本文介紹了一種簡單的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，本方案采用plc進(jìn)行邏輯控制，變頻器用來調(diào)節(jié)管網(wǎng)口的壓力。通過測得管網(wǎng)口的壓力與給定的壓力進(jìn)行比較，由plc控制變頻與工頻的切換。后采用omron c系列小型plc控制器結(jié)合富士frenic 5000g11s系列變頻器控制水泵，實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。并結(jié)合一些輔助控制器件實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)，使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，從而證實(shí)了本方案的可行性。
1.引言
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活用水質(zhì)量的提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，已普遍用于居民用水系統(tǒng)。目前，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)仍使用傳統(tǒng)恒壓泵進(jìn)行切換加壓的供水方式，水壓不穩(wěn)，而且造成能源浪費(fèi)。所以，開發(fā)可靠性高，價(jià)格優(yōu)廉、控制性能好的恒壓供水系統(tǒng)具有很高的實(shí)用價(jià)值。變頻恒壓供水方式與過去水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。本文采用plc和變頻器實(shí)現(xiàn)恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。水壓波動(dòng)小，運(yùn)行平穩(wěn)。是當(dāng)今先進(jìn)合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。
2.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
系統(tǒng)采用兩水泵進(jìn)行供水，選用frenic5000 g11s變頻器，plc選用歐姆龍小型plc,變頻調(diào)速控制是恒壓供水系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)由變頻器控制水泵將水直接加壓或減壓送至管網(wǎng)出口，根據(jù)測得的管網(wǎng)出口處的壓力，由壓力傳感器將壓力信號(hào)送入pid調(diào)節(jié)器，pid調(diào)節(jié)器根據(jù)壓力設(shè)定值與壓力實(shí)際值的偏差，對(duì)壓力進(jìn)行pid調(diào)節(jié)，輸出頻率給定信號(hào)irf（4~20ma）給變頻器，變頻器根據(jù)頻率給定信號(hào)irf控制水泵的轉(zhuǎn)速，并在pid調(diào)節(jié)器上設(shè)定壓力的上下限，pid將此信號(hào)送入plc控制器，從而實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)水泵之間的工頻、變頻的切換。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
3.恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 主電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，plc首先使主水泵變頻啟動(dòng)，壓力傳感器將母管壓力反饋給plc,與預(yù)先設(shè)定的給定壓力比較，通過pid運(yùn)算，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以維持水壓恒定。若用水量大到1臺(tái)水泵全速運(yùn)行也不能達(dá)到給定壓力時(shí)，plc將該水泵由變頻運(yùn)行投入到工頻運(yùn)行，同時(shí)將另一臺(tái)水泵投入到變頻運(yùn)行，增加管網(wǎng)供水量以保證壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量減少時(shí)，plc首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，減少供水量，整個(gè)系統(tǒng)保證變頻運(yùn)行時(shí)只有1臺(tái)泵變頻恒壓供水。系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”順序關(guān)泵，既保證了系統(tǒng)有備用泵，又有效的防止備用泵長期不用出現(xiàn)“繡死”現(xiàn)象。系統(tǒng)主電路圖如圖2所示。
3.2 控制電路設(shè)計(jì)
控制電路如下圖3所示，sb1控制系統(tǒng)的啟動(dòng)，sb2控制系統(tǒng)的停止，當(dāng)水泵出現(xiàn)過載時(shí)，a5燈亮。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，a6燈亮。a1、a2分別為泵1的變頻、工頻運(yùn)行指示燈，a3、a4分別為泵2的變頻、工頻運(yùn)行指示燈。
其plc控制器的i/o點(diǎn)數(shù)分配如表1所示。
4.plc控制流程圖設(shè)計(jì)
根據(jù)恒壓供水操作要求，plc控制系統(tǒng)要隨時(shí)監(jiān)控自來水以及供水口的情況來決定是否要起動(dòng)水泵，plc控制程序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是接收各種外部開關(guān)量信號(hào)的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)、輸出信號(hào)去控制繼電器、接觸器、等的動(dòng)作，進(jìn)而調(diào)整水泵的運(yùn)行。plc和變頻器是本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵取決于plc程序的合理性和可行性以及變頻器參數(shù)的設(shè)定。本系統(tǒng)采用手動(dòng)或自動(dòng)兩種工作方式，系統(tǒng)啟動(dòng)后，泵1首先進(jìn)人變頻運(yùn)行，當(dāng)檢測到壓力上限信號(hào)時(shí)，變頻泵切換為工頻，啟動(dòng)另一臺(tái)泵變頻運(yùn)行，當(dāng)檢測到壓力下限信號(hào)時(shí)，工頻泵切除，僅變?yōu)樽冾l泵工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序流程圖如圖4所示。
5.結(jié)論
本方案由omron c系列小型plc控制器結(jié)合富士frenic 5000g11s系列變頻器和壓力傳感器組成的恒壓供水系統(tǒng)，達(dá)到恒壓供水的目的，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守的起閉、循環(huán)切換水泵。由于變頻器具有軟啟動(dòng)的功能，消除了啟動(dòng)大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而延長泵的使用壽命。實(shí)際運(yùn)行情況證明了本系統(tǒng)具有可靠性高、自動(dòng)化程度高、便于維護(hù)和高節(jié)能性等特點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用價(jià)值，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)供水、生活供水、消防供水、集中供熱等供水系統(tǒng)。