智能恒壓供水系統能夠實現水泵電動機無級調速,可依據用水量的變化(實際上為供水管網的壓力變化)自動調節系統的運行參數,在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求,是當今先進、合理的節能型供水系統,且技術日趨成熟。
PLC 與變頻器應用到恒壓控制系統后,使系統運行可靠,控制精度高既節省了人力又節約了能源,同時在變頻器軟啟動下,使電機、水泵的使用壽命得到延長。
1 智能恒壓供水系統工作原理
1.1 變頻調速的節能原理
采用變頻調速是保持閥門的開度不變,降低電動機(水泵)的轉速,這時揚程工作點移至C 點,流量仍為qb,但揚程為hc,電動機的軸功率與面積O-qb-Chc-O成正比,實現了節能的目的。
1.2 智能恒壓供水系統控制方案及水泵循環投切原理
智能恒壓供水系統變頻調速由PLC與變頻器共同完成,在水站出水管處放置一個壓力傳感器,變送器負責將傳感器壓力信號轉換為1-5 V直流電壓信號送入PLC 的閉環控制模塊,該信號與壓力給定值相比較,并經PID運算,由模塊輸出一個4-20 mA(也可為0-10 V)的控制信號送往變頻器,控制變頻器輸出頻率,實現電動機的無級調速,達到輸出供水管水壓穩定在所設定的壓力。
接觸器K1,K2,K3 使水泵工作在工頻狀態,而K4 ,K5 ,K6 則與變頻器輸出相連使水泵工作在變頻狀態,考慮到每臺水泵不能同時工作在工頻與變頻狀態,在電氣設備上采用接觸器聯鎖保護。初始狀態,變頻器輸出連接在第一臺水泵電機上,管網壓力上升,當壓力小于給定值,需要加泵時,由變頻器的繼電器輸出端口發出信號到PLC,由PLC控制切換過程。變頻器停止輸出(變頻器設置為自由停車),利用水泵的慣性將第一臺水泵切換到工頻運行,變頻器連接到第二臺水泵上起動并運行,以此類推,將第二臺水泵切換到工頻運行,變頻器連接到第三臺水泵上起動并運行。需要減泵時,系統將依次將第一臺水泵停止,第二臺水泵停止,這時,變頻器連接在第三臺水泵上。
這種方式保證永遠有一臺水泵在變頻運行,三臺水泵中的任一臺都可能變頻運行。這樣,才能做到不論用水量如何改變都可保持管網壓力基本恒定,且各臺水泵運行的時間基本相同,這給維護和檢修帶來方便,并提高了系統的使用壽命。所以,大部分的供水廠家都基本采用此循環投切方案。還可增加軟啟動器作為備用。當變頻器或PLC出現故障時,可用軟起動器手動輪流起動各泵運行以保證正常供水。
智能恒壓供水系統運行后,變頻器的輸出端不能連接電源,也不能在運行中帶載脫閘,切換過程應按以下的程序進行。循環投切恒壓供水系統投入運行時,當變頻器的輸出頻率達到頻率上限(變頻器可設定為50Hz),運行60s管網水壓未達到給定值,此時,該臺水泵需切換到工頻運行。切換過程是先關該臺水泵電磁閥,然后變頻器停車(停車方式設定為自由停車),水泵電機慣性運轉,考慮到電機中的殘余電壓,不能將電機立即切換到工頻,而是延時一段時間,到電機中的殘余電壓下降到較小值,保證與電源電壓不同相時造成的切換電流沖擊較小。例如某水廠160kW水泵電機的切換時間為600 ms,連接在電機工頻回路中的空氣開關容量為400 A。關閥后停車,水泵電機基本上處于空載運轉,到600 ms 時電機的轉速下降不是很多,使切換時電流沖擊較小。切換完成后,再打開電磁閥,已停車的變頻器起動并運行另外的水泵。當變頻器輸出檢測到頻率下限(可設定為30 Hz)后,應該切除最早啟動的工頻泵,切除工頻泵時,也應先關閥,后停車,這樣無“水錘”現象產生。上述這些操作都是由PLC控制自動完成。
2 智能恒壓供水系統軟件實現
智能恒壓供水系統的執行過程全部是由PLC來自動完成的,PLC根據變頻器發出的頻率上限與下限信號來控制3臺水泵電機之間的循環投切,經對比,3 臺水泵之間的切換是有規律可循的,因為在同一時間只有一臺水泵處在變頻狀態,所以用變頻水泵的狀態作為查詢狀態位,工頻狀態位作為次判斷位,來分步編寫PLC的程序。
3 結語
以PLC和變頻器為控制器的多泵智能恒壓供水系統已在某學校投入使用,試驗結果證明,系統供水壓力穩定,控制精度高,運行可靠,節省電能,系統至今運行正常。
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