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河南變頻器水泵控制柜

時間：2021-08-17 18:23:55 來源：點擊：次

河南變頻器水泵控制柜

日常的生活用水量隨季節(jié)

、晝夜

、上下班的時間不同而有較大變化，因而經(jīng)常出現(xiàn)供水用水的不平衡

，主要表現(xiàn)在水壓上

，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高

。某公司住宅區(qū)由于自來水管網(wǎng)的水壓較低

，自來水通常不能到達住宅的較高樓層。要用水泵再次將水送至樓頂?shù)母呶凰?div id="m50uktp" class="box-center"> ，再供應給用戶

。但是，這種二次供水方式不可避免造成污染

，影響居民的身體健康

。為保證小區(qū)的供水正常，我們利用PLC

，配以不同功能的傳感器

，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速

，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍

。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置

。另外水泵耗電功率與電機轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系

，所以水泵調(diào)速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40％

。結(jié)合使用可編程控制器

，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，電機軟啟動

，具有短路保護

、過流保護功能，工作穩(wěn)定可靠

，大大延長了設備的使用壽命

。
1　系統(tǒng)設計

(1)原理
　　系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式

，壓力傳感器將主水管網(wǎng)水壓變換為電信號，經(jīng)模擬量輸入模塊

，輸入PLC

，PLC根據(jù)給定的壓力設定值與實際檢測值進行PID運算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器

，調(diào)節(jié)水泵電機的供電電壓和頻率

。當用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行

，當用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時

，PLC給定的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入到工頻運行

，以保持壓力的連續(xù)性

，同時將下一臺備用泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定

。若2臺泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行

，再將一臺備用泵投入變頻運行

。當用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效

，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)

，PLC首先將最先工頻運行的泵停掉，以減少供水量

。當上述2個信號仍存在時

，PLC再停掉第2臺工頻運行的電機，直到最后一臺泵用變頻器恒壓供水

。
　　所有水泵電機從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制

，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動大電流給水泵電機帶來沖擊

，相對延長了電機的使用壽命

。同時，系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式

，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵

，工作泵與備用泵不固定死，這樣

，既保證供水系統(tǒng)有備用泵

，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象

，提高了設備的綜合利用率

，降低了維護費用

。
(2)系統(tǒng)硬件

　　系統(tǒng)選用了西門子公司的S7-214PLC，輔以輸入/輸出擴展模塊組成

，主要檢測元件有光電開關(guān)

、壓力檢測開關(guān)，共計12個輸入信號

。執(zhí)行部件有電機

、變頻調(diào)速器、聲光報警器等

，共3個輸出點

。PLC主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換

、存儲

、報警、控制變頻器完成壓力調(diào)節(jié)等功能

。3臺水泵由變頻器直接驅(qū)動

，進行恒壓控制，變頻器的起動

、停止分為手動和PLC控制

。控制面板上設有一個手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)

，PLC對該開關(guān)的狀態(tài)實時檢測

，當選擇手動功能時，PLC只進行檢測報警

，由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)進行水泵的起

、停和切換。當選擇自動功能時

，所有控制

、報警均由PLC完成?div id="m50uktp" class="box-center"> ？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖1所示

。
2　系統(tǒng)軟件
　　為方便調(diào)試和編程

，系統(tǒng)控制器采用模塊化編程，主要由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警模塊組成

。
(1)手動運行模塊
　　當系統(tǒng)處于手動運行時

，PLC只接收各電路保護信號和各傳感器信號

，并由此判斷各工作水泵的運行狀態(tài)

，在出現(xiàn)故障的情況下，輸出報警信號。水泵的起

、停和切換由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)來實現(xiàn)

。
(2)自動運行模塊
　　自動運行模塊包括系統(tǒng)的初始化、開機命令的檢測

、數(shù)據(jù)采集子程序

、控制量運算子程序、置初值子程序

、電機控制子程序等

。模塊流程圖如圖2所示。其中：數(shù)據(jù)采集子程序完成對主水管壓力的數(shù)據(jù)采集

。

　　控制量運算子程序完成變頻器控制量的計算和控制量的輸出

，其中控制量的計算按PID控制規(guī)律進行。
　　電機控制子程序完成對3臺水泵的運行和停止控制

。由于變頻器的輸出頻率與水泵的運轉(zhuǎn)速度直接相關(guān)

，用水量大時，變頻器輸出頻率升高

，水泵的運轉(zhuǎn)速度大

；用水量小時，頻率降低

，水泵的運轉(zhuǎn)速度小

。因此程序根據(jù)變頻器的輸出頻率的大小就可以判斷和控制水泵的工作狀態(tài)。當頻率上升到50 Hz(即水泵全速運轉(zhuǎn)時)仍不能滿足供水需要時

，則PLC自動將第一臺泵切換到工頻運行；第2臺泵由變頻器供電投入運行

，如果第2臺泵電機達到滿轉(zhuǎn)速時仍不能滿足供水要求

，則PLC自動將第2臺泵切換到工頻運行，第3臺泵由變頻器供電投入運行

，依此規(guī)律逐個投入運行

；當2臺泵都處于工頻全速運行方式，第3臺泵處于變頻運行工作方式時

，如果此時用水量減小

，變頻器輸出頻率下降，當頻率到達一定的下限Fmin時

，供水量仍大于用水量

，則系統(tǒng)自動將第三臺泵停止運行。同樣

，第三臺泵停機后

，如果此時供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動將第二臺泵停止運行，依此類推

。
(3)故障診斷和報警輸出模塊

變頻器具有短路

、過載等保護功能，當變頻器所驅(qū)動的水泵電機發(fā)生短路

、過載等故障時

，變頻器將自動切斷一次供電回路，進入保護狀態(tài)并輸出報警信號

。系統(tǒng)把各故障點相應的接觸器

、斷路器等元件的輔助觸點接到PLC，PLC掃描輸入這些觸點的狀態(tài)

，并通過PLC程序?qū)⑦@些狀態(tài)存放在數(shù)據(jù)存儲區(qū)

，再結(jié)合控制程序和設備預置狀態(tài)進行邏輯分析，判斷設備或元件是否出了故障

，如果發(fā)生故障

，則切斷該泵的接觸器，然后對變頻器復位

，再將備用水泵的接觸器接通

，啟動變頻器運行備用泵，同時輸出該泵故障報警信號

。如電機故障指示燈亮等

。各I/O點對應的故障信息如表1所示，報警回路梯形圖如圖4所示

。
3　結(jié)語
　　變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能

、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點

。采用PLC作為控制器

，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低

，系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速

，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求

。另外

，S7-214PLC基本單元提供一個RS-485接口，可以與樓宇監(jiān)控中心進行通訊

，實現(xiàn)無人遠程控制

。系統(tǒng)經(jīng)過一年試行檢驗，性能穩(wěn)定

，運行可靠

，節(jié)能效果顯著。

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