论文部分内容阅读
【摘 要】本文介绍了恒压二次供水的系统组成和基本原理，设计了变频调速恒压供水系统的硬件电路和软件设计思路，系统以PLC、变频器为控制核心实现工频泵“一用一备”和变频泵“轮流首启”，提高了系统控制精度和供水的可靠性。
【关键词】PLC；恒压供水；变频器
二次供水是城市供水的重要组成部分，是解决城市公共供水管网末梢和特殊区域用水的重要措施。由于供水量的随机性，传统的恒速泵加压供水、高位水箱供水等方式存在供水不稳定、效率低、自动化程度低等缺点，难以满足日益增大的用水需求。随着工业自动化水平不断提高，新的供水方式和控制系统应运而生，目前以PLC为控制核心、变频器为调速执行部件的恒压供水系统应用日益广泛。萍乡市某1000住宅小区的二次供水系统改造工程综合考虑供水的扬程、流量、效率和功率等参数，研制的恒压供水系统由一台S7-300 PLC、二台MicroMaster420变频器、四台11KW离心泵构成，具备稳定、节能、性价比高、方便维护等特点。
一、系统组成及工作原理
系统使用PLC和变频器控制两台“一用一备”工频水泵电机和两台根据用水量进行启停和调速的变频水泵电机，和水泵变频与工频运行的切换。系统通过压力传感器采集供水管网的出口压力信号并转变成4～20mA的标准电流信号送入 PLC进行PID运算，运算结果控制水泵的投入台数、调节输出频率，以此控制水泵电机的运行转速，实现管网压力的恒定。PLC与远程监控人机界面进行实时通讯，将系统的运行状态和数据参数上传至上位机实时数据库，同时接收上位机下发的控制指令。系统总框图如图1所示。
图1 恒压供水系统框图
二、系统硬件电路设计
系统四台水泵分别为1#、2#工频泵和3#、4#变频泵。l#、2#工频机泵组三相交流电经过空气断路器、软起动器送至水泵电机，水泵将水由储水池经止回阀及出口蝶阀送至输水母管。当供水压力不能满足需要时，PLC给3#变频器发出启动信号，3#变频机泵组启动，向管网补水，直至输出频率至50Hz，若压力依然不能满足用户需要，则自动切换至工频运行，同时PLC启动4#变频器，4#变频机泵组启动直至4#水泵工频运行。
当供水压力低于下限时，PLC给对应机泵组发出启机信号，当供水压力高于上限时，PLC控制器给对应机组发出停机信号。储水池输出液位上、下限信号给PLC，当水池液位超限时，发出报警信号并停止机组运行。此变频恒压供水系统主电路结构如图2所示。
系统控制电路主要由PLC的I/O连接电路构成。此恒压供水系统需用到28个开关量输入和16个继电器输出，用于连接各控制按钮、继电器和指示灯，用到1个模拟量输入和2个模拟量输出，用于连接压力传感器和两台变频器。
三、系统软件设计
图2 主电路结构
系统软件运行必须保证系统安全可靠，因此软件设计中必需注意以下问题：
1.系統设置手动和自动两种工作模式，可开关切换，也可人机界面切换。手动工作模式用于系统维护和检修。
2.两台变频电机在供水压力变化的过程中采用“轮流首启”原则，保证各水泵工作时间尽量均等。水压首次低于下限时，先3#泵后4#泵逐次增加变频泵，直至全工频运行，水压高于上限则逆序逐次减泵至单台工频泵运行。水压再次低于下限时，则变换为先4#泵后3#泵逐次增加变频泵，并逆序减泵。如此循环，确保变频泵工作时间尽量均等。
3.当水压值在水泵切换运算结果附近时，会出现变频机泵反复投切的情况，因此在控制条件中额外增加一个延时环节。即该启、停电动机组判别条件必须满足且维持2分钟，才能实际执行水泵机组的切换操作。
4.工频机泵每2小时切换一次，并在其中一台故障时自动切换到另一台工作，并取消定时直至故障清除；
5.任何一台机泵，在某一时刻仅能工作于变频、工频或停止状态中某一种，实现各状态的有效互锁；
6.系统自检及故障信息上传至人机界面。
四、结束语
由PLC、变频器和人机界面等组成的变频恒压二次供水控制系统具有节能、稳定的供水质量，和直观人性化的操作和监控画面，采用PLC程序进行压力PID运算和水泵投切判别，大大减少了水泵投切次数，采用变频器和软起动器控制电机启动和调速，不仅提高了系统的安全性，也克服了起动时的大电流冲击。所研制的系统经过实际的运行检验，性能稳定运行可靠节能效果显著。
参考文献：
[1]高殿明，辛艳东.基于PLC的变频调速恒压供水系统设计[J].科技创新与应用.2014，（02）.
[2]吕国芳，刘希涛.基于PLC的PID控制算法在恒压供水系统中的应用[J].自动化仪表.2005，（08）.
【关键词】PLC；恒压供水；变频器
二次供水是城市供水的重要组成部分，是解决城市公共供水管网末梢和特殊区域用水的重要措施。由于供水量的随机性，传统的恒速泵加压供水、高位水箱供水等方式存在供水不稳定、效率低、自动化程度低等缺点，难以满足日益增大的用水需求。随着工业自动化水平不断提高，新的供水方式和控制系统应运而生，目前以PLC为控制核心、变频器为调速执行部件的恒压供水系统应用日益广泛。萍乡市某1000住宅小区的二次供水系统改造工程综合考虑供水的扬程、流量、效率和功率等参数，研制的恒压供水系统由一台S7-300 PLC、二台MicroMaster420变频器、四台11KW离心泵构成，具备稳定、节能、性价比高、方便维护等特点。
一、系统组成及工作原理
系统使用PLC和变频器控制两台“一用一备”工频水泵电机和两台根据用水量进行启停和调速的变频水泵电机，和水泵变频与工频运行的切换。系统通过压力传感器采集供水管网的出口压力信号并转变成4～20mA的标准电流信号送入 PLC进行PID运算，运算结果控制水泵的投入台数、调节输出频率，以此控制水泵电机的运行转速，实现管网压力的恒定。PLC与远程监控人机界面进行实时通讯，将系统的运行状态和数据参数上传至上位机实时数据库，同时接收上位机下发的控制指令。系统总框图如图1所示。
图1 恒压供水系统框图
二、系统硬件电路设计
系统四台水泵分别为1#、2#工频泵和3#、4#变频泵。l#、2#工频机泵组三相交流电经过空气断路器、软起动器送至水泵电机，水泵将水由储水池经止回阀及出口蝶阀送至输水母管。当供水压力不能满足需要时，PLC给3#变频器发出启动信号，3#变频机泵组启动，向管网补水，直至输出频率至50Hz，若压力依然不能满足用户需要，则自动切换至工频运行，同时PLC启动4#变频器，4#变频机泵组启动直至4#水泵工频运行。
当供水压力低于下限时，PLC给对应机泵组发出启机信号，当供水压力高于上限时，PLC控制器给对应机组发出停机信号。储水池输出液位上、下限信号给PLC，当水池液位超限时，发出报警信号并停止机组运行。此变频恒压供水系统主电路结构如图2所示。
系统控制电路主要由PLC的I/O连接电路构成。此恒压供水系统需用到28个开关量输入和16个继电器输出，用于连接各控制按钮、继电器和指示灯，用到1个模拟量输入和2个模拟量输出，用于连接压力传感器和两台变频器。
三、系统软件设计
图2 主电路结构
系统软件运行必须保证系统安全可靠，因此软件设计中必需注意以下问题：
1.系統设置手动和自动两种工作模式，可开关切换，也可人机界面切换。手动工作模式用于系统维护和检修。
2.两台变频电机在供水压力变化的过程中采用“轮流首启”原则，保证各水泵工作时间尽量均等。水压首次低于下限时，先3#泵后4#泵逐次增加变频泵，直至全工频运行，水压高于上限则逆序逐次减泵至单台工频泵运行。水压再次低于下限时，则变换为先4#泵后3#泵逐次增加变频泵，并逆序减泵。如此循环，确保变频泵工作时间尽量均等。
3.当水压值在水泵切换运算结果附近时，会出现变频机泵反复投切的情况，因此在控制条件中额外增加一个延时环节。即该启、停电动机组判别条件必须满足且维持2分钟，才能实际执行水泵机组的切换操作。
4.工频机泵每2小时切换一次，并在其中一台故障时自动切换到另一台工作，并取消定时直至故障清除；
5.任何一台机泵，在某一时刻仅能工作于变频、工频或停止状态中某一种，实现各状态的有效互锁；
6.系统自检及故障信息上传至人机界面。
四、结束语
由PLC、变频器和人机界面等组成的变频恒压二次供水控制系统具有节能、稳定的供水质量，和直观人性化的操作和监控画面，采用PLC程序进行压力PID运算和水泵投切判别，大大减少了水泵投切次数，采用变频器和软起动器控制电机启动和调速，不仅提高了系统的安全性，也克服了起动时的大电流冲击。所研制的系统经过实际的运行检验，性能稳定运行可靠节能效果显著。
参考文献：
[1]高殿明，辛艳东.基于PLC的变频调速恒压供水系统设计[J].科技创新与应用.2014，（02）.
[2]吕国芳，刘希涛.基于PLC的PID控制算法在恒压供水系统中的应用[J].自动化仪表.2005，（08）.