plc控制變頻器實現(xiàn)自動恒壓供水的性能怎么樣
據(jù)雜志稱，plc自動控制供水設(shè)備是在繼電器控制供水設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用plc取代通用繼電器、定時器控制的。而變頻調(diào)速器目前也因其比傳統(tǒng)的高位水箱、水塔等供水方式，有諸多優(yōu)勢。而成為恒壓供水設(shè)備的主體。茂名市自來水公司河?xùn)|水廠利用plc控制變頻器實現(xiàn)自動恒壓供水安全運行六年，效果良好。
茂名市自來水公司河?xùn)|水廠供水泵房95年投入生產(chǎn)，日處理水量20萬t/d，現(xiàn)階段，采用的控制系統(tǒng)就是可編程控制器（簡稱plc）控制變頻調(diào)速技術(shù)，投入生產(chǎn)以來運行狀況良好，收到良好的經(jīng)濟效益。
1設(shè)備的構(gòu)成及基本工作原理
1.1設(shè)備的構(gòu)成
河?xùn)|水廠供水泵房采用一臺變頻器（660v500kw），控制的變頻電機是（10kv450kw），一臺可編程控制器及一些輔助電氣控制元件，和現(xiàn)場的六臺（10kv450kw）水泵機組、出廠壓力傳感器一起組成一個完整的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。變頻器采用abb公司生產(chǎn)的acs600型變頻器，帶有dtc直接轉(zhuǎn)矩控制，靜態(tài)速度控制精度為標(biāo)稱速度的0.1%到0.5%，它還具有多種保護功能，控制盤上可以同時顯示4行功能信息，每行20個字符，有四種快速編程語言可供選擇，acs600內(nèi)部建立的應(yīng)用宏意味著你只需按鍵就可以選擇相應(yīng)的宏，帶有文字顯示的控制盤使你不必查書中的代碼就可進行快速編程，所有的參數(shù)被分成邏輯組，操作方便。plc用的是thyssen公司產(chǎn)品，由于考慮到今后的發(fā)展我們采用的是模臺塊式結(jié)構(gòu)，這樣的好處是配置靈活，裝配方便，便于擴展和維修。
1.2工作原理：
該系統(tǒng)的工作原理，如圖1所示，在出廠管上安裝一壓力。
傳感器，出廠水壓通過變送器輸出4~20ma信號，此信號由plc采樣并與壓力設(shè)定信號比較，求出其偏差。plc控制程序根據(jù)偏差的大小再經(jīng)pid運算，最后通過模擬輸出口，輸出一個控制電流4~20ma信號，此控制信號改變了變頻調(diào)速器的輸出頻率，從而改變了水泵電機的轉(zhuǎn)速。減少壓力偏差e=ps（設(shè)定值）—pc（出廠壓力），當(dāng)壓力偏差e為正值并持續(xù)時間t>6秒，同時變頻調(diào)速器的輸出頻率fc=50hz持續(xù)時間t>5秒時，plc進行檢測定速泵的運行時間，按時間少的順序啟動定速泵，相反e為負(fù)值持續(xù)時間t>6秒、fc達(dá)到設(shè)定值持續(xù)時間t>5秒時，按運行時間多的順序停止定速泵運行，經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)最終使管網(wǎng)出口壓力與設(shè)定值保持一致，壓力偏差e=0，實現(xiàn)了恒壓變量自動供水。
另外，可以通過中控室計算機對泵房的工作情況進行監(jiān)控，把配套恒壓供水設(shè)備的壓力信號、水廠供水的流量信號和水泵工作的電流、電壓、功率信號，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳送到計算機內(nèi)，plc之間采用光纜通訊，在計算機上可畫出各種參數(shù)的控制曲線和數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表，并將當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲起來，留作打印或以后查詢之用，從而也提高了水廠的自動化管理水平。
2plc控制變頻恒壓自動供水設(shè)備節(jié)電效果分析
在供水行業(yè)中，電能是在企業(yè)成本管理中挖掘潛力的一項，茂名市河?xùn)|水廠多年來始終把節(jié)能降耗工作放在，并把耗電大戶供水泵房作為重點來抓，根據(jù)我廠的工藝流程，工程技術(shù)人員不段的采用新技術(shù)進行積極的探索。在所有的供水泵房系統(tǒng)操作中，管網(wǎng)壓力是由水泵通過電動機的拖動產(chǎn)生的。
根據(jù)流量q與流量阻力h按阻力定律變化，
即：h=r×q2（1）
水泵的功率n與水泵的揚程和流量成正比，
即：n=h×q×r/102（千瓦）（2）
式中：r-水的重度（公斤/立方米）h-水泵的揚程（米）
q-水泵的流量（立方米/時）
從（2）水泵的h—q曲線與（1）管網(wǎng)的阻力曲線相交，得出特性曲線圖2可見，若水泵額定轉(zhuǎn)速為n1，當(dāng)出口閥門全開時，管道阻力為r1，這時的流量為q1、揚程為h1，水泵的工作在k1點高，此時水泵功率n是q1和h1的乘積與矩形h1-k1-q1-o的面積成正比，如：當(dāng)關(guān)小了
水泵出口閥門的開度，而當(dāng)流量減少為q2時（如效率50%），系統(tǒng)由原來的
工況點k1變到新的工況點k2，這時管道的阻力增加為r2，揚程h1升高到h2，原矩形面積變?yōu)榫匦蝖2-k2-q2-o面積，兩個矩形的面積相差不大，說明通過調(diào)整閥門開度來改變流量，水泵的功耗變化不大。換句話說，通過開關(guān)閥門進行節(jié)流調(diào)節(jié)，并不能使功耗有效地減少。
那么，在供水系統(tǒng)中，通過什么途徑能達(dá)到節(jié)能目的呢？我們知道，通常供水系統(tǒng)運行中，隨著用水量的變化，相應(yīng)有供水量的變化，從流量q1減少到q2，我們只需采用變頻調(diào)速器改變交流電的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速就按比例變動，電動機的轉(zhuǎn)速n與電源頻率f的關(guān)系如下式所示：
n=60×f×（1-s）/p
式中：p-極對數(shù)；s-轉(zhuǎn)差數(shù)。
從n1變?yōu)閚2，流量由q1減少到q2時，管網(wǎng)阻力特性曲線r1維持不變，水泵由工況點k1變到新的工況點k3點，揚程h1大幅度下降h3，矩形h1-k1-q1-o面積減少為矩形h3-k3-q3-o的面積，兩個矩形面積相差許多，節(jié)省的功率損耗n與面積h3-k3-q3-o成正比，水泵軸功率與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即p2=p1（n1/n2）3，水泵功率n顯著下降。acs600變頻器dtc提供精確的轉(zhuǎn)矩控制，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速下降時，dtc控制電機轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)的降低，電流明顯降低，其功耗大幅度減少。所以，在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速，可以在流量變化運行時，節(jié)約電能，多年來的運行，我們研究發(fā)現(xiàn)在流量變化較大時，其節(jié)能效果十分可觀。從水泵的特性曲線可以得知，改變水泵轉(zhuǎn)數(shù)n可以有效的改變水泵的功耗。有一種液力偶合調(diào)速器也可以有效的調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)數(shù)，其過程控制原理為液力偶合調(diào)速器通過調(diào)節(jié)偶合介質(zhì)來改變輸出速度，當(dāng)水泵由n1轉(zhuǎn)為n2得知水泵的功耗大幅降低，但電機的轉(zhuǎn)數(shù)n1并沒有變，電機同樣是在額定功率運轉(zhuǎn)，雖然實現(xiàn)了自動恒壓供水，但節(jié)能效果并沒有明顯體現(xiàn)出來。3技術(shù)性能
plc控制變頻調(diào)速實現(xiàn)全自動恒壓供水是調(diào)節(jié)供水的一項新技術(shù)，已經(jīng)在供水行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，茂名市河?xùn)|水廠全自動恒壓供水系統(tǒng)，運行六年來，技術(shù)性能穩(wěn)定，效果較好，其中：
1）設(shè)備的利用率均衡，茂名市河?xùn)|水廠供水泵房，在運行過程中定速泵的啟動是通過計算機檢測運行時間進行啟動，這樣就避免了設(shè)備利用不均衡的現(xiàn)象。
2）保護功能完善，當(dāng)水泵、控制系統(tǒng)、變頻器發(fā)生故障時，在上位機都會發(fā)出聲光報警信號，并記錄、打印。
3）當(dāng)個別定速泵發(fā)生故障不能起動時，系統(tǒng)也不會停止供水，在系統(tǒng)發(fā)出報警的同時，會按時間選擇起動另一臺定速泵，保證供水。
4）控制系統(tǒng)可靠，在上位機采用兩種控制方式：一種是plc控制，即按編程控制，二種是vdu控制，就是在計算機上進行手動調(diào)節(jié)。
5）有完善的管網(wǎng)保護系統(tǒng)，plc通過模擬量輸入信號檢測的方法檢測出實際壓力值，然后根據(jù)所設(shè)定壓力上/下限值進行管網(wǎng)超壓/欠壓的故障判斷，并完成相應(yīng)的系統(tǒng)故障報警。而且，當(dāng)主管線爆裂，泵機出口壓力突然降低至3bar時，系統(tǒng)會停止供水。這就有利于實現(xiàn)對管網(wǎng)系統(tǒng)的良好保護，進一步提高供水系統(tǒng)設(shè)備使用壽命。
6）系統(tǒng)的缺點是，系統(tǒng)選擇一臺變頻泵，定速泵的流量、揚程相同，在壓力設(shè)置不當(dāng)時，會產(chǎn)生控制盲區(qū)。即：系統(tǒng)供水壓力達(dá)不到設(shè)定壓力，起動一臺定速泵又壓力偏高，從而造成定速泵頻繁起動。
4小結(jié)
1）plc自動控制供水設(shè)備是在繼電器控制供水設(shè)備的基礎(chǔ)上，利用plc取代通用繼電器、定時器控制的，可編程控制器的特點是功能強、操作靈活、使用方便、抗力強、可靠性高、體積小、能耗低，適合在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用。
2）目前變頻調(diào)速器已成為恒壓供水設(shè)備的主體，它不僅可以取代傳統(tǒng)的高位水箱、水塔等供水方式，而且也消除水質(zhì)的二次污染，更具有節(jié)省能源、自動化程度高、供水操作方便、提高經(jīng)濟效益等優(yōu)點。
3）變頻器在供水上的應(yīng)用，能夠減少管網(wǎng)壓力的波動，使管網(wǎng)壓力趨于平穩(wěn)，plc參與控制，使全自動恒壓供水系統(tǒng)更加智能化，更加完善，可靠性高，穩(wěn)定性好，響應(yīng)快，從而降低員工的勞動強度。茂名市自來水公司河?xùn)|水廠全自動恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，也促進了企業(yè)的技術(shù)進步。
關(guān)鍵詞：變頻器 供水設(shè)備 繼電器 恒壓供水設(shè)備 控制器