1、54工業儀表與自動化裝置2007年第3期基于PLC和變頻器的恒壓供水控制系統雷宏彬,曹曉娟(黃陵煤矸石熱電有限公司,陜西黃陵727307)摘要:介紹了一種基于PLC和變頻器的恒壓供水控制系統,闡述了系統組成、系統功能、工作原理和安全措施。該控制系統性能穩定可靠,果。關鍵詞:變頻器;PLC;恒壓供水中圖分類號:TP273文獻標識碼:B-0682(2007)03-0054-02AkindofsupplycontrolsystemandfrequencychangerLEIHong2bin,CAOXiao2juan(GangueThermoelectricityCo.Ltd,ShaanxiHuang

2、ling727307,China)Keywords:frequencychanger;PLC;constantpressurewatersupply0引言傳統的水塔供水方式存在很多問題:水的二次污染,用水高低峰的不平衡,管道閥門易損壞,維修保養費用過高等等。隨著控制技術的發展與完善,變頻器及PLC在各個行業的應用愈來愈廣,PLC與變頻器的可靠性與靈活性得到了用戶的認可。該文介紹一種采用PLC和變頻器的恒壓供水控制系統,以下分別闡述系統組成、系統功能、工作原理和安全措施。該控制系統已在某電廠供水系統成功運行多年,取得了恒壓供水的效果。方式等參數在TD200文本顯示器上設定,壓力傳感器把用戶管網壓

3、力轉換為010V標準信號送進PLC模擬量模塊EM235,PLC通過采樣程序及PID閉環程序與用戶設定壓力構成閉環,運算后轉換為PLC模擬量輸出信號送給變頻器,調節水泵電機轉速,達到恒壓供水的目的。1系統組成恒壓供水控制系統構成如圖1所示。供水系統由4臺大泵(22kW)與1臺小泵(5.5kW)組成;控制系統中的PLC由西門子S7-200系列的CPU226、文本顯示器TD200組成;變頻器采用三菱FR-A540系列,其功率為22kW。2系統功能用戶所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運行收稿日期:2007-01-05作者簡介:雷宏彬(1974-),男,陜西渭南人,碩士,工程師,主要研究儀表及自動控制

4、。圖1恒壓供水控制系統構成圖該系統有各個泵的運行時間累計功能,通過PLC的數據區保持可以斷電記憶。每次啟動時先啟動1#小泵,當用水量超過一臺泵的供水能力時,PLC通過程序實現泵的延時上行切換,切換原則為當前未運行的大泵累計運行時間最少的先投入;當壓力2007年第3期工業儀表與自動化裝置55超過時,PLC通過程序實現泵的延時下行切換,切換原則為當前正在運行的大泵運行時間最多的先撤出。直到滿足設定壓力為止。追求的最終目標為壓力恒定。當供水負載變化時,變頻器的輸出電壓與頻率變化自動調節泵的電機轉速,實現恒壓供水。系統還可通過PLC的實時時鐘自動定時供水,用戶在TD200上設定每天最多6段(段數也可設

5、定)定時供水,比如早上600830,中午1120130等。系統可動態顯示各種參數,如設定壓力、運行壓力、水位高度、運行方式、實時時間、運行時間累計(精確到秒)、等。為了不使系統中,在PLC程序中控制TD200,動態顯示。,各泵發生過載、缺相、短路、傳感器斷線、傳感器短路、水位下限、水壓超高、水壓超低、變頻器故障等,都會有聲光報警,TD200上同時顯示故障類型,通知設備維修人員處理,并可記憶故障發生時間及班次,以便追查原因及相關責任。泵變頻啟動運行;延時切斷1#小泵,系統中相應的一臺大泵變頻運行,壓力自動調節,若系統壓力平衡,則頻率穩定在一個相對的范圍,若頻率到達50Hz后壓力仍然偏低,則再投入

6、一臺大泵,比較剩下的泵的累計運行時間,時間少的先行投入,以此類推。注意,上行中,只要有一臺大泵運行,則1#小泵要斷開,大泵與小泵同時運行時,小泵的效率很低。(2)下行過程,18Hz左右(18,)時,PLC程序判斷運(若只有一臺泵不),運行時間最多的泵延時先行撤出,在撤出的瞬間,PLC控制變頻器運行頻率在50Hz,否則系統沖擊過大,容易有水垂現象,延時一會兒后,再把PID運算輸出投入即可;以此類推。注意:下行過程中,到最后一臺大泵運行時,頻率在18Hz左右,系統壓力仍然偏高時,則把1#小泵切換到變頻運行。這種情況在夜間可能發生,當供水管網很大時,也許沒有這個可能性。4安全措施(1)該系統中有泵的

7、工頻變頻上行切換,為了系統的快速響應,切換時間最好越短越好,切換時時間差很小,所以各個泵的變頻接觸器與工頻接觸器最好用可逆接觸器,電氣線路與PLC程序中也要有互鎖功能。以免發生意外短路事故。對系統或變頻器造成危害。(2)變頻器上下行切換時間設定,如果設定值過大,則系統不能迅速對管網的用水量做出反應;如果設定值過小,則可能引起系統頻繁的投入泵、撤出泵的動作;為此PLC程序中必須判斷設定壓力與運行壓力之差,在臨界切換狀態時,只要不超過允許的誤差范圍內,不做泵的切換。(3)變頻器在上行切換時,必須要有瞬間禁止輸出功能,對于沒有此功能的變頻器可用自由停車功能;所以選擇變頻器時要關注這個問題。3工作原理

8、3.1手動方式手動運行時,可按下按鈕啟動,停止水泵在工頻狀態下運行,完全脫開PLC及變頻器的控制,該功能主要用在檢修及自動系統出現故障時的應急供水方式中。3.2自動方式自動運行時,全部泵的運行依程序自動工作。(1)上行過程當在自動運行方式時,按下TD200上的啟動軟健,系統先啟動1#小泵,PLC程序控制模擬量模塊EM235給定變頻器一固定頻率輸出,此時若用PID運算輸出直接控制變頻器(設定壓力大,運行壓力為零,所以運算輸出最大),則變頻器依設定的上升時間運行,升速太快,系統沖擊很大。等泵運行一會兒,管網壓力積累后,再用PID運算輸出控制變頻器。具體時間和頻率與管網系統有關,在現場調試時這兩個參數在TD200上設定調整。管網越大,時間越長。當1#小泵到達50Hz后,系統壓力仍偏低,則延時一段時間后,系統靠PLC程序把1#泵切換到工頻運行,同時由PLC輸出一個開關量給變頻器的MRS端子,變頻器瞬間禁止輸出,此時PLC把運行時間最少的泵變頻接觸器接通后,撤掉禁止輸出,相應的5結語該文介紹的基于PLC和變頻器的恒壓供水控制系統已成