PLC控制的一拖二一拖三變頻恆壓供水裝置自動控制系統
PLC控制的一拖二一拖三變頻恆壓供水裝置自動控制系統
隨著變頻調速技術的發展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，一拖二一拖三變頻恆壓供水裝置(shèbèi)自動控制系統已經取代了傳統供水方式。一般應用於工礦企業和市政供水系統。文章介紹了PLC與變頻器（Variable-frequency Drive)的一拖二一拖三變頻恆壓供水裝置自動控制系統的構成，泵組切換與恆壓供水控制方法和系統保護功能的實現。並簡要分析了其使用效果。
1、引言
變頻恆壓供水裝置以 PLC控制為核心、變頻調速技術為基礎的一拖二一拖三變頻恆壓供水裝置(shèbèi)自動控制系統，已逐漸取代原有的供水方式。PLC用於變頻恆壓供水系統中，不僅簡化了系統的硬體，減少了系統在硬體上出現故障的次數，提高了硬體系統的抗干擾能力，而且，隨著社會的發展和進步、通訊技術的快速發展，為實現系統的遠端控制奠定了基礎，同時，也解決了城市高層建築和居民小區的供水問題(Emerson)。
2、一拖二一拖三變頻恆壓供水裝置自動控制系統的組成
PLC與變頻器實現的恆壓供水自動控制（control)系統的組成如圖1所示。
2.1 主要裝置選擇(xuanze)
(1) 可程式設計控制器是三菱公司的產品，適用於各種環境，抗干擾能力強，程式設計方便，易於使用；擴充套件功能也很強。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 模組用於反饋控制。基本指令處理時間為0.74μs/每步，平均無故障（fault）時間達30萬h，可滿足一般工業控制需求。
(2) 本系統裝置選型的主要要求是可靠性高，能長時間穩定執行。所選裝置應能滿足恆壓供水閉環控制和泵組切換控制。
根據系統的實際需要，選用PLC作為系統的控制主機，擴充套件1個模擬(定義:對真實事物或者過程的虛擬)量輸入模組FX-4AD和1個模擬量輸出模組FX- 2DA，能滿足系統水壓的PID閉環控制和開關量的切換控制要求。
變頻器（Variable-frequency Drive)選擇日本三肯公司製造的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點，能滿足控制（control)要求。
2.2 水壓閉環調節原理
該系統的水壓閉環調節原理是：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，直流電壓訊號輸入PLC，經FX- 4AD將其轉換為數字訊號。該訊號與壓力給定值相比較，並經PID運算，由PLC輸出1個控制訊號經FX- 2DA 轉換為4～20mA的控制訊號送往變頻器，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定在設定的壓力上。
3、一拖二一拖三變頻恆壓供水裝置自動控制系統泵組切換與恆壓供水控制方法
該變頻恆壓供水系統由1臺程式設計控制器和1臺變頻器（Variable-frequency Drive)配合來控制4臺水泵的起、停。上電時系統由變頻器控制軟起動1號泵變頻執行。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後(使母管壓力穩定)，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。
當系統處於N臺泵同時運轉時，因用水量的變化可引起水壓的變化。泵組切換與恆壓供水的控制（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覆加泵緘泵現象，程式中的加泵緘泵的切換點不是剛好等於設定值時就切換。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根據水壓控制的精度（精確度）要求而對應設定。
另外，為防止減泵時由於市電驅動的泵的切換使水壓下降甚至造成斷水現象，故減泵之前將變頻器的輸出控制（control)在30Hz上(此值可根據實際情況進行修正)。無塔供水裝置恆壓變流量供水裝置，是非常理想的一種節能供水裝置，節能效果好，結構緊湊，佔地面積小，執行穩定可靠，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裝置，可徹底免除水質的二次汙染。泵可處於不打水狀態，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象。
為了滿足在火災情況發生時的消防需要，本系統具有雙恆壓控制（control)功能，即當發生火災時，按下消防按鈕開關，PLC讀到消防按鈕開關訊號後，立即起動消防水壓(即第二恆壓設定值)控制，滿足消防滅火水壓要求。
4、一拖二一拖三變頻（frequency conversion)恆壓供水裝置自動控制系統保護功能的實現
4.1 定時換泵功能
為了防止某1臺水泵因長期不執行鏽死而另外1臺卻長時間執行，影響系統的執行壽命和可靠性，該系統PLC內部設有實時時鐘。供水裝置是為解決由於壓力不足，無法到達使用者用水的高度或流，而專門研發設計的新型環保節能的專業裝置。PLC系統定時巡檢每1臺泵的執行時間，並與整個系統泵的平均執行時間比較，如果某1臺泵休息時間太長，則將該泵投入執行，而執行時間最長的泵投入休息狀態。系統儘量使每1臺泵的執行時間接近，以防止泵因長期不執行而鏽死，同時也避免了某1臺泵因執行時間太長而易出現故障的現象。
4.2 故障（fault）檢測與報警功能
該系統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。
蓄水池水位的檢測採用1臺浮球感測器(transducer)。恆壓供水裝置廣泛用於企業單位、住宅區及農村的生產、生活、辦公供水。適用於供水戶在5000戶以內，日供水量在3000m3以內場所，供水高度達100米以上。當水池中水位高於某設定值時，浮球懸浮在水中，球內的幹簧（huáng）管接通。若水池水位低於某設定值時，浮球懸起，內部幹簧管斷開。PLC接收到此訊號後，發出報警訊號，通知操作控制人負處理。
超壓報警在裝置正常執行時是不會發生的，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，如壓力感測器失靈等情況出現，實測壓力大大超過設定水壓時，則PLC發出報警訊號，通知操作人員處理。
5 結束語