PLC技術下變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計與使用,給排水工程論文

PLC技術下變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計與使用,給排水工程論文內容摘要：城市用水量在不同時間段有較大波動,而供水壓力僅依靠人工操作存在不穩(wěn)定性。為知足人們日益增長的用水需求,提高供水系統(tǒng)穩(wěn)定性,各類工業(yè)供水系統(tǒng)中越來越多的使用可編程控制器(PLC)來自動調節(jié)供水系統(tǒng)水壓。文章簡單介紹了PLC控制技術,并提供了一種新型變頻恒壓供水的系統(tǒng)方案;再結合本市現(xiàn)有供水系統(tǒng)構造,對PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計進行了探究,設計后的系統(tǒng)具有低成本、高穩(wěn)定性、寬流量范圍、節(jié)能等優(yōu)點。本文關鍵詞語：plc;供水系統(tǒng);變頻;恒壓;我們國家的供水系統(tǒng)尤其是城市供水、建筑供水、工業(yè)循環(huán)供水等領域的建設一直不完善,由于自動化程度普遍較低,致使大量資源浪費,且供水系統(tǒng)工作中常有不穩(wěn)定、操作煩瑣等缺點[1]。供水系統(tǒng)是城市基礎設施中的一大關鍵組成部分,其變頻恒壓能力決定了城市供水的穩(wěn)定性。為知足城市日益增長的用水需求,并提高供水系統(tǒng)穩(wěn)定性,實如今負荷低峰有效節(jié)約水資源浪費,急需一種自動的變頻恒壓供水系統(tǒng)[2]。PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)作為一種新型供水系統(tǒng),融合自動控制、電氣設計等技術于一身,經過實際應用的證明具有很高的經濟價值與操作優(yōu)勢。根據(jù)很多學者對供水行業(yè)的調查,城市的供水功耗在采用變頻調速技術后明顯降低,并且供水穩(wěn)定性得到了有效提升。尤其在使用幾年之后,能夠使由于冗余設計以及用量變化設計時浪費的電能都能夠節(jié)省下來。很多使用案例表示清楚,基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)減少了設備運行時產生的機械磨損和噪聲,降低設備的損耗,提升了設備的使用壽命。本文基于本市原有供水系統(tǒng)構造,結合PLC技術,對PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計進行了探究。1PLC變頻恒壓系統(tǒng)概述PLC即可編程控制器,作為一種工業(yè)控制裝置,由于其工作可靠易編程的特點,被廣泛應用于各類系統(tǒng)控制領域。當前常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由壓力傳感器、水位傳感器、PLC、控制器、若干水泵和若干水閥組成[3]。華而不實,PLC與變頻器組成了PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制部分,根據(jù)水壓的高低控制供水,到達在城市對供水有不同需求的時間段穩(wěn)定水流量和節(jié)約電能的目的[4]。PLC與變頻器組成的控制部分一般實現(xiàn)方式方法為:首先,供水系統(tǒng)出水管上的壓力表產生電壓信號;電壓信號再經過模擬/數(shù)字轉換模塊后得到數(shù)字量再送入PLC;PLC內部使用PID運算后,輸出變頻參考量;此變頻參考量經過數(shù)字/模擬轉換后,得出變頻模擬量;最后,將此變頻模擬量傳送到變頻器中,進而控制其輸出頻率的變化。PLC變頻恒壓供水設備的供水方式一般為多泵并聯(lián),相較于傳統(tǒng)供水系統(tǒng),其運行的水泵數(shù)量的多少是由用水量的大小決定的。當用戶用水量在比擬小的情況下,能夠少量泵通過變頻工作,當用戶用水量在略微增加的情況下,僅自動增加泵的頻率而不用開啟多余泵。本文基于根據(jù)一種簡化控制系統(tǒng)設計了閉環(huán)的水泵頻率控制系統(tǒng)[5],如此圖1所示。外環(huán)為壓力反應閉環(huán)控制,內環(huán)為水泵轉速反應閉環(huán)控制作。根據(jù)常規(guī)的控制系統(tǒng)設計理論,基于多變量預測控制理論,配對恒壓供水系統(tǒng)中的變量以進行控制系統(tǒng)的設計。由PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)中的壓力控制器和轉速控制器,當壓力發(fā)生變化時,控制系統(tǒng)中所有泵以一樣的趨勢改變轉速,使轉速基本保持一致。壓力值知足要求后,壓力控制器輸出不變,轉速控制器分別對各個泵進行控制,即各個泵分別對本身的轉速變化進行測量,并進行對應的PID調節(jié)。由于轉速副回路包含了電源電壓等大部分擾動,所以,能有效減少進入控制環(huán)節(jié)的擾動,也能優(yōu)化控制經過,因而能提高供水系統(tǒng)流量穩(wěn)定性。圖1PCL控制原理圖2恒壓供水系統(tǒng)特性為了更好地設計供水系統(tǒng),必須從系統(tǒng)的工作特性出發(fā),考慮幾個重要因素對供水系統(tǒng)的影響。供水系統(tǒng)的工作特性主要是揚程特性和管阻特性,華而不實揚程特性由供水系統(tǒng)本身決定,管阻特性則取決于供水管道對流體的阻力[6]。以流量為橫坐標,以揚程為縱坐標,能夠將揚程特性和管阻特性以曲線的形式表示在坐標系中。對于揚程特性,由于此特性由供水系統(tǒng)本身決定,所以是一種固有特性,對于使用固定水泵的供水系統(tǒng)來講其揚程特性曲線比擬固定,曲線僅在水泵轉速n改變時會發(fā)生一定偏移;對于管阻特性,此特性供水管道是對流體的阻力,是對管網(wǎng)的固有特性,對于鋪設完畢的供水網(wǎng)絡其數(shù)值保持固定,即該特性被固化,只要供水網(wǎng)絡使用的閥門開度改變時會使該曲線發(fā)生偏移。對于某一特定的供水系統(tǒng),其揚程特性和管阻特性相對固定。揚程特性即水泵的供水能力,繪制為曲線表現(xiàn)為揚程隨流量的增加而減小;管阻特性即用戶的用水能力,繪制為表現(xiàn)為揚程隨流量的增加而增加。將兩種特性曲線繪制在同一揚程供水流量坐標系中,如此圖2所示。供水系統(tǒng)的最優(yōu)工作點即兩特性曲線的交點,該點代表了供水系統(tǒng)供水流量和用水流量的平衡點。圖2系統(tǒng)工作點特性曲線3供水系統(tǒng)設計根據(jù)本市當前使用的供水系統(tǒng),可簡化為變頻器控制水泵頻率,增加或減少運行水泵的數(shù)量。在原有系統(tǒng)中增加PLC控制后的變頻恒壓供水系統(tǒng)構造如此圖3所示。操作者通過控制部分的儀表和開關實現(xiàn)監(jiān)控和控制供水系統(tǒng)運行[7]。通過安裝在水管外部的壓力表,將壓力信號轉變?yōu)闃藴市盘査腿雺毫鞲衅?輸入控制電柜中的,由PLC將接收到的壓力信號送入PID模塊做運算處理,PID模塊比擬初始信號與運算結果送入PLC的CPU模塊做頻率運算,最后將頻率運算結果發(fā)給變頻器,控制電機調整水泵功率,實現(xiàn)一輪系統(tǒng)控制。當用戶用水量在增加的情況下,水泵運行的頻率會隨著用水量增加。當工作中的泵功率到達上限且供水壓力沒有到達預設范圍時,新啟動一個泵,并根據(jù)上述經過調整水壓。用戶用水量在減少的情況下,水泵運行頻率會自動調節(jié),直到降至下限運行頻率和關閉多余泵。為了合理確定供水系統(tǒng)的上限和下限頻率,需要對應水泵的額定頻率。在傳統(tǒng)供水系統(tǒng)中,水泵上限頻率為額定頻率,但由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的變頻器具有轉差補償調節(jié)能力,所以在恒壓供水系統(tǒng)的實際使用情況下,水泵在變頻運行時的實際轉速要高于工頻運行時的轉速,使得水泵和電動機的負載增加,因而泵的上限頻率應當略小于額定頻率。而供水系統(tǒng)的下限頻率,取決于泵的性能,當泵的轉速過低,會出現(xiàn)水泵的揚程小于基本揚程,水泵出現(xiàn)空轉的現(xiàn)象即到達供水系統(tǒng)下限頻率。圖3基于PLC的簡化供水系統(tǒng)示意圖相比原有系統(tǒng),PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)在用水量高峰時,水泵頻率升高,水泵數(shù)量增加,供水量增大;在用水量低峰時,水泵頻率降低,水泵數(shù)量減少,供水量降低,其水泵的轉速相應減慢,供水量也會減小。進而保證用戶的用水需求,實現(xiàn)用多少水,供給多少水,在負荷低峰節(jié)約能源浪費。4系統(tǒng)使用要求與效果PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)作為一個完好的城市供水系統(tǒng),必須保證其供水質量和效率。該系統(tǒng)在運行經過中實現(xiàn)功能依靠變頻器。由于變頻器是通過參數(shù)設定才能夠展開工作,所以,變頻器在選擇經過中需要具有科學性。變頻器的主要作用是控制水泵電機,必須充分考慮變頻器多臺泵循環(huán)變頻、固定方式切換、最大電壓、最大頻率等功能,同時要具有節(jié)能、穩(wěn)定、安全的特點。除了知足基本供水功能,PLC恒壓供水系統(tǒng)應當包含運行變頻器的啟動控制、工頻轉換器、監(jiān)控報警、熱機保衛(wèi)、故障復位等。啟動控制部分必須結合手動運行控制方式和自動運行控制方式,當系統(tǒng)出現(xiàn)異常運行時,便需要手動運行控制方式及時應對系統(tǒng)的異常。監(jiān)控報警部分能對運行狀態(tài)實時監(jiān)控,如運行頻率、運行功率、輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流等變頻器的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)必須處于系統(tǒng)的實時監(jiān)控下。當主要參數(shù)超過報警值,系統(tǒng)能根據(jù)預先設置好的信號來進行分析判定并采取必要的處理結果,避免事故的發(fā)生。5結束語隨著社會經濟的快速發(fā)展、城市化進程的加速和當代工業(yè)設施的建設,對我們國家供水系統(tǒng)提出了更高層次的要求,尤其是城市供水、建筑供水、工業(yè)循環(huán)供水等領域,急需更高層次的可靠性和經濟性。本文基于本市原有供水系統(tǒng)構造,結合PLC技術,對PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計進行了探究。相比原有系統(tǒng),PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)在用水量高峰時,水泵頻率升高,水泵數(shù)量增加,供水量增大;在用水量低峰時,水泵頻率降低,水泵數(shù)量減少,供水量降低,其水泵的轉速相應減慢,供水量也會減小。通過使用PLC變頻恒壓供水系統(tǒng),能提高供水穩(wěn)定性同時節(jié)約能源浪費,具有很高的經濟價值與操作優(yōu)勢。以下為參考文獻[1]楊居源.變頻恒壓供水系統(tǒng)應用研究[J].吉林水利,2022,(2):54-56.[2]袁鈺琪,高健桐.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究[J].農家參謀,2022(24):163.[3]王學林.基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的電氣設計研究[J].科學技術創(chuàng)新,2022(17):194-195.[4]