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PLC在無負壓變頻調速供水設備中的應用愈來愈廣

2022-2-8 9:59:05??????點擊:

    無負壓變頻調速供水設備采用PLC作為控制中心,完成PID閉環運算、多泵上下行切換、顯示、故障診斷等功能,由變頻器調速方式自動調節水泵電機轉速,達到恒壓供水的目的。

一、前言

    隨著控制技術的發展與完善,變頻器及PLC在無負壓變頻調速供水設備中的應用愈來愈廣,PLC與變頻器的可靠性與靈活性得到了用戶的認可。同時傳統的水塔供水方式暴露了很多缺點:水的二次污染,用水高低峰的不平衡,管道閥門易損壞,維修保養費用過高等等。在此條件下各種恒壓供水方式應運而生,其中由變頻器、PLC控制的方式尤為普遍,這種方式的特點:系統穩定,功能強大,變頻器用于供水更加節能,所以廣泛應用在多層住宅小區生活供水系統中,現在好多場合也有應用,比如中央空調系統、供水加壓站、集中供熱等,這種方式經受了時間的考驗,已有很多的應用實例。本文介紹的無負壓變頻調速供水設備在小區已從98年運行至今,系統穩定,性能可靠,得到了用戶的肯定和好評。


二、無負壓變頻調速供水設備組成:

無負壓變頻調速供水設備概述:

    該無負壓變頻調速供水設備由四臺大泵(22KW)與一臺小泵(5.5KW)組成;PLC部分由西門子可編程控制器S7-200系列的CPU226,文本顯示器TD200組成;變頻器采用三菱FR-A540系列,功率22KW。

    用戶所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運行方式等參數在TD200文本顯示器上設定,壓力傳感器把用戶管網壓力轉換為0-10V標準信號送進PLC模擬量模塊EM235,PLC通過采樣程序及PID閉環程序與用戶設定壓力構成閉環,運算后轉換為PLC模擬量輸出信號送給變頻器,調節水泵電機轉速,達到恒壓供水的目的。

    該無負壓變頻調速供水設備系統有各個泵的運行時間累計功能,通過PLC的數據區保持可以斷電記憶。每次起動時先起動1#小泵,當用水量超過一臺泵的供水能力時,PLC通過程序實現泵的延時上行切換,切換原則為當前未運行的大泵累計運行時間最少的先投入;當壓力超過時,PLC通過程序實現泵的延時下行切換,切換原則為當前正在運行的大泵運行時間最多的先撤出。直到滿足設定壓力為止。追求的最終目標為壓力恒定。

    當供水負載變化時,變頻器的輸出電壓與頻率變化自動調節泵的電機轉速,實現恒壓供水。

    無負壓變頻調速供水設備系統還可通過PLC的實時時鐘自動定時供水,用戶在TD200上設定每天最多6段(段數也可設定)定時供水,比如早上6:00到8:30,中午11:20到1:30等。

    無負壓變頻調速供水設備系統可動態顯示各種參數,如設定壓力,運行壓力,水位高度,運行方式,實時時間,日歷,各個泵的運行時間累計(精確到秒),運行狀態,故障信息等等。為了不使系統中TD200畫面顯得死板,在PLC程序中控制TD200中的畫面定時切換,動態顯示;

    無負壓變頻調速供水設備系統還有故障自診斷功能,各泵發生過載、缺相、短路、傳感器斷線、傳感器短路、水位下限、水壓超高、水壓超低、變頻器故障等,都會有聲光報警,TD200上同時顯示故障類型,通知設備維修人員處理,并可記憶故障發生時間及班次,以便追查原因及相關責任。


3、無負壓變頻調速供水設備工作原理:

3.1 自動手動方式

    (1)手動運行時,可按下按鈕起動停止水泵在工頻狀態下運行,完全脫離開PLC及變頻器的控制,該功能主要用在檢修及自動系統出現故障時的應急供水方式中。

    (2)自動運行時,全部泵的運行依程序自動工作。

    上行過程:當在自動運行方式時,按下TD200上的起動軟健,系統先起動1#小泵,PLC程序控制模擬量模塊EM235給定變頻器一固定頻率輸出,此時若用 PID運算輸出直接控制變頻器則(設定壓力大,運行壓力為零,所以運算輸出最大)變頻器依設定的上升時間運行,升速太快,系統沖擊很大。等泵運行一會兒,管網壓力積累后,再用PID運算輸出控制變頻器。具體時間和頻率與管網系統有關,在現場調試時這兩個參數在TD200上設定調整。管網越大,時間越長。

    當 1#小泵到達50HZ后,系統壓力仍偏低,則延時一段時間后,系統靠PLC程序把1#泵切換到工頻運行,同時由PLC輸出一個開關量給變頻器的MRS端子,變頻器瞬間禁止輸出,此時PLC把運行時間最少的泵變頻接觸器接通后,撤掉禁止輸出,相應的泵變頻起動運行;延時切斷1#小泵,系統中相應的一臺大泵變頻運行,壓力自動調節,若系統壓力平衡,則頻率穩定在一個相對的范圍,若頻率到達50HZ后壓力仍然偏低,則再投入一臺大泵,比較剩下的泵的累計運行時間,時間少的先行投入,以此類推。注意,上行中,只要有一臺大泵運行,則1#小泵要斷開,大泵與小泵同時運行時,小泵的效率很低。

    下行過程:當系統壓力偏高,變頻器運行在18HZ左右(18HZ以下泵的效率很低,經驗值)時,PLC程序判斷運行在工頻狀態的泵累計運行時間(若只有一臺泵不作判斷),運行時間最多的泵延時先行撤出,在撤出的瞬間,PLC控制變頻器運行頻率在50HZ,要不系統沖擊過大,容易有水垂現象,延時一會兒后,再把 PID運算輸出投入即可;以此類推。注意:下行過程中,到最后一臺大泵運行時,頻率在18HZ左右,系統壓力仍然偏高時,則把1#小泵切換到變頻運行。這種情況在夜間可能發生,當供水管網很大時,也許沒有這個可能性。


三、無負壓變頻調速供水設備注意事項:

    1、該系統中有泵的工頻變頻上行切換,為了系統的快速響應,切換時間最好越短越好,切換時時間差很小,所以各個泵的變頻接觸器與工頻接觸器最好用可逆接觸器,電氣線路與PLC程序中也要有互鎖功能。以免發生意外短路事故。對系統或變頻器造成危害。

    2、變頻器上行下行切換時間設定,如果設定值過大,則系統不能迅速對管網的用水量做出反應;如果設定值過小,則可能引起系統頻繁的投入泵,撤出泵的動作;為此,PLC程序中增加判斷設定壓力與運行壓力在臨界切換狀態時,只要不超過允許的誤差范圍內,不做泵的切換。

    3、變頻器在上行切換時,必須要有瞬間禁止輸出功能,變頻器沒有此功能可用自由停車功能;所以選擇變頻器時要注意這點。




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