西門(mén)子PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)工程中的應(yīng)用
西門(mén)子PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)工程中的應(yīng)用
一、采用恒壓變頻供水系統(tǒng)的好處
恒壓變頻供水系統(tǒng)對(duì)于生活小區(qū)是非常重要的，例如在生活小區(qū)供水過(guò)程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響居民生活。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區(qū)采用生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
基于上述情況，我公司對(duì)###生活小區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用S7-200CN PLC 作為主控單元。利用ABB供水變頻器，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的。
二、恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的基本控制策略
恒壓變頻供水系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的PID或PI功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過(guò)程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點(diǎn)測(cè)的壓力信號(hào)(4－20ｍＡ)直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過(guò)變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。
供水系統(tǒng)選用原則水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度，水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。
三、恒壓變頻供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成
##小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)采用一臺(tái)ABB變頻器拖動(dòng)四臺(tái)0.5KW功率電動(dòng)機(jī)，可在變頻和工頻兩種方式下運(yùn)行。用戶通過(guò)人機(jī)界面對(duì)水壓設(shè)定，并可通過(guò)觸摸屏對(duì)電極轉(zhuǎn)速，頻率，運(yùn)行狀態(tài)和水壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視。
啟動(dòng)方式:為避免啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，電機(jī)采用變頻啟動(dòng)方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動(dòng)前變頻器要復(fù)位。
變頻調(diào)速:根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。如設(shè)備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時(shí)，PLC發(fā)出指令1號(hào)泵自動(dòng)切換到工頻電源運(yùn)行，待1號(hào)泵完全退出變頻運(yùn)行，對(duì)變頻器復(fù)位后，2號(hào)泵投入變頻運(yùn)行。
多泵切換:根據(jù)恒壓的需要，采取無(wú)主次切換，即“先開(kāi)先?！钡脑瓌t接入和退出。在PLC的程序中，通過(guò)設(shè)置變頻泵的工作號(hào)和工頻泵的臺(tái)數(shù)，由給定頻率是否達(dá)到上限頻率或下限頻率來(lái)判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。
為了避免一臺(tái)泵長(zhǎng)期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運(yùn)行超過(guò)3小時(shí)。當(dāng)工頻泵臺(tái)數(shù)為零，有一臺(tái)運(yùn)行于變頻狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，當(dāng)達(dá)到3小時(shí)時(shí)，變頻泵的泵號(hào)改變，即切換到另一臺(tái)泵上。當(dāng)有泵運(yùn)行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)并清零。
故障處理:能對(duì)水位下限，變頻器、PLC故障等報(bào)警。PLC故障，系統(tǒng)從自動(dòng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)方式。
監(jiān)控程序：系統(tǒng)主窗體四個(gè)按鈕控件，分別為參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、啟動(dòng)和關(guān)閉系統(tǒng)。參數(shù)設(shè)置界面如圖2所示。用戶可根據(jù)實(shí)際情況修改壓力設(shè)定值。
主要控件功能包括:
(1) 壓力設(shè)定值:壓力設(shè)定值范圍:0.30-0.60Mpa。
(2) 校正系數(shù):主要是對(duì)壓力顯示進(jìn)行校正，使壓力顯示與壓力表顯示一致。
(3) 復(fù)位按鈕:運(yùn)行中按下，將使系統(tǒng)重新啟動(dòng)，各參數(shù)回到初始設(shè)置。
(4) 設(shè)定按鈕:在文本框輸入壓力設(shè)定值和校正系數(shù)后，按下此按鈕，壓力設(shè)定值和校正系數(shù)才能通過(guò)串口發(fā)送給下位機(jī)。
四、恒壓變頻供水設(shè)備選用及價(jià)格
恒壓變頻供水系統(tǒng)主要設(shè)備均采用世界知名品牌產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。
主要設(shè)備如下：
設(shè)備名稱 型號(hào) 數(shù)量 單價(jià)（元） 備注
變頻器 ABB ACS510 1個(gè)
PLC Simens s7-200cn 1臺(tái)
空氣斷路器 DS253S-C10/0.03 3個(gè)
熱繼電器 DB200 6個(gè)
電流繼電器 24V DC 若干
接觸器 ABB A12-30-01 AC220V 6個(gè)
直流電源 輸入220AC OUT:24DC 1個(gè)
控制按鈕 ABB C 3SS1-10B-11 14個(gè)
轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) LW5-15D 1個(gè)
壓力變送器 ABB MV200T 1個(gè)
電接點(diǎn)壓力表 YTXC-100-Z 1塊
電動(dòng)閥門(mén)裝置 ZCS水用電磁閥 2部
觸摸屏 臺(tái)達(dá) DOP-A57BSTD
1部
通訊模塊 1個(gè)
信號(hào)指示燈 12個(gè)
控制機(jī)箱 1個(gè)
電力電纜 VV 3x4+1x2.5 mm2 米 長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)定
通訊電纜 5類屏蔽雙絞線 米 長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)定
熔斷器開(kāi)關(guān) 2個(gè)
電流表 1個(gè)
電壓表 1個(gè)
互感器 1個(gè)
接線端子附件 BAMH 若干
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