPa
5、平均節(jié)電率 30—60%
6、控制原理 正弦波PWM或空間矢量SVPWM
7、運(yùn)行方式 單泵或多泵自動切換
8、控制方式 可編程和PID控制
9、過載能力 150% 60秒
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