PLC变频调速恒压供水系统

第12卷第2期

华　东　船　舶　工　业　学　院　学　报Vol.12　No.21998年6月Journal of East China

Shipbuilding Institute J un.1998

PL C 变频调速恒压供水系统

李　众　李　彦　虞平良

(华东船舶工业学院电子与信息系　江苏　镇江　212003)

收稿日期:1997—10—31

李　众　男　1964年生　讲师

企业协作技术攻关课题

摘要:介绍应用PLC 与变频调速器对楼群供水系统实现恒压控制,并对各泵组的切换进行最佳匹配,实

际使用表明,该系统水压恒定,操作方便,安全可靠。

关键词:计算机应用;变频调速/可编程控制器(PLC );恒压

中图法分类号:TP273

0　引　言

传统的供水方式一般为水塔或高位水箱供水方式、气压罐供水方式和泵组分时供水方式。其主要缺点是占地面积大,基建投资较多,随着电力电子及计算机技术的发展,理想的变速泵供水方式得以实现[1]。本文介绍的楼群恒压供水系统是通过变频调速调节水的流量,达到供水的目的,最终控制目标是水的压力。该系统已于1995年5月应用在镇江市金城居民小区和青云门居民小区,至今一直可靠运行,使用效果良好。

1　恒压供水系统结构及功能

本系统采用三套电机—水泵对用户水网进行恒压供水,每台电机均可工作在变频方式或工频方式,但变频调速器每次仅驱动一台电机。变频调速器根据实际水压的变化,不断地调整水泵转速,通过调节流量达到恒定水压的目的。PLC 根据当前泵组供水情况,对其进行合理切换,实现最佳匹配。图1所示为恒压供水系统结构框图。

该控制系统完成以下功能:

1)根据市政水网水压高低进行市政水网供水或水泵供水自动转换,当市政水压高时,由市政水网供水;当市政水压低时,启动水泵进行恒压供水。

2)根据水压设定值及实测水压值进行PI 调节,通过控制变频器频率调节水流量,保证恒压供水。

3)实现水泵的无主次自动切换功能,其原则为先投入者先切出,后投入者后切出,使各泵组使用率均衡,提高使用寿命。

4)自动识别泵的不同组合状态,能够任意进行状态转移而不影响正常供水,便于维修。 5)根据水池水位信号完成系统的自动启动或自动停机功能,并显示水压、各电机电流和电压值,具有故障报警功能。

6)具有应急供水和火警供水功能,当自动功能失效时,通过应急开关可直接启动水泵供水;火警功能可提供高压大流量用水,用于消防

。图1　恒压供水系统框图

2　供水系统工作原理

2.1　变频器

PI 调节恒压控制

该控制的目的就是恒定水压,来自压力传感器的信号与压力设定信号相比较,其偏差e 经过PI 调节器,输出控制量u ,用于调节变频器频率,控制流量大小。PI 调节规律如下:

u (t )=Kp (e (t )+1/Ti 3∫e (t )d t )

图2　变频器PI 调节原理

当实际水压较低时,则提高电

机转速,使水压上升;当实际水压较

高时,则降低电机转速,使水压下

降;当实际水压达到设定值时,控制

量u 不变,维持现压力。调节原理

如图2所示:

2.2　泵组状态转移原理 本系统有三套电机—水泵组,

分别为1#,2#和3#,考虑到便于维修,而又不影响系统正常供水,分别配置了三只选择开关对应三套泵组,开关状态决定相对应的泵组能否参与工作。在任何状态下任意投入或切出某一泵组,系统均能实现状态的平稳转移及泵组正常供水,泵组状态转移如图3所示。

考虑S 4与S 7之间的转换过程,设1#与2#均工作在工频上,若通过开关将3#切出或由于故障(如过热保护)3#被自动切出,则泵组由S 7状态转为S 4状态,这时由于1#,2#均工作在工频,系统自动将1#泵改为变频工作方式。若3#泵重新投入使用,则系统由S 4转为S 7状

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态。当水压正常时,仍维持1#工作于变频,2#工作于工频;当1#变频工作在额定转速而水压仍偏低时,则1#切换成工频方式,3#投入变频方式,此时三套泵组共同供水。其余状态的转图3　泵组状态转移图

换过程与此类同。

2.3　泵组无主次切换原理

当允许多泵组共同供水时,考虑到避

免出现某一泵组长期工作,而另一泵组工

作时间很短的现象,提高泵组使用寿命,控

制系统采用泵组不分主次,先投入者先切

出,后投入者后切出的转换原则,使各泵组

轮流工作且使用率均衡。如图4所示。

系统上电投入运行时,首先用变频器

启动1#泵组进行软起动,随着转速的增

加,水压逐渐升高,若用水量大,变频工作

在额定转速而水压达不到设定值,则将1#

转为工频,2#投入变频方式。若此时用水

图4　泵组无主次切换控制图

量减少,则水压升高,变频器相应降低转

速,当变频器低于一定转速而水压仍高于

设定值,则将1#泵组从工频上切出。若此

时用水量又上升,则2#变频也相应提高转

速,当升至额定转速水压仍小于设定值,则

将2#转为工频,3#投入变频方式,余者类

推。3　系统实现

控制系统采用FR —Z 240型三菱变

图5　恒压调节过程频调速器,容量为5.5kW ,驱动水泵电机

容量为5.5kW ,共三组水泵电机,容量相

同,变频器主要与恒压调节器配合共同完

成对水压的恒定控制,PLC 采用三菱FX

型控制器[2],主要实现泵组不同状态的转

移控制、不同泵组的工频或变频切换控制

和市政水网或泵供水的转换等功能。系统

经过软件硬件调试及现场运行表明完全满足设计要求,在供水高度为6层楼、现有居民近200户的住宅小区进行恒压供水测

试,实际水压超调量约9%,系统静差率约2.2%,调节时间小于6分钟,水压调节过程如图5所示。

17第2期 李　众等:PLC 变频调速恒压供水系统