基于plc的給水泵組變頻恒壓控制程序設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-20 20:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （）用調(diào)速控制時(shí)，若采用恒壓(H0)、變速泵(n2)給水，管阻特性曲線(xiàn)為β2，揚(yáng)程特性變?yōu)榍€(xiàn)n2，工作點(diǎn)從E點(diǎn)移到D點(diǎn)。此時(shí)水泵輸出功率用圖形表示為(,Q2 ,D ,H0)圍成的矩形面積，其值為： （）可見(jiàn)，改用調(diào)速控制，節(jié)能量為(H0,D ,F ,H1)圍成的矩形面積，其值為： （）所以，當(dāng)用閥門(mén)控制流量時(shí)，有功率被浪費(fèi)掉。并且隨著閥門(mén)的不斷關(guān)小，閥門(mén)的摩擦阻力不斷變大，管阻特性曲線(xiàn)上移，運(yùn)行工況點(diǎn)也隨之上移，于是增大，而被浪費(fèi)的功率要隨之增加。根據(jù)水泵變速運(yùn)行的相似定律，變速前后流量Q、揚(yáng)程H、功率P與轉(zhuǎn)速N之間關(guān)系為： ；； （）式中，QHP1為變速前的流量、揚(yáng)程、功率，QHP2為變速后的流量、揚(yáng)程、功率。由公式()可以看出，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，流量與轉(zhuǎn)速成正比，損耗功率與流量成正比，所以調(diào)速控制方式要比閥門(mén)控制方式給水功率要小得多，節(jié)能效果顯著。 變頻恒壓給水系統(tǒng)特點(diǎn)變頻恒壓給水系統(tǒng)能適用生活水、工業(yè)用水以及消防等多種場(chǎng)合的給水，具有以下特點(diǎn)[7][15]：滯后性：給水系統(tǒng)的控制對(duì)象是用戶(hù)管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過(guò)程控制量，同其他一些過(guò)程控制量(如：溫度、流量、濃度等)一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有滯后性。同時(shí)用于水泵轉(zhuǎn)速控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。非線(xiàn)性：用戶(hù)管網(wǎng)中因?yàn)橛泄茏琛⑺N等因素的影響，同時(shí)又由于水泵的一些固有特性，使水泵轉(zhuǎn)速的變化與管網(wǎng)壓力的變化不成正比，因此變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)是一個(gè)非線(xiàn)性系統(tǒng)。多變性：變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)要具有廣泛的通用性，面向各種各樣的給水系統(tǒng)，而不同的給水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。時(shí)變性：在變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泵的停止和運(yùn)行)是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)定量泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響給水系統(tǒng)的模型參數(shù)，使其不確定性地發(fā)生變化，因此可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)的控制對(duì)象是時(shí)變的。節(jié)能性：系統(tǒng)用變頻器進(jìn)行調(diào)速，用調(diào)節(jié)泵和固定泵的組合進(jìn)行恒壓給水，節(jié)能效果顯著。對(duì)每臺(tái)水泵均采用軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從0到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊的同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大慣量的轉(zhuǎn)速?zèng)_擊，能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。 小結(jié)本章分析了給水系統(tǒng)的基本特性。根據(jù)揚(yáng)程特性曲線(xiàn)和管阻特性曲線(xiàn)可以看出用水流量和給水流流量處于平衡狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)比異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法后,給水系統(tǒng)中采用的變頻調(diào)速節(jié)能效果顯著。最后列舉變頻調(diào)速恒壓給水系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。第三章 變頻給水泵組及控制要求及控制系統(tǒng)變頻給水泵組通常由2~4臺(tái)相同功率及類(lèi)型相同的水泵并聯(lián)運(yùn)行，為維修、安裝及減振需要，每臺(tái)泵的進(jìn)出水管上必須裝有閥門(mén)、止回閥、橡膠接頭等配件。由4臺(tái)水泵構(gòu)成的變頻泵組實(shí)例如 下圖： 圖31 變頻給水泵組 自來(lái)水進(jìn)水閥 液壓水位控制閥 浮球閥 儲(chǔ)水箱 閥門(mén) 橡膠接頭水泵 橡膠接頭 止回閥 閥門(mén) 1出水總管 泵組的控制要求對(duì)變頻給水泵組的控制要求是PLC程序設(shè)計(jì)的依據(jù)，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)及程序之前必須確定具體的控制要求。為節(jié)省控制成本，可采用一臺(tái)變頻器對(duì)4臺(tái)水泵進(jìn)行變頻控制。常規(guī)的變頻器均集成有PID閉環(huán)控制功能，如使用變頻器的PID功能，則PLC就僅負(fù)責(zé)控制水泵的切換。控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)壓力傳感器對(duì)用戶(hù)管網(wǎng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并與設(shè)定壓力值比較，根據(jù)壓力偏差來(lái)控制變頻泵的速度及定量泵的啟、停，實(shí)現(xiàn)恒壓、變量的供水，以達(dá)到節(jié)能、恒壓的目的。其控制要求是：當(dāng)用戶(hù)管網(wǎng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，控制器通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)，輸出控制信號(hào)啟動(dòng)其中一臺(tái)水泵作變頻運(yùn)行，通過(guò)控制變頻泵使用戶(hù)管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力值相等。如用戶(hù)用水量較大，變頻器輸出頻率達(dá)到50Hz , 變頻泵達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，而用戶(hù)管網(wǎng)壓力仍然低于設(shè)定壓力，控制器將變頻泵切換成工頻運(yùn)行，待變頻器輸出頻率下降至最低值時(shí)再變頻軟啟動(dòng)另一臺(tái)水泵，由一臺(tái)工頻泵和一臺(tái)變量泵同時(shí)供水。經(jīng)過(guò)變量泵的切換調(diào)節(jié)，如管網(wǎng)壓力仍低于設(shè)定值，控制器則以同樣的方式將運(yùn)行頻率為50Hz的變頻泵切換成工頻運(yùn)行，而后繼續(xù)軟啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵作變頻運(yùn)行，直至滿(mǎn)足用戶(hù)用水要求為止。 當(dāng)用戶(hù)用水量較少，變量泵轉(zhuǎn)速降到一定程度時(shí)，控制器自動(dòng)停止最先運(yùn)行的定量泵，并根據(jù)管網(wǎng)壓力調(diào)整變量泵轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)壓力始終保持恒定。這樣，每臺(tái)水泵的啟動(dòng)均經(jīng)變頻器控制，全部機(jī)組實(shí)現(xiàn)循環(huán)軟啟動(dòng)，即每臺(tái)泵的啟動(dòng)頻率都從設(shè)定的最低頻率開(kāi)始逐漸上升。停機(jī)時(shí)遵循“先開(kāi)的泵先停，先停的泵先開(kāi)”的原則。各泵循環(huán)輪換工作，使水泵均衡運(yùn)行。設(shè)備還可以通過(guò)時(shí)控器控制水泵的強(qiáng)行切換。：：圖32 變頻控制系統(tǒng)主回路圖中：QL：空氣開(kāi)關(guān)；1KM、3KM、5KM、7KM:工頻交流接觸器2KM、4KM、6KM、8KM：變頻交流接觸器`接線(xiàn)圖見(jiàn)圖33：圖33 PLC接線(xiàn)圖 系統(tǒng)的二次控制回路見(jiàn)圖34：圖34二次控制回路：圖35控制柜面板指示燈回路：控制系統(tǒng)的PLC采用西門(mén)子S7224產(chǎn)品。PLC的輸入信號(hào)是：:缺水保護(hù)信號(hào)；；； 時(shí)控信號(hào)。PLC的輸出信號(hào)是：: 1＃泵變頻運(yùn)行；：1＃泵工頻運(yùn)行；：2＃泵變頻運(yùn)行；：2＃泵工頻運(yùn)行；：3＃泵變頻運(yùn)行；：3＃泵工頻運(yùn)行；：4＃泵變頻運(yùn)行；：4＃泵工頻運(yùn)行。：變頻器采用西門(mén)子440（也可用430，但其過(guò)載能力較差，對(duì)輸入電壓的偏差要求較高）壓力傳感器接到變頻器的1模擬輸入口。本設(shè)計(jì)使用的壓力傳感器為遠(yuǎn)傳壓力表，遠(yuǎn)傳壓力表要求的輸入單元不大于5V，因此必須串連一個(gè)500Ω左右的電阻后連接到變頻器的+10V端子1。變頻器的18腳為頻率下限信號(hào)，用于控制水泵的停機(jī)；變頻器的22腳為頻率上限信號(hào)，用于控制變頻泵切換為工頻運(yùn)行，然后軟啟動(dòng)另一臺(tái)水泵。 小結(jié) 本章確定變頻給水泵組及其控制功能要求，然后對(duì)控制系統(tǒng)的一、二次控制電路包括變頻器及PLC的控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第四章PLC程序控制流程及相應(yīng)的梯型圖控制程序確定了系統(tǒng)控制電路、PLC的輸出輸入端子、以及相應(yīng)的控制功能要求后，必須對(duì)PLC程序控制流程加以確定。： 輸入信號(hào)處理：為了抗干擾，輸入信號(hào)必須通過(guò)定時(shí)器延時(shí)后才送到內(nèi)存對(duì)應(yīng)的影像寄存單元。主程序依據(jù)影像單元值對(duì)輸出進(jìn)行控制。普通輸入信號(hào)延時(shí)時(shí)間取300ms。其中
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