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  • 解析变频器和PLC在供水控制系统中的应用
  • 2019-09-24 09:30  作者: 长春艾瑞特机电设备有限公司
  • 本文分析了恒压供水的工作原理和系统设计,对变频器和PLC在供水控制系统中应用状况提出了改进措施。

    长春供水设备

    恒压水控的工作原理
     
    1恒压水控系统概述
     
    恒压供水是指用户在任何时候,不管用水量的大小,总能保持管网中水压的基本恒定。在高层建筑中,通常采用恒定管网的压力来维持对高层的供水。
     
    恒压供水系统的基本控制策略是:采用可编程控制器也就是我们所说的PLC与变频调速装置构成控制系统,进行优化控制泵组的调速运行。并自动调整泵组的运行台数,完成供水压力的闭环控制,以保证供水管网的压力保持在设定值。运用了恒压水控技术以后,既可以满足生产供水要求,还可节约电能,使系统处于可靠工作状态,为居民供水提供便利。
     
    2PLC、变频器在现代水控系统中的运用
     
    自来水厂的自动控制系统一般分为两大部分,一是水源地深水泵的工作控制,而另外一种则是水厂区变频恒压供水控制。水厂区变频恒压供水控制运用十分广泛,水厂在运用变频恒压供水控制时,水源通过水厂区对水池的水进行消毒处理后,使得加压泵向管路进行恒压供水,其间,就需要选用PLC和上位机组成实时数据采集和监控系统。
     
    对深水泵进行远程控制,并且对供水泵采用变频器进行恒压控制,通过PLC、变频器在现代水控系统中的运用,可以保证整个水厂的工作电机安全,可靠地运行。
     
    3运用PLC、变频器水控系统的特性
     
    运用了变频器和PLC的恒压供水系统,变频器可以为电机提供可变频率的电源,实现电机的无级调速。从而使管网水压连续变化。此外压力变送器还具有检测管网水压的作用。PLC则是泵组管理的执行设备,同时还是变频器的驱动控制,根据用水量的实际变化,实现自动化运行。变频器和PLC的应用为水泵转速的平滑性连续调节提供了方便,对于消除了对电网、电气设备和机械设备的冲击,延长机电设备的使用寿命具有很大的作用。
     
    变频器、PLC在水控系统中的运用设计
     
    利用变频器与PLC设计水控系统,需要根据供水管道的压力值控制水泵电机转速,将压力维持在所需的压力值上,将平时不必消耗的能量节省下来,从而达到节电的目的。设计主要的流程分为以下几个步骤:
     
    1恒压供水系统主电路设计
     
    在现代工业运用中,恒压水控系统一般包括3台水泵电动机M1、M2、M3,通过模拟设定,其中Ml的功率为45kW,M2为22kW,M3为22kW。设计电路时,为该系统设
     
    计一台变频器依次控制每台水泵,来实现恒压控制。
     
    为了使得系统具有变频和工频两种运行状态,当变频泵达到水泵额定转速后,如水压在所设定的判断时间内还不能满足恒压值时,系统自动将当前变频泵状态切换为工频状态,并指示下一台泵为变频泵。
     
    可以设计其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行,KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M3工频运行,FU为主电路的熔断器,变频器是风机水泵负载专用变频器MM430,通过合理的分析,可以得到的恒压供水系统主电路设计图如图1所示。
     
    2变频器、PLC恒压供水系统的组成设计
     
    变频器、PLC恒压供水系统的组成设计主要包括四个大的板块:
     
    一是压力传感器,是水控系统的控制输入量,能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。
     
    二是PLC控制器,是整个控制系统的核心,通过对外界输入状态进行检测,对外界输入的数据进行运算处理后,输出相应的控制量。
     
    三是变频器,作为核心控制器的后续控制单元,对终端设备进行控制,最终达到控制要求。例如多段调速、变频器调速等。
     
    最后还有水泵组成,供水系统的执行机构,通过变频器控制电动机的转速,最后达到控制水泵流量大小的。
     
    据城市供水电气控制系统的功能要求,从经济性、可靠性等方面来考虑,由于城市供水电气控制系统的输入/输出端口较多,而其控制过程相对复杂,结合变频器、PLC恒压供水系统的组成设计,可以规划出变频器、PLC恒压供水系统的组成如图3所示。
     
    PLC和变频器在水控系统中的运用改进
     
    现代水控系统运用PLC与变频器还存在着一定的局限性。主要体现在主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的:如专用总线、专家通信网络及协议,I/O模板不通用,甚至连机柜、电源模板亦各不相同。编程语言虽多数是梯形图,但组态、寻址、语言结构均不一致,因此各公司的PLC互不兼容。
     
    使用变频器时也存在着一些缺点:如使用变频器会产生干扰电波,影响到同一电网的敏感元件。在工业实践中,常常产生一些问题困扰着水控系统的工作人员,对此,通过分析,可以总结出几条对于运用变频器和PLC的常见应急措施:
     
    1变频泵过压跳闸问题
     
    以某水务局的水控系统为例,一台100KW工频泵和一台160KW变频泵并联为市区供水为例,当100KW工频泵拉闸停机时,变频泵报过压跳闸。某水务局水控设计图如图4。
     
    通过这一具体的案例分析可以知道工频泵工作时,水流在管道中高速流动,形成很大的惯性。当工频泵突然停止,管道中产生负压,形成空化现象,负压将水从变频泵中吸入,推动叶轮转动,使电动机的转速高于变频器的输出转速,电动机产生发电效应。为此,可以通过在变频器上加装制动电阻来解决变频泵过压跳闸这一问题。
     
    2电动机过流现象
     
    在鄂尔多斯某水务局一台变频水泵,当变频器输出频率达到16Hz时,总是会出现变频器过流跳闸的现象。通过分析,可以知道因为变频器驱动的是水泵,水泵按平方率特性曲线输出,不会在某频率出现过载情况。那么变频器过流另有原因。
     
    断开电动机,空载运行正常,再接入电动机,仍然在16Hz左右出现过流跳闸。换一台电动机,运行正常,说明过流是电动机故障。
     
    对此,为了处理电动机的过流问题,可以分解电动机,发现电动机绕组有短路现象。原来变频器的输出频率上升时,电压也在上升,当电压上升到匝间击穿电压时,变频器过流跳闸。
     
    3水泵变频器过载
     
    某供水单位使用艾默生TD2000-4T0300P(30KW)变频器拖动水泵负载,如图5所示。使用过程中变频器经常报E013过载,检查故障电流记录58A,经查说明书:风机、水泵变频器过载能力为:110%额定电流1分钟,通过研究发现:变频器的过载保护按反时限曲线不同分为G型和P型。
     
    本例机型为P型机,当变频器输出电流达到95%持续时间达到1小时时,即报“E013”。当变频器输出电流达到110%、持续时间达到1分钟也同样报E013。
     
    经现场了解和查看,发现水泵负载长期工作在48Hz,电流长期在58A左右,报E013的原因为变频器带载能力不够,需要更换更高一级的变频器,即更换为TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P(37KW)。
     
    4PLC与变频器在水控系统运用的改进措施
     
    为了提高水控系统的恒压稳定性与安全性,对于PLC与变频器的使用有着一些注意事项以及改进措施。
     
    为了实现对设备的分散控制和集中管理,水控系统应当采用了三层网络进行控制,主电路中变频与工频中使用的接触器应采用带有机械联锁的接触器,并且应当严禁将工频电源引入到变频器中。
     
    变频器的供电部分除了加装空气开关外,最好加装快速保险,以保证由于过电流造成的损坏PLC编程要考虑的问题。而作为最重要的人机操作界面的变频器操作面板,它不仅能够实现参数的输入功能,还能实现频率、输出功率、输出转矩、端子状态、闭环参数、长度等物理量的监控,以及对这些物理量进行存储与修改。
     
    于是,适当的通过变频器的故障报警显示,对上述物理量进行适当修改,来排除变频器的有关故障也显得十分必要。
     
    多点网络控制技术是是通信技术、计算机技术、控制技术发展的结合点,它既能独立运行,也可连成网络,实现集散自动化系统的复杂控制功能,应用领域覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业领域,用这种技术设计的自来水厂分布式监控系统,经多年的实际运行证明,系统性能稳定,运行可靠,报警及时,且对于变频器以及PLC的稳定性具有可靠地保障。运用这种控制技术对结合了变频器以及PLC的水控系统,具有较大的推广价值。
     
    结论:
     
    运用了变频器和PLC的水控系统,不仅性能稳定可靠,而且能够非常好地控制可编程序控制器及其有关设备,水控系统与工业控制系统联成一个整体,对于恒压水控系统的功能扩充和设计创新,实为重要。

     

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