變頻恒壓供水系統(tǒng)

................資料供水系統(tǒng)方案圖變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理系統(tǒng)的構(gòu)成圖3-1系統(tǒng)原理圖如圖3-1PLC和一個壓力傳感器一般采用電阻式傳感器(反饋0～5V電壓信號)或壓力變送器(反饋4～20mA電流)；變頻器................資料項(xiàng)功能。從原理框圖，我們可以看出變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報警裝置等部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，圖2.3中的3二種類型:變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定。供水能力不足時，對供水量進(jìn)行定量的補(bǔ)充。信號檢測在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報警信號:①水壓信號:它反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。②信號為開關(guān)量信號。控制系統(tǒng)(PLC設(shè)備三個部分。①供水控制器:它是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵)進(jìn)行控制。②變頻器:它是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元。變頻器跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。③水控制器的控制下完成對水泵的切換、手/自動切換等。人機(jī)界面人機(jī)界面是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的場所。通過人機(jī)界面，使用者可以更改設(shè)定壓力，修改一些系統(tǒng)設(shè)定以滿足不同工藝的需求，同時使用者也可以從人機(jī)界面上得知系統(tǒng)的一些運(yùn)行情況及設(shè)備的工作狀態(tài)。人機(jī)界面還可以對系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)示，對報警進(jìn)行顯示。通訊接口通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等報警裝置作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由PLC判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失工作原理中程序首先接通KM6會將頻率到達(dá)信號送給PID會繼續(xù)通過由遠(yuǎn)傳壓力表送來的檢測信號進(jìn)行分析、計算、判斷，進(jìn)一步控制變頻器的運(yùn)行頻率，使管壓保持在壓力設(shè)定值的上、下限偏差圍之。增泵工作過程：假定增泵順序?yàn)閘、2、3泵。開始時，1泵電機(jī)在PLC控制下先投入PLC的邏輯控制下將1泵電機(jī)與變頻器連2泵電機(jī)連接，控制2泵投23泵投入變頻運(yùn)行。減泵工作過程：假定減泵順序依次為3、2、1泵。當(dāng)供水壓力大于預(yù)置值時，變頻器輸出頻率降低，水泵速度下降，當(dāng)變頻器的輸出頻率達(dá)到下限，并穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后，把變頻器控制的水泵停機(jī)，如果供水壓力仍大于預(yù)置值，則將下一臺水泵由工頻運(yùn)行切換到變頻器調(diào)速運(yùn)行，并繼續(xù)減泵工作過程。如果在晚間用水不多時，當(dāng)最后一臺正在運(yùn)行的主泵處于低速運(yùn)行時，如果供水壓力仍大于設(shè)定值，則停機(jī)并啟動輔泵投入調(diào)速運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能效果。變頻恒壓供水系統(tǒng)中加減水泵的條件分析在上面的工作流程中，我們提到當(dāng)一臺調(diào)速水泵己運(yùn)行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加恒速水泵來滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的。當(dāng)調(diào)速水泵和恒速水泵都在運(yùn)行且調(diào)速水泵己運(yùn)行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實(shí)際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少恒速水泉來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時進(jìn)行切換，刁能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，同時使機(jī)組不過于頻繁的切換。盡管通用變頻器的頻率都可以在0-400Hz圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的圍是有限的，不可能無限地增大和減小。當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運(yùn)行的水泵電機(jī)50Hz50Hz時，即使實(shí)際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻器的輸出頻率了。要增加實(shí)際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機(jī)組切換，增加運(yùn)行機(jī)組數(shù)量來實(shí)現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠?yàn)樨?fù)值，最低只能是0Hz。其實(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降低到0Hz。因?yàn)楫?dāng)水泵機(jī)組運(yùn)行，電機(jī)帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運(yùn)行的電機(jī)一個反向的力矩，同時這個水壓也在一定程度上阻止源水池中的水進(jìn)入管網(wǎng)，因此，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率下降到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實(shí)際的供水壓力也不會隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這0Hz,具體數(shù)值與水泵特20Hz在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實(shí)需要機(jī)組進(jìn)行切換的時候才進(jìn)行機(jī)組的切換。所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的判別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間（比如1-2分鐘），................資料能引起一系列多余的切換操作。主電路接線圖圖3-2主電路圖KM1、KM3、KM5M1M2M3KM2KM4M1、M2、M3變頻運(yùn)行時接通電源的控制接觸器。熱繼電器(FR的過載保護(hù)。熔斷器產(chǎn)生的熱量使串接于主電路中的熔體熔化而切斷電路，防止電氣設(shè)備短路和嚴(yán)重過載。相關(guān)器件的選型及接線1.PLC的選型M1、M2，M3PLC6PLC111個輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共9個?？刂破饎雍屯Ｖ剐枰?PLC2/16131524本系統(tǒng)選用FX

-30MR-D型PLC。os..........PLC圖4-1PLC的接線圖Y0接KM0M1接KM1控制M1接KM2控制M2的變接KM3控制M2接KM4控制M3接KM5控制M3的工頻運(yùn)行。X0接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接M1的熱繼電器，X5接M2的熱繼電器，X6接M3的熱繼電器。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。在同時控制M1電動機(jī)的兩個接觸器KM1KM0檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3PLC增泵減泵控制信號。變頻器的選型.資料.資料...................資料圖4-2FR-A540的管腳說明................資料變頻器的接線增泵減泵控制信號。管腳STF接PLC的Y7管腳，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)。X2接變頻器的FU接口，X3接變頻器的OL接口。頻率檢測的上/下限信號分別通過OL和FU輸出至PLC的X2與X3輸入端作為PLC增泵減泵控制信號。圖4-3變頻器接線圖PID僅用P動作控制，不能完全消除偏差。為了消除殘留偏差，一般采用增加I動作的控制。用PI控制時，能消除由改變目標(biāo)值和經(jīng)常的外來擾動等引起的偏差。但是，I動作過強(qiáng)時，對快速變化偏差響應(yīng)遲緩。對有積分元件的負(fù)載系統(tǒng)可以單獨(dú)使用P動作控制。對于PD控制，發(fā)生偏差時，很快產(chǎn)生比單獨(dú)D動作還要大的操作量，以此來抑制偏P控制，有時由于此積分元件的作用，系統(tǒng)發(fā)生振蕩。在該場合，為使P動作的振蕩衰減..........PD利用I動作消除偏差作用和用D動作抑制振蕩作用，在結(jié)合P動作就構(gòu)成了PID控制，本系統(tǒng)就是采用了這種方式。采用PID控制較其它組合控制效果要好，基本上能獲得無偏差、精度高和系統(tǒng)穩(wěn)定的控制過程。這種控制方式用于從產(chǎn)生偏差到出現(xiàn)響應(yīng)需要一定時間的負(fù)載系統(tǒng)(即實(shí)時性要求不高，工業(yè)上的過程控制系統(tǒng)一般都是此類系統(tǒng)，本系統(tǒng)也比較適合PID調(diào)節(jié))效果比較好圖4-4PID控制框圖通過對被控制對象的傳感器等檢測控制量(反饋量)，將其與目標(biāo)值(溫度、流量、壓力等設(shè)定值)進(jìn)行比較。若有偏差，則通過此功能的控制動作使偏差為零。也就是使反饋量與日標(biāo)值相一致的一種通用控制方式。它比較適用于流量控制、壓力控制、溫度控制等過程量的控制。在恒壓供水中常見的PID控制器的控制形式主要有兩種:PIDPID參數(shù)及日(2PID控制算法在可編程序控制器(或單片機(jī))上做PID控制器.資料.資料...................資料圖4-5 PID控制接線圖壓力傳感器的接線圖CY-YZ-1001要求。0～a℃～0℃8（C。..............資料....資料圖4-6壓力傳感器的接線圖原件表水泵：M1、M2選用40-160(I)A型，M3選用40-160(I)型，參數(shù)見表4.1所示。P 220012IU3805.8A I12

P 3000U3807.9Aosos熱繼電器的選擇：選用最小的熱繼電器作為電機(jī)的過載保護(hù)熱繼電器FR，F(xiàn)RFR1 2CARC，3額定電流為6－9A熔斷器的選擇：在控制回路中熔斷器FU選用RT18系列。接觸器的選擇：對于接觸器KM選擇的是規(guī)格SC-E03-C,功率3Kw按鈕SB的選擇：PLC各輸入點(diǎn)的回路的額定電壓直流24V，各輸入點(diǎn)的回路的額定電流均小于40mA，按鈕均只需具有1對常開觸點(diǎn)，按鈕均選用LAY3-11型，其主要技術(shù)參數(shù)為：U=24VDC，I=0.3A，含1對常開和1對常閉觸點(diǎn)。N N元件符號型號個數(shù)可編程控制器PLCFX-30MR-D1變頻器FR-A540系列5.5型1接觸器KMSC-E03-C7M1,M240-160(I)A2水泵M340-160(I)1閘刀開關(guān)閘刀開關(guān)QSHD11-100/181FU1，F(xiàn)U2RT18 6A2熔斷器FU3RT18 8A1FRFR1 2TK-E02T-C2熱繼電器FRK-E02U-C13按鈕SBLAY3—1110表4-1元件表總圖符號型號流量揚(yáng)程轉(zhuǎn)速電機(jī)功率M1,M240-160(I)(m3/h)11(m)28(r/min)2900(kw)2.2AM340-160(I)12.53229003.0水泵表4-2水泵的參數(shù)水泵變頻器適用電機(jī)輸出額定輸出額定過載能力電源額定冷卻容量（KW)容量(KVA)電流（A）輸入交流方式FR-A5405.59.112150%60s,電壓/頻率3強(qiáng)制................資料5.5200%0.5s 至480V 風(fēng)冷型（三菱）(反時限特 50Hz/60H性)z表4-3變頻器的參數(shù)PLC控制及編程PLC調(diào)整。工作流程如圖5-1所示。PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻—變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。工作流程如圖5-1所示。圖5-1 PLC程序流程圖系統(tǒng)起動之后，檢測是自動運(yùn)行模式還是手動運(yùn)行模式。如果是手動運(yùn)行模式則進(jìn)行手動操作，人們根據(jù)自己的需要操作相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)根據(jù)按鈕執(zhí)行相應(yīng)操作。如果是自動運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號執(zhí)行相應(yīng)的操作。手動模式主要是解決系統(tǒng)出錯或器件出問題在自動運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果PLC接到頻率下限信號，則執(zhí)行減泵程序，減少水泵的工作數(shù)量。沒接到信號就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行模式手動運(yùn)行當(dāng)按下SB7按鈕，用手動方式。按下SB10手動啟動變頻器。當(dāng)系統(tǒng)壓力不夠需要增SBn（n=1,3,5）時，用時間繼電器作了時間延遲，當(dāng)壓力過大時，可以手動按下SBn（n=2,4,6）按鈕，按鈕，可以依次實(shí)現(xiàn)手動啟動和手動停止三臺水泵.該方式僅供自動故障時使用.自動運(yùn)行由PLC降壓控制.升壓控制：系統(tǒng)工作時，每臺水泵處于三種狀態(tài)之一，即工頻電網(wǎng)拖動狀態(tài)、變頻器拖動調(diào)速狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài).系統(tǒng)開始工作時，供水管道水壓力為零，在控制系統(tǒng)作用下，變頻器開始運(yùn)行，第一臺水泵M1，啟動且轉(zhuǎn)速逐漸升高，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間M1處在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài).當(dāng)用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵按設(shè)定速率加速到另一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)速;反之................資料時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，并有新的水泵投人并聯(lián)運(yùn)行.當(dāng)最后一臺水泵M3投人運(yùn)行，變頻器輸出頻率達(dá)到工頻，壓力仍未達(dá)到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)就會發(fā)出故障報警.編程及介紹總程序的順序功能圖系統(tǒng)分為自動運(yùn)行和手動運(yùn)行兩部分圖5-2總程序的順序功能圖自動運(yùn)行順序功能圖按下SB8按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行模式，順序功能圖如5.3所示。圖5-3自動運(yùn)行順序功能圖Y0KM0M1KM1M1KM2KM3M2KM4M3..........接KM5控制M3的工頻運(yùn)行C#1KM32#水泵。KM3KM22#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動。PLCKM5KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。再次接到下限信號就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。為了防止出現(xiàn)某臺電動機(jī)既接工頻電又接變頻電設(shè)計了電氣互鎖。在同是控制M1電動機(jī)的兩個接觸器KM1、KM0線圈中分別串入了對方的常閉觸頭形成電氣互鎖。5.3.3手動模式順序功能圖.資料...SB9.資料.............圖5-4自動運(yùn)行順序功能圖SB93，5）SBn（n=2，4，6）三臺電機(jī)分別處于（如#1SB1,SB2）3.4程序說明（1）自動運(yùn)行部分。起動1#泵.資料....資料.............起動1#，2#泵：C#行，KM1KM0KM32#水泵。起動1#，2#，3#泵：KM3KM22#水泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，3#水泵變頻起動。起動1#泵：接到下限信號就關(guān)閉KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵變頻運(yùn)行。. 資料 .............起動1#，2#泵：輸出的下限信號使PLC關(guān)閉KM5、KM2，開啟KM3，2#水泵變頻起動。起動1#泵：KM3、KM0KM11#水泵變頻運(yùn)行。(2)手動