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變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)-資料下載頁(yè)

2024-12-06 02:35本頁(yè)面

【導(dǎo)讀】變頻恒壓供水系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器等構(gòu)成。本系統(tǒng)包含三臺(tái)水泵電機(jī),它們組成變頻循環(huán)運(yùn)行方式。采用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)三相。水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速,運(yùn)行切換采用“先啟先?!钡脑瓌t。頻率,進(jìn)而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變供水量,最終保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

  

【正文】 頻器輸入電壓信號(hào) Uf AQW0 結(jié)合系統(tǒng)控制電路圖 和 PLC 的 I/O 端口分配表 ,畫(huà)出 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖,如圖 所示: 29 1M0.00.11.00.70.60.50.40.30.22.72.62.52.42.32.22.12.01.71.62M1.51.41.31.21.11L0.0L+M1.51.41.31.21.13L1.00.70.60.52L0.40.30.20.1地1.71.6L1N。AC。C P U 2 2 6 C N2RS485MV0M0地L+RAA+I0BB+RBADD+RDCC+RC偏移配置增益E M 2 3 5I 0 I 1 I 2Q 0 Q 1S A 1窗 口比 較 器液 位變 送 器水 位 上 下限 信 號(hào)S US L H LS B 74 6 8 1 0 1 2 1 4 2 42 22 01 81 6 2N 1+ -壓 力 變 送 器 輸出 壓 力 信 號(hào)輸 入 變 頻 器圖 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個(gè)輸入量,其中包括 4 個(gè)數(shù)字量和 1 個(gè)模擬量。壓力變送器將測(cè)得的管網(wǎng)壓力輸入 PLC 的擴(kuò)展模塊 EM235 的模擬量輸入端口作為模擬量輸入;開(kāi)關(guān) SA1 用來(lái)控制白天 /夜間兩種模式之間的切換,它作為開(kāi)關(guān)量輸入 ;液位變送器把測(cè)得的水池水位轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后送入窗口比較器,在窗口比較器中設(shè)定水池水位的上下限,當(dāng)超出上下限時(shí),窗口比較其輸出高電平 1,送入 ;變頻器的故障輸出端與 PLC 的 相連,作為變頻器故障報(bào)警信號(hào);開(kāi)關(guān) SB7 與 相連作為試燈信號(hào),用于手動(dòng)檢測(cè)各指示燈是否正常工作。 本變頻恒壓供水系統(tǒng)有 11 個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)和 1 個(gè)模擬量輸出信號(hào)。 ~分別輸出三臺(tái)水泵電機(jī)的工頻 /變頻運(yùn)行信號(hào); 輸出水位超限報(bào)警信號(hào); 輸出變頻器故障報(bào)警信號(hào); 輸出白天模式運(yùn)行信號(hào); 輸出報(bào)警電鈴信號(hào); 輸出變頻器復(fù)位控制信號(hào); AQW0 輸出的模擬信號(hào)用于控制變頻器的輸出頻率。 圖 只是簡(jiǎn)單的表明 PLC 及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況,并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。它忽略了以下因素: (1) 直流電源的容量; (2) 電源方面的抗干擾措施; (3) 輸出方面的保護(hù)措施; (4) 系統(tǒng)的保護(hù)措施等。 30 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 硬件連接確定之后 ,系統(tǒng)的控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn),結(jié)合泵站的控制要求,對(duì)泵站 軟件設(shè)計(jì)分析如下: (1) 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理 為了恒定水壓,在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率,且在一臺(tái)水泵工作不能滿(mǎn)足恒壓要求時(shí),需啟動(dòng)第二臺(tái)水泵。判斷需啟動(dòng)新水泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可通過(guò)比較指令實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器工作頻率達(dá)上限值的確實(shí)性,應(yīng)濾去偶然的頻率波動(dòng)引起的頻率達(dá)到上限情況,在程序中應(yīng)考慮采取時(shí)間濾波。 (2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng),又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用,多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。 在本設(shè)計(jì)中,控制要求中規(guī)定任一臺(tái)泵連續(xù)變頻運(yùn)行不得超過(guò) 3h,因此每次需啟動(dòng)新水泵或切換變頻泵時(shí),以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體的操作是:將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻器從變頻器上切除,并接上工頻電源運(yùn)行,將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。除此之外,泵組管理還有一個(gè)問(wèn)題就是泵的工作循環(huán)控制,本設(shè)計(jì)中使用泵號(hào)加 1 的方法實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制,用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號(hào)實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。 (3) 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn) 由于模擬量單元及 PID 調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序,本程序可分為三部分:主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng) 初始化的一些工作放在初始化子程序中完成,這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序的功能最多,如泵切換信號(hào)的生成、泵組接觸器邏輯控制信號(hào)的綜合及報(bào)警處理等都在主程序。白天、夜間模式的給定壓力值不同,兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。白天模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿(mǎn)量程的 90%,夜間模式系統(tǒng)設(shè)定值為滿(mǎn)量程的 70%。 程序中使用的 PLC 元件及其功能如表 所示。 表 程序中使用的 PLC 元件及其功能 器件地址 功能 器件地址 功能 31 VD100 過(guò)程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T37 工頻泵增泵濾波時(shí)間控制 VD104 壓力給定值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 VD108 PID 計(jì)算值 故障結(jié)束脈沖信號(hào) VD112 比例系數(shù) Kc 水泵變頻啟動(dòng)脈沖 (增泵 ) VD116 采樣時(shí)間 Ts 水泵變頻啟動(dòng)脈沖 (減泵 ) VD120 積分時(shí)間 Ti 倒泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD124 微分時(shí)間 Td 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖 VD204 變頻運(yùn)行頻率下限值 當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖 VD208 變頻運(yùn)行頻率上限值 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD250 PID 調(diào)節(jié)結(jié)果存儲(chǔ)單元 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VB300 變頻工作泵的泵號(hào) 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VB301 工頻運(yùn)行泵的總臺(tái)數(shù) 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD310 變頻運(yùn)行時(shí)間存儲(chǔ)器 故障信號(hào)匯總 T33 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 水池水位越限邏輯 T34 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 T35 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 PLC程序設(shè)計(jì) PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP7MicroWINV40 編程軟件開(kāi)發(fā) 。該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語(yǔ)言,即語(yǔ)句表 (STL)語(yǔ)言、梯形圖 (LAD)語(yǔ)言、功能塊圖 (FWD)語(yǔ)言 [14]。語(yǔ)句表 (STL)語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言,特別適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員,它使用指令助記符創(chuàng)建用戶(hù)程序,屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。梯形圖 (LAD)語(yǔ)言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖,是應(yīng)用最多的一種編程語(yǔ)言,與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比,梯形圖可以看作是 PLC 的高級(jí)語(yǔ)言,幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯,因此,它很容易被一般的電氣工 程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受,是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似,功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端,輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算,模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。 PLC 控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成,程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成,編譯后通過(guò) PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC,控制任務(wù)的完成,是通過(guò)在 RUN 模式下主32 機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) PLC 主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動(dòng)程序、水泵電機(jī)變頻 /工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量 (壓力、頻率 )比較計(jì)算程序 和報(bào)警程序等構(gòu)成。 (1) 系統(tǒng)初始化程序 在系統(tǒng)開(kāi)始工作的時(shí)候,先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,即在開(kāi)始啟動(dòng)的時(shí)候,先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),如出錯(cuò)則報(bào)警,接著對(duì) 變頻器變頻運(yùn)行的上下限頻率、 PID 控制的各參數(shù) 進(jìn)行初始化處理,賦予一定的初值 ,在初始化子程序的最后進(jìn)行中斷連接。 系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過(guò)調(diào)用子程序來(lái)是實(shí)現(xiàn)的。在初始化后緊接著要設(shè)定白天 /夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號(hào)和工頻泵投入臺(tái)數(shù)。 (2) 增、減泵判斷和相應(yīng)操作程序 當(dāng) PID 調(diào)解結(jié)果大于等于變頻運(yùn)行上限頻率(或小于等于變頻運(yùn)行下限頻率)且水泵穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),定時(shí)器計(jì)時(shí) 5min(以便消除水壓波動(dòng)的干擾)后執(zhí)行工頻泵臺(tái)數(shù)加一(或減一)操作,并產(chǎn)生相應(yīng)的泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)。 (3) 水泵的軟啟動(dòng)程序 增減泵或倒泵時(shí)復(fù)位變頻器為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備,同時(shí)變頻泵號(hào)加一,并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)和下一臺(tái)水泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào),延時(shí)后啟動(dòng)運(yùn)行。 當(dāng)只有一臺(tái)變頻泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí),對(duì)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行判斷,超過(guò) 3h 則自動(dòng)倒泵變頻運(yùn)行。 (4) 各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯程序 各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的,現(xiàn)在只以 1水泵為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)?shù)谝淮紊想?、故障消除或者產(chǎn)生 1泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)并且系統(tǒng)無(wú)故障產(chǎn)生、未產(chǎn)生復(fù)位 1水泵變頻運(yùn)行信號(hào)、 1泵未工作在工頻狀態(tài)時(shí), 置 1, KM2 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合接通變頻器,使 1水泵變頻運(yùn)行,同時(shí) KM2 常閉觸點(diǎn)打開(kāi)防止 KM1 線圈得電,從而在變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖, KM2 的常開(kāi)觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。 (5) 各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯程序 水泵的工頻運(yùn)行不但取決于變頻泵的泵 號(hào),還取決于工頻泵的臺(tái)數(shù)。由于各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的,現(xiàn)在只以 1水泵為例進(jìn)行說(shuō)明。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻33 運(yùn)行啟動(dòng)脈沖后,若當(dāng)前 2泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于 0,或者當(dāng)前 3泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于 1,則 置 1, KM1 線圈得電,使得 KM1 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合, 1水泵工頻運(yùn)行,同時(shí) KM1 常閉觸點(diǎn)打開(kāi)防止 KM2 線圈得電,從而實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖, KM1 的常開(kāi)觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。 (6) 報(bào)警及故障處理程序 本系統(tǒng)中包括水池水位越限報(bào)警指示燈、變頻器故障報(bào)警指示燈白天模式運(yùn)行 指示燈以及報(bào)警電鈴。當(dāng)故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí),相應(yīng)的指示燈會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象,同時(shí)報(bào)警電鈴響起。而試燈按鈕按下時(shí),各指示燈會(huì)一直點(diǎn)亮。 故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號(hào)和工頻泵運(yùn)行臺(tái)數(shù),在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號(hào)。 由于變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖比較復(fù)雜,不方便全部畫(huà)出,在此僅畫(huà)出其控制過(guò)程的流程圖。詳細(xì)的主程序梯形圖請(qǐng)參考附錄 C。 主程序流程圖如圖 所示。由于在圖 中并未對(duì)各臺(tái)水泵的變頻和工頻運(yùn)行控制做詳細(xì)介紹,因此圖 和圖 對(duì)其作了完整的補(bǔ)充。其中圖 是以 2泵為例的變頻運(yùn)行控制流程圖,圖 是以 2泵為例的工頻運(yùn)行控制流程圖。 3泵的運(yùn)行控制情況與 2泵相似,在此就不再重復(fù)。 如圖 所示。本設(shè)計(jì)主程序大體包括以下幾部分: (1) 調(diào)用初始化子程序,設(shè)定各初始值; (2) 根據(jù)增、減泵條件確定工頻泵運(yùn)行數(shù); (3) 根據(jù)增泵、倒泵情況確定變頻泵號(hào); (4) 通過(guò)工頻泵數(shù)和變頻泵號(hào)對(duì)各泵運(yùn)行情況進(jìn)行控制; (5) 進(jìn)行報(bào)警和故障處理。 34 開(kāi) 始調(diào) 用 初 始 化子 程 序設(shè) 置 兩 種 模 式下 水 壓 給 定 值設(shè) 定 變 頻 泵 號(hào)變 頻 器 頻率 達(dá) 上 限定 時(shí) 5 m i n , 濾 波YN工 頻 泵 數(shù) 加 1 , 產(chǎn)生 變 頻 啟 動(dòng) 脈 沖變 頻 器 頻率 達(dá) 下 限Y定 時(shí) 5 m i n , 濾 波N工 頻 泵 數(shù) 減 1 , 產(chǎn)生 變 頻 啟 動(dòng) 脈 沖是 否 增 泵 或 倒 泵復(fù) 位 變 頻 器 ,變 頻 泵 號(hào) 加 1YN調(diào) 整 變 頻 泵號(hào) , 遇 4 變 1產(chǎn) 生 當(dāng) 前 泵 工 頻運(yùn) 行 , 下 臺(tái) 泵 變頻 運(yùn) 行 啟 動(dòng) 脈 沖變 頻 泵 單 獨(dú) 運(yùn)行 時(shí) 間 達(dá) 3 hYN產(chǎn) 生 倒 泵 信 號(hào)1 、 2 、 3 泵 變 頻運(yùn) 行 控 制1 、 2 、 3 泵 工 頻運(yùn) 行 控 制水 池 水 位 越 限YN水 位 越 限 報(bào) 警變 頻 器 故 障YN變 頻 器 故 障 報(bào) 警是 否 有 報(bào) 警YN變 頻 泵 號(hào) 置 1工 頻 泵 數(shù) 置 0產(chǎn) 生 故 障 結(jié) 束脈 沖程 序 結(jié) 束 圖 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖 35 是 否 有 變 頻啟 動(dòng) 脈 沖 信 號(hào)YN變 頻 泵 號(hào)是 否 為 2YN系 統(tǒng) 是 否 無(wú) 故 障YN是 否 無(wú) 變 頻 器復(fù) 位 脈 沖YN2 泵 是 否工 頻 運(yùn) 行NY2 泵 變 頻 運(yùn) 行開(kāi) 始結(jié) 束開(kāi) 始是 否 有 工 頻運(yùn) 行 啟 動(dòng) 脈 沖YN幾 號(hào) 泵變 頻 運(yùn) 行 ?工 頻 泵 數(shù)是 否 大 于 0工 頻 泵 數(shù)是 否 大 于 13 泵變 頻 運(yùn) 行1 泵變 頻 運(yùn) 行YNYN2 泵 是 否變 頻 運(yùn) 行NY2 泵 工 頻 運(yùn) 行結(jié) 束 圖 2泵變頻運(yùn)行控制流程
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