PLC控制变频器在恒压供水中的应用

　　摘要：本文讨论了PLC在自动化恒压供水中的一些应用。该系统采用PLC作为控制中心，完成PID闭环运算、多泵上下行切换、显示、故障诊断等功能，由变频器调速方式自动调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。
　　关键词：PLC；变频器；恒压供水；自动化
　　一、前言
　　随着控制技术的发展与完善，变频器及PLC在各个行业的应用越来越广，PLC与变频器的可靠性与灵活性得到了用户的认可。同时传统的水塔供水方式暴露了很多缺点：水的二次污染，用水高低峰的不平衡，管道阀门易损坏，维修保养费用过高等等。在此条件下各种恒压供水方式应运而生，其中由变频器、PLC控制的方式尤为普遍，这种方式的特点：系统稳定，功能强大，变频器用于供水更加节能，所以广泛应用在多层住宅小区生活消防供水系统中，现在好多场合也有应用，这种方式经受了时间的考验，已有很多的应用实例。本文介绍的系统在牡丹江市自来水公司二次加压泵站从2000年运行至今，系统稳定，性能可靠，得到了用户的肯定和好评。
　　二、系统组成
　　1.系统概述。
　　该系统由两台大泵（22KW）与三台小泵（11KW）组成；期中两台大泵为变频器控制，两用一备，小泵为工频泵。PLC部分由西门子可编程控制器S7-200系列的CPU226，文本显示器TD200组成；变频器采用FR-A540系列，功率22KW。
　　用户所需的生活用水压力、消防用水压力、运行方式等参数在TD200文本显示器上设定，压力传感器把用户管网压力转换为4-20mA标准信号送进PLC模拟量模块EM235，PLC通过采样程序及PID闭环程序与用户设定压力构成闭环，运算后转换为PLC模拟量输出信号送给变频器，调节水泵电机转速，达到恒压供水的目的。
　　系统控制分手动控制和自动控制两种方式。该系统有各个泵的运行时间累计功能，通过PLC的数据区保持可以断电记忆。每次起动时先起动变频泵，当用水量超过一台泵的供水能力时，PLC通过程序实现泵的延时上行切换，切换原则为当前未运行的小泵累计运行时间最少的先投入；直到满足设定压力为止。追求的最终目标为压力恒定。当供水负载变化时，变频器的输出电压与频率变化自动调节泵的电机转速，实现恒压供水。系统还可通过PLC的实时时钟自动完成分时分压供水及定时供水，用户在TD200上设定每天不同时间段的供水压力，以及定时供水时间。
　　系统可动态显示各种参数，各个泵的运行时间累计（精确到秒），运行状态，故障信息等等。系统还有故障自诊断功能，各泵发生过载、缺相、短路、传感器断线、传感器短路、水位下限、水压超高、水压超低、变频器故障等，都会有声光报警，TD200上同时显示故障类型，通知设备维修人员处理，并可记忆故障发生时间及班次，以便追查原因及相关责任。
　　2、工作原理：自动手动方式
　　（1）手动运行时，可按下按钮起动停止水泵在工频状态下运行，完全脱离开PLC及变频器的控制，该功能主要用在检修及自动系统出现故障时的应急供水方式中。
　　（2）自动运行时，全部泵的运行依程序自动工作。
　　上行过程：当在自动运行方式时，按下TD200上的起动软健，系统先起动1#变频泵，PLC程序控制模拟量模块EM235给定变频器一固定频率输出，此时若用PID运算输出直接控制变频器则（设定压力大，运行压力为零，所以运算输出最大）变频器依设定的上升时间运行，升速太快，系统冲击很大。等泵运行一会儿，管网压力积累后，再用PID运算输出控制变频器。具体时间和频率与管网系统有关，在现场调试时这两个参数在TD200上设定调整。管网越大，时间越长。
　　系统中相应的一台大泵变频运行，压力自动调节，若系统压力平衡，则频率稳定在一个相对的范围，若频泵到达50HZ后，系统压力仍偏低，则延时一段时间后，系统靠PLC程序启动一台工频泵，如果压力仍偏低，自动再启动另一台工频泵。注意，上行中，只要有一台大泵运行，两台大泵是互锁的。
　　下行过程：当系统压力偏高，变频器运行在18HZ左右（18HZ以下泵的效率很低，经验值）时，PLC程序判断运行在工频状态的泵累计运行时间（若只有一台泵不作判断），运行时间最多的泵延时先行撤出，在撤出的瞬间，PLC控制变频器运行频率在50HZ，要不系统冲击过大，容易有水垂现象，延时一会儿后，再把PID运算输出投入即可；这种情况在夜间可能发生，当供水管网很大时，也许没有这个可能性。
　　三、恒压供水系统特点
　　1、节电：优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行。
　　2、节水：根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象。
　　3、运行可靠：由变频器实现泵的软起动，使水泵启动平稳，防止管网冲击、避免管网压力超限，管道破裂。
　　4、联网功能：采用全中文工控组态软件，实时监控各个站点。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。
　　5、控制灵活：分段供水，定时供水，手动选择工作方式。
　　6、自我保护功能完善：如某台泵出现故障，主动向上位机发出报警信息，同时启动备用泵，以维持供水平衡。万一自控系统出现故障，用户可以直接操作手动系统，以保护供水。
　　四、注意事项
　　1、该系统中变频泵是互为备用的，电气线路与PLC程序中也要有互锁功能。以免发生意外短路事故。对系统或变频器造成危害。
　　2、工频泵的启停设定，如果设定值过大，则系统不能迅速对管网的用水量做出反应；如果设定值过小，则可能引起系统频繁的投入泵，撤出泵的动作；为此，PLC程序中增加判断设定压力与运行压力在临界切换状态时，只要不超过允许的误差范围内，不做泵的切换。
　　3、由于该系统是全自动控制，防止压力检测装置出现故障，要有出口压力过高机械保护装置。

《PLC控制变频器在恒压供水中的应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： PLC控制变频器在恒压供水中的应用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-9259