河南變頻器水泵控制柜
日常的生活用水量隨季節(jié)、晝夜、上下班的時間不同而有較大變化，因而經(jīng)常出現(xiàn)供水用水的不平衡，主要表現(xiàn)在水壓上，用水多而供水少則水壓低，用水少而供水多則水壓高。某公司住宅區(qū)由于自來水管網(wǎng)的水壓較低，自來水通常不能到達(dá)住宅的較高樓層。要用水泵再次將水送至樓頂?shù)母呶凰?，再供?yīng)給用戶。但是，這種二次供水方式不可避免造成污染，影響居民的身體健康。為保證小區(qū)的供水正常，我們利用PLC，配以不同功能的傳感器，根據(jù)網(wǎng)管的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。這種變頻恒壓供水系統(tǒng)直接取代水塔、高位水箱及傳統(tǒng)的氣壓罐供水裝置。另外水泵耗電功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速的三次方成正比關(guān)系，所以水泵調(diào)速運行的節(jié)能效果非常明顯，平均耗電量較通常供水方式節(jié)省40％。結(jié)合使用可編程控制器，可實現(xiàn)循環(huán)變頻，電機(jī)軟啟動，具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能，工作穩(wěn)定可靠，大大延長了設(shè)備的使用壽命。1 系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)采用3臺水泵并聯(lián)運行方式，壓力傳感器將主水管網(wǎng)水壓變換為電信號，經(jīng)模擬量輸入模塊，輸入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實際檢測值進(jìn)行PID運算，輸出控制信號經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的供電電壓和頻率。當(dāng)用水量較小時，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運行，當(dāng)用水量大到水泵全速運行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時，PLC給定的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續(xù)性，同時將下一臺備用泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若2臺泵運轉(zhuǎn)仍不能滿足壓力的要求，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運行，再將一臺備用泵投入變頻運行。當(dāng)用水量減少時，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將最先工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述2個信號仍存在時，PLC再停掉第2臺工頻運行的電機(jī)，直到最后一臺泵用變頻器恒壓供水。
所有水泵電機(jī)從停止到啟動及從啟動到停止都由變頻器來控制，實現(xiàn)帶載軟啟動，避免了啟動大電流給水泵電機(jī)帶來沖擊，相對延長了電機(jī)的使用壽命。同時，系統(tǒng)供水采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”的順序關(guān)泵，工作泵與備用泵不固定死，這樣，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運行時間，有效地防止因為備用泵長期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費用。
(2)系統(tǒng)硬件
2 系統(tǒng)軟件
為方便調(diào)試和編程，系統(tǒng)控制器采用模塊化編程，主要由手動運行模塊、自動運行模塊和故障診斷與報警模塊組成。
(1)手動運行模塊
當(dāng)系統(tǒng)處于手動運行時，PLC只接收各電路保護(hù)信號和各傳感器信號，并由此判斷各工作水泵的運行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障的情況下，輸出報警信號。水泵的起、停和切換由人工通過面板上的按鈕和開關(guān)來實現(xiàn)。
(2)自動運行模塊
自動運行模塊包括系統(tǒng)的初始化、開機(jī)命令的檢測、數(shù)據(jù)采集子程序、控制量運算子程序、置初值子程序、電機(jī)控制子程序等。模塊流程圖如圖2所示。其中：數(shù)據(jù)采集子程序完成對主水管壓力的數(shù)據(jù)采集。
電機(jī)控制子程序完成對3臺水泵的運行和停止控制。由于變頻器的輸出頻率與水泵的運轉(zhuǎn)速度直接相關(guān)，用水量大時，變頻器輸出頻率升高，水泵的運轉(zhuǎn)速度大；用水量小時，頻率降低，水泵的運轉(zhuǎn)速度小。因此程序根據(jù)變頻器的輸出頻率的大小就可以判斷和控制水泵的工作狀態(tài)。當(dāng)頻率上升到50 Hz(即水泵全速運轉(zhuǎn)時)仍不能滿足供水需要時，則PLC自動將第一臺泵切換到工頻運行；第2臺泵由變頻器供電投入運行，如果第2臺泵電機(jī)達(dá)到滿轉(zhuǎn)速時仍不能滿足供水要求，則PLC自動將第2臺泵切換到工頻運行，第3臺泵由變頻器供電投入運行，依此規(guī)律逐個投入運行；當(dāng)2臺泵都處于工頻全速運行方式，第3臺泵處于變頻運行工作方式時，如果此時用水量減小，變頻器輸出頻率下降，當(dāng)頻率到達(dá)一定的下限Fmin時，供水量仍大于用水量，則系統(tǒng)自動將第三臺泵停止運行。同樣，第三臺泵停機(jī)后，如果此時供水量還大于用水量，則系統(tǒng)自動將第二臺泵停止運行，依此類推。
(3)故障診斷和報警輸出模塊
3 結(jié)語
變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點。采用PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求。另外，S7-214PLC基本單元提供一個RS-485接口，可以與樓宇監(jiān)控中心進(jìn)行通訊，實現(xiàn)無人遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)經(jīng)過一年試行檢驗，性能穩(wěn)定，運行可靠，節(jié)能效果顯著。
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