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1 引言 供水智能系統(tǒng)采用變頻器和可編程控制器plc等現(xiàn)代控制設(shè)備和技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒定水壓供水，是供水領(lǐng)域技術(shù)革新的一項(xiàng)有效措施，以往采用的水塔供水既不穩(wěn)定又不經(jīng)濟(jì)，更重要的是浪費(fèi)了大量的能源，本文介紹(Introduce)的變頻恒壓供水系統(tǒng)以其有效的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，徹底解決了上述問題，是一項(xiàng)頗有實(shí)用價值的調(diào)速系統(tǒng)，為現(xiàn)有的供水系統(tǒng)技術(shù)改造提供了切實(shí)可行的途徑。 2 供水智能系統(tǒng)控制的原理 基于s7-200的變頻（frequency conversion)恒壓供水系統(tǒng)的工作原理，是利用s7-200的可編程控制器和變頻器作為控制核心，時刻跟隨管網(wǎng)的壓力與壓力設(shè)定值的偏差變化情況，利用變頻器檢測實(shí)際水壓值，再將實(shí)際水壓值和設(shè)定值進(jìn)行比較，按照變頻器內(nèi)部的pid規(guī)律運(yùn)算后，自動(automatic)控制水泵（water pump）電機(jī)的轉(zhuǎn)速；通過(tōng guò)plc輸出控制變頻與工頻切換；自動控制水泵電機(jī)投入臺數(shù)和水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動調(diào)整恒壓供水，在保持恒壓下達(dá)到控制流量的目的；同時利用“先啟先�！钡脑瓌t，自動巡檢每天水泵的運(yùn)行時間，保證每臺水泵的工作時間一樣。 本文以遼寧千山水泥（材料:粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料)廠的恒壓供水項(xiàng)目為例，設(shè)計了一套恒壓供水系統(tǒng)（見附圖），整個供水系統(tǒng)主要包括兩個部分：清水泵（water pump）恒壓控制和循環(huán)水泵恒壓控制。清水泵主要是生活用水，循環(huán)水泵主要是工業(yè)用水，清水泵和循環(huán)水泵都由s7-200控制，清水泵是一拖二，循環(huán)水泵是一拖三，兩者的控制要求是一樣的。本文重點(diǎn)介紹循環(huán)水泵控制系統(tǒng)。 供水智能系統(tǒng)控制要求： (1)控制系統(tǒng)具有手動、自動兩種工作方式，手動用于設(shè)備調(diào)試、檢修及其特殊情況下的供水。正常(normal)情況下，設(shè)備置于中控自動位，實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行。 (2)當(dāng)工作方式方法轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動時，可以根據(jù)設(shè)定壓力自動進(jìn)行控制，保證恒壓供水。 (3)當(dāng)工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動時，由人工在柜面上通過(tōng guò)電位器調(diào)節(jié)(adjust)各水泵轉(zhuǎn)速。 (4)清水泵泵正常情況下為一用一備，兩臺水泵互為備用；循環(huán)泵正常情況下為兩用一備，三臺水泵互為備用，由可編程控制（control)器控制三臺水泵之間的自動啟停。 (5)系統(tǒng)具有運(yùn)行、報警、故障等信號，均為無源常開點(diǎn)。 3 供水智能(intelligence)系統(tǒng)工作(gōng zuò)過程 變頻（frequency conversion)調(diào)速恒壓控制系統(tǒng)構(gòu)成由可編程控制器、變頻器、水泵電機(jī)組(unit)、水位傳感器等組成。系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動三臺電動機(jī)的啟動、運(yùn)行與調(diào)速，三臺電機(jī)循環(huán)使用的方式運(yùn)行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如附圖所示。 根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)的實(shí)際情況，一般只需要一臺泵變頻工作就能滿足生產(chǎn)需要，在用水高峰時期或特殊情況下需要一臺泵變頻運(yùn)行一臺泵工頻運(yùn)行，且保證每臺泵工作的時間一樣，循環(huán)使用每臺泵。 分析自動控制系統(tǒng)的工作過程，可以分為以下三種情況： (1) 第一種情況 泵1在變頻器（Variable-frequency Drive)的帶動下變頻運(yùn)行，當(dāng)用水量增大時，變頻器達(dá)到最大50hz；這時泵1由變頻變?yōu)楣ゎl，泵2變頻運(yùn)行；泵1沒有出現(xiàn)故障，而用水量又減小，在plc可編程控制器控制下，停止泵1工頻運(yùn)行，只有泵2變頻運(yùn)行，這期間一旦泵1出現(xiàn)故障，在plc可編程控制器控制下，停止泵1的運(yùn)行，讓泵2變頻運(yùn)行以保證供水壓力恒定。 (2) 第二種情況 泵2在變頻器的帶動下變頻運(yùn)行，當(dāng)用水量增大時，變頻器達(dá)到最大50hz；這時泵2由變頻變?yōu)楣ゎl，泵3變頻運(yùn)行；泵2沒有出現(xiàn)故障，而用水量又減小，在plc可編程控制器控制下，停止泵2工頻運(yùn)行，只有泵3變頻運(yùn)行，這期間一旦泵2出現(xiàn)故障，在plc可編程控制器控制下，停止泵2的運(yùn)行，讓泵3變頻運(yùn)行以保證供水(Water supply)壓力恒定。 (3) 第三種情況 泵3在變頻器的帶動下變頻運(yùn)行，當(dāng)用水量增大時，變頻器達(dá)到最大50hz；這時泵3由變頻變?yōu)楣ゎl，泵1變頻運(yùn)行；泵3沒有出現(xiàn)故障，而用水量又減小，在plc可編程控制器控制下，停止(stop)泵3工頻運(yùn)行，只有泵1變頻運(yùn)行，這期間一旦泵1出現(xiàn)故障，在plc可編程控制器控制下，停止泵3的運(yùn)行，讓泵1變頻運(yùn)行以保證供水壓力恒定。 在plc程序設(shè)計中，必須認(rèn)真考慮這三種情況和三種情況的循環(huán)，才能保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常(normal)的切換與長期穩(wěn)定的運(yùn)行。無塔供水設(shè)備它可以取代蓄水池，能充分利用自來水管網(wǎng)的壓力直接供水或間接供水，避免了能源的二次浪費(fèi)和二次污染，大幅度節(jié)省了基建投資并縮短了施工工期。供水設(shè)備從根本上解決了水塔供水的問題。據(jù)“供水設(shè)備推廣中心”的資料顯示，供水設(shè)備不需建造水塔，投資小、占地少，采用水氣自動調(diào)節(jié)、自動運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)能與自來水自動并網(wǎng)，停電后仍可供水，調(diào)試后數(shù)年不需看管。 4 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 4.1 變頻器硬件設(shè)計 變頻器（Variable-frequency Drive)選用abb/acs400型7.5kw變頻器產(chǎn)品，適配馬達(dá)7.5kw，該變頻器基本配置中帶有pid功能，通過變頻器面板設(shè)定一個給定頻率作為壓力給定值，壓力傳感器反饋來的一個壓力信號(signal)（4~20ma）接在變頻器的輔助，作為壓力反饋，變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測壓力，調(diào)節(jié)輸出頻率，改變水泵轉(zhuǎn)速，控制管網(wǎng)壓力保持在給定壓力值上，變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端進(jìn)plc，作為泵變頻與工頻切換的控制信號，變頻器的極限輸出頻率通過面板可以設(shè)定，一般為50hz。變頻器的故障輸出端分別進(jìn)plc可編程控制器和故障指示燈，plc可編程控制器讓故障泵停止工作，切換到正常泵，同時讓故障指示燈亮，提醒人們。變頻器面板上有故障復(fù)位按鍵，一般的故障用復(fù)位按鍵復(fù)位，可以重新啟動變頻器；變頻器的運(yùn)行與停止端子接到plc可編程控制器的輸出端；變頻器的 U、 V、w輸出端并聯(lián)3個接觸器分別接到3個泵上面，變頻器可分別帶動3個泵，3個泵還可以通過(tōng guò)另外3個接觸器并聯(lián)到工頻電源上。變頻供水設(shè)備設(shè)備是一種直接與市政管網(wǎng)相連，而不會對市政管網(wǎng)產(chǎn)生影響的成套供水設(shè)備。該設(shè)備在ZBH變頻恒壓的基礎(chǔ)上，將市政管網(wǎng)壓力和提升水泵的壓力進(jìn)行疊加，使生活供水更加節(jié)能和環(huán)保，是傳統(tǒng)二次供水理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。 4.2 plc硬件設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)總有8個，數(shù)字量輸出點(diǎn)9個，plc可編程控制（control)器選用西門子s7-200中的cpu224系列。i/o地址分配見附表。 5 注意事項(xiàng) (1)變頻轉(zhuǎn)工頻開關(guān)切換時間t 設(shè)置t是為了確保在加泵時，泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻的過程中，同一臺泵的變頻運(yùn)行和工頻運(yùn)行各自對應(yīng)的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器，同時為了避免工頻啟動時啟動電流過大而對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，此時間要設(shè)置的合理，太小空氣開關(guān)很容易跳閘，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)這個時間一般為2~3s左右，最好用plc上面的電位器來根據(jù)實(shí)際情況(Condition)來調(diào)整。 (2)上下限頻率持續(xù)時間th和tl 變頻器（Variable-frequency Drive)運(yùn)行的頻率隨管網(wǎng)用水量增大而升高，本系統(tǒng)以變頻器運(yùn)行的頻率是否達(dá)到上限（下限）、并保持一定的時間為依據(jù)來判斷是否加泵（減泵），這個判斷的時間就是th（tl）。供水設(shè)備需要建水池或水箱，自來水放入水池或水箱，再從零壓力啟動。系統(tǒng)由水泵、氣壓罐、低位水池（或水井）和自動控制柜組成的供水系統(tǒng)。如果設(shè)定值過大，系統(tǒng)就不能迅速的對管網(wǎng)用水量的變化做出反應(yīng)；如果設(shè)定值過小，管網(wǎng)用水量的變化時就很可能引起頻繁的加減泵動作；兩種情況下都會影響恒壓供水的質(zhì)量。由于沒有顯示面板，所以用plc上面的電位器來根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整。 6 結(jié)束語 供水(Water supply)智能(intelligence)系統(tǒng)邏輯控制（control)采用plc，壓力調(diào)節(jié)采用帶pid控制的變頻器，使用方便，工作可靠，系統(tǒng)壓力恒定，無沖擊，具有較好的控制效果。在實(shí)際運(yùn)行中，可以根據(jù)用戶實(shí)際需要，通過改變壓力給定，進(jìn)行任意設(shè)定，在系統(tǒng)進(jìn)行增泵或減泵過程中，水壓波動允許的范圍內(nèi)，一旦增泵或減泵過程結(jié)束，壓力立即穩(wěn)定到設(shè)定值，這個過程前后不到30s時間，很好地滿足了用戶用水要求。供水智能系統(tǒng)采用變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效（指效能高的）節(jié)能，節(jié)能效率可達(dá)40%左右，同時由于采用變頻器對電機(jī)實(shí)行軟起動，減少了設(shè)備損耗，延長了水泵、電機(jī)設(shè)備的使用壽命。運(yùn)行結(jié)果表明，采用plc和變頻器為核心部件構(gòu)成的變頻恒壓(Constant pressure)供水系統(tǒng)，有著很強(qiáng)的實(shí)用性，具有壓力穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)(簡單、工作可靠等特點(diǎn)，為供水領(lǐng)域的技術(shù)革新，開辟了切實(shí)有效的途徑。 |
