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隨著變頻調速技術的發(fā)展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，一拖二一拖三變頻恒壓供水設備(shèbèi)自動控制系統(tǒng)已經取代了傳統(tǒng)供水方式。一般應用于工礦企業(yè)和市政供水系統(tǒng)。文章介紹了PLC與變頻器（Variable-frequency Drive)的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統(tǒng)的構成，泵組切換與恒壓供水控制方法和系統(tǒng)保護功能的實現(xiàn)。并簡要分析了其使用效果。 1 引言 以 PLC控制為核心、變頻調速技術為基礎的一拖二一拖三變頻恒壓供水設備(shèbèi)自動控制系統(tǒng)，已逐漸取代原有的供水方式。PLC用于變頻恒壓供水系統(tǒng)中，不僅簡化了系統(tǒng)的硬件，減少了系統(tǒng)在硬件上出現(xiàn)故障的次數(shù)，提高了硬件系統(tǒng)的抗干擾能力，而且，隨著社會的發(fā)展和進步、通信技術的快速發(fā)展，為實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程控制奠定了基礎，同時，也解決了城市高層建筑和居民小區(qū)的供水問題(Emerson)。 2 一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統(tǒng)的組成 PLC與變頻器實現(xiàn)的恒壓供水自動控制（control)系統(tǒng)的組成如圖1所示。 2.1 主要設備選擇(xuanze) (1) FK2 - 32可編程控制器是三菱公司的產品，適用于各種環(huán)境，抗干擾能力強，編程方便，易于使用；擴展功能也很強。本身具有16路開關量輸入和16路輸出，精度高，多量程的A/D 和D/A 模塊用于反饋控制�；局噶钐幚頃r間為0.74μs/每步，平均無故障（fault）時間達30萬h，可滿足一般工業(yè)控制需求。 (2) 本系統(tǒng)設備選型的主要要求是可靠性高，能長時間穩(wěn)定運行。所選設備應能滿足恒壓供水閉環(huán)控制和泵組切換控制。 根據(jù)系統(tǒng)的實際需要，選用FX2 - 32 作為系統(tǒng)的控制主機，擴展1個模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)量輸入模塊FX-4AD和1個模擬量輸出模塊FX- 2DA，能滿足系統(tǒng)水壓的PID閉環(huán)控制和開關量的切換控制要求。 變頻器（Variable-frequency Drive)選擇日本三肯公司制造的MF-l10kW交流變頻調速器，該變頻器具有快速響應轉矩調整功能、轉差補償功能及優(yōu)良的保護功能。變頻器容量為150 kVA ，驅動電機功率110kW，輸出額定電流228A(120%的過載能力)，操作方便，直觀。 壓力變送器選擇國產1151型號的電容式壓力變送器。該變送器具有結構簡單，安裝方便，準確度高及高可靠性等優(yōu)點，能滿足控制（control)要求。 2.2 水壓閉環(huán)調節(jié)原理 該系統(tǒng)的水壓閉環(huán)調節(jié)原理是：在泵站的輸出母管上的壓力變送器將出水母管水壓轉換為1～5 V，直流電壓信號輸入PLC，經FX- 4AD將其轉換為數(shù)字信號。該信號與壓力給定值相比較，并經PID運算，由PLC輸出1個控制信號經FX- 2DA 轉換為4～20mA的控制信號送往變頻器，控制變頻器輸出頻率，從而控制供水泵電機轉速，達到輸出供水母管水壓穩(wěn)定在設定的壓力上。 3 一拖二一拖三變頻恒壓供水設備自動控制系統(tǒng)泵組切換與恒壓供水控制方法 該系統(tǒng)由1臺編程控制器和1臺變頻器（Variable-frequency Drive)配合來控制4臺水泵的起、停。上電時系統(tǒng)由變頻器控制軟起動1號泵變頻運行。如變頻器的輸出頻率上升到50Hz，輸出母管水壓還達不到設定值，則延時3 min后(使母管壓力穩(wěn)定)，將1號泵切換為工頻市電驅動。變頻器則再軟起動2號泵運轉，如輸出母管水壓還達不到設定值，則將2 泵切換為工頻市電驅動。變頻器則再起動3號泵運轉，直到輸出母管水壓達到設定值為止。 當系統(tǒng)處于N臺泵同時運轉時，因用水量的變化可引起水壓的變化。泵組切換與恒壓供水的控制（control)流程如圖2所示。 為防止變頻器50Hz驅動與市電50Hz驅動時電機輸出功率不同造成反復加泵緘泵現(xiàn)象，程序中的加泵緘泵的切換點不是剛好等于設定值時就切換。加泵時壓力判斷點為設定值-Δ，減泵時判斷點為設定值+Δ。其中Δ根據(jù)水壓控制的精度（精確度）要求而對應設置。 另外，為防止減泵時由于市電驅動的泵的切換使水壓下降甚至造成斷水現(xiàn)象，故減泵之前將變頻器的輸出控制（control)在30Hz上(此值可根據(jù)實際情況進行修正)。無塔供水設備恒壓變流量供水裝置，是非常理想的一種節(jié)能供水設備，節(jié)能效果好，結構緊湊，占地面積小，運行穩(wěn)定可靠，使用壽命長，方案設計靈活，供水壓力可調，流量可大可小，完全可以取代水塔、高位水箱及各種氣壓式供水設備，可徹底免除水質的二次污染。泵可處于不打水狀態(tài)，一旦N - 1號泵停止，則第N號泵將在30 Hz的基礎上增加，上升頻率(frequency)速度快，可避免切換過程中的斷水現(xiàn)象。 為了滿足在火災情況發(fā)生時的消防需要，本系統(tǒng)具有雙恒壓控制（control)功能，即當發(fā)生火災時，按下消防按鈕開關，PLC讀到消防按鈕開關信號后，立即起動消防水壓(即第二恒壓設定值)控制，滿足消防滅火水壓要求。 4 一拖二一拖三變頻（frequency conversion)恒壓供水設備自動控制系統(tǒng)保護功能的實現(xiàn) 4.1 定時換泵功能 為了防止某1臺水泵因長期不運行銹死而另外1臺卻長時間運行，影響系統(tǒng)的運行壽命和可靠性，該系統(tǒng)PLC內部設有實時時鐘。供水設備是為解決由于壓力不足，無法到達用戶用水的高度或流，而專門研發(fā)設計的新型環(huán)保節(jié)能的專業(yè)設備。PLC系統(tǒng)定時巡檢每1臺泵的運行時間，并與整個系統(tǒng)泵的平均運行時間比較，如果某1臺泵休息時間太長，則將該泵投入運行，而運行時間最長的泵投入休息狀態(tài)。系統(tǒng)盡量使每1臺泵的運行時間接近，以防止泵因長期不運行而銹死，同時也避免了某1臺泵因運行時間太長而易出現(xiàn)故障的現(xiàn)象。 4.2 故障（fault）檢測與報警功能 該系統(tǒng)設有水位檢測與報警、變頻器故障檢測與報警、超壓(水壓)檢測與報警及故障處理功能。 蓄水池水位的檢測采用1臺浮球傳感器(transducer)。恒壓供水設備廣泛用于企業(yè)單位、住宅區(qū)及農村的生產、生活、辦公供水。適用于供水戶在5000戶以內，日供水量在3000m3以內場所，供水高度達100米以上。當水池中水位高于某設定值時，浮球懸浮在水中，球內的干簧（huáng）管接通。若水池水位低于某設定值時，浮球懸起，內部干簧管斷開。PLC接收到此信號后，發(fā)出報警信號，通知操作控制人負處理。 超壓報警在設備正常運行時是不會發(fā)生的，因為一旦水壓（特指：壓強）超過設定值時，則PLC會減泵或控制變頻器降低（reduce)頻率(frequency)使水泵減速。特殊情況(Condition)下，如壓力傳感器失靈等情況出現(xiàn)，實測壓力大大超過設定水壓時，則PLC發(fā)出報警信號，通知操作人員處理。 5 結束語 FX2 - 32可編程控制器與變頻器（Variable-frequency Drive)結合實現(xiàn)的智能恒壓多泵恒壓供水自動控制系統(tǒng)已在公司得到實際應用。實際運行表明，系統(tǒng)投入后供水壓力穩(wěn)定，控制精度（精確度）高，運行可靠，效率較高。 |
