關於PLC控制變頻調速恒壓供水系統設計的探討

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1、關於PLC控制變頻調速恒壓供水系統設計的探討摘要：恒壓供水是指用戶端在任何時候，不管用水量的大小，總能保持管網中水壓的基本恒定。恒壓供水系統的控制策略是采用可編程控制器(PLC)和變頻調速裝置優化控制泵組的調速運行，並自動調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環控制，在管網流量變化時能達到穩定供水壓力和節約電能的目的關鍵詞：PLC；恒壓供水；自動控制系統；設計要點引言：隨著對住宅小區和企事業單位供水質量要求的不斷提高，傳統的水塔式供水方式和直接水泵加壓等供水方式已經不能滿足人們生產生活的需要。由於用戶用水在高峰和低谷時用水量相差很

2、大，不利於設備的經濟運行，降低瞭供水設備尤其是電機的使用壽命，浪費瞭大量的電能。隨著變頻調速技術的不斷發展，恒壓變頻供水設備開始應用到多層住宅小區及企事業單位的供水，提高瞭供水質量，節約瞭大量電能。下面以一個住宅小區的變頻恒壓供水設備為例，介紹變頻調速技術的恒壓供水自動控制系統、工程案例分析廣東廣州市某住宅小區共有住宅樓15幢，最髙為9每幢由兩根DN50水管並聯供水，進入小區總管為一根DN100水管。設計流量為40t/h,需增補揚程20m,以保證出水壓力達到0.31MPa二、恒壓供水系統的組成及工作原理1、恒壓供水系統小區的恒壓

3、供水系統由2臺變頻電機拖動的水泵機組、1臺泵類專用變頻器、1臺可編程控制器PLC,再加上電磁閥、壓力傳感器等組成，如下圖1所示該系統的工作過程如下：蓄水池隔離市政的自來水網和小區供水系統，起到一定的緩沖作用。小區供水系統由2臺水泵機組加壓供水。系統啟動時，變頻器控制1臺變頻電機低轉速啟動，通過變頻器逐步提髙水泵轉速，出水口壓力傳感器將水壓信號反饋給PLC從而調節變頻器輸出頻率，如果第1臺電機傳速調節到最高時出水口壓力仍然達不到設定值，則需要增加另一臺水泵。增加水泵時，首先將第1臺水泵從變頻器供電通過接觸器組轉換到由電網直接供電，

4、即由變頻轉換到工頻。然後通過變頻器控制第2臺變頻電機軟啟動，逐步增加第2臺電機的轉速，直到出水口的水壓達到設定值。當用戶的用水量較小時，1臺電機就可以滿足水壓的要求，用水高峰時，2臺電機同時投入運行。2臺電機互為備用，大大提高瞭系統的可靠性，而且在用水低谷時，還可以對電機進行必要的維護檢修2、采用PLC控制的變頻調速恒壓供水系統有以下優點:⑴供水質量提高，水壓穩定，得到瞭用戶的肯定⑵操作控制簡單。通過PLC和變頻器還可實現對系統的過流、過熱、過壓、短路等保護功能。減輕瞭設備維護人員的勞動強度，延長瞭設備的壽命⑶節約資源。變頻器的

5、容量小於系統的總容量，大大降低瞭電控系統的造價。同時由於采用瞭變頻調速技術，電能消耗大為減少三、恒壓供水自動控制系統的設計要點1、啟動階段自動控制系統的設計系統開始工作時，壓力傳感器將水壓信號送到PLC控制器，開始時水壓低於設定值，啟動升速程序。把第1臺電機接入變頻器輸出電路，變頻器初始輸出頻率為35Hz,電機低轉速啟動，控制水泵電機逐漸升速，同時管網電壓上升。當水壓達到設定值時，變頻電機在此頻率下穩定運行，進入穩定運行狀態，並保持水壓恒定。若變頻電機頻率達到電網工頻時，水壓還未達到設定值，此時PLC給出信號至接觸器組。接觸器組

6、將第1臺電機切換至工頻電網，同時發出指令使第2臺電機接入變頻器，變頻器輸出頻率為35Hz,第2臺水泵啟動並調速至水壓的設定值，達到穩定運行狀態使水壓保持恒定2、穩定運行狀態的自動控制系統設計進入穩定運行狀態後，控制系統框圖如下圖2所示為瞭防止各種擾動如用水負荷的波動對水壓造成的影響，壓力傳感器將管網水壓信號與給定水壓比較後通過PID環節送至變頻器，調節變頻器的輸出頻率從而保持水壓的穩定。傳統的PID調節器算法為：關於P值，I值，D值的設定可采用在經驗值指導下的測試法，力爭短時間內完成參數設定，避免對外界和設備本身造成不良影響。設

7、定的依據：增益P值大，反應快，有利於減少靜態誤差（即供水管網的實際壓力與恒壓給定值的差值），但是P值過大，系統將產生振蕩，穩定性變壞。積分I值越小振蕩作用越強烈，應適當增大I值，減少振蕩，使系統更加穩定，但是積分時間太長又會發生當實際管網水壓急劇變化時難以迅速恢復的情況，系統的動態響應變差。微分D值時間愈短，微分作用愈弱，減少D值，有利於減少調節時間，克服因積分時間太長而使系統恢復時間過長。P,I,D經驗值和參數設定依據，在測試過程中依照先比例後積分的原則對系統進行在線調試。依據筆者多年的經驗，確定瞭參數的大致范圍：當P參數設定

8、為1.4,I參數設定為20,D參數設定為0.5時，效果較令人滿意。應註意本文給出的僅是參考值，在PID產生的控制作用中，某部分的減少往往可由其他部分的增大來補償，因此不同的設定參數完全可得到同樣令人滿意的控制效果對於居民小區，用水高峰集中在早、中、晚3個時段,而