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            變頻器和PLC在供水控制系統中的應用

            發布時間:2019-09-23

            恒壓水控的工作原理

            1 恒壓水控系統概述

            恒壓供水是指用戶在任何時候,不管用水量的大小,總能保持管網中水壓的基本恒定。在高層建筑中,通常采用恒定管網的壓力來維持對高層的供水。

            恒壓供水系統的基本控制策略是:采用可編程控制器也就是我們所說的PLC與變頻調速裝置構成控制系統,進行優化控制泵組的調速運行。并自動調整泵組的運行臺數,完成供水壓力的閉環控制,以保證供水管網的壓力保持在設定值。運用了恒壓水控技術以后,既可以滿足生產供水要求,還可節約電能,使系統處于可靠工作狀態,為居民供水提供便利。

            2 PLC、變頻器在現代水控系統中的運用

            自來水廠的自動控制系統一般分為兩大部分,一是水源地深水泵的工作控制,而另外一種則是水廠區變頻恒壓供水控制。水廠區變頻恒壓供水控制運用十分廣泛,水廠在運用變頻恒壓供水控制時,水源通過水廠區對水池的水進行消毒處理后,使得加壓泵向管路進行恒壓供水,其間,就需要選用PLC和上位機組成實時數據采集和監控系統。

            對深水泵進行遠程控制,并且對供水泵采用變頻器進行恒壓控制,通過PLC、變頻器在現代水控系統中的運用,可以保證整個水廠的工作電機安全,可靠地運行。

            3 運用PLC、變頻器水控系統的特性

            運用了變頻器和PLC的恒壓供水系統,變頻器可以為電機提供可變頻率的電源,實現電機的無級調速。從而使管網水壓連續變化。此外壓力變送器還具有檢測管網水壓的作用。PLC則是泵組管理的執行設備,同時還是變頻器的驅動控制,根據用水量的實際變化,實現自動化運行。變頻器和PLC的應用為水泵轉速的平滑性連續調節提供了方便,對于消除了對電網、電氣設備和機械設備的沖擊,延長機電設備的使用壽命具有很大的作用。

            變頻器、PLC在水控系統中的運用設計

            利用變頻器與PLC設計水控系統,需要根據供水管道的壓力值控制水泵電機轉速,將壓力維持在所需的壓力值上,將平時不必消耗的能量節省下來,從而達到節電的目的。設計主要的流程分為以下幾個步驟:

            1 恒壓供水系統主電路設計

            在現代工業運用中,恒壓水控系統一般包括3臺水泵電動機M1、M2、M3, 通過模擬設定,其中Ml的功率為45kW,M2為22kW,M3為22kW。設計電路時,為該系統設計一臺變頻器依次控制每臺水泵,來實現恒壓控制。

            為了使得系統具有變頻和工頻兩種運行狀態,當變頻泵達到水泵額定轉速后,如水壓在所設定的判斷時間內還不能滿足恒壓值時,系統自動將當前變頻泵狀

            可以設計其中接觸器KM2、KM4、KM6分別控制Ml、M2、M3變頻運行,KMl、KM3、KM5分別控制Ml、M2、M 3工頻運行, FU為主電路的熔斷器,變頻器是風機水泵負載專用變頻器MM430,通過合理的分析,可以得到的恒壓供水系統主電路

            變頻器、PLC恒壓供水系統的組成設計主要包括四個大的板塊:

            一是壓力傳感器,是水控系統的控制輸入量,能否準確采集該信號決定控制系統的精度及可靠性。

            二是PLC控制器,是整個控制系統的核心,通過對外界輸入狀態進行檢測,對外界輸入的數據進行運算處理后,輸出相應的控制量。

            三是變頻器,作為核心控制器的后續控制單元,對終端設備進行控制,***終達到控制要求。例如多段調速、變頻器調速等。

            ***后還有水泵組成,供水系統的執行機構,通過變頻器控制電動機的轉速,***后達到控制水泵流量大小的。

            據城市供水電氣控制系統的功能要求,從經濟性、可靠性等方面來考慮,由于城市供水電氣控制系統的輸入/輸出端口較多,而其控制過程相對復雜,結合變頻器、PLC恒壓供水系統的組成設計,可以規劃出變頻器、PLC恒壓供水系統的組成

            PLC和變頻器在水控系統中的運用改進

            現代水控系統運用PLC與變頻器還存在著一定的局限性。主要體現在主要是PLC的軟、硬件體系結構是封閉而不是開放的:如專用總線、專家通信網絡及協議,I/O模板不通用,甚至連機柜、電源模板亦各不相同。編程語言雖多數是梯形圖,但組態、尋址、語言結構均不一致,因此各公司的 PLC互不兼容。

            使用變頻器時也存在著一些缺點:如使用變頻器會產生干擾電波,影響到同一電網的敏感元件。在工業實踐中,常常產生一些問題困擾著水控系統的工作人員,對此,通過分析,可以總結出幾條對于運用變頻器和PLC的常見應急措施:

            1 變頻泵過壓跳閘問題

            以某水務局的水控系統為例,一臺100KW工頻泵和一臺160KW變頻泵并聯為市區供水為例,當100KW工頻泵拉閘停機時,變頻泵報過壓跳閘。某水務局水控設計圖如

            通過這一具體的案例分析可以知道工頻泵工作時,水流在管道中高速流動,形成很大的慣性。當工頻泵突然停止,管道中產生負壓,形成空化現象,負壓將水從變頻泵中吸入,推動葉輪轉動,使電動機的轉速高于變頻器的輸出轉速,電動機產生發電效應。為此,可以通過在變頻器上加裝制動電阻來解決變頻泵過壓跳閘這一問題。

            2電動機過流現象

            在鄂爾多斯某水務局一臺變頻水泵,當變頻器輸出頻率達到16Hz時,總是會出現變頻器過流跳閘的現象。通過分析,可以知道因為變頻器驅動的是水泵,水泵按平方率特性曲線輸出,不會在某頻率出現過載情況。那么變頻器過流另有原因。

            斷開電動機,空載運行正常,再接入電動機,仍然在16Hz左右出現過流跳閘。換一臺電動機,運行正常,說明過流是電動機故障。

            對此,為了處理電動機的過流問題,可以分解電動機,發現電動機繞組有短路現象。原來變頻器的輸出頻率上升時,電壓也在上升,當電壓上升到匝間擊穿電壓時,變頻器過流跳閘。

            3 水泵變頻器過載

            某供水單位使用艾默生TD2000-4T0300P (30KW)變頻器拖動水泵負載,如圖5所示。使用過程中變頻器經常報E013過載,檢查故障電流記錄58A,經查說明書:風機、水泵變頻器過載能力為:110% 額定電流1分鐘,通過研究發現:變頻器的過載保護按反時限曲線不同分為G型和P型。

            本例機型為P型機,當變頻器輸出電流達到95%持續時間達到1小時時,即報“E013”。當變頻器輸出電流達到110%、持續時間達到1分鐘也同樣報E013。

            經現場了解和查看,發現水泵負載長期工作在48Hz,電流長期在58A左右,報E013的原因為變頻器帶載能力不夠,需要更換更高一級的變頻器,即更換為TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P(37KW)。

            4 PLC與變頻器在水控系統運用的改進措施

            為了提高水控系統的恒壓穩定性與安全性,對于PLC與變頻器的使用有著一些注意事項以及改進措施。

            為了實現對設備的分散控制和集中管理,水控系統應當采用了三層網絡進行控制,主電路中變頻與工頻中使用的接觸器應采用帶有機械聯鎖的接觸器,并且應當嚴禁將工頻電源引入到變頻器中。

            變頻器的供電部分除了加裝空氣開關外,***好加裝快速保險,以保證由于過電流造成的損壞PLC編程要考慮的問題。而作為***重要的人機操作界面的變頻器操作面板,它不僅能夠實現參數的輸入功能,還能實現頻率、輸出功率、輸出轉矩、端子狀態、閉環參數、長度等物理量的監控,以及對這些物理量進行存儲與修改。

            于是,適當的通過變頻器的故障報警顯示,對上述物理量進行適當修改,來排除變頻器的有關故障也顯得十分必要。

            多點網絡控制技術是是通信技術、計算機技術、控制技術發展的結合點,它既能獨立運行,也可連成網絡,實現集散自動化系統的復雜控制功能,應用領域覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關的工業領域,用這種技術設計的自來水廠分布式監控系統,經多年的實際運行證明,系統性能穩定,運行可靠,報警及時,且對于變頻器以及PLC的穩定性具有可靠地保障。運用這種控制技術對結合了變頻器以及PLC的水控系統,具有較大的推廣價值。

            結論

            運用了變頻器和PLC的水控系統,不僅性能穩定可靠,而且能夠非常好地控制可編程序控制器及其有關設備,水控系統與工業控制系統聯成一個整體,對于恒壓水控系統的功能擴充和設計創新,實為重要。

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