西門子PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)工程中的應(yīng)用
西門子PLC在恒壓變頻供水系統(tǒng)工程中的應(yīng)用
一、采用恒壓變頻供水系統(tǒng)的好處
恒壓變頻供水系統(tǒng)對于生活小區(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斷水，可能影響居民生活。又如當(dāng)發(fā)生火警時，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)和社會意義。
基于上述情況，我公司對###生活小區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用S7-200CN PLC 作為主控單元。利用ABB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。
二、恒壓變頻供水控制系統(tǒng)的基本控制策略
恒壓變頻供水系統(tǒng)采用電動機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器(PLC)構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，并自動調(diào)整泵組的運(yùn)行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入CPU運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動機(jī)的投運(yùn)臺數(shù)和運(yùn)行變量泵電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的PID或PI功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點(diǎn)測的壓力信號(4－20ｍＡ)直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置PID運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。
供水系統(tǒng)選用原則水泵揚(yáng)程應(yīng)大于實(shí)際供水高度，水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際最大供水量。
三、恒壓變頻供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成
##小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)采用一臺ABB變頻器拖動四臺0.5KW功率電動機(jī)，可在變頻和工頻兩種方式下運(yùn)行。用戶通過人機(jī)界面對水壓設(shè)定，并可通過觸摸屏對電極轉(zhuǎn)速，頻率，運(yùn)行狀態(tài)和水壓等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視。
啟動方式:為避免啟動時的沖擊電流，電機(jī)采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復(fù)位。
變頻調(diào)速:根據(jù)供水管網(wǎng)流量、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。如設(shè)備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發(fā)出指令1號泵自動切換到工頻電源運(yùn)行，待1號泵完全退出變頻運(yùn)行，對變頻器復(fù)位后，2號泵投入變頻運(yùn)行。
多泵切換:根據(jù)恒壓的需要，采取無主次切換，即“先開先?！钡脑瓌t接入和退出。在PLC的程序中，通過設(shè)置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數(shù)，由給定頻率是否達(dá)到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。
為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運(yùn)行超過3小時。當(dāng)工頻泵臺數(shù)為零，有一臺運(yùn)行于變頻狀態(tài)時，啟動計(jì)時器，當(dāng)達(dá)到3小時時，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當(dāng)有泵運(yùn)行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動時，計(jì)時器停止計(jì)時并清零。
故障處理:能對水位下限，變頻器、PLC故障等報(bào)警。PLC故障，系統(tǒng)從自動轉(zhuǎn)入手動方式。
監(jiān)控程序：系統(tǒng)主窗體四個按鈕控件，分別為參數(shù)設(shè)置、實(shí)時監(jiān)測、啟動和關(guān)閉系統(tǒng)。參數(shù)設(shè)置界面如圖2所示。用戶可根據(jù)實(shí)際情況修改壓力設(shè)定值。
主要控件功能包括:
(1) 壓力設(shè)定值:壓力設(shè)定值范圍:0.30-0.60Mpa。
(2) 校正系數(shù):主要是對壓力顯示進(jìn)行校正，使壓力顯示與壓力表顯示一致。
(3) 復(fù)位按鈕:運(yùn)行中按下，將使系統(tǒng)重新啟動，各參數(shù)回到初始設(shè)置。
(4) 設(shè)定按鈕:在文本框輸入壓力設(shè)定值和校正系數(shù)后，按下此按鈕，壓力設(shè)定值和校正系數(shù)才能通過串口發(fā)送給下位機(jī)。
四、恒壓變頻供水設(shè)備選用及價格
恒壓變頻供水系統(tǒng)主要設(shè)備均采用世界知名品牌產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。
主要設(shè)備如下：
設(shè)備名稱 型號 數(shù)量 單價（元） 備注
變頻器 ABB ACS510 1個
PLC Simens s7-200cn 1臺
空氣斷路器 DS253S-C10/0.03 3個
熱繼電器 DB200 6個
電流繼電器 24V DC 若干
接觸器 ABB A12-30-01 AC220V 6個
直流電源 輸入220AC OUT:24DC 1個
控制按鈕 ABB C 3SS1-10B-11 14個
轉(zhuǎn)換開關(guān) LW5-15D 1個
壓力變送器 ABB MV200T 1個
電接點(diǎn)壓力表 YTXC-100-Z 1塊
電動閥門裝置 ZCS水用電磁閥 2部
觸摸屏 臺達(dá) DOP-A57BSTD
1部
通訊模塊 1個
信號指示燈 12個
控制機(jī)箱 1個
電力電纜 VV 3x4+1x2.5 mm2 米 長度根據(jù)現(xiàn)場定
通訊電纜 5類屏蔽雙絞線 米 長度根據(jù)現(xiàn)場定
熔斷器開關(guān) 2個
電流表 1個
電壓表 1個
互感器 1個
接線端子附件 BAMH 若干
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