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      基于同一頻率源的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      2017-11-20 16:06:11侯金泉魏奇
      山東工業(yè)技術(shù) 2017年22期

      侯金泉+魏奇

      摘 要:雙泵控制的恒壓供水系統(tǒng)普遍存在自動(dòng)化程度低、可靠性差,電機(jī)低頻運(yùn)行,能耗大,效率低且啟停頻繁等問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種采用同一頻率源進(jìn)行雙泵控制的控制系統(tǒng),通過(guò)PLC技術(shù)與變頻器技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)高精度的恒壓供水控制,提升壓力反應(yīng)靈敏性,確保雙泵都處于高效率區(qū)間,保證供水系統(tǒng)可靠高效運(yùn)行。

      關(guān)鍵詞:雙泵;恒壓供水;同一頻率源

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.122

      0 引言

      恒壓供水系統(tǒng)目前在企業(yè)生產(chǎn)生活中利用廣泛,尤其在工廠供能部門(mén)。供水系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行具有重要意義,要求供水壓力保持較高穩(wěn)定性。由于工廠前期供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制較為簡(jiǎn)單,導(dǎo)致供水壓力波動(dòng)較大。以我廠恒壓供水系統(tǒng)為例:改造前采用雙泵供水,控制方式是當(dāng)母管供水壓力低于0.2MPa時(shí),啟動(dòng)一臺(tái)水泵,工頻運(yùn)行;當(dāng)壓力超過(guò)0.35MPa時(shí),停止一臺(tái)水泵,母管供水壓力在0.2MPa到0.35MPa之間波動(dòng)。本文提出了一種基于同一頻率源的控制系統(tǒng),在滿足供水壓力精度要求的基礎(chǔ)上,保證水泵一直處于高效率運(yùn)行區(qū)間,按需分配,確保設(shè)備在運(yùn)行時(shí)擁有較好的能耗比。

      1 變頻恒壓供水理論分析

      目前,水泵電機(jī)通常由三相交流異步電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng),對(duì)水泵的調(diào)速通過(guò)對(duì)其電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn),電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)主要通過(guò)變頻調(diào)速裝置同時(shí)改變電壓和頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻調(diào)速系統(tǒng)通常是使用變頻器拖動(dòng)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速。在分析水泵的負(fù)載特性時(shí),常采用下列的一組公式:

      M∝n2

      P∝n 3

      式中: n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速; M 為輸出轉(zhuǎn)矩; P 為輸出功率。可知: 水泵具有平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性,當(dāng)用水量減少時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速降低,電機(jī)轉(zhuǎn)速的微量減小,將使輸出功率大幅下降。

      2 控制系統(tǒng)基本原理

      2.1 功能要求

      變頻恒壓供水系統(tǒng)控制的功能要求如下: ①供水壓力基本恒定, 換泵時(shí)的水壓波動(dòng)小,壓力目標(biāo)值在0.35MPa; ②共有2臺(tái)11KW水泵,根據(jù)需要來(lái)控制水泵啟動(dòng)停止以及轉(zhuǎn)速。③水泵需具備相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警以及過(guò)流、短路保護(hù)。

      2.2 控制思路

      首先由安裝在母管上的壓力傳感器提供的管網(wǎng)壓力信號(hào),通過(guò)通訊總線傳遞給控制器,控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,根據(jù)傳感器的采樣值與需求的設(shè)定值進(jìn)行比較,通過(guò)控制器內(nèi)的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,控制器根據(jù)處理結(jié)果向變頻器發(fā)送命令,控制變頻器的啟停和輸出頻率,從而控制水泵的轉(zhuǎn)速,保持供水管道的壓力恒定。

      3 硬件設(shè)計(jì)

      根據(jù)工廠對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的要求,規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu),并選取相應(yīng)的硬件材料,進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)主要由控制器、壓力傳感器、變頻器、水泵以及本地控制電路組成。選取1臺(tái)西門(mén)子PLC-300作為控制器,采用E+H壓力傳感器和兩臺(tái)丹佛斯系列變頻器控制兩臺(tái)11KW水泵。

      4 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)

      4.1 控制策略

      壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量母管供水壓力,并通過(guò)通訊總線將數(shù)據(jù)傳遞給控制器,控制器內(nèi)部程序會(huì)對(duì)母管實(shí)際壓力和目標(biāo)壓力進(jìn)行比較,而后生成變頻器的控制頻率。當(dāng)母管實(shí)際壓力高于目標(biāo)壓力時(shí),控制頻率會(huì)逐步降低,使母管壓力下降,壓力差越大,頻率下降越快,壓力差越小,頻率下降越慢。當(dāng)母管實(shí)際壓力低于目標(biāo)壓力時(shí),輸出頻率會(huì)逐步升高,壓力差越大,升高速度越快,壓力差越小,升高速度越慢。兩臺(tái)變頻器使用控制器輸出的同一頻率來(lái)進(jìn)行控制,并通過(guò)延時(shí)后穩(wěn)定的頻率數(shù)值來(lái)決定兩臺(tái)水泵的起停。

      4.2 控制過(guò)程

      在用水高峰期,用水量增大,管網(wǎng)壓力隨之下降,此時(shí)壓力的變化通過(guò)程序運(yùn)算后,最終使變頻器輸出頻率增加,使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速增加,當(dāng)達(dá)到或者超過(guò)49Hz時(shí),并且延時(shí)30s后,第二臺(tái)水泵啟動(dòng),與第一臺(tái)水泵相同的頻率運(yùn)行,如果此時(shí)用水量保持不變,兩臺(tái)水泵同時(shí)以高頻率供水,母管壓力將會(huì)升高,控制器通過(guò)運(yùn)算后會(huì)降低輸出頻率,兩臺(tái)水泵由于采用同一頻率源,此時(shí)頻率會(huì)同時(shí)降低,保證供水壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量較少時(shí),管網(wǎng)壓力將增加,壓力的變化通過(guò)PID運(yùn)算后使變頻器輸出頻率下降,兩臺(tái)水泵頻率同時(shí)降低,當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間低于40Hz時(shí),第二臺(tái)水泵自動(dòng)退出運(yùn)行,由單臺(tái)水泵進(jìn)行供水,保證供水壓力穩(wěn)定的同時(shí),最大限度的節(jié)約能耗。

      5 結(jié)束語(yǔ)

      本文介紹了一種采用同一頻率源控制的新型恒壓供水方法,雙泵能夠同時(shí)反應(yīng),調(diào)控水壓能力強(qiáng),反應(yīng)靈敏,并且具備水泵的自動(dòng)投切功能,使雙泵能夠運(yùn)行在高效率區(qū)間。避免了傳統(tǒng)控制方法導(dǎo)致的泵以較低頻率運(yùn)行,能耗效率低,電機(jī)因散熱不足影響使用壽命問(wèn)題。采用了西門(mén)子PLC-300控制器和PROFINET總線控制變頻器技術(shù),設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)。具有簡(jiǎn)單實(shí)用、可靠性好、通用性強(qiáng)以及便于監(jiān)控維護(hù)等特點(diǎn), 利用PROFINET總線實(shí)現(xiàn)樹(shù)形連接,有效提高通訊可靠性。通過(guò)多重保護(hù)報(bào)警程序的編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高安全性。本設(shè)計(jì)在工廠中得到了實(shí)際應(yīng)用,取得了良好的使用效果。

      參考文獻(xiàn):

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      [2]魏書(shū)杰,王鳳濤,楊岑磊等.PLC和變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)造船,2009,50(s11):808-814.

      [3]楊慶生.恒壓供水PID自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].考試周刊,2011(28): 175.endprint

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