PLC-變頻器和軟啟動器在節(jié)電型疊壓給水設備中的應用

    隨著我國經濟的高速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，穩(wěn)定的水壓、優(yōu)良的水質成了現(xiàn)代人們生活的必需要求。但工業(yè)發(fā)展對水資源的污染讓現(xiàn)代水廠 須遠離污染源，都設在了水源的上游，從而導致供水管網過長，在管網的末端水壓過低，使得該區(qū)域的用戶生活受到了影響，于是，設在城市中心或管網末端的節(jié)電型疊壓給水設備在城市供水系統(tǒng)中就顯得極其重要。另一方面，由于城市人口密集，用水量隨機性、變化幅度大，因此，供水加壓站的設計即要滿足較大負荷（用水量）運行，又要避免負荷變化引起的管網壓力驟然增大或減小而破裂的問題。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用頻繁地對水泵、電機啟停的方法，不但縮短了它們的機械壽命，而且增加了維護和維修的費用，而且造成了電能的浪費。這里介紹一種由PLC-變頻器和軟啟動器的節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)的應用，它能很好地解決了上述的問題。

    PLC-變頻器和軟啟動器控制系統(tǒng)由1個PLC控制站、2臺變頻器、2臺軟啟動器、壓力變送器、綜合保護器、液位計及4臺潛水泵等組成，如圖1。4臺水泵中2臺大泵的流量是5000m3/h，電機為150kW；2臺小泵流量3000m3/h；電機為85kW。兩臺變頻器控制1大1小的水泵，兩臺軟啟動器控制另外兩臺水泵。在出水總管上安裝有壓力變送器探測管網的壓力，在清水蓄水池裝有液位計，檢測水池的液位并將信號送至PLC。每臺潛水泵機都配有1臺的綜合保護器（安裝在變頻器或軟啟動機柜內），它收集機組的軸承溫度、繞組溫度、漏水報警信號、絕緣信號等。

    每臺變頻器柜和軟啟動柜在面板上都有手動/自動轉換按鈕，當打在“手動”檔時，可通過柜面的控制按鈕進行控制，工作人員可以根據實際情況現(xiàn)場決定開/停水泵，并設為較優(yōu)先控制級，不受PLC或控制室的控制，以保證檢修或出現(xiàn)故障時的安全使用。

    根據區(qū)域供水條件的要求，節(jié)電型疊壓給水設備的常規(guī)供水流量按一大一小運行流量設計，即1臺大的變頻器加1臺小軟啟動器或1臺小的變頻器加1臺大的軟啟動器，保證有1臺的變頻器工作。當用水處于高峰時，用水量增時，管網的壓力就會降低，安裝在出口處的壓力變送器就把壓力信號傳送到變頻器，變頻器與給定的壓力（可通過電位器或PLC給定）相比較，通過內部PID運算，經過一定時間的延時，如壓力繼續(xù)降低，則變頻器調節(jié)輸出頻率，提高水泵的轉速，直至壓力升高到給定值，然后繼續(xù)穩(wěn)定工作。如在延時時間內，管網的壓力恢復，則輸出頻率不變。如用水量小，壓力上升，同樣變頻自動調節(jié)輸出頻率，直至達到壓力穩(wěn)定為止。這樣，給定壓力—變頻器—反饋壓力—給定壓力就形成了單循環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過調節(jié)變頻器輸出頻率的來調節(jié)水泵的轉速，達到恒壓供水的目的。

    2.2節(jié)電型疊壓給水設備多泵或單泵運行方式

    當節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)在一大一小運行達到滿負荷時，即變頻器工作在工頻50Hz時，PLC即可對其進行計時，若在一定的時間段內，壓力仍小于給定的壓力，PLC就自動啟動另處一臺變頻器或軟啟動器，變頻器再自動調節(jié)輸出頻率，直到壓力達到給定值，如運行的變頻器輸出頻率已在50Hz，壓力還達不到要求，則要啟動末后一臺水泵，直至壓力上升到給定值。

    而當節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)在一大一小的方式運行，而變頻器的輸出頻率低于某一值（一般為30Hz左右）時，管網的壓力仍高于給定的壓力，PLC也自動啟動計時器，在一定的時間段內，如果壓力仍高于給定值，PLC就自動停止軟啟動器的運行，由單臺的變頻器運行，直至壓力降低為止。

 2.3PLC的工作

 

    PLC在本節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)中主要通過RS485通信接口讀取變頻器、軟啟動器上傳的頻??開/停進行控制，同時記錄每臺水泵的運行時間，對高低壓配電系統(tǒng)如絕緣、過壓、過流等監(jiān)測。

 

    2.4故障的處理

 

    節(jié)電型疊壓給水設備不多，所以較主要的故障來源于潛水泵和變頻器或軟啟動器本身。由于每臺的潛水泵都由配有單獨的綜合保護器，當潛水泵發(fā)生故障如軸承溫度、繞組溫度、漏水、絕緣報警時，綜合保護器就會根據故障的類型、或輕重程度決定是否先停止運行該潛水泵，同時將故障信號傳到變頻器或軟啟動器，再通過變頻器或軟啟動器RS485接口報知PLC，在PLC系統(tǒng)發(fā)出停止信號和發(fā)出聲光報警，以通知工作人員及時處理。而變頻器或軟啟動器本身故障時，也通過RS485的接口上傳故障信號至PLC，PCL發(fā)出報警信號并自動發(fā)出停止信號。

 

    三、節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)主要設備的配置及PLC軟件設計

    （1）變頻器和軟啟動器的配置

    在一般的控制系統(tǒng)中變頻器的輸出頻率是通過PLC來控制，即由PLC采集壓力信號，并進行PID運算，然后再輸出頻率信號，變頻器根據此信號來決定輸出。在本節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)中采用了變頻器自身控制的方法，變頻器用的是CFC-1000系列產品，軟啟動器用的也是施耐德CMC-S系列產品，這種型號的變頻器內部自帶PID調節(jié)器采用了優(yōu)化算法，它可以接受現(xiàn)場壓力傳感器的4-20mA的標準模擬信號，與給定的壓力參數(shù)比較，調節(jié)輸出，平穩(wěn)地控制了管網的壓力。由于PID運算在變頻器內部，就可省去了對PLC存儲容量和PID算法的編程，降低了成本，提高了生產效率。

 

    （2）PLC控制系統(tǒng)的配置

    由于PLC在本節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)中只承擔“總監(jiān)總控”的角色，而且PLC與變頻器和軟啟動器的通信是通過RS485接口進行，所以配置較為簡單，除CPU模塊、通信模塊、電源模塊外，只配置了16點的開關量輸入模塊1塊，8點模擬量輸入模塊1塊，主要的輸入信號來源于配電系統(tǒng)中的開閘合閘、手動/自動、電流、電壓、有功功功率、無功功率等，所以對PLC的配置要求不高。

 

    （3）PLC軟件的設計

 

    3.1開停泵的程序

 

    根據出水管壓力和水池的水位高低來確定開泵臺數(shù)，實現(xiàn)恒壓控制。即當出水管壓力低于設定壓力時，增加開泵的臺數(shù)；當出水管壓力高于設定壓力時，減少開泵的臺數(shù)。

 

    3.2系統(tǒng)控制和報警記錄程序

 

    節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)的總控制由PLC來完成，記錄每一臺機組的運行時間，當達到一定時間段時，按“先投先切”和“先切先投”的方式，自動輪流切換。PLC還接受變頻器、軟啟動器和潛水泵的報警信號，并按情況決定是否停止該機組的運行，并把報警時間、類型等信息記錄，以便日后的查詢。

 

    四、節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)的優(yōu)點

    本系統(tǒng)由于采用了PLC+2變頻器+2軟啟動器的控制方式，與相應的PLC+4臺變頻器控制的系統(tǒng)相比，用戶節(jié)省了給每臺水泵配置變頻器大成本（ 變頻器比軟啟動器貴好多），而且PLC配置低，程序簡單，也同樣也達到由單臺運行到多臺運行采用變頻控制的多種運行方式，達到恒壓供水的目的。

由于變頻器的運用，也沒有了因為電氣設備頻繁的啟停操作而導致的壽命減短的問題。因此，該系統(tǒng)具有了節(jié)資、節(jié)能、節(jié)水的目的。

 

五、結束語

    在節(jié)電型疊壓給水設備系統(tǒng)中目前廣泛地采用了變頻調速的方法，也有很多的控制方法，但  目的也是只有一個：即恒壓又節(jié)資、節(jié)能。相信隨著技術的不斷更新和成熟，也不斷有新的方法??應用實例寫出，希望借此能同大家共同交流和探討。

 

中贏節(jié)電型疊壓給水設備介紹特點■

       變頻恒壓供水設備可替代高位水箱、水塔，壓力相對穩(wěn)定，避免水泵頻繁啟動，高效節(jié)能，噪音低。滬龍變頻恒壓供水設備按照國家消防標準《高層民用建筑設計防火規(guī)范》及公安部消防標準《消防氣壓供水設備的性能要求和試驗方法》進行設計開發(fā)。

變頻恒壓供水設備產品采用CAD設計中心、三維模擬制造設計系統(tǒng)進行新產品開發(fā)設計，優(yōu)化產品結構，保證了新產品研發(fā)的質量和速度。

供水設備的泵體可采用鑄鐵、球鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料鑄造，另可根據用戶特殊需求定制生產。變頻恒壓供水系統(tǒng)廣泛應用于水利、建筑、消防、電力、環(huán)保、石油、化工等各個領域。

 

中贏節(jié)電型疊壓給水設備簡介：

     中贏節(jié)電型疊壓給水設備普遍設置了消除負壓的功能，以避免干擾市政管網的壓力。但其功能的實現(xiàn)是靠泵前具有斷流功能的調節(jié)罐。當用水量大于市政供水量時，調節(jié)罐上的真空破壞裝置開啟，空氣進入水箱，使原本封閉的調節(jié)罐變?yōu)閿嗔魉洹５牵捎谥苯庸┧O備上實現(xiàn)斷流功能的真空破壞裝置是暴露性裝置，用戶可以人為調節(jié)，當用戶將其開啟功能取消時，調節(jié)罐便失去了斷流功能成為了真空裝置，直接供水設備的消除負壓功能即無法實現(xiàn)，對供水安全構成嚴重威脅。

中贏節(jié)電型疊壓給水設備具有斷流功能，它實質上就不可能是全封閉運行，依然存在著空氣進入供水系統(tǒng)污染水質的可能性。

中贏節(jié)電型疊壓給水設備產品標準和工程規(guī)程的制定。標準的制定會推進技術的發(fā)展和技術的輸出，標準也會起到導引市場和技術發(fā)展，規(guī)范行業(yè)發(fā)展的作用。

設備初次運行時，先根據當?shù)刈詠硭芫W進水壓力較低限值設定壓力保護值；設備通電置于自動工作狀態(tài)。徽機控制系統(tǒng)實時檢測自來水壓力與用戶管網供水壓力。

　　用水低峰時，當自來水管網供水量足、供水壓力 滿足用戶管網壓力要求，徽機控制系統(tǒng)控制水泵進入睡眠狀態(tài)或由穩(wěn)壓系統(tǒng)進入、保壓狀態(tài)，用戶的用水均從設備旁路直通管直接供給用戶，節(jié)能99.99999%。

用水高峰時，當自來水管網供水量足、壓力不足時，徽機控制系統(tǒng)根據水泵進水口的自來水進水壓力和用戶所需用水量，變頻軟啟動水泵，疊壓補充不足部分，差多少，補多少，即充分利用自來水管網原有壓力，又確保用戶所需壓力恒定。

　　當自來水管網供水壓力下降到事先設定的保護壓力值時，徽機控制系統(tǒng)通過限壓保護裝置，保證自來水管網供水壓力不再下降、底層直供水用戶管網壓力不破壞，加壓用戶的水量又能夠滿足。

　　當自來水管網供水不足、壓力又不足時，設備通過微機控制系統(tǒng)、防負壓裝置和限壓保護裝工協(xié)同工作，確保在不對自來水管網產生負壓的前提下向用戶供水。

　　當系統(tǒng)停電時，恢復自來水管網自然供水；來電時，自動喚醒設備。

當自來水管網 全停水，系統(tǒng)自動停機；來水時，恢復正常運行。

1.采用無負壓控制器時刻監(jiān)測市政管網及補償罐中的壓力，當自來水壓力不足時，無負壓控制器開始工作，保證市政管網的水壓不受影響。

2.采用能量儲存器開始工作，保證罐中的水能夠較大程度的補償?shù)接脩艄芫W中，抑制負壓產生，保證不對市政管網產生任何影響。

3.采用儲能與釋放調節(jié)裝置雙向補償器可自動對自來水管網進行持續(xù)水量補償，還可以對用戶管網起壓穩(wěn)壓補償?shù)淖饔茫_保該設備對自來水管網不產生負壓。

4.特別的三腔分腔補水技術正適應了新的供水模式的發(fā)展的需求，能夠保證在用水高峰期較大程度的把無負壓穩(wěn)壓罐中的水補償給用戶，以保障高區(qū)用戶的正常用水。

 

中贏節(jié)電型疊壓給水設備造型說明：

      中贏節(jié)電型疊壓給水設備造型是根據用戶自來水管線.壓力與流量.用戶實際用水量.用戶實際用水量.建筑物的高度等數(shù)據來確定的.設備表用的調節(jié)器容積是按照自來水流量滿足要求的情況下估算的.如果自來水管路很細.流量不能滿足用水高峰期的用水要求.需要重新計算調節(jié)器的容積.推薦公式如下：

V容積=（Q出-Q進）△t

Q進=一天較高用水高峰期自來水進水量

Q出=一天較高用水高峰期用戶用水量

t=較大用水高峰期持續(xù)時間

 

中贏節(jié)電型疊壓給水設備技術指標　

1、供水流量 0—1500 M3/H 揚程

2、控制電機功率 0.75---1500KW

3、供水戶數(shù) 10—10000戶

4、壓力控制范圍 0.15—1.6MPa

5、平均節(jié)電率 30—60%

6、控制原理 正弦波PWM或空間矢量SVPWM

7、運行方式 單泵或多泵自動切換

8、控制方式 可編程和PID控制

9、過載能力 150% 60秒