變頻恒壓供水控制方案

1、引言
　　變頻調(diào)速技術(shù)是近十幾年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的比以往任何調(diào)速方法更加優(yōu)越的新技術(shù)，因其具有節(jié)能效果明顯、調(diào)速曲線(xiàn)平滑、調(diào)速過(guò)程簡(jiǎn)單、安全可靠、保護(hù)功能齊全、起動(dòng)性能優(yōu)越、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)而受到越來(lái)越多的企業(yè)的青睞，被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)控制過(guò)程中的任何場(chǎng)合，顯著的節(jié)能效果給眾多的企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。特別是近幾年來(lái)隨著IGBT功率元件和DSP微處理系統(tǒng)在變頻器中的應(yīng)用，變頻器本身已非常成熟，使得變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性更加突出，傳動(dòng)效率越來(lái)越高，使用越來(lái)越方便，可靠性也得到了進(jìn)一步的提高。
　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)控制的要求也各不相同?？删幊炭刂破?PLC)由于具有以下特點(diǎn)而深受工廠(chǎng)工程技術(shù)人員的歡迎。
(1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
　　其平均無(wú)故障時(shí)間大大超過(guò)IEC規(guī)定的10萬(wàn)小時(shí)，同時(shí)，有些PLC還采用了冗余設(shè)計(jì)和差異設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高了其可靠性。
(2) 適應(yīng)性強(qiáng)，應(yīng)用靈活
　　多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便。
(3) 編程方便，易于使用
　　梯形圖語(yǔ)言和順控流程圖語(yǔ)言(Sequential Function Chart)使編程簡(jiǎn)單方便。
(4) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便
　　設(shè)計(jì)人員只要有PLC就可進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并可在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬調(diào)試。
(5) 維修方便，工作量小
　　PLC有完善的自診斷、歷史資料存儲(chǔ)及監(jiān)視功能，工作人員可以方便的查出故障原因，迅速處理。
(6) 功能完善
　　除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能塊，還可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能，既方便工廠(chǎng)管理又可與上位機(jī)通信，通過(guò)遠(yuǎn)程模塊還可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。
由于具有以上特點(diǎn)，使得PLC的應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說(shuō)只要有工廠(chǎng)、有控制要求，就會(huì)有PLC的應(yīng)用。
2、系統(tǒng)構(gòu)成及控制方案
　　整個(gè)恒壓供水系統(tǒng)有兩臺(tái)變頻泵為一用一備。一臺(tái)變頻器拖四臺(tái)水泵組成；系統(tǒng)以PLC為控制核心，由PLC采集壓力信號(hào)和輸出控制變頻泵的運(yùn)行.
　　PLC選用的是三菱公司FX2N-32MR，變頻器選用的是臺(tái)灣普傳PI-8100F型變頻器。系統(tǒng)由量程為0~1.0Mpa的壓力變送器檢測(cè)水泵后的輸水管道的壓力，壓力變送器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號(hào)，送到PLC的模擬量輸入模板，通過(guò)PLC的PID運(yùn)算，由模擬量輸出模板輸出4~20mA的電流控制變頻泵的運(yùn)行。
3、系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式:
手動(dòng)運(yùn)行方式
　　選擇手動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，根據(jù)需要，通過(guò)按啟動(dòng)和停止按鈕，來(lái)控制各水泵。這種方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。
4、自動(dòng)運(yùn)行方式
(1) 啟動(dòng)程序
　　在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)4泵是否有泵出現(xiàn)故障，如果1＃泵出現(xiàn)故障，則通過(guò)觸摸屏在線(xiàn)修改該水泵的狀態(tài)，把1＃泵設(shè)為故障狀態(tài)，則系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)不啟動(dòng)1＃泵。1＃泵無(wú)故障，如果滿(mǎn)足要求，則1＃泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)和變頻器連通，同時(shí)打開(kāi)1＃泵的電磁閥，通過(guò)檢測(cè)壓力的大小，PLC經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，此時(shí)變頻器的輸出頻率從0Hz開(kāi)始上升，如果壓力不夠，則上升到50Hz，延時(shí)后，將1＃泵切換到工頻，再啟動(dòng)2＃泵，依次類(lèi)推，直到出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力。
(2) 水泵切換程序
　　根據(jù)流量傳感器檢測(cè)到的流量的大小，如果出水量減少，出水壓力過(guò)大，則PLC控制變頻器的輸出頻率，減少出水量來(lái)穩(wěn)定出水壓力。如果變頻器的輸出頻率在20Hz，此時(shí)PLC開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果出水壓力降低，則放棄計(jì)時(shí);如果出水壓力一直高于設(shè)定壓力，到一定時(shí)間后，則根據(jù)先投先停的原則，PLC將先關(guān)閉正在運(yùn)行的投入時(shí)間最長(zhǎng)的泵的電磁閥，再關(guān)閉該泵，直到出水壓力達(dá)到設(shè)定值。
　　為了防止運(yùn)行時(shí)由于壓力變送器不可預(yù)見(jiàn)的故障造成PLC的PID運(yùn)算調(diào)節(jié)失實(shí)，從而造成管網(wǎng)壓力失恒引發(fā)失壓或爆管的嚴(yán)重事故。我們?cè)谧冾l泵后輸水管上安裝壓力變送器，可以同時(shí)測(cè)到出輸水管線(xiàn)上的壓力；在PLC程序上對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行了相應(yīng)的處理，在程序中設(shè)置選擇軟開(kāi)關(guān)，操作員可以在觸摸屏上將其中一臺(tái)壓力變送器的值設(shè)定為“控制反饋值”，另一臺(tái)壓力變送器的值則設(shè)為“參考反饋值”：變頻恒壓供水系統(tǒng)控制圖形界面工作站；對(duì)1#壓力和2#壓力值進(jìn)行比較，相差0.1Mpa時(shí)，判斷為，其中一只壓力變送器出現(xiàn)故障，變頻器控制轉(zhuǎn)換為直接手動(dòng)調(diào)頻控制。壓力變送器正常工作時(shí)，“控制反饋值”經(jīng)過(guò)平均濾波處理后，分別比較壓力報(bào)警上限和下限值，如果超出控制范圍，變頻器控制轉(zhuǎn)換為直接手動(dòng)調(diào)頻控制，否則“控制反饋值”作為PID調(diào)節(jié)的參數(shù)PV。
　　系統(tǒng)具有顯示報(bào)警功能,系統(tǒng)設(shè)置有各種顯示功能，可以顯示電壓、電流、壓力、變頻器輸出頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)，同時(shí)設(shè)置各種保護(hù)功能，如過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、欠壓保護(hù)等。
5、節(jié)能原理
　　水泵為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即水泵的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，而軸功率和負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積成正比，因此，水泵的軸功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比。
　　由此可知，當(dāng)要求出水量減少時(shí)，可使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，而電機(jī)轉(zhuǎn)速微量減少，將使功率大幅下降，節(jié)能效果十分明顯。本變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，精心的設(shè)備選型，合理的編程，配合正確的信號(hào)給定，使得電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)能挖潛得到了最大的發(fā)揮。
6、間接效益
　　(1) 水泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造以后，由于系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)連續(xù)變速運(yùn)行，減少了對(duì)水泵的磨損，大大延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命和維修周期，減少了維修費(fèi)用和由此帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失;
　　(2) 系統(tǒng)采取過(guò)流、過(guò)壓、瞬時(shí)斷電、短路、欠壓、缺相等多種保護(hù)，避免了因電機(jī)燒損而影響生產(chǎn)所帶來(lái)的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。
7、結(jié)束語(yǔ)
　　用變頻調(diào)速和PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與用調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水相比較，節(jié)能效果十分顯著。其優(yōu)點(diǎn)是:起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)電流可限制在額定電流以?xún)?nèi)，從而避免了起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊;由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長(zhǎng)泵和閥門(mén)等的使用壽命;可以消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。本系統(tǒng)經(jīng)多年應(yīng)用與完善，性能優(yōu)越，安全方便，深得用戶(hù)好評(píng)。