plc控制變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水的性能怎么樣
據(jù)雜志稱，plc自動(dòng)控制供水設(shè)備是在繼電器控制供水設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用plc取代通用繼電器、定時(shí)器控制的。而變頻調(diào)速器目前也因其比傳統(tǒng)的高位水箱、水塔等供水方式，有諸多優(yōu)勢(shì)。而成為恒壓供水設(shè)備的主體。茂名市自來水公司河?xùn)|水廠利用plc控制變頻器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓供水安全運(yùn)行六年，效果良好。
茂名市自來水公司河?xùn)|水廠供水泵房95年投入生產(chǎn)，日處理水量20萬t/d，現(xiàn)階段，采用的控制系統(tǒng)就是可編程控制器（簡(jiǎn)稱plc）控制變頻調(diào)速技術(shù)，投入生產(chǎn)以來運(yùn)行狀況良好，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1設(shè)備的構(gòu)成及基本工作原理
1.1設(shè)備的構(gòu)成
河?xùn)|水廠供水泵房采用一臺(tái)變頻器（660v500kw），控制的變頻電機(jī)是（10kv450kw），一臺(tái)可編程控制器及一些輔助電氣控制元件，和現(xiàn)場(chǎng)的六臺(tái)（10kv450kw）水泵機(jī)組、出廠壓力傳感器一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。變頻器采用abb公司生產(chǎn)的acs600型變頻器，帶有dtc直接轉(zhuǎn)矩控制，靜態(tài)速度控制精度為標(biāo)稱速度的0.1%到0.5%，它還具有多種保護(hù)功能，控制盤上可以同時(shí)顯示4行功能信息，每行20個(gè)字符，有四種快速編程語言可供選擇，acs600內(nèi)部建立的應(yīng)用宏意味著你只需按鍵就可以選擇相應(yīng)的宏，帶有文字顯示的控制盤使你不必查書中的代碼就可進(jìn)行快速編程，所有的參數(shù)被分成邏輯組，操作方便。plc用的是thyssen公司產(chǎn)品，由于考慮到今后的發(fā)展我們采用的是模臺(tái)塊式結(jié)構(gòu)，這樣的好處是配置靈活，裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。
1.2工作原理：
該系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示，在出廠管上安裝一壓力。
傳感器，出廠水壓通過變送器輸出4~20ma信號(hào)，此信號(hào)由plc采樣并與壓力設(shè)定信號(hào)比較，求出其偏差。plc控制程序根據(jù)偏差的大小再經(jīng)pid運(yùn)算，最后通過模擬輸出口，輸出一個(gè)控制電流4~20ma信號(hào)，此控制信號(hào)改變了變頻調(diào)速器的輸出頻率，從而改變了水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。減少壓力偏差e=ps（設(shè)定值）—pc（出廠壓力），當(dāng)壓力偏差e為正值并持續(xù)時(shí)間t>6秒，同時(shí)變頻調(diào)速器的輸出頻率fc=50hz持續(xù)時(shí)間t>5秒時(shí)，plc進(jìn)行檢測(cè)定速泵的運(yùn)行時(shí)間，按時(shí)間少的順序啟動(dòng)定速泵，相反e為負(fù)值持續(xù)時(shí)間t>6秒、fc達(dá)到設(shè)定值持續(xù)時(shí)間t>5秒時(shí)，按運(yùn)行時(shí)間多的順序停止定速泵運(yùn)行，經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)最終使管網(wǎng)出口壓力與設(shè)定值保持一致，壓力偏差e=0，實(shí)現(xiàn)了恒壓變量自動(dòng)供水。
另外，可以通過中控室計(jì)算機(jī)對(duì)泵房的工作情況進(jìn)行監(jiān)控，把配套恒壓供水設(shè)備的壓力信號(hào)、水廠供水的流量信號(hào)和水泵工作的電流、電壓、功率信號(hào)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)，plc之間采用光纜通訊，在計(jì)算機(jī)上可畫出各種參數(shù)的控制曲線和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并將當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，留作打印或以后查詢之用，從而也提高了水廠的自動(dòng)化管理水平。
2plc控制變頻恒壓自動(dòng)供水設(shè)備節(jié)電效果分析
在供水行業(yè)中，電能是在企業(yè)成本管理中挖掘潛力的一項(xiàng)，茂名市河?xùn)|水廠多年來始終把節(jié)能降耗工作放在，并把耗電大戶供水泵房作為重點(diǎn)來抓，根據(jù)我廠的工藝流程，工程技術(shù)人員不段的采用新技術(shù)進(jìn)行積極的探索。在所有的供水泵房系統(tǒng)操作中，管網(wǎng)壓力是由水泵通過電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)產(chǎn)生的。
根據(jù)流量q與流量阻力h按阻力定律變化，
即：h=r×q2（1）
水泵的功率n與水泵的揚(yáng)程和流量成正比，
即：n=h×q×r/102（千瓦）（2）
式中：r-水的重度（公斤/立方米）h-水泵的揚(yáng)程（米）
q-水泵的流量（立方米/時(shí)）
從（2）水泵的h—q曲線與（1）管網(wǎng)的阻力曲線相交，得出特性曲線圖2可見，若水泵額定轉(zhuǎn)速為n1，當(dāng)出口閥門全開時(shí)，管道阻力為r1，這時(shí)的流量為q1、揚(yáng)程為h1，水泵的工作在k1點(diǎn)高，此時(shí)水泵功率n是q1和h1的乘積與矩形h1-k1-q1-o的面積成正比，如：當(dāng)關(guān)小了
水泵出口閥門的開度，而當(dāng)流量減少為q2時(shí)（如效率50%），系統(tǒng)由原來的
工況點(diǎn)k1變到新的工況點(diǎn)k2，這時(shí)管道的阻力增加為r2，揚(yáng)程h1升高到h2，原矩形面積變?yōu)榫匦蝖2-k2-q2-o面積，兩個(gè)矩形的面積相差不大，說明通過調(diào)整閥門開度來改變流量，水泵的功耗變化不大。換句話說，通過開關(guān)閥門進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，并不能使功耗有效地減少。
那么，在供水系統(tǒng)中，通過什么途徑能達(dá)到節(jié)能目的呢？我們知道，通常供水系統(tǒng)運(yùn)行中，隨著用水量的變化，相應(yīng)有供水量的變化，從流量q1減少到q2，我們只需采用變頻調(diào)速器改變交流電的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就按比例變動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f的關(guān)系如下式所示：
n=60×f×（1-s）/p
式中：p-極對(duì)數(shù)；s-轉(zhuǎn)差數(shù)。
從n1變?yōu)閚2，流量由q1減少到q2時(shí)，管網(wǎng)阻力特性曲線r1維持不變，水泵由工況點(diǎn)k1變到新的工況點(diǎn)k3點(diǎn)，揚(yáng)程h1大幅度下降h3，矩形h1-k1-q1-o面積減少為矩形h3-k3-q3-o的面積，兩個(gè)矩形面積相差許多，節(jié)省的功率損耗n與面積h3-k3-q3-o成正比，水泵軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即p2=p1（n1/n2）3，水泵功率n顯著下降。acs600變頻器dtc提供精確的轉(zhuǎn)矩控制，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，dtc控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)的降低，電流明顯降低，其功耗大幅度減少。所以，在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速，可以在流量變化運(yùn)行時(shí)，節(jié)約電能，多年來的運(yùn)行，我們研究發(fā)現(xiàn)在流量變化較大時(shí)，其節(jié)能效果十分可觀。從水泵的特性曲線可以得知，改變水泵轉(zhuǎn)數(shù)n可以有效的改變水泵的功耗。有一種液力偶合調(diào)速器也可以有效的調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)數(shù)，其過程控制原理為液力偶合調(diào)速器通過調(diào)節(jié)偶合介質(zhì)來改變輸出速度，當(dāng)水泵由n1轉(zhuǎn)為n2得知水泵的功耗大幅降低，但電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)n1并沒有變，電機(jī)同樣是在額定功率運(yùn)轉(zhuǎn)，雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)恒壓供水，但節(jié)能效果并沒有明顯體現(xiàn)出來。3技術(shù)性能
plc控制變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)恒壓供水是調(diào)節(jié)供水的一項(xiàng)新技術(shù)，已經(jīng)在供水行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，茂名市河?xùn)|水廠全自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)，運(yùn)行六年來，技術(shù)性能穩(wěn)定，效果較好，其中：
1）設(shè)備的利用率均衡，茂名市河?xùn)|水廠供水泵房，在運(yùn)行過程中定速泵的啟動(dòng)是通過計(jì)算機(jī)檢測(cè)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行啟動(dòng)，這樣就避免了設(shè)備利用不均衡的現(xiàn)象。
2）保護(hù)功能完善，當(dāng)水泵、控制系統(tǒng)、變頻器發(fā)生故障時(shí)，在上位機(jī)都會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并記錄、打印。
3）當(dāng)個(gè)別定速泵發(fā)生故障不能起動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也不會(huì)停止供水，在系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警的同時(shí)，會(huì)按時(shí)間選擇起動(dòng)另一臺(tái)定速泵，保證供水。
4）控制系統(tǒng)可靠，在上位機(jī)采用兩種控制方式：一種是plc控制，即按編程控制，二種是vdu控制，就是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。
5）有完善的管網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)，plc通過模擬量輸入信號(hào)檢測(cè)的方法檢測(cè)出實(shí)際壓力值，然后根據(jù)所設(shè)定壓力上/下限值進(jìn)行管網(wǎng)超壓/欠壓的故障判斷，并完成相應(yīng)的系統(tǒng)故障報(bào)警。而且，當(dāng)主管線爆裂，泵機(jī)出口壓力突然降低至3bar時(shí)，系統(tǒng)會(huì)停止供水。這就有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的良好保護(hù)，進(jìn)一步提高供水系統(tǒng)設(shè)備使用壽命。
6）系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，系統(tǒng)選擇一臺(tái)變頻泵，定速泵的流量、揚(yáng)程相同，在壓力設(shè)置不當(dāng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生控制盲區(qū)。即：系統(tǒng)供水壓力達(dá)不到設(shè)定壓力，起動(dòng)一臺(tái)定速泵又壓力偏高，從而造成定速泵頻繁起動(dòng)。
4小結(jié)
1）plc自動(dòng)控制供水設(shè)備是在繼電器控制供水設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用plc取代通用繼電器、定時(shí)器控制的，可編程控制器的特點(diǎn)是功能強(qiáng)、操作靈活、使用方便、抗力強(qiáng)、可靠性高、體積小、能耗低，適合在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用。
2）目前變頻調(diào)速器已成為恒壓供水設(shè)備的主體，它不僅可以取代傳統(tǒng)的高位水箱、水塔等供水方式，而且也消除水質(zhì)的二次污染，更具有節(jié)省能源、自動(dòng)化程度高、供水操作方便、提高經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)。
3）變頻器在供水上的應(yīng)用，能夠減少管網(wǎng)壓力的波動(dòng)，使管網(wǎng)壓力趨于平穩(wěn)，plc參與控制，使全自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)更加智能化，更加完善，可靠性高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)快，從而降低員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。茂名市自來水公司河?xùn)|水廠全自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也促進(jìn)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：變頻器 供水設(shè)備 繼電器 恒壓供水設(shè)備 控制器