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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 恒压水控系统概述

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。在高層建築中,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。並自動調整泵組的運行台數,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後,既可以滿足生産供水要求,還可節約電能,使系統處于可靠工作狀態,爲居民供水提供便利。

2 PLC、变频器在现代水控系统中的运用

自來水廠的自動控制系統一般分爲兩大部分,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後,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,並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 运用PLC、变频器水控系统的特性

運用了變頻器和PLC的恒壓供水系統,變頻器可以爲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的應用爲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。設計主要的流程分爲以下幾個步驟:

1 恒压供水系统主电路设计

在现代工业运用中,恒压水控系统一般包括3台水泵电动机M1、M2、M3, 通过模拟设定,其中Ml的功率为45kW,M2为22kW,M3为22kW。设计电路时,为该系统设计一台变频器依次控制每台水泵,来实现恒压控制。

爲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後,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

可以设计其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行,KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M 3工频运行, FU为主电路的熔断器,变频器是风机水泵负载专用变频器MM430,通过合理的分析,可以得到的恒压供水系统主电路

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,能否准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後,輸出相應的控制量。

三是變頻器,作爲核心控制器的後續控制單元,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。

******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,******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,而其控制過程相對複雜,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

现代水控系统运用PLC与变频器还存在着一定的局限性。主要体现在主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的:如专用总线、专家通信网络及协议,I/O模板不通用,甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图,但组态、寻址、语言结构均不一致,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:如使用變頻器會産生幹擾電波,影響到同一電網的敏感元件。在工業實踐中,常常産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 变频泵过压跳闸问题

以某水務局的水控系統爲例,一台100KW工頻泵和一台160KW變頻泵並聯爲市區供水爲例,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,管道中産生負壓,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,電動機産生發電效應。爲此,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台變頻水泵,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,可以知道因爲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。那麽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。換一台電動機,運行正常,說明過流是電動機故障。

對此,爲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 水泵变频器过载

某供水单位使用艾默生TD2000-4T0300P (30KW)变频器拖动水泵负载,如图5所示。使用过程中变频器经常报E013过载,检查故障电流记录58A,经查说明书:风机、水泵变频器过载能力为:110% 额定电流1分钟,通过研究发现:变频器的过载保护按反时限曲线不同分为G型和P型。

本例機型爲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分鍾也同樣報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的原因爲變頻器帶載能力不夠,需要更換更高一級的變頻器,即更換爲TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P(37KW)。

4 PLC与变频器在水控系统运用的改进措施

爲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。

爲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,並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,******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。而作爲***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複雜控制功能,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,實爲重要。

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