摘要：根據(jù)工業(yè)恒壓供水的要求，采用PLC與變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)供水泵組進(jìn)行控制，并在控制系統(tǒng)中引進(jìn)了軟硬件雙重濾波技術(shù)和數(shù)字PID在線控制技術(shù)。介紹了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、軟件設(shè)計(jì)、工作原理、運(yùn)行方式、參數(shù)整定等。長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性很好。
0 引言
供水系統(tǒng)是國(guó)民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積大，水質(zhì)易污染，基建投資多，而最主要的缺點(diǎn)是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型成熟的交流電機(jī)無(wú)極調(diào)速技術(shù)，它以其獨(dú)特優(yōu)良的控制性能被廣泛應(yīng)用于速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。由于安全生產(chǎn)和供水質(zhì)量的特殊需要，對(duì)恒壓供水壓力有著嚴(yán)格的要求，因而變頻調(diào)速技術(shù)得到了更加深入的應(yīng)用。恒壓供水方式技術(shù)先進(jìn)、水壓恒定、操作方便、運(yùn)行可靠、節(jié)約電能、自動(dòng)化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：(1)維持水壓恒定；(2)控制系統(tǒng)可手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行；(3)多臺(tái)泵自動(dòng)切換運(yùn)行；(4)系統(tǒng)睡眠與喚醒。當(dāng)外界停止用水時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用水需求時(shí)自動(dòng)喚醒；(5)在線調(diào)整PID參數(shù)；(6)泵組及線路保護(hù)檢測(cè)報(bào)警，信號(hào)顯示等。
將管網(wǎng)的實(shí)際壓力經(jīng)反饋后與給定壓力進(jìn)行比較，當(dāng)管網(wǎng)壓力不足時(shí)，變頻器增大輸出頻率，水泵轉(zhuǎn)速加快，供水量增加，迫使管網(wǎng)壓力上升。反之水泵轉(zhuǎn)速減慢，供水量減小，管網(wǎng)壓力下降，保持恒壓供水。
1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
系統(tǒng)采用壓力傳感器、PLC和變頻器作為中心控制裝置，實(shí)現(xiàn)所需功能。
安裝在管網(wǎng)干線上的壓力傳感器，用于檢測(cè)管網(wǎng)的水壓，將壓力轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號(hào)，提供給PLC與變頻器。
變頻器是水泵電機(jī)的控制設(shè)備，能按照水壓恒定需要將0～50Hz的頻率信號(hào)供給水泵電機(jī)，調(diào)整其轉(zhuǎn)速。ACS變頻器功能強(qiáng)大，預(yù)置了多種應(yīng)用宏，即預(yù)先編置好的參數(shù)集，應(yīng)用宏將使用過(guò)程中所需設(shè)定的參數(shù)數(shù)量減小到最小，參數(shù)的缺省值依應(yīng)用宏的選擇而不同。系統(tǒng)采用PID控制的應(yīng)用宏，進(jìn)行閉環(huán)控制。該宏提供了6個(gè)輸入信號(hào)：?jiǎn)?dòng)/停止(DI1、DI5)、模擬量給定(AI1)、實(shí)際值(AI2)、控制方式選擇(DI2)、恒速(DI3)、允許運(yùn)行(DI4)；3個(gè)輸出信號(hào)：模擬輸出(頻率)、繼電器輸出1(故障)、繼電器輸出2(運(yùn)行)；DIP開(kāi)關(guān)選擇輸入0～10V電壓值或0～20mA電流值(系統(tǒng)采用電流值)。變頻器根據(jù)給定值A(chǔ)I1和實(shí)際值A(chǔ)I2，即根據(jù)恒壓時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓設(shè)定值與從壓力傳感器獲得的反饋電流信號(hào)，利用PID控制宏自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變頻率輸出值來(lái)調(diào)節(jié)所控制的水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以保證管網(wǎng)壓力恒定要求。
根據(jù)泵站供水實(shí)際情況與需求，利用一臺(tái)變頻器控制3臺(tái)水泵，因此除改變水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速外，還要通過(guò)增減運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù)來(lái)維持水壓恒定，當(dāng)運(yùn)行泵滿工頻抽水仍達(dá)不到恒壓要求時(shí)，要投入下一臺(tái)泵運(yùn)行。反之，當(dāng)變頻器輸出頻率降至最小，壓力仍過(guò)高時(shí)，要切除一臺(tái)運(yùn)行泵。所以不僅需要開(kāi)關(guān)量控制，還需數(shù)據(jù)處理能力，采用FX－4AD(4模擬量入)獲得模擬量信號(hào)。它在應(yīng)用上的一個(gè)重要特征就是由PLC自動(dòng)采樣，隨時(shí)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，放在數(shù)據(jù)寄存器中，由數(shù)據(jù)處理指令調(diào)用，并將計(jì)算結(jié)果隨時(shí)放在指定的數(shù)據(jù)接觸器中。通過(guò)其可將壓力傳感器電流信號(hào)和變頻器輸出頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給PLC[1>，與恒壓對(duì)應(yīng)電流值、頻率上限、頻率下限(考慮到水泵電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)危險(xiǎn)，必須保證其頻率不低于20Hz，因此頻率上限設(shè)為工頻50Hz，下限設(shè)為20Hz)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)泵的切換與轉(zhuǎn)速的變化。
系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使水泵在變頻器和工頻電網(wǎng)之間的切換過(guò)程盡可能快，以保證供水的連續(xù)性，水壓波動(dòng)盡可能小，從而提高供水質(zhì)量。但元件動(dòng)作過(guò)程太快，會(huì)有回流損壞變頻器。為了防止故障的發(fā)生，硬件上必須設(shè)置閉鎖保護(hù)，即1Q與4Q，2Q與5Q，3Q與6Q不能同時(shí)閉合。 <
