PLC控制的恒壓變頻供水系統

摘要：
　　本文介紹了我們生活小區供水系統的要求，講述了現供水系統存在的問題，為了解決存在的問題，提高供水系統的安全性和穩定性，采用PLC與變頻器構成恒壓變頻供水系統來進行改造，改造后的系統完全可以達到各用戶用水的要求。
　　
　　關鍵詞：
　　恒壓供水 PLC 變頻器傳感器
　　
　　一、引言：
　　生活小區有近千用戶，現在的供水系統，在用水量大的時間段，出現嚴重的供水不足，水壓下降，嚴重影響住戶的生活質量?，F供水系統采用水泵定速控制，通過改變閥門的大小的方法調節流量和壓力，以達水壓恒定。這種方式在運行中存在以下問題。
　　1.人工操作存在調節滯后，整個系統穩定性差，自動化程度低，使得溢水管經常排水造成資源浪費；
　　2.水泵定速運行，不僅造成電能的浪費，而且由于泵長期高速運行，易使軸承損壞，影響泵的使用壽命，且備用水泵出現過銹死的現象；
　　3.每年夏天用水高峰時段水壓不能得到保證，當出現了突發性電網故障時，由于水量不足給住戶生活造成不便；
　　為了提供恒壓供水，因而對生活小區供水系統進行改造就顯得非常重要。
　　
　　二、系統要求：
　　1.原供水系統
　　原供水系統采用兩臺（一臺備用）７.５KW電機控制水塔水位，通過改變閥門的大小的方法調節流量和壓力，以達到調節水壓供水，系統中電機采用硬啟動，且供水中只有一種壓力。
　　2.改造后供水系統要求
　　(1)供水管網壓力按時間自動變化如圖一曲線所示。
　　

　　(2)水泵工作時可由變頻運行轉換為工頻運行，也可由工頻運行轉換為變頻運行，工頻運行與變頻運行之間有連鎖控制。
　　(3)當電機由變頻運行切換至工頻電網運行和由工頻電網切換到變頻器電動運行時，必須有一定的延時，進行速度穩定后接觸器才自動合閘，以防止操作過電壓和電機高速產生的感應電勢損壞電力電子器件。
　　(4)具有自動、穩定、節能、經濟等。
　　
　　三、改造方案確定及系統的構成
　　1.改造方案
　　(1)根據系統節能、經濟的要求選用三臺10KW電機控制三臺水泵進行供水。其中一臺備用，當用水高峰時兩臺水泵運行以滿足水壓要求，用水低峰時一臺水泵運行，實現節能目的。
　　(2)選用PLC、變頻器、壓力傳感器、時控開關作為控制單元，實現出水管網壓力的自動化控制，水泵之間的自動切換和閥門的自動開關等，大幅度提高設備的自動化水平和可靠度。
　　2.系統構成
　　變頻器是調速核心設備，其主要作用是通過改變輸出電源頻率而對電機，水泵實現無級調速，達到隨用水量變化而自動調節電機、水泵轉速，使管網保持恒壓的目的。另外，系統通過軟硬件實現過壓過流過熱等較齊全的保護功能，以及對電機實施熱啟動，每臺水泵均具有變頻，手動等操作功能。從而，根據用水所需的壓力來調節電機速度控制壓力，達到節能的目的。
　　

　　
　　四、系統改造
　　1.元件選型
　　(1)時控開關選用LT311A型時控開關。它為單片機可編程時間控制器，具有24個可預置的時間程序，按順序設置可組成12對定時開關。其中1～8程序組成4對定時開關為第一路輸出，9～16程序組成4對定時開關為第二路輸出，17～24程序組成4對定時開關為第三路輸出，若將三路輸出合并為一路使用，可實現每天12次開12次關的定時控制。其使用接線如圖三所示。
　　

　　(2)壓力傳感器選用PS4型壓力傳感器，該傳感器具有開關量與模擬量輸出功能，傳感器的測量范圍為0.3~0.8Mpa，外形引腳如圖四所示。其開關量輸出可通過壓力預置，當檢測到的壓力達到預置壓力時開關閉合。

　　(3) PLC選型：根據系統輸入輸出點數選擇。時控開關有三個時控輸出信號，再加上啟動、停止，手動控制三臺電機及六個電磁閥等共計有22個輸入點，22個輸出點；另整個系統對PLC沒有特殊功能指令要求，因此可選擇經濟小型的FXON-60MR型PLC。
　　(4)根據電機的功率選擇變頻器：電機功率為10KW，可選擇日本三菱公司的FR-A540-10KW變頻器，其變頻器本身具有制動功能，可不用外接制動元件。
　　2.全系統控制
　　(1)時間壓力匹配控制
　　①時控開關時間設定：0:00~5:00,11:00~14:00,21:00~24:00為1~6組時間程序，由第一路輸出；5:00~8:00,14:00~17:00為8~11組時間程序，由第二路輸出；8:00~11:00,17:00~21:00為17~20組時間程序由第三路輸出。然后接于PLC輸入端的X10、X11、X12端子。
　　②壓力設置分別為0.38MPa、0.5MPa、0.47MPa、0.52MPa、0.48MPa、0.53MPa、0.42MPa，其實現可通過PLC輸出的開關量信號來控制變頻器2端子輸入電壓大小以達到實現的目的。其電氣接線圖如圖五所示。
　　

　?、圩冾l器在某一時段給定壓力后，與壓力傳感器檢測到的壓力信號反饋到變頻器的4端子進行比較，可隨時調整變頻器輸出頻率，以達到實際壓力與給定壓力相等，從而實現了變頻器的PID控制。
　　(2)變頻運行與工頻運行的轉切換
　　當電機的變頻供電頻率上升到工頻運行時，則PLC控制繼電器斷開變頻器的供電，直接由電網進行供電，當供水管壓力還達不到要求時，第二臺電機變頻啟動運行。根據現場實測情況有如下特點：當壓力達到0.5Mpa時變頻器輸出頻率為工頻，此時要求將變頻運行切換成電網供電運行。其實現是將壓力傳感器設定值為50Hz，通過傳感器開關量的輸出來控制PLC，實現電機變頻與電網運行的切換。PLC控制變頻及電機運行的情況如下表:
　　(3)PLC輸入、輸出分配表
　　

　　(4)PLC梯形圖如圖七所示。
　　(5)變頻器程序設置如下：
　　Pr79=2；(操作模式選擇外部操作模式)
　　Pr128=20；(PID控制動作選擇負反饋)
　　Pr129=300%；(PID比例范圍)
　　Pr130=180s；(PID積分時間)
　　Pr134=3s；(PID微分時間)
　　Pr1=10Hz；(下限頻率)
　　Pr2=50Hz；(上限頻率)
　　Pr904=0mA;0Hz；(傳感器輸出校正)
　　Pr905=16mA;50Hz；(傳感器輸出校正)
　　
　　五、結束語：
　　采用該PLC控制的恒壓變頻供水系統肯定能保證小區用戶的用水，同時很大程度上降低了維修的勞動強度和延長了設備的使用壽命，實現了真正的自動控制，不僅可解決了現供水系統存在的問題，而且節能效果顯著。因此，從節能和改善用戶的生活條件上有著重大的價值。