PLC+變頻器的小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)控制應(yīng)用實(shí)例
PLC+變頻器的小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)控制應(yīng)用實(shí)例
引言
本文是針對(duì)某生活小區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合用戶生活 / 消防雙恒壓供水控制的要求，我們進(jìn)行改造的一些心得。現(xiàn)將其中的改造情況介紹如下。
眾所周知，恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于生活小區(qū)是非常重要的，例如在生活小區(qū)供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)斷水，可能影響居民生活。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區(qū)采用生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。
基于上述情況，我公司對(duì)某生活小區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用西門子 PLC 作為主控單元。利用風(fēng)光供水變頻器，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力，達(dá)到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。
2 用戶現(xiàn)場(chǎng)情況
市網(wǎng)自來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 YV1 ，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)向水箱注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給 PLC ，作為水位報(bào)警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。生活用水和消防用水共用二臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，二臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，二臺(tái)泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值?；馂?zāi)結(jié)束后，二臺(tái)泵改為生活供水使用。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)如下 :
型號(hào) 65-315（I）A
流量 56m 3 /h
揚(yáng)程 110m
效率 56%
轉(zhuǎn)速 2900r/min
電機(jī)功率 37KW
3 系統(tǒng)控制要求
用戶對(duì)二泵生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：
⑴ 生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓運(yùn)行，消防供水時(shí)高恒壓值運(yùn)行。
⑵ 二臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取先開先停的原則接入和退出。
⑶ 在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過 1 天，則要切換下一臺(tái)泵，系統(tǒng)具有倒泵功能，避免一臺(tái)泵工作時(shí)間過長。
⑷ 二臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。
⑸ 要有完善的報(bào)警功能。
⑹ 對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能；手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)使用。
4 設(shè)備選型
（ 1 ）供水變頻器
長沙中贏供水設(shè)備有限公司推出的專用于供水變頻器，使用空間電壓矢量控制技術(shù)適用于各類自控場(chǎng)合。在恒壓供水中可以采用這類變頻器。 變頻器除具有變頻器的一般特性外，還具有以下特性：水壓高、水壓低輸出接口，變頻器運(yùn)行上限、下限頻率（可以任意設(shè)定），可以方便地進(jìn)行雙壓力控制，內(nèi)置智能 PI 控制，以上功能非常適用于供水控制要求。在本例中選用 供水變頻器拖動(dòng)用戶水泵。
（ 2 ） PLC 選型
① 控制系統(tǒng)的 IO 點(diǎn)及地址分配
根據(jù)圖 1 所示及控制要求 , 統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)的名稱 ， 代碼及地址編號(hào)如下表 1 所示。水位上 、 下限信號(hào)分別為 I0.1 、 I0.2。
② PLC 系統(tǒng)選型
變頻恒壓供水系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 8 個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn) 10 個(gè) , 選用西門子主機(jī) CPU222 （ 8 入繼電器出） 1 臺(tái)，加上擴(kuò)展模塊 EM222 （ 8 繼電器輸出） 1 臺(tái)。即可滿足用戶供水控制要求
（ 3 ）壓力傳感器
在供水系統(tǒng)中，壓力傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠(yuǎn)傳壓力表。在本例中采用遠(yuǎn)傳壓力表，壓力表相應(yīng)接線端子接到變頻器主控板 3 腳、 4 腳、 5 腳即可。
5 電氣控制系統(tǒng)原理
電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及 PLC 外圍接線圖三部分。
（ 1 ）主電路圖
如圖 2 所示為電控系統(tǒng)主電路。二臺(tái)電機(jī)分別為 M1 、 M2 。接觸器 KM1 、 KM3 ，分別控制 M1 、 M2 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM2 、 KM4 ，分別控制 M1 、 M2 的變頻運(yùn)行； FR1 、 FR2 分別為二臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器； QS1 、 QS2 和 QS3 分別為變頻器和二臺(tái)泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)； FU1 、 FU2 為主電路的熔斷器； BPQ 為風(fēng)光供水專用變頻器。
（ 2 ）控制電路圖
如圖 3 所 示為電控系統(tǒng)電路。圖中 SA 為手動(dòng) / 自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA 打在 1 的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)，打在 2 的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SB1～SB6 控制二臺(tái)泵的起 / 停和電磁閥 YV2 的通 / 斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。
圖中的 HL8 為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。
圖 3 電控系統(tǒng)控制電路圖
（ 3 ） PLC 接線圖
下圖 4 所示為 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖。火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào) SA1 被觸動(dòng)， I0.0 為 1 。
圖 4 雙恒壓供水控制系統(tǒng)及擴(kuò)展模塊的外圍接線圖
6 小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
（ 1 ）程序中使用的 PLC 內(nèi)部器件及功能，如下表 2 所示：
生活 / 消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是我公司生產(chǎn)的風(fēng)光供水專用變頻器直接設(shè)定的。在本實(shí)例中，根據(jù)用戶要求，生活壓力設(shè)定為 0.35MPa, 消防壓力設(shè)定為 0.60MPa 。
壓力低、壓力高信號(hào)分別由變頻器內(nèi)部主控板 14 腳、 15 腳給出。
供水運(yùn)行下限頻率、供水運(yùn)行上限頻率由變頻器程序設(shè)定。在本系統(tǒng)中，運(yùn)行下限頻率設(shè)為 20Hz, 運(yùn)行上限頻率設(shè)為 50Hz 。
7 結(jié)束語
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)在小區(qū)已普遍使用。用變頻器來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。節(jié)能效果十分顯著，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。供水控制系統(tǒng)提高了小區(qū)的供水質(zhì)量。各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到了用戶的要求。風(fēng)光變頻器在小區(qū)恒壓供水改造效果是明顯的，改造是成功的。
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