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PLC与变频器控制的自动恒压供水系统的方案应用

时间:2017-04-19     

前言:长期以来,为了改善工厂的生产环境,沱牌公司投资了清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿供水系统,分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。系统主要由三菱公司PLC控制器、ABB公司变频器、施耐德公司软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成。实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵自动控制最经济结构,软件设计中充分考虎变频与工频切换时瞬间压力与电流冲击,每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作上下限频率及数字PID控制上下限控制点设定对系统误差范围也有不可忽视作用。 


1 系统简介 

    长期以来,为了改善工厂的生产环境,沱牌公司投资了清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿供水系统,分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。公司用水需求特点,从抽水泵系统过来水一部分直接供给生产用水部门,一部分则需加压泵输送到高位水池,而供给生产用水部门水压与供给高位水池水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里,高位水池液位高低和加压泵系统设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决。 

    鉴于以上特点,从技术可靠和经济实用角度综合考虑,我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合自动恒压控制供水系统,同时主水管线压力传递较经济实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”控制目。 

2 系统方案 

    系统主要由三菱公司PLC控制器、ABB公司变频器、施耐德公司软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成。  

2.1 抽水泵系统 

    整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台,90KW深井泵电机两台,采用变频器循环工作方式,六台电机均可设置变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW软起动150KW和90KW电机。当变频器工作50HZ,管网压力仍然低于系统设定下限时,软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行,当压力达到高限时,自动停掉工频运行电机。 

    系统为每台电机配备电机保护器,是电机功率较大,过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机良好使用条件,达到延长电机使用寿命目。 

    系统配备水位显示仪表,可进行高低位报警,同时PLC可确保取水合理水位水质监控,同时也保护电机制正常运转工况。 

    系统配备流量计,既能显示一段时间累积流量,又能显示瞬时流量,可进行出水量统计和每台泵出水流量监控。 

2.2 公司内不同压力供水需求解决 

    为稳定可靠满足公司内部分区域供水太力(0.4~0.45Mpa)低于主管网水压力(0.8~0.9Mpa)要求,配备稳压减压阀来调节,可调范围为0.1~0.8Mpa。 

2.3 加压泵系统 

    抽水泵房距离高位水池较远,直接供水到高位水池抽水泵扬程不足,为此距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房,配备立式离心泵两台(一用一备)电机功率为75KW,扬程36米。该加压泵控制系统需考虑以下条件: 

    (1)若高位水池水位低和主管有水,则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水; 

    (2)若高位水池水位满且主管有水,则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀; 

    (3)若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水,必须开启出水电动蝶阀由高位水池向主管补充不。 

    像抽水泵一样,我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器,确保加压泵长期可靠运转,同时配备了高位水池水位传感器和数显仪和缺水传感器。 

    为保证整个主水管网恒压供不,当高位水池满且主水管有水时,加压泵停止,此时主管压力将“憋压”,最终导致主管压力上升,并将此压力传递到抽水泵房,抽水泵控制系统检测到此压力进行恒压变频控制,进而达到整个主管网恒压供水,这是整个控制系统设计关键。 

3 系统实现功能 

3.1 全自动平稳切换,恒压控制 

    主水管网压力传感器压力信号4~20mA送给数字PID控制器,控制器压力设定值与实际检测值进行PID运算,并给出信号直接控制变频器转速以使管网压力稳定。当用水量很大时,一台泵变频器控制下稳定运行;当用水量大到变频器全速运行能保证管网压和稳定时,控制器压力下限信号与变频器高速信号同时被 PLC检测到,PLC自动将原工作变频状态下泵投入到工频运行,以保持压力连续性,同时将一台备用泵用变频器起动后投入运行,以加大管网供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍,则依次将变频工作状态下泵投入到工频运行,而将另一台备用泵投入变频运行。 

    当用水量减少时,首先表现为变频器已工作最低速信号有效,这时压力上限信号如仍出现,PLC首先将工频运行泵停掉,以减少供水量。当上述两个信号仍存时,PLC再停掉一台工频运行电机,直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外,控制系统设计六台泵为两组,每台泵电机累计运行时间可显示,24小时轮换一次,既保证供水系统有备用泵,又保证系统泵有相同运行时间,确保了泵可靠寿命。 

3.2 半自动运行 

    当PLC系统出现问题时,自动控制系统失灵,这时候系统工作处于半自动状态,即一台泵具有变频自动恒压控制功能,当用水量不够时,可手动投入另外一台或几台工频泵运行。 

3.3 手动 

    当压力传感器故障或变频器故障时,为确保用水,六台泵可分别以手动工频方式运行。 

4 实施效果 

    实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵自动控制最经济结构,软件设计中充分考虎变频与工频切换时瞬间压力与电流冲击,每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作上下限频率及数字PID控制上下限控制点设定对系统误差范围也有不可忽视作用。 

    ①采用变频恒压供水,消主管网压力波动,保证了供水质量,节能效果明显,并延长了主管网及其阀门使用寿命。 

    ②用稳压减压阀经济解决了不同用水压力问题。 

    ③拓宽运用变频恒压控制原理,较好解决了加压泵房与抽水泵房远程通讯总是并达到异连锁控制目。 

    ④抽水泵房设置连续液位显示,并将信号传与PLC,防止泵缺水烧坏电机,设定取水位置,确保水质量。 

    ⑤电机既有电机保护器,又有软起动器,克服了起动时大电流冲击,相对延长了电机制使用寿命。 

    ⑥采用PLC控制压力自动控制,可以实现无人远程操作,系统PLC预留有RS485接口,可与公司总调度室计算机网络进行连接。 

    ⑦系统采用闭环恒压控制,电机满足主水很容易网压力前提下,节能效果显著,年节电61万度,折合为人民币36万元。 

    ⑧采用变频器控制,可不同季节、节假日、日夜及上下班等全面调控水量,按日节水100吨计,则年可节水36500吨。


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