謝濟勵

(哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000)

基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

謝濟勵

(哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000)

隨著經(jīng)濟城市化快速發(fā)展的新時代，對于城市里的人們居住最重要的是生活，而生活中的供水系統(tǒng)的設(shè)計對于我們來說就顯得尤其的重要了。城市中居民用水水量日益增加，人們對供水系統(tǒng)的設(shè)計也就提出了更高的要求。供水的可靠性和穩(wěn)定性又直接影響著用戶們的日常生活和工作。本文研究基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計，將將PLC、變頻器、相應(yīng)的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)有機地結(jié)合起來，最大程度上發(fā)揮它們各自的功效優(yōu)勢，讓其能夠具有運行穩(wěn)定、操作簡單和高效節(jié)能等特點。

PLC；變頻調(diào)速；恒壓供水

1 PLC在供水系統(tǒng)設(shè)計中相關(guān)應(yīng)用

PLC供水控制系統(tǒng)是現(xiàn)代化企業(yè)邁向成功所必不可少的要素,是國家行業(yè)依循的重要控制系統(tǒng)。變頻恒壓的供水系統(tǒng)設(shè)計中是要依靠水量的變化來條件PLC系統(tǒng)的運行參數(shù)，通過調(diào)速系統(tǒng)的變動來條件水泵電機的調(diào)速。當(dāng)用戶的用水量發(fā)生不同的變動時，通過保持水壓的恒定來滿足不同用戶的用水需求量。利用PLC變頻恒壓來研究分析供水系統(tǒng)可謂是當(dāng)前比較合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)了。在實際運行的過程中通過不同類型的專用變頻器有不同的內(nèi)置功能，是能夠有效的節(jié)約成本，更加合理的設(shè)計供水系統(tǒng)設(shè)備有著重要的意義。PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)于一體的先進技術(shù)。采用PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方案是具有著穩(wěn)定性和可靠性、節(jié)能性的優(yōu)勢的，這對于當(dāng)前水能源緊缺的時代更顯得其重要性了。所以本文對于用PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的研究，是有利于提高企業(yè)及人民日常生活和工作方面，以及節(jié)約能源上都有著重要的現(xiàn)實意義。

2 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)具體設(shè)計方案

目前PLC變頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用從單機到系統(tǒng),從邏輯控制到全程控制,功能異常強大。功能異常強大的同時產(chǎn)品也非常豐富,為了更好地掌握和全面了解PLC變頻控制系統(tǒng),并且在實際應(yīng)用中取得事半功倍的效果,應(yīng)當(dāng)從系統(tǒng)思維的角度進行PLC系統(tǒng)的全面分析。要想做好PLC系統(tǒng)的了解和選擇,從項目策劃、初步設(shè)計、施工設(shè)計整個系統(tǒng)出發(fā),探討各個階段思考的側(cè)重點與解決方案,找出適合的PLC控制系統(tǒng)。在選擇PLC時,不僅應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)前控制系統(tǒng)的需要,還應(yīng)當(dāng)從長遠作出考慮。

2.1 工作原理介紹

PLC變頻恒壓系統(tǒng)主要是由壓力傳感器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。這個系統(tǒng)主要是根據(jù)PLC和變頻調(diào)速的裝置共同控制供水系統(tǒng)，在通過對水泵組的運行臺數(shù)的控制過程中，利用當(dāng)前設(shè)定好的自動掉價水泵電機轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)不同的程度的供水壓力，更好的補償供水不足的變量，以完成水壓力的閉環(huán)控制環(huán)節(jié)。該設(shè)計系統(tǒng)的原理主要是利用了PLC的抗干擾性和可靠性好，可以根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)定的不同要求完成控制精度的需求。能用利用數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)耐瑫r利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換。該工作原理能夠更好的滿足生產(chǎn)和生活用水不同程度的需求，節(jié)約電力的同時又可以更好的的實現(xiàn)電力恒壓供水的效果。

2.2 具體的設(shè)計方案過程

(1)供水系統(tǒng)的主要組成：①自動變頻軟起動的水泵，用來提高水壓以實現(xiàn)向高處供水，并根據(jù)用水量大小自動調(diào)節(jié)開泵臺數(shù)。②變頻調(diào)速器，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)管網(wǎng)中水流量，通過跟蹤供水系統(tǒng)的控制器來改變調(diào)速泵的變動頻率。③電控設(shè)備，在供水控制器的控制下完成對水泵的各種需求切換控制，通過人工的條件來完成控制，保障供水的連續(xù)性。④供水控制器，它是變頻恒壓供水系統(tǒng)的重要組成部分，直接對不同的壓力，液位報警信號進行采集整理，通過變頻調(diào)速器和接觸器對水泵進行控制。

(2)總體設(shè)計的具體過程。以變頻器為主要的控制核心,運用不同的變頻控制閉環(huán)系統(tǒng)對用戶管網(wǎng)壓力進行定時的采集，同時設(shè)定特定的壓力值與其進行比較。根據(jù)不同的壓力偏差來控制變頻泵的速度及定量泵的起、停,實現(xiàn)恒壓變量的供水方式,從而更好地達到節(jié)能節(jié)水的目的。PLC對水泵房各臺水泵的監(jiān)測，突出實時性和可靠性。每臺離心水泵的水流和出口壓力，通過電流變送器和壓力變送器送入PLC的模擬量輸入模塊，PLC通過對水泵電機電流的數(shù)據(jù)處理，判定水泵處于運行還是停止狀態(tài)，當(dāng)水泵機電流大于上限或上上限時，PLC置電機電流越上限或上上限報警位，當(dāng)電流上升變化率大于設(shè)定的限值時，PLC置水泵故障報警位。當(dāng)輸入電信號小于4mA或大于20mA，置電流變送器故障位。壓力變送器的壓力信號同樣接到PLC模擬量輸入模塊，除了對壓力上限和上上限進行報警監(jiān)視外，對水泵出口壓力的上升和下降的變化率也監(jiān)視。為了更好的滿足用戶的供水需求，對于用戶用水量少的，通過變量水泵轉(zhuǎn)速到某種程度時候，控制器會相應(yīng)的自動停止最開始運行的那臺定量水泵，根據(jù)當(dāng)前的管網(wǎng)壓力來相應(yīng)的去調(diào)節(jié)變量泵轉(zhuǎn)動的速率，使其保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)上。如用戶用水量較大的時候，變頻泵轉(zhuǎn)速達到最高頻率為50 Hz，這時控制器通過壓力傳感器檢測,輸出控制信號起動其中一臺水泵作變頻運行,通過控制變頻泵使用戶管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值相等。當(dāng)用戶管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力,控制器將變頻泵切換成工頻運行,待變頻器輸出頻率下降至最低值時再接通另一臺水泵,由一臺工頻泵和一臺變量泵同時供水，直至滿足用戶用水要求。這樣每臺水泵的起動均經(jīng)變頻器控制,全部機組實現(xiàn)循環(huán)軟起動,即每臺泵的起動頻率都從設(shè)定的最低頻率開始逐漸上升。當(dāng)外來管網(wǎng)壓力達到設(shè)定壓力值時,則控制器完全停止各泵工作,由外界管網(wǎng)直接向用戶供水。

總結(jié)

恒壓供水是人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦凶畛Ｓ玫墓┧刂葡到y(tǒng)，但是基于PLC變頻控制為核心進行供水系統(tǒng)的設(shè)計能夠更好的實現(xiàn)供水需求。這種設(shè)計方案不僅實現(xiàn)了恒壓自動控制，很大程度上節(jié)約了人力財力，還提高了供水質(zhì)量。在水泵高效率的運行下，基于PLC變頻方案的設(shè)計對于節(jié)能方面又能有著重要的突出作用，對整個供水系統(tǒng)來說實現(xiàn)了最優(yōu)化的控制和穩(wěn)定性的控制。

[1] 楊向明.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2014.

[2] 程良倫.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.

[3] 吳加林.變頻器應(yīng)用手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014.

謝濟勵(1998.05-),男,漢族,廣東茂名人，本科，哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院。

TP302

A

1671-1602(2016)24-0020-01