關(guān)于用PLC控制的無塔恒壓供水系統(tǒng)的問題

【專家解說】：1.緒論 1.1設(shè)計的由來及主要意義 近年來我國中小城市發(fā)展迅速，集中用水量急劇增加。與此同時我國城市家庭人均日生活用水量也在逐年提高。由于用戶用水的多少是經(jīng)常變動的，因此供水不足或供水過剩的情況時有發(fā)生。而用水和供水之間的不平衡集中反映在供水的壓力上，即用水多而供水少，則壓力低；用水少而供水多，則壓力大。保持供水壓力的恒定，可使供水和用水之間保持平衡，即用水多時供水也多，用水少時供水也少，從而提高了供水的質(zhì)量。 此外，恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如發(fā)生火災(zāi)時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。 隨著電力技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日益完善，以變頻調(diào)速為核心的智能供水控制系統(tǒng)取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設(shè)備，起動平穩(wěn)，起動電流可限制在額定電流以內(nèi)，從而避免了起動時對電網(wǎng)的沖擊；由于泵的平均轉(zhuǎn)速降低了，從而可延長泵和閥門等東西的使用壽命；可以消除起動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)。其穩(wěn)定安全的運行性能、簡單方便的操作方式、以及齊全周到的功能，將使供水實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)電、節(jié)省人力，最終達(dá)到高效率的運行目的。[1][2][3] 1.2設(shè)計目標(biāo)和要求 1．根據(jù)目前變頻調(diào)速恒壓供水的現(xiàn)狀，本設(shè)計要求能實現(xiàn)恒壓供水，自動和手動完成各個水泵的起停和切換，以及故障報警。 2．系統(tǒng)硬件設(shè)計（主電路，控制電路），PLC接線圖設(shè)計。 3．軟件設(shè)計（PLC程序）控制系統(tǒng)程序設(shè)計主要包括初始化程序，停機(jī)程序，水泵電機(jī)啟動程序，電機(jī)工頻/變頻切換程序及報警程序。 2.變頻調(diào)速恒壓控制系統(tǒng)的方案設(shè)計 2.1方案選擇 隨著供水需求的不斷上升，單靠以往繼電接觸器已經(jīng)不能滿足要求，目前控制方式有以下幾種： 1.邏輯電子電路控制： 這類控制電路難以實現(xiàn)水泵機(jī)組全部軟啟動、全流量變頻調(diào)節(jié)。往往采用一臺泵固定于變頻狀態(tài)，其余泵均為工頻工作 狀態(tài)的方式。因此控制精度較低、水泵切換時水壓波動大、調(diào)試較麻煩、工頻泵啟動時有沖擊、抗干擾能力較低，但成本較低。 2.單片機(jī)電路控制： 這類控制電路優(yōu)于邏輯電路，但在應(yīng)付不同管網(wǎng)、不同供水情況時調(diào)試較麻煩，追加功能時往往要對電路進(jìn)行修改，不靈活也不方便。電路的可靠性和抗干擾能力都不是很高。 3.帶PID回路調(diào)節(jié)器和/或可編程序控制器（PLC）的控制： 此時變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實現(xiàn)無極調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓。壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足需要的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種辦法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運算后，輸入給變頻器一個調(diào)速信號。[4][5] 2.2設(shè)計方案 在對幾種控制方案進(jìn)行比較后，選用了PLC的控制方式。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器，把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算與給定的壓力進(jìn)行比較，得出一比較參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的供水量，使供水管網(wǎng)上的壓力保持在給定的壓力上，當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過PLC控制切換器進(jìn)行加泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵的數(shù)量增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能，充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。圖1為變頻恒壓供水系統(tǒng)。其中變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機(jī)的無極調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化。傳感器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)水壓，壓力設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需求的水壓期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號。還有一種方法是將壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號送入PID回路調(diào)節(jié)器，由PID回路調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)器內(nèi)部進(jìn)行運算后，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)信號，如圖1中虛線所示。供水設(shè)備控制1—3臺水泵，在這些水泵中，只有一臺變頻泵。當(dāng)供水設(shè)備供電開始時，先啟動變頻泵，管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值時，變頻器的輸出頻率則穩(wěn)定在這一數(shù)值上。而當(dāng)用水量增加，水壓降低時，傳感器將這一信號送入可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器，可編程控制器或PID回路調(diào)節(jié)器則送出一個用水量增大的信號，使變頻器的輸出頻率上升，水泵的轉(zhuǎn)速提高，水壓上升。如果用水量增加很多，使變頻器的輸出頻率達(dá)到最大值，仍不能使管網(wǎng)水壓達(dá)到設(shè)定值，可編程序控制器或PID回路調(diào)節(jié)器就發(fā)出控制信號，啟動一臺工頻泵，其他泵依次類推。反之，當(dāng)用水量減少，變頻器的頻率達(dá)到最小值時，則發(fā)出減少一臺工頻泵的信號，其他泵依次類推。圖中M1-M3為電機(jī)，P1-P3為水泵，KM1-KM6為電機(jī)起、停、互相切換的交流接觸器。