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关于变频恒压供水系统的理论分析

2020-10-14王建荣陈晓磊

视界观·下半月 2020年6期
关键词:可编程控制器变频调速

王建荣 陈晓磊

摘 要:变频恒压供水控制系统,采用变频调速运行方式,根据水压的变化,自动调节水泵电动机的转速和加减泵,实现恒压供水。

关键词:可编程控制器;变频调速;恒压供水

在居民生活用水、工业用水、各类自来水厂、油田、油库、锅炉定压供热和恒压补水喷淋及消防等供水系统中,如果采用传统的水塔、高位水箱、气压增压等设备,不单占地面积和设备投资大,维护困难,且不能满足高层建筑、工业、消防等高水压、大流量的快速供水需求。另一方面,由于供水的量的随机性,采用传统方法难以保证供水的实时性,且水泵的选取往往是按最大供水量来确定,而高峰用水时间较短,这样水泵在很长一段时间内有较大余量,不仅水泵效率低,供水压力不稳,而且造成大量电力浪费。 而基于PLC和变频器采用串行总线方式通讯的变频恒压供水系统, 采用变频调速方式,自动调节水泵电机转速,保持供水压力的恒定。在用水低谷时投入小流量泵,降低电能损耗。当变频器故障时,仍能自动运行,保证不间断供水,同时故障消除后能自动起动,实现无人值守全自动运行。这种可编程控制器控制的变频恒压供水系统,它既能解决人工操作的繁杂劳动和精神压力,又能节约能源。

变频恒压供水控制系统有 PLC控制器、触摸屏显示器、变频调速器、压力变送器、水位变送器、交流接触器等其它电控设备,以及三台水泵(水泵数量可以根据需要设置)和一台小流量泵等构成。供水系统总出水管上安装压力变送器,检测水压力。蓄水池安装液位变送器,PLC具有模拟量输入检测模块,检测压力变送器和液位变送器输出的信号,将检测的压力信号与设定的压力信号经过控制系统运算后,通过控制变频器的输出频率,来调整电动机的转速,保持供水压力的恒定。,这样就构成了以设定压力为基准的压力闭环系统:自动检测水池水位信号与设定的水位低限比较,输出水位低报警信号或直接停机。触摸屏显示器可以显示电源电压、电流、变频器输出频率、实际供水压力、设定供水压力和各泵的工作状态等信息;可以通过触摸屏在线修改设定供水压力和控制水泵的运行。该系统还设有多种保护功能,尤其是强电逻辑硬件互锁功能,能正常供水,还可以做到无人值守。

该系统具有手动和自动两种运行方式。选择手动运行方式时,按启动按钮泵或停止按钮,可根据需要而分别启停各水泵。这种方式仅供检修或控制系统出现故障时时使用。在自动运行方式下开始启动运行时,首先检测水池水位,如果水池水位符合设定水位要求,一号泵变频交流接触器吸合,电机与变频器连通,变频器输出频率从 0赫兹开始上升,此时压力变送器检测压力信号反馈给PLC,经PLC运算后,控制变频器的频率输出;如压力不够,则频率上升到50赫兹,延时一定时间后,将一号泵切换为工频,二号泵变频交流接触器吸合,变频启动二号水泵,频率逐渐上升,直至出水压力达到设定压力,以此类推,增加水泵。

如果用水量减小,出水压力超过设定压力,则 PLC控制变频器 ,降低输出频率,减少出水量来稳定出水压力 .如果变频器输出频率低于某一设定值(水泵出水频率一般为25赫兹),而出水压力仍高于设定压力值时,PLC开始计时,若在一定时间内,出水压力降低到设定压力,PLC放弃计时,继续变频调速运行;若在一定时间内出水压力仍高于设定压力,根据先投先停的原則,PLC将停止正在运行的水泵中运行时间最长的工频泵,直至出水压力达到设定值。对于国居民生活供水和其他用水时段性较强的供水系统,可设置一台小流量水泵。

在自动供水的过程中,PLC实时检测水池水位。若水位低于设定的报警水位时,蜂鸣器发出缺水报警信号;若水位低于设定的停机水位时,停止全部水泵工作,防止水泵干抽,并发出停机报警信号;若水池水位高于设定的水池上限水位时,系统会自动关断水池给水管电动阀门。

有时电源会突然断电,若无人值班,恢复供电后热系统无法启动会造成断水,为此,本系统设置了通电后自动变频启动方式。在电源恢复后,PLC会发出指令,蜂鸣器发出警告,然后按自动运行方式变频启动一号泵,直到稳定的运行至给定水压值。当出现消防报警信号时,系统立即按照消防压力运行。

当变频器突然发生故障,蜂鸣器报警,PLC发指令使全部水泵停机,然后一号泵工频运行,经一定延时后根据压力变化情况,再使二号泵工频运行。此时,PLC切换泵是根据实际水压的变化在工频泵间切换。当出现水池无水停机,电动机欠压、过压、错相、电机故障等情况时,蜂鸣器均能发出警报声。条件许可时, 还可添加控制模块,在变频器、电动机发生故障时,能通过远程通信口拨打叫值班人员电话,通知有关人员前来维修,所有故障解决恢复正常后,自启动前也要发出报警信号。

总之,变频恒压供水控制系统,采用变频调速运行方式,根据水压的变化,自动调节水泵电动机的转速和加减泵,实现恒压供水,节能降耗。况且系统增加了小流量泵,能延长主泵电动机的使用寿命。变频器故障后仍能自动运行,基本保证不间断供水,同时,采用 PLC与变频器通讯的方式控制变频器运行,具有一定的先进性。

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