【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)供水，小泵的維修更換也方便；其三，小泵起動電流小，不要求增加電源容量 ：其四，只須按單臺泵來配置變頻器容量，減少投資。多泵變頻循環(huán)工作方式的可靠切換，是實現(xiàn)多泵分級調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，可選編程靈活、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小的 PLC通過編程來實現(xiàn)。 供水系統(tǒng)的恒壓通過壓力變送器、 PID 調(diào)節(jié)器和變頻器組成的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制。根據(jù)水壓的變化，由變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)恒壓。為了減少對泵組、管道所產(chǎn)生的水錘，泵組配置電動蝶閥，開啟水泵后打開電動碟閥，當(dāng)水泵停止時先關(guān)電動碟閥后停機(jī)。 綜上所述，系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為： 1)執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由[鍵入文字 ] 10 變頻泵和附屬小泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；附屬小泵只運行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很小的情況下 (例如：夜間 )對管網(wǎng)用水量進(jìn)行少量的補充。在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，這樣構(gòu)成水泵組有下幾個原因：用幾個小功率的水泵代替一臺大功率的水泵，使水泵選型容易，同時這種結(jié)構(gòu)更適合于大功率的供水系統(tǒng)；供水系統(tǒng)的增容和減容容易，無需更換水泵，只要再增加恒速泵即可；以小功率的變 頻器代替大功率的變頻調(diào)速器，以降低系統(tǒng)成本，增加系統(tǒng)運行可靠性；附屬小泵的加入，使系統(tǒng)在用水量很低時 (如：夜間 )可以停止所有的主泵，用小泵進(jìn)行補水，降低系統(tǒng)的運行噪音：在用水量不太大時，系統(tǒng)中不是所有的水泵在運行，這樣可以提高水泵的運行壽命，同時降低系統(tǒng)的功耗，達(dá)到節(jié)能的目的。 2)信號檢測機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括水壓信號、液位信號和報警信號。水壓信號反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號。此信號是模擬信號，讀入 PLC 時，需進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換。水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關(guān)量信號。 3)控制機(jī)構(gòu)：供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器 (PLC 系統(tǒng) )、變頻器和電控設(shè)備三個部分。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的壓力、液位、報警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu) (即水泵 )進(jìn)行控制；變頻器是對水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調(diào)速泵的運行頻率，完成對 調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。 根據(jù)水泵機(jī)組中水泵被變頻器拖動的情況不同，變頻器有兩種工作方式即變頻循環(huán)式和變頻固定式，變頻循環(huán)式即變頻器拖動某一臺水泵作為調(diào)速泵，當(dāng)這臺水泵運行在 50Hz 時，其供水量仍不能達(dá)到用水要求，需要增加水泵機(jī)組時，系統(tǒng)直接啟動另一臺恒速水泵，變頻器不做切換，變頻器固定拖動的水泵在系統(tǒng)運行前可以選擇 作為一個控制系統(tǒng)，報警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運行，防止因電機(jī)過載、變頻器報警、電網(wǎng) 過大波動、供水水源中斷造成故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報警量進(jìn)行監(jiān)測，由 PLC 判斷報警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失。 現(xiàn)將系統(tǒng)控制流程說明如下： 根據(jù)控制要求，水泵機(jī)組由四臺水泵組成。第一臺水泵變頻啟動運行，當(dāng)水壓不足時，將第一臺水泵切入工頻運行，再投入第二臺變頻泵。依次類推，直到第四臺水泵啟動。停泵時先停工頻泵，再停變頻泵，即順開順停。本系統(tǒng)水泵機(jī)組變頻恒壓控制流程如圖 23 所示。 [鍵入文字 ] 11 圖 25 水泵機(jī)組變頻恒壓控制流程圖 供水系統(tǒng)中水泵切換條件分析 在上述的系統(tǒng)工作流程中，我們提到當(dāng)一臺調(diào)速水泵己運行在上限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍低于設(shè)定壓力，此時需要增加水泵來滿足供水要求，達(dá)到恒壓的目的；當(dāng)調(diào)速水泵和工頻運行水泵都在運行且調(diào)速水泵己運行在下限頻率，此時管網(wǎng)的實際壓力仍高于設(shè)定壓力，此時需要減少工頻運行水泵來減少供水流量，達(dá)到恒壓的目的。那么何時進(jìn)行切換，才能使系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的供水壓力。同時使機(jī)組不過于頻繁的切換呢？ 盡管通用變頻器的頻率都可以在 0400Hz 范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，但當(dāng)它用在供水系統(tǒng)中，其頻率調(diào)節(jié)的范圍是有限的，不可能無限地增大和減小。 當(dāng)正在變頻狀態(tài)下運行的水泵電機(jī)要切換到工頻狀態(tài)下運行時，只能在 50Hz 時進(jìn)行。由于電網(wǎng)的限制以及變頻器和電機(jī)工作頻率的限制， 50Hz 成為頻率調(diào)節(jié)的上限頻率。當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)到達(dá) 50Hz 時，即使實際供水壓力仍然低于設(shè)定壓力，也不能夠再增加變頻變頻運行起使入口優(yōu)先權(quán)判斷1 泵變頻運行開始變頻啟動P 測 P 實 P 測 P 實P 測 P 實1 泵工頻運行2 泵工頻運行3 泵工頻運行4 泵變頻運行2 泵變頻運行1 泵工頻運行2 泵工頻運行3 泵變頻運行1 泵工頻運行2 泵變頻運行3 泵變頻運行4 泵變頻運行2 泵工頻運行3 泵變頻運行3 泵工頻運行4 泵變頻運行4 泵工頻運行1 泵變頻運行2 泵工頻運行3 泵工頻運行4 泵變頻運行3 泵工頻運行4 泵工頻運行1 泵變頻運行4 泵工頻運行1 泵工頻運行2 泵變頻運行2 泵工頻運行3 泵工頻運行4 泵工頻運行1 泵變頻運行3 泵工頻運行4 泵工頻運行1 泵工頻運行2 泵變頻運行4 泵工頻運行1 泵工頻運行2 泵工頻運行3 泵變頻運行P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實 P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實 P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實 P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實P 測 P 實 P 測 P 實P 測 = P 實延時 6 小時P 測 = P 實延時 6 小時P 測 = P 實延時 6 小時P 測 = P 實延時 6 小時延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S 延時 30 S延時 30 S 延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S 延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 S延時 30 SAA BBCC[鍵入文字 ] 12 器的輸出頻率了。要增加實際供水壓力，正如前面所講的那樣，只能夠通過水泵機(jī)組切換，增加運行機(jī)組數(shù)量來實現(xiàn)。另外，變頻器的輸出頻率不能夠為負(fù)值，最低只能是 0Hz。其實，在實際應(yīng)用中，變頻器的輸出頻率是不可能降傳到 0Hz。因為當(dāng)水泵機(jī)組運行，電機(jī)帶動水泵向管網(wǎng)供水時，由于 管網(wǎng)中的水壓會反推水泵，給帶動水泵運行的電機(jī)一個反向的力矩，同時這到一個值時，水泵就己經(jīng)抽不出水了，實際的供水壓力也不會隨著電機(jī)頻率的下降而下降。這個頻率在實際應(yīng)用中就是電機(jī)運行的下限頻率。這個頻率遠(yuǎn)大于 0Hz，具體數(shù)值與水泵特性及系統(tǒng)所使用的場所有關(guān)，一般在 20Hz 左右。由于在變頻運行狀態(tài)下，水泵機(jī)組中電機(jī)的運行頻率由變頻器的輸出頻率決定，這個下限頻率也就成為變頻器頻率調(diào)節(jié)的下限頻率。 從上面的分析可以看出，當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)到達(dá)上限頻率，而實際的供水壓力仍然低于設(shè)定壓力時，存在的實際供水壓力 差己經(jīng)不能夠使輸出頻率增大，實際供水壓力也不會提高。當(dāng)變頻器的輸出頻率已經(jīng)下降到下限頻率，實際的供水壓力卻仍高于設(shè)定的供水壓力時，存在的壓力差不會使輸出頻率繼續(xù)降低，實際的供水壓力也不會降低。所以，選擇這兩個時刻作為水泵機(jī)組切換的時機(jī)是合理的，但要做以下考慮。 判別條件可簡寫如下： UPff? SfPP? （ 29） LOWff? SfPP? （ 210） 式中： UPf 上限頻率 LOWf 下限頻率 SP 設(shè)定壓力 fP 反饋壓力 對于第一個判別條件，可能出現(xiàn)這種情況：輸出頻率達(dá)到上限頻率時，實際供水壓力在設(shè)定壓力上下波動。在這種情況下，如果按照上面的判別條件，只要條件滿足就進(jìn)行機(jī)組切換，很可能由于新增加了一臺機(jī)組運行，供水壓力一下就超過了設(shè)定壓力。并且使新投入運行的機(jī)組幾乎在變頻器輸出頻率的下限運行，對供水作用很小。在極端的情況下，運行機(jī)組增加后，實際供水壓力超過設(shè)定供水壓力，而新增加的機(jī)組在變頻器的下限頻率運行，此又滿足了機(jī)組切換的停機(jī)條件，需要將一個在工頻狀態(tài)下運行的機(jī)組停掉。假設(shè)這一段時間內(nèi)用戶的用水情況保持不變（其實在一個穩(wěn) 定的供水時段可以看做這種情況），那么按照要求停掉了一個工頻狀態(tài)下運行的機(jī)組之后，機(jī)組的整體運行情況與增加運行機(jī)組之前完全相同。可以預(yù)見，如果用水情況不變，供水泵站中的所有能夠自動投切的機(jī)組將一直這樣投入 → 切出 → 再投入 → 再切出地循環(huán)下去，這增加了機(jī)組切換的次數(shù)，使系統(tǒng)一直處于不穩(wěn)定的狀態(tài)之中。同時，在切換過程和變頻器從啟動到穩(wěn)定的過程中，系統(tǒng)的供水情況是不穩(wěn)定的，實際供水壓力也會在很大的壓力范圍內(nèi)震蕩。這樣的工作狀態(tài)無法提供穩(wěn)定可靠的供水壓力，也使得機(jī)組由于相互切換頻繁而增大磨損，減少運行壽命。對于第二個判別 條件，通過相同的討論方法也能夠得到類似的結(jié)論。所以，在實際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)在確實需要機(jī)[鍵入文字 ] 13 組進(jìn)行切換的時候才進(jìn)行機(jī)組的切換。相應(yīng)的判別條件是通過對上面兩個判別條件的修改得到的，其實質(zhì)就是增加了回滯環(huán)的應(yīng)用和判別條件的延時成立。 在恒壓供水中，機(jī)組的切換為機(jī)組增加與機(jī)組減少兩種情況，這兩種情況由于變頻器輸出頻率與供水壓力的不同邏輯關(guān)系相對應(yīng)?？紤]到只有當(dāng)變頻器的輸出頻率在上下限頻率時才可能發(fā)生切換，并且上限頻率時不可能減泵，下限頻率時不可能增泵，所以，可以采用回滯環(huán)思想進(jìn)行判別如圖 25 表示。 圖 25 用于壓力判斷的回滯環(huán) 如果變頻器的輸出為上限頻率，只有當(dāng)實際的供水壓力比設(shè)定壓力小 /2dP? 的時候才允許進(jìn)行機(jī)組增加；如果變頻器的輸出為下限頻率，則只有當(dāng)實際的供水壓力比設(shè)定壓力大 /2dP? 的時候才允許進(jìn)行機(jī)組的增加。回滯環(huán)的應(yīng)用提供了這樣一個保障，即如果切換的判別條件滿足，那就說明此時實際供 水壓力在當(dāng)前機(jī)組的運行狀況下滿足不了設(shè)定的要求。但這個判別條件的滿足也不能夠完壘證明當(dāng)前確實需要進(jìn)行機(jī)組切換，因為有兩種情況可能使判別條件的成立有問題：實際供水壓力超調(diào)的影響以及現(xiàn)場的干擾使實際壓力的測量值有尖峰，這兩種情況都可能使機(jī)組切換的判別條件在一個比較短的時間內(nèi)滿足，造成判斷上的失誤，引起機(jī)組切換的誤操作。這兩種情況有一個共同的特點，即它們維持的時間短，只能夠使機(jī)組切換的判別條件在一個瞬間滿足。根據(jù)這個特點，在判別條件中加入延時的判斷就顯得尤為必要了。 所謂延時判別，是指系統(tǒng)僅滿足頻率和壓力的 判別條件是不夠的，如果真的要進(jìn)行機(jī)組切換，切換所要求的頻率和壓力的判別條件必須成立并且能夠維持一段時間，比如一、兩分鐘，如果在這段延時的時間內(nèi)切換條件仍然成立，則進(jìn)行實際的機(jī)組切換操作；如果切換條件不能夠維持延時時間的要求，說明判別條件的滿足只是暫時的，如果進(jìn)行機(jī)組切換將可能引起一系列多余的切換操作。經(jīng)過以上的分析，將實際的機(jī)組切換的條件優(yōu)化為： UPff? 2dfSPPP??? （ 211） 增泵設(shè)定壓力 實際壓力2dP?（ 上限頻率 ） 減泵設(shè)定壓力 實際壓力（ 下限頻率 ）2dP?[鍵入文字 ] 14 壓力傳感器 三相交 流入口 變頻器 濾波放大 反饋壓力信號 電壓信號 控制 電壓 數(shù)字輸出出口 PLC 模擬輸入口 模擬輸入口 三項交流電源 控制信號 三相交流電 交流接觸器 供水管網(wǎng) 交流接觸器 1電機(jī)和 1泵 2電機(jī)和 2泵 3電機(jī)和 3泵 4電機(jī)和 4泵 三 相 交 流 電 變頻后的 三相交流電 模擬電壓調(diào)節(jié)口 LOWff? 2dfSPPP??? （ 212） 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)組成 變頻恒壓供水系統(tǒng)采用 PLC 作為控制器，是頻率調(diào)節(jié)器，交流接觸器和電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，壓力傳感器作為控制的反饋元件。三相交流電與變頻器的電源輸入口連接，經(jīng)過變頻器變頻后的交