变频恒流量供水

变频恒流量供水（精选10篇）

变频恒流量供水 篇1

1 引述

生产用水量 (空调冷却塔、层压洗板机、真空泵站、纯净水系统等) 是随车间订单情况、季节变化 (温度) 、时间点等因素不同而波动的。用水量的变化直接反映在供水压力上, 即是生产用水量多而供水量少, 管道供水压力就会降低, 生产用水量少而供水量多, 管道供水压力就会升高。水泵原来的控制方式最大的不足就是无法根据用水量的变化而自动调节压力, 所以导致供水的稳定性无法保障。尤其是随着去年松山湖四分厂的投产, 原有的供水方式更是不能满足生产的用水需求。以公司2015 年做出的智能制造战略为切入点, 我们对整套软水系统进行了改造, 变频恒压供水系统是我们改造的其中一个项目。

2 变频恒压供水系统

2.1 系统设计要求

(1) 软水的供给压力设置5Kgf/cm2, 当实际压力低于设定压力时, 变频器就会提高频率, 反之则降低。

(2) 两台水泵一用一备轮流工作, PLC根据切换时间控制继电器组来实现水泵主回路接触器的切换, 水泵的频率调节由变频器自身的PID运算实现。

(3) 水泵的手动与自动除了PLC程序上互锁外, 在电器件继电器方面也互锁, 两台在操作上是互锁的, 即操作上只能选择一台泵运行控制。

2.2 变频恒压供水系统组成

(1) 管路供水部分:1# 水泵与2# 水泵、楼顶储水池、分厂生产车间。

(2) 压力检测部分:压力传感器。

(3) 电气控制部分:PLC、变频器、继电器、接触器。

2.3 主要接线

(1) 水泵主回路接线图如图1 所示:

a.KM1、KM3 分别为1# 水泵及2# 水泵的手动控制接触器, KM2、KM4 分别为1# 水泵及2# 水泵的变频控制接触器, 线圈均为AC380V;

b.通过继电器 (KA3、KA4、KA5、KA6) , 两台水泵在电气控制上进行互锁;

c.通过报警蜂鸣器, 对系统异常进行报警输出监控。

(2) 变频器的接线图如图2所示:

a.变频器在PID控制模式, RT与SD端子需要短接;

b.压力变送器选择两线型, 变频器根据压力变送器检测的压力进行内部的PID调节;

c.设置PID的上限及下限输出, 便于对变频器的工作状态进行一个监控作用。

3 变频器的PID控制

所谓PID控制就是变频器经过PID运算后得到的执行量, 来控制输出频率的变化, 而PID运算又是指P (比例运算) 、I (积分运算) 、D (微分运算) 三个运算的总和。有正负两种类型之分。本例中变频器采取负运算, 由变频器参数Pr.128 设定。变频器主要参数设定如表1:

4 PLC程序设置

4.1 PLC的I/O地址分配如表2 所示

4.2 PLC的外部接线图如图3 所示

4.3 PLC程序编程

5 结束语

软水泵的变频恒压改造在2015 年改造完成。系统改造后, 节能效果明显、供水稳定、设备运行状况良好等特点。变频恒压供水改造项目获得了公司2014-2015 持续改造成果颁奖大会上的一致好评。此项目的的意义不仅是提高了软水的供水稳定性, 更是为后续的设备改造奠定了坚实的技术基础。

参考文献

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[6]阮乃忠.怎样看电气图[M].福建科学计算出版社, 2005.

变频恒流量供水 篇2

通德变频恒压供水设备

通德变频调速恒压供水设备是把变频技术,微机技术与电机控制技术相结合的新型的供水设备,这种变频调速恒压供水设备是取代高位水箱,水塔的理想产品,是对气压供水设备的发展和补充,变频调速恒压供水设备由可编程控制器,变频调速器,控制电路以及电机泵组成闭环供水控制系统,完全可以满足供水系统管网中的压力保持恒定,使得整个供水系统始终保持高效节能的最佳运行状态,变频调速恒压供水设备有生活专用供水,生活消防两用供水和变频定压补水等系统.通德变频调速恒压供水设备适用范围;

变频调速恒压供水设备可用于生活供水,工业用水,特别要求恒压的生产用水,高层建筑,生活小区,军事设施的消防用水,旧有给水系统的改造,变频定压补水系统.变频调速恒压供水设备主要特点;

变频调速恒压供水设备采用微机控制,全自动运行,管理简单,使用方便,结构紧凑,占地面积小,投资省,安装方便，便于集中管理,功能齐全,通过面板操作实现用户所需的各种功能,变频调速恒压供水设备可以按所需压力,根据用水量的变化来调节电机泵的转速,使设备恒压供水,达到高效节能的目的,对多台电机泵均能可靠地实现软启动,大大延长了设备的使用寿命,根据流量的变化自动完成对多台水泵进行循环软启动运行和停止的全部过程,变频供水设备保护功能完备,工作泵与备用泵具有周期性运转,自动巡检和手动巡检功能.变频调速恒压供水设备控制器采用最新微电脑设计处理器设计制造配备液晶中文显示,参数显示设定一目了然,故障时可弹出服务电话,多达75个功能参数项,9种应用宏选择，能满足五台以下的所有运行程序,其主要特点有外部接线简单用户只需通过菜单设置,即可使控制器适用于不同的供水控制系统,无需改变复杂的外部接线.变频调速恒压供水设备优点;

利用变频器实现恒压供水的改造 篇3

关键词：变频器恒压供水

0引言

我司原先设计的生活供水系统的是水泵压差控制，高于设定压力停止，低于设定压力启动，用水量的不平衡，导致水泵启停频繁，对水泵的使用寿命和节能都没有好处，并且在洗澡时，应冷水供应不稳定造成水温一时冷，一是热，因此，我司决定对供水系统进行改造，实现恒压供水。

1系统分析

满足恒压供水，归根到底是控制水的流量一当供水能力大于用水需求时，则系统压力升高；当供水能力小于供水需求时，系统压力降低；当供水能力等于供水需求时，系统压力不变。从上面我们可以得出结论：供水能力与用水需求之间的矛盾就反映在流体的压力变化上。压力可以作为控制流量大小的参变量，保持供水系统中压力的恒定，就能保证系统的供水和用水的平衡。我们决定，增加变频器控制供水系统。

2设计控制电路

电路介绍：

2.1变频器供电开关SBl和SB2通过接触器KM进行控制，变频器内部报警继电器的动断触点(Ta—Tb)与KM线圈串联，当变频器故障跳闸时，KM立即使变频器脱离电源。

2.2变频器的运行采用自锁控制方式，通过功能预设，使端子X1成为自锁控制端。按下SB3，变频器开始运行，并自锁：按下SB4，变频器停止运行。

2.3变频器跳闸后的声光报警当变频器因故障而跳闸时，其报警继电器的动合触点(Ta—Tc)闭合，报警指示灯HL1和报警电铃HA1同时发出报警信号。同时继电器KA线圈得电，其触点自锁，使变频器断电后，声光报警系统还保持通电，直至操作人员来按下SB3时为止。

2.4压力的上下限报警信号端子0C1和0C2分别预置为压力的上、下限报警输出。

3系统的工作过程

图2是变频调速恒压供水系统在正常工况下的PID调节过程。图A是管道内流量Q的变化曲线：图B是供水压力P的变化曲线：图C是管道内流量发生变化时，PID的调节量△PID，△PID只是在压力反馈量X_F与目标止X_T之间有偏差时才出现。无偏差时△PID=0：图D使变频器输出频率f_x和电动机转速nx的变化曲线。

稳态运行：水泵供水能力和用户的用水需求平衡，供水压力P稳定不变。反馈信号X_F与目标信号X_T几乎相等(X_F—X_T)，PID调节量为0，电机在f_x下匀速运行。图示的0-t₁段：

用水流量增加：当用户用水流量增大，超过了供水能力，水压P下降，XF减小，合成信号(X_T—X_F)增大，△PID为正，变频器的输出频率f_x和电机的转速nx上升，使供水能力增大，压力回升。图示的t₁—t₂段。

当压力恢复到目标值时，PID的调节量减小为0，变频器的输出频率f_x和电机的转速n_x不再上升，供水系统处于新的平衡状态。如图示的t₂t₃段。

用水量减少：用户用水量减少时，供水能力大于用水能力，供水压力上升，反馈信号XF增大，合成信号(X_T-X_F)减小，△PID为负。变频器的输出频率fX和电机的转速n_x下降，供水能力下降，压力回落。如图示的t₃-t₄段。

4暂停功能

因夜间用水相对较少，水泵的功率较大，长期处于工作状态，会导致能源的浪费。为节约能源，当用水量基本上没有时主泵暂停(睡眠)，在管路系统中增加气压罐来维持管网的压力。当用水增多时，令主泵中止暂停(唤醒)。

确定暂停的条件①主泵已经在下限频率运行，但管网的压力仍超过上限值PH。②管网压力超过上限值的时间超过了确认时间td，因为用水时间往往是不固定的，有短时间超过上限的情况发生，属偶发性超压(超压时间小于td)，不必暂停。

变频恒压供水系统设计 篇4

系统起动之后, 检测是自动运行模式还是手动运行模式。如果是手动运行模式则进行手动操作, 人们根据自己的需要操作相应的按钮, 系统根据按钮执行相应操作。如果是自动运行模式, 则系统根据程序及相关的输入信号执行相应的操作。手动模式主要是解决系统出错或器件出问题在自动运行模式中, 如果PLC接到频率上限信号, 则执行增泵程序, 增加水泵的工作数量。如果PLC接到频率下限信号, 则执行减泵程序, 减少水泵的工作数量。没接到信号就保持现有的运行状态[1]。

2系统设计

2.1系统硬件设计

PLC选型这是PLC应用设计中很重要的一步, 目前, 国内外生产的PLC种类很多, 在选用PLC时应考虑以下几个方面。

1.规模要适当;

2.功能要相当, 结构要合理;

3.输入, 输出功能及负载能力的选择要正确;

4.要考虑环境条件。

根据以上原则, 这次设计选择西门子S7-300系列的详细模块。

PS:PS 307 5A 6ES7 307-1EA00-0AA0数量1个。

功能:给整个机架供电。

电源模块为S7-300 PLC和需要DC 24V的传感器/执行器供电。有直流供电电源和交流供电电流。额定输出电流有2A、5A或10A。电源模块除了给CPU模块提供电源外, 还可以给输入/输出模块提供DC 24V电源。本系统选用的是PS 307 5A的电源。

CPU314 (1) :6ES7-1AF11-0AB0数量1个。

功能:对每条二进制指令的处理时间大约为60ns, 每个浮点预算的时间为0.59μs。

S7-300模块有不同型号的CPU, 以适应不同等级的控制系统。有的CPU上集成有I/O点, 有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口, 有的CPU上集成有PTP接口等。本系统选用的是CPU314。

SM331:6ES7-1KF01-0AB0数量1个。

功能:模拟量输入模块AI 8x13位。

SM332:6ES7-5HD01-0AB0数量1个。

功能:模拟量输出模块AO8/12位。

SM321:6ES7-1FF01-0AA0数量1个。

功能:数字量输入模块DI1624 V, 分成16组。

SM322:6ES7-1FF01-0AA0数量1个。

功能:数字量输出模块DO 24V/0.5A, 分成8组。

本系统中, 采用Mcior Master430系列变频器, 型号为HVAC (风机和水泵节能型) EC01—4500/3, 额定电压为380V—500V, 额定功率35k W。Micro Master430系列变频器是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家, 功率范围7.5k W至250Kw。它按照专用要求设计, 并使用内部功能互联 (Bi Co) 技术, 具有高度可靠性和灵活性, 牢固的EMC (电磁兼容性) 设计;控制软件可以实现专用功能:多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等[2]。

2.2下位机S7-300程序设计

1.打开桌面上的SIMATIC Manager快捷图标, 按照“新建项目向导”添加一个新的项目。

2.鼠标左键单击“SIMATIC 300站点”, 双击右边的“硬件”对SIMATIC300的站点进行组态, 在SIMATIC 300站点界面中的左上部分添加“机架”, 然后在右边选择我们已经选型好的硬件, 选择“SIMATIC 300”, 在PS-300中选择电源模块, CPU-300中选择CPU模块, 在CP中找到CP341及SM-300添加模拟量输入。S7-300的硬件配置完成之后, 可以进行下一步程序的编写了, 下面介绍本系统中的主要程序的设计依据。

根据系统用水量的变化, 控制系统控制2台水泵按1-2-3-4-1的顺序运行, 以保证正常供水。开始工作时, 系统用水量不多, 只有1号泵在变频器控制下运行, 2号泵处于停止状态, 控制系统处于状态1。当用水量增加, 变频器输出频率增加, 则1号泵电机的转速也增加, 当变频器增加到最高输出频率时, 表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统, 1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器电源启动2号泵电机, 控制系统处于状态2。

当系统用水高峰过后, 用水量减少时, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统, 可将1号泵电机停运, 2号泵电机仍由变频器电源供电, 这时控制系统处于状态3。

当用水量再次增加, 变频器输出频率增加, 则2号泵电机的转速也增加, 当变频器增加到最高输出频率时, 表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器电源启动1号泵电机, 控制系统处于状态4。

当控制系统处于状态4时, 用水量减少, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器启动1号泵电机, 控制系统处于状态4。

当控制系统处于状态4时, 用水量又减少, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 可将2号泵电机停运, 1号泵电机仍由变频器供电, 这时控制系统又回到了状态1。如此循环往复的工作, 以满足系统用水的需要[3]。

2.3 Win CC监控界面的设计

Win CC运行于个人计算机环境, 可以与多种自动化设备及控制软件集成, 具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项, 使用方式灵活, 功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理, 可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境, 不仅缩短了软件设计周期, 而且提高了工作效率。

Win CC为了与外部设备 (如PLC) 进行通讯, 必须组台用于该设备的通道。此通讯驱动程序支持多种网络协议和类型, 具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统, 还是冗余多服务器/多用户系统, Win CC均是较好的选择。通过Active X、OPC、SQL等标准接口, Win CC可以方便地与其他软件进行通信。通道就是在设备和Win CC之间生成的逻辑借口的驱动器, 具有三个功能:

1.为使用人员提高组态物理和逻辑连接参数的方法;

2.通过数据管理器在外部设备和Win CC变量之间建立一个在线运行接口;

3.为用户提高一个简便接口用于外部设备或应用的存储器结构加入变量标签并设置地址。

3建立变量连接

变量系统是组态软件的重要组成部分, Win CC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的, 即In表示Win CC从S7-300系列PLC入读数据, Out表示Win CC向S7-300系列PLC写出数据。按照功能又可以分为外部变量、内部变量、系统变量和脚本变量这四种。

由外部过程为其提供变量值的变量, 称为外部变量, 也称为过程变量;过程没有为其提供变量值的变量, 称为内部变量。

Win CC还提供了一些预定义的中间变量, 称为系统变量。每个系统变量均有明确的意义, 可以提供事项的功能, 一般用以表示运行系统的状态。

4结论

本次设计的控制系统充分利用了西门子PLC S7-300的特点, 对驱动电动机、行程开关、电磁阀及其他一些输入输出进行精确的控制, 实现了更高的精度和参数指标, 节省了原材料的浪费, 提高了产品的合格率, 实现了更高的经济效益。

本文介绍了变频恒压系统的发展趋势, 课题的研究目的及意义。分析了供水流量的工艺流程, 监控内容等。根据工艺要求进行设计监控系统总体方案。对系统组成实现和硬件配置进行了论述, 并详细的进行了监控系统的软件设计。最后本文述说了外输计量系统的硬件和软件的调试。本文设计系统是采用单片机数据采系统和西门子S7-300和Win CC监控软件, 实现了人机监控界面和在线数据采集、分析、参数和事件报警、趋势曲线显示等功能, 对监控参数进行了在线动态管理。

摘要：小区供水是变频恒压供水系统经常应用的例子。随着人民的生活条件越来越好, 所以供水方式要越来越高效节能。小区供水系统是用PLC和变频器制作的供水控制系统。

关键词：PLC,控制系统,变频器

参考文献

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变频恒流量供水 篇5

电气工程及自动化

基于PLC的变频恒压供水系统设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

水是人类生活、生产中不可缺少的重要物质，在政府及社会倡导节水节能现实条件下，我们这个水资源和电能都及其短缺的国家，长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水、小区供水等方面技术一直比较落后，自动化程度低，但是随着社会经济的飞速发展，住房制度改革的不断深入，城市建设规模的不断扩大，人口的增多和人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、经济、稳定、可靠性提出了越来越高的要求，也直接体现了城市小区物业管理水平的高低。

传统的小区供水方式有:恒速泵加压供水、水塔高位水箱供水、气压罐供水、液力藕合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式。传统的小区供水方式普遍不同程度的存在浪费水力、电力资源;效率低;可靠性差;自动化程度不高等缺点，严重影响了居民的用水和工业系统中的用水。寻求供水与能耗之间的最佳性价比，是困扰企业的一个长期问题。目前各供水厂的供水机泵设计按最大扬程与最大流量这一最不利条件设计，水泵大多数时间在设计效率以下运行。导致电动机与水泵之间常常出现大马拉小车问题。因此，如何解决供水与能耗之间的不平衡，寻求提高供水效率的整体解决方案，是各个供水解水企业关心的焦点问题之一。随着人们对供水质量和供水系统可靠性要求的不断提高，需要利用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术，要求设计出高性能、高节能、能适应供水厂的复杂环境的恒压供水系统成为必然趋势。

随着科学的发展，变频器的使用也越来越广泛，不管是工业上还是家用电器上都会用到变频器。可以说，只要有三相异步电动机的地方，就有变频器的存在。也随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压的恒定来满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。

变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能上。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构。为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅大量的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本较高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器。

目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现，有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗干扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，远远没能达到所有用户的要求。

在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正朝着高可靠性、多品种系列化、全数字化微机控制的方向发展。追求高度智能化、标准化、系统化是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。

变频恒压供水系统能适用于生活水、工业用水以及消防用水等多种场合的供水要求，该系统具有如下几个特点：

(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，是过程控制量，同其他一些过程控制量(如:温度、浓度、流量等)一样，对控制作用的响应具有滞后性。

(2)用户管网中因为有管阻等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些特有的特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。

(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异性，因此其控制对象的模型具有很强的多变性以及不确定性。

(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入，而定量泵的控制是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化。所以认为变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。

(5)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果十分显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

(6)当出现意外的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

研究的基本内容：

1)

基于PLC的变频恒压供水系统的系统组成以及工作原理。

2)

基于PLC的变频恒压供水系统的PLC程序的设计。

3)

状态循环转换控制的电气设计方案。

4)

上、下位机的通信模块。

拟解决的主要问题：

1、掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。

2、基于PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计。

3、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用。

4、完成上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。

三、研究步骤、方法及措施：

步骤及方法：

(1)了解国内外PLC的变频恒压供水系统的发展动态。

(2)掌握基于PLC的变频恒压供水系统的工作原理。

(3)重点讨论PLC的变频恒压供水系统的硬件和软件设计、PID算法在变频调速恒压供水系统中的应用以及上、下位机的通信设置，通过通信模块实现对供水系统的远程监控和故障报警。

(4)

设计一套由PLC、变频器、远传压力表、多台水泵机组、计算机、通信模块等主要设备构成的全自动变频恒压供水及其远程监控系统。

(5)得出结论。

措施：

图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

四、参考文献

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变频恒压供水系统及其节能应用 篇6

在居民小区生活用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中, 传统方法采用水塔、高位水箱等设备。随着城市高层楼宇建设高度越来越高, 采用传统供水方式变得难以实施, 更难以保证供水的智能化和节能。这是因为传统供水方式水泵是采用最大供水量设计的, 由于用水高峰时间短, 很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。

基于计算机和变频技术的恒压供水系统是以3C技术 (计算机、通信、控制) 和变频调速技术实现的新型供水方式, 不仅解决了传统供水中存在的诸多问题 (比如超高层供水、压力不稳、二次污染、耗能大效率低等) , 而且由于将计算机的智能化控制和变频技术的节能优势结合起来, 真正实现了供水的绿色节能和智能化。对于大型供水系统, 还可以进行计算机实时监控, 极大地节约了资源, 提高了供水的自动化水平和效率。

1 供水系统工艺

不同的应用场合, 供水工艺也略有不同。高层建筑恒压供水工艺如图1所示。

自来水经不锈钢水箱或地下的水池缓冲, 经供水水泵的轮流和组合工作, 输送至用户管网。在出水管上装有压力检测仪表, 用户用水量变化必然会引起整个供水管网的压力变化, 压力检测仪表将变化的实时压力值通过信号线传送给控制核心———PLC或变频器。由于PLC和变频器均具有闭环PID调节功能, 所以控制方式选择上既可以将压力控制信号传送给PLC, 也可以传送给变频器, 从而实现闭环控制。此处只需配备变频器一台即可, 起着执行器的作用, 即根据压力的大小或者PLC输出的控制信号自动调节输出电压和频率, 通过对水泵驱动电动机的精确调速来达到精确控制水压和节省电能的目的。储气罐的作用是稳压和保压, 尤其是当无用水需求时, 水泵可退出使用 (节约了电能) , 而靠储气罐来保压。

2 电路结构

变频恒压供水系统一般由数台水泵驱动实现供水。这些水泵并不是同时工作的, 而是根据用户用水量的多少和当前管网的水压由PLC自动地控制哪台水泵工作, 哪台水泵暂时停止的。以3台水泵为例, 控制水泵驱动电机的主电路如图2所示。

水泵1、水泵2、水泵3的工频运行分别由接触器KM1、KM3、KM5控制, 其变频运行分别由接触器KM2、KM4、KM6来控制。控制同一台水泵电机的工频接触器和变频接触器 (如控制水泵1的KM1和KM2) 如果同时接通, 将导致工频电源和变频器的输出端相连接, 使变频器的逆变桥迅速损坏。所以, 控制同一台水泵电机的工频与变频的接触器必须有可靠的互锁环节。另外, 变频器的价格比一般的电气设备高, 从节省投资的角度考虑, 一般选择只用一台变频器拖动的方式。

工频运行的水泵对水压起到“粗调”的作用, 而精确控制压力的“细调”是由变频器来实现的。工频运行的水泵电机其能量消耗是确定的。系统实现节能的主要途径:系统能够根据用水情况, 停掉一些工频运行的水泵, 既避免了压力过高, 又实现了节能;可以使某台水泵变频运行, 变频降低转速具有很大的节能效果。

3 控制原理与流程

供水压力是通过PLC控制各水泵的轮流工作实现“粗调”和变频器对单台水泵的“细调”来实现的。

3.1“粗调”的实现

(1) 加泵:当反馈的实际出水管网压力小于设定压力导致变频器的输出频率上升至上限频率时, 如果实际出水管网压力仍低于设定压力一定范围一定时间, 则当前泵切换为工频运行, 重新启动另一台水泵变频运行。

(2) 减泵:当反馈的实际出水管网压力大于设定压力导致变频器的输出频率下降至下限频率时, 如果实际压力仍高于设定压力一定范围一定时间, 则停止变频泵的运行, 并将正在工频运行的一台水泵变为变频运行。

3.2“细调”的实现

水压闭环控制原理如图3所示。

PID控制器既可以用PLC编程实现, 也可以用变频器的内置PID算法实现。

3.3 工-变频切换的控制流程

以实际压力小于给定压力为例, PLC对某两台水泵之间工频和变频进行切换的逻辑关系 (多台水泵可类推) 如图4所示。

3.4 休眠状态

当系统处于单泵变频运行时, 如果用水量急剧减小甚至为0时, 变频器频率会降至频率下限以下, 当这种情况持续一定时间时, 系统停掉所有运行的水泵, 仅由储气罐来保压。比如, 在夜晚休息基本无用水需求时, 系统进入休眠状态, 将极大地节省电能消耗。处于休眠状态的控制系统当检测到管网压力降低一定范围时, 退出休眠状态, 恢复供水。

4 不同供水方式的功耗对比

水泵的扬程特性与功率消耗关系如图5所示。

水泵供水流量的调节可以通过两种途径实现:

(1) 水泵电机转速不变, 改变出口阀门开度的阀门调节法 (不用变频器使所有水泵均工频运行, 用户阀门开度改变时流量改变即属于此法) , 如图5中的曲线 (1) 和 (2) 。关小阀门减小供水流量 (流量Q1减小为Q2, 水泵实际工作点由B点移动到E点) , 所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODEF的面积, 面积有减小, 但减小量很小。

(2) 出口阀门开度不变或全开, 改变水泵电机转速的转速调节法, 如图5中的曲线 (3) 和 (4) 。当水泵电机的转速从额定转速下降, 同样使供水流量从Q1减小为Q2, 水泵的实际工作点由B点移动到H点, 其所需供水功率由矩形OABC的面积变为ODHG的面积, 面积减小量非常显著。

相比与高层建筑而言, 生产车间一般高度较低, 需要的空载功率较小, 可以提供较宽的电机调速范围, 所以节电效果更为显著。某轧钢车间高压除鳞水泵应用变频改造前后的电能消耗对比如表1所示, 可以看出变频改造后节省的电能和费用都相当可观。

5 结语

随着资源和环境矛盾的日益突出, 变频与计算机等高效和智能化技术在未来建设中必将获得越来越广泛的应用。

参考文献

[1]张燕宾.变频器应用图册[M].北京:机械工业出版社, 2010

[2]魏连荣.变频器应用技术及实例解析[M].北京:化学工业出版社, 2008

[3]林坤, 等.变频恒压供水系统理论分析及方案设计[J].舰船防化, 2010 (6) :13-18

[4]张亢.PLC在恒压供水自动控制系统的应用[J].煤炭技术, 2009

变频恒压供水控制系统应用分析 篇7

1 管网设定水压的计算

给水压力的计算，供水系统的用水规模即是用户的用水量，决定了用户正常用水的给定压力。

式中：Q一管网的实际流量 (m3/h) ;

上述计算方法只能是粗略计算，给水压力的设定在计算的基础上进行工程调试，根据实际调试值得到设定值。

2 水泵变频调速节能原理

在供水系统中，以转速控制法达到控制流量的目的。

异步电机的转速为：

从上式可知，当极对数p不变时，电机转子转速n与定子电源频率f成正比，因此连续调节异步电机供电电源的频率，就可以连续平滑地调节电机的同步转速，从而调节其转子的转速。

变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等构成。通常由鼠笼式异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵做成一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水的。

3 变频恒压供水系统的构成

由于本文的供水系统要适用生活水、工业用水以及消防等多种场合的供水，我们用3台7.5kw水泵(三台主泵)组成供水系统，其原理框图如图1所示：

从上面的原理框图，我们可以看出变频恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、通讯接口以及报警装置等部分组成。

泵的工作方式：

1)变频循环式：变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统先将变频器从该水泵电机中脱出，将该泵切换为工频的同时用变频去拖动另一台水泵电机。

2)变频固定式：变频器拖动某一台水泵作为调速泵，当这台水泵运行在50Hz时，其供水量仍不能达到用水要求，需要增加水泵机组时，系统直接启动另一台恒速水泵，变频器不做切换，变频器固定拖动的水泵在系统运行前可以选择。

4 变频恒压供水系统的控制流程

整个变频恒压供水控制系统要根据检测到的输入信号的状态、按照系统的控制流程、通过变频调速器和执行元件对水泵组进行控制实现恒压供水目的。其需要完成的控制流程如图2所示：

变频恒压供水系统的核心是恒压控制，它是根据水压给定值与供水管道中实际压力值的压差大小，控制变频器输出频率，使变频器实时调节水泵电机的转速以适应管路中压力的变化。

5 PID控制策略

通过控制对象的传感器等检测控制量(反馈量)，将其与目标值(流量、压力等设定值)进行比较。若有偏差，则通过此功能的控制动作使偏差为零。也就是使反馈量与目标值相一致的一种通用控制方式。它比较适用于流量控制、压力控制、温度控制等过程量的控制。

5.1 位置式PID控制算法

位置式算法公式：

位置式PID控制算法的缺点：当前采样时刻的输出与过去的各个状态有关，计算时要对e (k)进行累加，运算量大;而且控制器的输出u (k) 对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，u (k)的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。

5.2 增量式PID控制算法

增量式PID控制算法公式：

式中：

PID参数的整定原则一般计算机控制系统的采样周期T在选定后就不再改变，所以，一旦确定了Kp、Ti、Td，只要使用前后3次测量的偏差值即可由式(5)或(6)求出控制增量。

6 结语

本文研究设计的系统可以用于居民小区、企业、医院、机场等场所的生活用水控制，也可以用于各类型的自来水厂、增压泵站，供热和空调循环用水系统、工业锅炉补水系统，化工、制冷空调和其他工业及民用领域。由于它的功能全面、操作方便、又有形象美观的人机界面、方便可靠的数据通讯接口、高精度的恒压控制以及良好的节能效果，所以取得了良好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]韩安荣.通用变频器及其应用[M].机械工业出版社, 2003.

[2]李信、李铁龙.PLC模糊控制恒压供水系统的应用.炼油与化工, 2004.

基于PLC的变频恒压供水系统 篇8

随着我国城市高层建筑群体的扩大及人们对物质生活水平要求的提高, 传统的供水设备由于存在基建投资大、占地面积广、维护不方便、能耗大和可靠性低等问题, 已经不能满足人们对家庭用水质量的要求。我国传统的住宅区供水主要采用恒速泵加压供水以及水塔高位供水等方式。恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时反应, 水泵的增减都依赖手工操作, 自动化程度低, 且供水电泵的电能消耗大;水塔高位供水方式存在基建投资大、维护不方便、水泵电机为硬起动、起动电流大等缺点, 频繁起动易损坏联轴器, 且能耗大[1,2]。因此变频恒压供水系统以其节能、安全、稳定等特点正逐步地取代传统的供水方式。

本研究所设计的系统通过PLC和变频器调控水泵电机在不同时期不同工况下的水量和水压, 既能保证供水系统在供水高峰期的稳定性和可靠性, 又能实现供水系统在夜间的低功率运行, 具有良好的节能性。

1 变频恒压供水系统的原理和结构

1.1 系统工作原理

变频恒压供水系统采用PLC与变频器控制泵组调速运行, 并自动调整泵组的运行台数, 完成供水压力的闭环控制, 在管网压力变化时保证末端用户的用水需求并达到节能的目的。变频恒压供水系统框图如图1所示。当用户用水量增大时, 导致管网的压力减小, 压力传感器将电压信号反馈给PLC。PLC内置的PID控制器计算后调节变频器的频率, 频率增大, 水泵的旋转速度加快, 从而达到一个新的平衡状态;当用户用水量减小时, 同理也可以达到平衡状态。

1.2 系统结构

该系统包含PLC主机、模拟量输入输出扩展模块、变频器、压力变送器、水泵等, 其中PLC具有功能完善、编程简单、抗干扰能力强、体积小、能耗低、性能价格比高[3]等优点。整个系统含两台主泵 (丹麦格兰富7.5 k W、型号CR20-7) 并联供水和一台辅泵 (丹麦格兰富3 k W、型号CR10-9) 辅助供水。为实现恒压供水, 供水系统在全流量范围内通过将变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合, 根据用水量大小调节投入水泵台数, 使供水压力始终保持为设定值[4,5,6]。当处于用水低谷或夜间小流量时, 为进一步减少功耗, 本研究采用一台小流量泵来维持正常的泄漏和水压。PLC通过对压力上、下限信号的检测, 实现3个水泵变频循环的可靠切换、变频泵的连续调节和工频泵的分级调节。同时蓄水池液位传感器 (防雷型, 综合精度:0.2%FS, 输出信号:0~5 V) 将检测到的液位上、下限信号输入到PLC中, PLC通过对进水管电动阀的调节来控制进水量[7]。

根据流体力学公式: (p1/p2) = (n1/n2) 3, 如果一台水泵的额定压力是已知的, 设P1是额定转速n1时的输出压力, 那么对任意转速时的压力为:p2=p1 (n1/n2) 3。即水泵的输出压力与水泵的转速的3次方成正比, 通过调节转速可以达到节省能源, 保证系统高效运行的目的[8]。本研究通过变频器改变水泵电机的输入频率从而达到维持用户管网中压力恒定的要求, 即保证最末端用户的用水需求。变频器的变频范围为20 Hz~50 Hz。针对住宅区每天用水量的特点, 一天中有3个高峰, 分别为早上7∶00~9∶00, 中午11∶00~13∶00, 晚上17∶00~20∶00, 而夜间用水量却很少。如果用水量加大, 导致用户管网的压力减小, 压力传感器的电压信号反馈给PLC, PLC输出的直流电压升高, 导致变频器输出的频率增大, 水泵的转速加快, 达到一个新的平衡状态;当用户用水量减小时, 致使管网的压力增大, 同理PLC通过调节变频器输出频率, 使水泵的转速变慢, 同样可以达到平衡状态。供水系统构成示意图如图2所示。

2 系统硬件设计

PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心, 它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。本研究选用德国西门子公司的S7-200 CPU224型PLC。为了方便地将管网压力信号传输给PLC, 本研究将比较计算后的相应控制信号传到变频器, 该系统选用了EM235模拟量扩展模块。本研究选用的变频器是西门子公司的VVVF-SIEM440型, 它采用高性能的矢量控制技术, 提供低速高转矩输出和良好的动态性能, 同时具有超强的过载能力[9,10]。

PLC控制电路如图3所示。该系统共有开关量输入点13点, 开关量输出点13点, 模拟量输入通道一个, 模拟量输出通道一个[11]。

在电气布置时, 作为主要部件的PLC与变频器安放距离需适中, 如果两者距离太远, PLC与变频器的通讯信号易受到外界电磁干扰;如果两者距离太近, 变频器会在运行过程中给PLC带来较强的电磁干扰。

3 系统软件设计

3.1 主程序的设计

主程序的流程图如图4所示。整个系统以PLC为核心, 通过运行程序完成相应设备的供水与故障报警任务, 同时泵的切换信号的生成、泵组接触器逻辑信号的综合等均包含在主程序中。该系统由热继电器实现电机过载保护, 若电机过载, PLC接收过载保护信号, 并发出报警, 同时启动“过载处理”对策:若辅泵 (泵3) 过载, 变频启动主泵2;若主泵1过载, 则工频启动辅泵 (泵3) ;若主泵2过载, 同样工频启动辅泵 (泵3) 。本研究在系统中不仅设计了软件“互锁”, 还实现了控制回路的硬件互锁, 即通过在控制回路中串联相应的常闭触点来保持接触器不会同时吸合。为了防止电机空转, 本研究在设计上使用液位信号, 当水位过低时, PLC接收数字开关信号, 采取相应的措施, 以防止电机损坏。在夜间时, 系统工频启动辅泵 (泵3) , 因为居民在夜间的用水量很低, 当水压到达压力设定值时, 系统停止使用辅泵 (泵3) , 直至管网的压力低于设定值。

故障诊断和报警输出模块的设计利用了变频器短路、过载等保护功能。当变频器所驱动的水泵电机发生短路、过载等故障时, 变频器自动切断供电电路、进入保护状态并输出报警信号。

3.2 PID设置

本研究采用积分分离PID控制算法作为控制策略。积分分离的基本思路是:当系统给定值与输出值存在很大误差时, 取消积分的作用, 以免积分作用使得系统的稳定性能降低, 超调增大, 当输出值接近给定值时, 引入积分控制, 消除静差, 提高控制精度。本研究根据实际系统运行效果进行整定后得到PID控制器的参数:KP=8.59, KI=12.5, KD=1.77。

3.3 人机界面的设计

本研究在上位机上针对人机界面的设计采用组态软件。MCGS 5.1组态软件是一个监控系统开发软件, 是以标准的工业计算机软、硬件平台构成的新型的工业自动控制系统[12]。本研究将这个供水系统划分为监控层、控制层、管理层3个层次结构。本研究通过MC-GS 5.1设计主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略, 可以通过画面对现场进行实时监控, 还可以对工作方式和相关参数进行设置。组态监控界面如图5所示。

4 结束语

全自动变频恒压供水系统设计 篇9

随着电力电子技术、变频技术及PLC技术的飞速发展,在恒压供水系统中使用PLC与电动机变频调速装置组成控制系统,对泵组的调速进行优化控制,自动调整泵组的运行台数,实现供水压力的闭环控制,在水量需求时刻变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。

2 变频恒压供水系统设计

2.1 系统总体设计

由于实际供水系统中,水流量经常变化,所以供水泵的转速要时刻改变,从而要求电动机的转速要不断调节,采用变频调速方式实现。其基本控制策略是:采用PLC和变频器为主体组成闭环控制系统,对泵的运行台数和转速进行自动控制。利用PLC内部PID功能产生变频器的频率控制信号,利用PLC软件控制程序实现水泵的自动启停、自动控制运行频率,从而实现整个系统的全自动运行,达到用水和供水的动态平衡,并且达到稳定供水压力和节约能耗的目的。变频恒压供水的系统框图如图1所示。

该系统由多台水泵(台数根据需要确定)、可编程控制器、软启动器、变频器、压力变送器、开关电源等组成。简单运行情况如下:根据实际情况,系统根据装在出水总管上的压力变送器自动检测出水管的压力(实际压力),将实际压力信号送到FX2N-4A/D模块即模数转换模块,将压力信号转换成数字量信号送给PLC,由PLC的压力设定单元设定满足用户需要的水压期望值。将压力设定信号和压力反馈信号输入到PLC后,经PLC内部的PID程序计算,再经FX2N-4D/A数模转换模块,输出给变频器一个转速控制信号,对管网压力进行闭环调节,实现泵的自动变频运行及泵的自动切换。对于多台泵运行时,系统通过计算判定目前是否已达到设定压力,决定是否增加(投入)或减少(撤出)水泵。某一时刻只有一台泵变频运行,其它各台泵均工频运行,采用变频器循环工作方式,多台电机均可设置在变频方式下工作。

当变频器工作在50Hz,而出水管网压力仍低于设定压力下限时,PLC便自动将该泵切换到工频运行,同时自动低速启动第二台水泵,控制其变频运行,直到达到设定压力;当变频器工作在10Hz,管网压力仍处于设定压力的上限时,一方面PLC自动停掉工频运行电机;另一方面,将适当提升变频器工作频率,以保证压力的平稳调整。

恒压供水的基本控制要求如下:

(1)系统开始供水时,变频运行;

(2)3台水泵根据恒压的需要,采取“先开先停”的原则接人和退出;

(3)在保证供水压力的情况下,如果1台水泵连续运行时间超过3h,则要切换到下一台水泵,即系统具有“倒泵功能”,可避免某一台水泵过长时间工作;

(4)3台水泵工频启动时加软启动器起动,减小电流过大对其他用电设备的冲击;

(5)有完善的报警功能。

2.2 系统硬件设计

根据系统恒压供水和节能的要求,系统所需硬件主要有:三菱PLC FX2N-32MR-001、三菱FR-A540变频器、P30N-E22R压力变送器、CBM-2100型液位传感器、FX2N-4A/D A/D转换模块、FX2N-4D/A D/A转换模块、CJ20型交流接触器、选择开关、断路器等。据统计,系统共需6个数字量输入点、12个数字量输出点、一个模拟量输入点和一个模拟量输出点。三菱PLC FX2N-32MR-001共有16个输入点、16个输出点,需要扩展一个FX2N-4A/D模块、FX2N-4D/A模块,它们都是4通道的转换模块,便于以后系统扩展的需要。

变频器的选择主要考虑其带负载能力,即水泵电机的功率。系统选用了三菱FR-A540 7.5k W变频器,该变频器具有矢量控制、过流、过压、变频器热保护、电机热保护、失速、瞬时关断保护、外部故障、变频器过载保护等功能。来自PLC和FX2N-4D/A的控制信号控制变频器的频率及其复位操作,从而使电机的转速跟随压力给定,保证管网压力的恒定。

PLC的控制过程框图如图2所示。

2.2.1 系统主电路设计

系统的水泵电机主电路如图3所示。

3台电机分别为M1、M2、M3,接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的工频运行;接触器KM2、KM4、KM6分别控制M1、M2、M3的变频运行,FR1、FR2、FR3分别为3台水泵电机的过载保护用的热继电器;QSl、QS2、QS3、QS4别分别为变频器和3台水泵电机主回路电源引入开关,变频器采用三菱FR-A540变频器。

2.2.2 PLC及特殊功能模块的外部接线图

系统PLC、特殊功能模块、按钮、指示灯、交流接触器、蜂鸣报警器等控制电路外部接线图如图4所示。

图4中SB1-SB6是手动控制电动机(工频运行)的按钮,SA1是自动和手动的转换开关,SA2是消防恒压开关(备用),本系统研究中未考虑。

3 系统的软件设计

3.1 系统的I/O分配表

系统的I/O分配表如表1所示。

3.2 系统自动控制流程图

流程图如图5所示,详述了本系统的自动工作过程,其中主要侧重自动方面。首先,程序判别是手动还是自动;若是自动过程要判别系统中至少有一台泵在工作,若没有则会报警并且软启动一台增压泵。当有一台泵工作时候,系统就会检测管道中的压力值并且和设定的低低限值,高高限值相比较,若检测值高于高高限,或是低于低低限值,两者都会发生报警并且系统也会采取相应的措施。

若管道中的压力小于低低限值并且变频工作泵在50Hz,持续此种状态五分钟,然后寻找有没有处在等待运行的工频泵,若有,再寻找时间最短的并且将其转换到工频运行并且开始累积该工频泵的工作时间。若是没有等待运行的工频泵,则系统会将变频运行的增压泵切换到工频,并且累积该泵的工作时间。

若管道中的压力高于高高限值并且变频泵工作频率低于50Hz的候,系统也会持续此种状态5分钟。然后需找有没有正在运行的增压泵,若没有则需寻找时间最长的工频泵并且停掉此泵和累积时间。若系统中有正在运行的增压泵,则需要把先开并且转换到工频的泵停掉,其工作累积时间同时也应该停掉。

综上所述,图5表明程序一方面负责泵的启动控制,另一方面负责泵的停止控制,遵循先开先停的原则,以时间为标准进行切换。当管道中的压力大了,则需要考虑将该停的泵停下来,使管道中的压力不至于过大,以维持恒压供水。当管道中的压力小了,就要软启动该启动的泵,最终使管道中的压力达到恒定,通过闭环调节控制实现恒压。

3.3 系统自动控制程序设计

3.3.1 PLC内部编程元件分配

PLC梯形图程序中所用主要元件及其功能定义如表2所示。

3.3.2 PLC软件控制梯形图

恒压供水系统中,梯形图的设计采用模块化设计。具体设计思想是:首先系统将会启动主程序,判断是手动还是自动,然后再运行相关程序。通过手动转换开关设定压力值,然后判断频率上限否,进行变/工转换。同时还会判断频率下限,把工频时间最长的停掉。同时主程序中会判断变频泵的运行情况,进行对应的增加变频泵。并且此时还会将变频泵的工作时间累积,当其工作时间达到设定值的时候,则自动软启动下一台变频泵。最重要就是程序中分别都有1~3台泵变频和工频运行的控制逻辑,保证不同的泵,在不同的场合下会做出相对应的动作,而不会做出误动作。

其次,系统中对于水池的水位监测也是很精确的,通过检测,输出数字量直接输入给PLC,控制水池的水位。当变频器出现故障的时候,系统会自动发出报警信号,提示工作人员进行相关的维修。当然最后系统还有消铃的程序,至此主程序已设计完毕。

第三,就是中断程序,系统中使用中断程序,能够及时把需要处理的信号送到PLC内,进行调节,尽快输出一个调节信号。当然中断中主要也就是PID调节,从模数转换中读取信息及把调节信号写入数模转换模块中,及时迅速的将调节结果送入变频器,使变频器能够及时的调节泵的运转情况。

第四,初始化子程序,就是将程序中需要采样的时间、动作方向、积分时间及各种运行情况下频率的上下限值等等给定一些设定值(目标值),调试中需要对这些参数进行不断调试,以适合不同的实际情况的需要。

部分程序如图6所示。

4 系统的组态监控设计

系统的组态监控图如图7所示。

本监控图可以监控现场的运行情况,若系统运行中出现故障,可以及时的在电脑中显示报警,提醒人们尽快的解决,不至于造成过大的损失。并且本系统提供实时曲线和历史曲线,供研究者研究观察,及时发现问题所在并且能够找出解决的方案。再者,系统中提供了历史报表和实时报表,方便打印比较。

系统监控画面能够和现场达到同步运行,滞后的作用很小。当每台电动机启动时候,在电脑中都能够很清楚的看到,若系统运行不正常,则会发生报警。并且系统会做出相应的动作,不会使故障点扩大,尽量把故障控制在最小。

最重要的就是可以根据需要,可以在线对系统中的P、I、D进行修改,使系统能够正常运行,达到人们所期望的工作状态。系统运行过程中不管是PLC还是变频器等等一些硬件设备出现问题,自动控制监控画面都会发出相应的指示,能够提醒维修人员及时检修,使系统能够恢复正常运行。

监控技术近几年来发展很快,是运用很成熟的一种技术。此系统的利用能够方便的对现场情况进行监视与控制,很方便实用。监控系统编程简单,易于操作,且提供了一个人机对话的良好平台。

5 结束语

根据以上的软、硬件设计方案设计了一套功能强大的由3台水泵组成的恒压供水控制系统,并且将其应用于徐州某酒店供水系统,根据现场运行情况反馈,系统运行稳定、可靠、节能效果明显。该设计方法简单、扩展灵活,可适用于多种场合。该全自动变频恒压供水系统是一种非常经济、实用的恒压供水控制系统。

摘要：变频恒压供水系统在居民楼、大型酒店、洗浴中心等场所得到了广泛的应用,并取得了良好的运行效果和节能效果。本文介绍了一种基于PLC的变频恒压供水系统,能够根据管网压力自动调整泵的运行状态,实现压力无级连续调整,同时通过软件程序控制,水泵可以自动启停、自动控制运行频率,实现用水和供水的动态平衡,从而达到供水系统稳定和节能。

关键词：恒压供水,变频器,PLC控制,PID控制,节能

参考文献

[1]周志敏,周纪海,纪爱华.变频调速系统设计与维护[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2]张萍.变频器恒压供水的应用[J].应用能源技术,2003(4):34-35.

变频恒流量供水 篇10

交流变频调速技术近些年在国内外得到了广泛的应用,它具有体积小、重量轻、安装操作简单、数据可靠、性能稳定和节电明显等特点[1,2]。近年来,国内外各行业相继引进交流变频调速的各类产品,以满足生产现场的需求。在城市高楼发展的今天,以前的给水设备已经远远不能满足现代人民生活的需要,给水厂的自动化改造迫在眉睫。为了保证在供水量波动的时候水压恒定,采取变频恒压控制是现代供水控制系统的主要方式[3]。它利用传感器,PLC,变频器及水泵机组组成闭环控制系统,使管网压力保持恒定,代替了传统的水塔供水控制方案,具有自动化程度高、高效节能的优点,在小区供水和工厂供水控制中得到广泛应用,并取得了明显的经济效益。但是,传统的变频调速供水设备依然满足不了现代生活的需要,比如传统的变频供水设备的变频器跟PID调节器以及简易可编程控制器是分开的,现代的新一代变频供水系统设备将PID和可编程控制器内置于变频器中,形成了带有各种应用宏的新型变频器。

2 变频恒压供水系统的主要特点[4]

变频恒压供水系统主要有以下几个特点:

1)节能,可以实现节电20%~40%;

2)占地面积小,投入少,效率高;

3)配置灵活,功能齐全,自动化程度高;

4)运行合理,由于是软起和软停,不仅可以消除水锤效应,而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小,水泵的使用寿命大大提高,减少了维修量和维修费用;

5)由于变频恒压调速直接从水源供水,减少了原有供水方式的二次污染;

6)通过通信控制,可以实现无人值守,节省了人力物力。

3 工作原理

本文所采用的变频恒压供水系统采用一台变频器拖动三台大功率电动机,可在变频和工频两种方式下运行。为避免启动时的冲击电流,电机采用变频启动方式,从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。

首先确定一个压力值P,这个压力值为正常情况下保证相对泵站垂直距离最大的用户能正常用水的管网压力值。正常用水时调速系统带动1#泵(主泵)变速运行,此时管网压力如果大于P,变频器将自动减小泵的输出功率即转速减小进入节能运行并最终保证管网压强为P。当用户用水量增大而导致管网中水压值减小,变频器将自动增大输出功率,即泵转速提高补充水量以提高管内压力使其稳定在P。在这个过程中,当大泵运行频率升到50Hz(工频)压力还未达压力P,系统将延时1min左右(可自由设定其他时间值),然后调速装置将主泵切换到工频运行同时开始启动另一台水泵即2#泵(辅泵)在变频器变频调速下调速运行,频率不断上升直至管网水压达到P。通常情况下不会有启动两个水泵还没满足水压要求的现象存在。当用水量减小,管网水压提高,调速装置将2#泵转速降下来以保证恒压。当频率降到下限值(可自由设定)压力还高于P时,延时1min后则自动停掉2#泵(辅泵),并恢复对1#泵(主泵)的调速控制以继续保持恒压。如此循环。

该系统采用了三个泵,目的是为了在特殊情况下1#,2#泵有一个发生故障可以用第三台(3#泵)替代。考虑到绝大多数时间里泵是不会出现故障的,为了平均合理利用每一台水泵,该系统将1#,2#和3#泵按顺序依次轮换使用。使用时间可以自己设定。比如1#和2#泵分别作为主泵和辅泵使用一周,然后是2#和3#泵分别作为主泵和辅泵使用一周,最后是3#和1#泵的组合等等,依次轮换下去。这些功能的实现是通过PLC程序来实现的,程序的多样性决定了功能的多样性。

4 电路图

三泵变频恒压供水系统电气原理图和PLC回路电气原理图分别如图1和图2所示。

4.1 主回路

一般变频供水系统包括多台变频循环的水泵,为了便于运行及维修管理,水泵的型号应该保持一致。水泵的台数的确定应根据具体情况和实际水段的用水量确定。本供水系统用水量为0%、40%、80%、100%四个时段,因而采用三台水泵,采用变频循环的形式。每台水泵的流量按最大用水量的50%选用,即使一台出现问题,另两台也可以满足最大供水需求。

图1中的控制电源可以实现供水系统的手动控制和PLC智能控制的切换。当系统处于手动运行时,PLC只接收各电路保护信号,并由此判断各工作水泵的运行状态,在出现故障的情况下,输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过控制面板上的按钮和开关来实现。当自动运行模块运行时,系统处于PLC智能控制状态。自动模块包括系统的初始化、开机命令的监测、数据采集子程序、控制量运行子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。

4.2 PLC回路

由图2 PLC回路电气原理图可知该PLC系统主要由PLC、变频器、频率和压力显示器、报警器等构成。另外还有PID调节器、TC时间控制器等。用户通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。

通过安装在出水管网上的压力传感器,把出口压力信号变成4~20m A的标准信号送人PID调节器,经运算与给定压力参数进行比较,得出的调解参数送给变频器,由变频器控制水泵的转速,从而调节系统供水量。当用水量超过一台泵的供水量时,通过PLC控制器加泵。

当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时,系统能发出报警信号;特别是当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压时系统会自动停机并报警。此外,变频器故障时,系统会自动停机,此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。

5 设备选型

变频恒压供水系统主要是由变频控制柜、压力传感器、水泵等组成。变频控制柜由断电器、变频器、接触器、中间继电器、PLC等组成。以下分别对变频器和PLC的具体选择做些介绍。

5.1 变频器的选用

根据工艺要求以及方便调试等要求,选用ABB ACS800系列变频器。ACS800系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制(DTC)技术,结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。它具有很宽的功率范围、优良的速度控制和转矩控制,完整的保护功能、灵活的编程能力以及较高的可靠性和较小的体积等。ACS800系列传动产品最大的优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术,例如启动向导、自定义编程、DTC控制、通用备件、通用的接口技术,以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。

ABB变频器独特的直接转矩控制(DTC)功能是目前最佳的电机控制方式,它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制,无需速度反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。ACS800变频器是ACS600的升级版,内置五个标准宏程序和两个用户宏程序,只需选择需要的应用宏启动,做出修改并且将结果存储到用户宏程序中。这些预设的应用宏配置大大节约了调试时间,减少了出错的几率。

5.2 PLC的选用

根据系统设计人员的使用习惯以及工作的具体情况的不同,PLC大体上可分为两种——欧系PLC和日系PLC。本系统选择的是日系PLC——CPM1A-20CDR-A-V1。CPM1A系列PLC是经过日本工业标准JIS进行过严格考核的,能够适应较恶劣的工业生产环境。与所有小型机一样,CPM1A系列PLC采用整体式结构,内部由基本单元、电源、系统程序区、用户程序区、输入/输出接口、I/O扩展单元、编程器接口及其它外部设备组成。

6 结束语

该系统逻辑控制采用PLC控制变频器实现调速恒压供水,使用方便、工作可靠、系统压力恒定,具有较好的控制效果。该系统采用变频器调节水泵转速,使系统实现了高效节能,节能效率可达40%左右,同时由于采用变频器对电机实行软启动,减少了设备损耗,延长了水泵、电机设备的使用寿命[5,6]。系统采用闭环控制,参数超调波动范围小,偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动调节,控制精度高,能保证生产工艺稳定,而且由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能,提高了水泵运行的可靠性。综上所述,采用PLC和变频器为核心部件构成的变频恒压供水系统,具有很强的实用性,为供水领域的技术革新,开辟了切实有效的途径。

摘要：本文探讨了PLC控制的变频调速恒压供水系统,该系统由PLC进行逻辑控制,由变频器进行压力调节。变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件,经变频器内置PID进行运算,通过PLC控制变频与工频切换,实现闭环自动调节恒压变量供水。运行结果表明该系统具有压力稳定,结构简单,工作可靠等特点。

关键词：变频器,供水系统,PID,PLC

参考文献

[1]莫慧芳.PLC在变频恒压供水系统的应用[J].变频器世界,2007(5):80-82.

[2]吴杰峰.变频调速技术在船舶中的应用[J].中国水运(学术版),2006,6(7):52-54.

[3]于长秋.变频器在恒压供水系统中的应用——二次供水系统的改造[J].科技咨询导报,2007(17):72-73.

[4]罗贵隆.变频技术在恒压供水系统中的应用[J].建材技术与应用,2007(2):23-24.

[5]刘良.变频供水系统的节能分析[J].矿山机械,2007,35(3):91-93.