PLC及变频器在多台泵自动恒压供水系统中的应用

PLC及变频器在多台泵⾃动恒压供⽔系统中的应⽤
⽂章编号:1009—0207(2001)02—067-03
P LC 及变频器在多台泵⾃动恒压供⽔系统中的应⽤3
邓　巍Ξ
(新疆⼯业⾼等专科学校　机电系,乌鲁⽊齐830000)
摘　要:本⽂介绍了⽤ABB 公司⽣产的ACS -400型变频器和⽇本三菱公司⽣产的F1-30型⼩型
P LC 所设计的⽆塔恒压供⽔系统,其中包括⽅案的确定、硬件设计及软件设计等。

此系统可合理解决三台泵在供⽔⾼、低峰时泵的切换及压⼒的稳定,可确保管⽹平稳压⼒波动<2%,泵切换时压⼒波动10%。

关键词:变频器;P LC ;恒压控制中图分类号:TP202 ⽂献标识码:A 随着异步电机变频调速技术的不断发展,恒压供⽔系统被⼴泛地应⽤到⼯业、农业、科研和民⽤等领域的各个⽅⾯。

不仅取得了显著的节能效果,还极⼤地改善了环境污染。

恒压供⽔的⽅法很多,变频器驱动⽔泵向管路供⽔,由⽔压传感器反馈信号与⽔压设定值在变频器中构成闭环,以保持⽔泵供⽔压⼒恒定的⽅法是⽬前性能最好的。

由于⽤变频器驱动的交流异步电动机能够快速平稳地进⾏调速,使得供⽔系统不仅能够精确地保持设定的⽔压值,⽽且在启停供⽔系统时没有冲击。

与其它⽅法相⽐,除了节能、卫⽣、安全、静⾳、调整⽅便、维修量⼩等特点外,还适于多系统集中控制或是实现⾃动化调节。

1　电⽓控制⽅案的确定
1.1　以我校供⽔情况为例
学⽣⽤⽔量波动范围较⼤,早、中、晚为⽤⽔⾼峰,上课时间基本不⽤⽔,在泵房设计中考虑⽤⽔量⼩时电机的效率,⽤⽔量⼤时压⼒要稳定,且照顾电机运⾏时间的均稳性,故采⽤三台电机泵各11K W 完成供⽔,要求系统⽆论是⽤⽔⾼峰,还是⽤⽔低⾕,压⼒都要稳定在误差10%范围内,⽽且三台电机投⼊与切换时压⼒不应超过规定范围。

管⽹⽔泵启动电流都不能有冲击。

电机、变频器、P LC 、传感器如有故障,声光报警。

综合系统供⽔质量及低成本要求,选⽤ABB 公司ACS -400型变频器⼀台(内含PI D 调节器),以确保每台电机均可以⾃动软启动及稳态时的压⼒控制。

选⽤⽇本三菱公司的F1-30型P LC ⼀台,完成三台电机的瞬时⾃动投⼊与切除。

选⽤宝鸡传感器研究所陕西秦明电⼦集团⽣产的压⼒变送器⼀块,将压⼒信号转换为标准的电信号。

系统应具备全⾃动、半⾃动、⼿动功能。

1.2　系统⼯作原理
根据⽤户管⽹⽤⽔量的⼤⼩,电控柜控制⽔泵组顺序循环运⾏,以两台泵组成的供⽔设备为例,系统按A →B →C →D →顺序运⾏,保证正常供⽔。

三台以上泵组成的供⽔系统以此类推。

如图1所⽰。

图1　系统⼯作原理图
系统⽤⽔量⼩时,只有1号泵在变频运⾏,2号
Ξ
收稿⽇期:2001-04-08
作者简介:邓巍(1969-),⼥(汉)1990年毕业于西北轻⼯业学院⾃动控制系,新疆⾼等⼯业专科学校讲师。

第13卷第2期2001年6⽉
新疆⽯油学院学报
Journal of X injiang Petroleum Institute V ol.13N o.2
June.2001
泵停⽌,系统处于状态A 。

⽤⽔量增加,变频器输出频率⾼,1号泵电机转速增加,当频率输出增加到50H z 全速运⾏时,仍不能保持管⽹压⼒,这意味着只有⼀台⽔泵⼯作满⾜不了供⽔量,这时在P LC 控制器的作⽤下,1号电机从变频⼯作状态切换以⼯频电源,⽽变频器启动2号泵,系统处于状态B 。

若⽤⽔量趋于减少时,变频器输出频率下降,待降⾄控制器设定的下限频率时,即表明此时⼀台⽔泵即可满⾜供⽔量,此时在控制器作⽤下,处于⼯频状态运⾏的⽔泵停机,系统过渡到状态C 。

当⽤⽔⼜增⼤时,变频器频率达到50H z 时,系统运⾏状态处于D 。

系统处于状态D 时,若⽤⽔量⼜减⼩,变频器
频率下降到设定下限频率时,系统⼜从D 状态过渡到A 状态。

如此循环往复。

1.3　多台泵供⽔控制系统原理图
根据以上论述,采⽤P LC 控制变频调速装置,通过装在⽔泵出⽔管上的压⼒变送器,把出⼝压⼒变为0～10V 或4～20mA 的模拟信号,此信号送调节器PI D 端⼝,与给定参量进⾏⽐较,得出⼀调节参量,送⼊变频器,改变变频器的输出频率,从⽽改变电机转速,⽤户需⽔量与变频器输出频率成正⽐关系,⽤⽔多时,频率提⾼,⽔泵转速提⾼;反之,若⽤⽔量减少,变频器输出频率降低,电机转速降低,以达到恒压供⽔的⽬的。

多台泵供⽔控制系统原理图如图2所⽰。

图2　多台泵供⽔控制系统原理图
2　硬件电路设计(见图3
)
图3　硬件电路图
新疆⽯油学院学报2001
2.1　全⾃动平稳切换、恒压控制
管⽹压⼒传感器的压⼒信号4～20mA 送给数字PI D 控制器,控制器根据压⼒的设定值与实际检测值进⾏PI D 运算,并给出输出信号直接控制变频器的转速,以达到管⽹的压⼒稳定,当⽤⽔量不是很⼤时,⼀台⽔泵在⼀台变频器的控制下稳定运⾏调节,当⽤⽔量⼤时,变频器全速运⾏也不能满⾜,压⼒传感器的下限信号与变频器的上限频率信号同时被P LC 检测到,这时P LC ⾃动将原⼯作在变频器状态的泵投⼊到⼯频运⾏,以保证压⼒的连续性,将另外停⽌的泵⽤变频器投⼊运⾏,以补充管⽹的⽔量保证压⼒稳定,⽽且还可实现电机的软起动。

若两台泵仍满⾜不了实际⽤⽔量,则再将变频器⼯作的泵投⼊⼯频运⾏,⽽将停⽌的另⼀台泵再设⼊变频运⾏。

当⽤⽔量减少时,⾸先表现为变频器已⼯作在最低转速,下限频率信号有效,这时压⼒上限信号如仍出现,P LC ⾸先将⼯频运⾏的⼀台泵切掉,以减少供⽔量,当上⾯两个信号仍然有效时,P LC 将再切掉⼀台⼯频运⾏的泵,最后只有⼀台泵在变频恒压供⽔状态,以维持正常⽤⽔量。

切换动作时间⼩于1分钟,这样管⽹端压⼒⼏乎没有冲击与下陷。

⽔压P 在泵切换时的波动极⼩。

如图4所⽰。

图4　⽔压P 、转速n 、流量Q 在切换时的波动
全⾃动切换的难点在于变频状态转换成⼯频状态时,变频必须确保可靠关断,⼯频才能投⼊运⾏。

否则,变频器易破坏。

另外切断⼯频泵时要考虑压⼒的平稳性。

2.2　半⾃动运⾏
当P LC 系统出现问题时,⾃动控制系统失灵,这时系统可⼯作在半⾃动状态,即⼀台泵具有⾃动恒压控制功能,当⽤⽔量不够时,可⼈⼯⼿动投⼊另外⼀台⼯频泵或⼆台⼯频泵。

2.3　⼿动运⾏
当压⼒传感器故障时或变频器故障时,为确保临时⽤⽔,三台泵可分别采取⼿动⼯频运⾏。

3　软件设计
软件流程图(见图5
)
图5　流程图
4　结果分析
此系统构成了多台泵⾃动控制的经济型结构,
在软件设计中充分考虑了变频与⼯频在切换瞬间压⼒及电流冲击,每台泵均采⽤变频器软起动是解决这⼀问题的关键。

变频器⼯作的上、下限频率的限定对系统的误差范围也都有不可忽视的作⽤。

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第13卷第2期邓巍:P LC 及变频器在多台泵⾃动恒压供⽔系统中的应⽤
新疆⽯油学院学报2001
参考⽂献:[1]　范晓鹏,俞芙蓉.论中国数字化图书馆建设[J].⼤学图
书馆学报,2001,19(1):12-151 Building up Digitize Collection and Special Document in Digital Processing
HUANG Bo
(Xinjiang Petroleum Institute,Urumuqi,China830000)
Abstract
This paper expounds s ome viewpoints for building up ditital collection and special document digital processing—the im portant stage from automatic library to digital library.Think that direction to m odern library is,according to the own plan,to build up digital collection from different in formation res ources and develop online service to readers.The only way to the digital library is special document and s ociety special in formation res ource digitizing their processing. When sharing abundant of in formation from Internet,every library will provide own special document res ource on line at the same time.
K ey Words:digital library;building up digital collection;building up database;digital in formation res ource
(上接第69页)
参考⽂献:
[1]　万太福,唐贤永,等.可编程序控制器及其应⽤[M].重庆:重庆⼤学出版社,1994.
[2]　李振安,等.⼯⼚电⽓控制技术[M].重庆:重庆⼤学出版社,1995.
[3]　压⼒传感器变送器选型样本[R].宝鸡:宝鸡传感器研究所,1995.
[4]　ABB公司.ACS-400变频器固体⼿册[R].美国ABB公司中国分公司,1999.
The Application of Converter and PLC in Several Pumps Constant
Pressure Supply W ater System
DENG Wei
(Mechanical and Electronic Department,Xinjiang Industry Junior College,Urumqi,China83000)
Abstract
The article introduces a no tower constant pressure supply water system.It is com posed of ACS-400-type converter produced by ABB com pany and F1-30-type small P LC produced by Mitsubishi com pany in Japan.The article tells us about drawing a plan,hardware designing,s oftware designing,and s o on.The system can ensure the pum p’s exchanging reliable and hydraulic pressure steady.
K ey Words:P LC;converter;constant pressure control。