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应用PLC和变频技术实现消防水系统稳高压

应用PLC和变频技术实现消防水系统稳高压

2007/8/9 16:46:00
摘 要:本文阐述茂名石化供气站消防水稳高压系统应用PLC实现自动调节和各种控制功能,稳压泵采用变频调速技术进行自动稳压,使用效果和节能效果明显。 关键词:稳高压系统、泵、PLC、变频器、PID、A/D 一、前言 根据要求,茂名石化供气站液态烃储罐区要完善消防水稳高压系统,作为独立罐区,经设计人员计算,需要二台22kw的离心泵作为稳压泵(一用一备),稳压泵实际工况只作稳压作用,正常状态低于额定工况运转,负载率较低,效率低。长期低效率运行,这既是对设备的加速损害也是重大的能源浪费,为此,供气站应用PLC实现自动调节和各种控制功能,稳压泵采用变频调速技术保护设备和节约能耗。 二、系统要求 1、正常状态下,2台稳压泵至少有1台运行,可进行手动操作和相互自动切换时,不允许发生两台泵全部停止的现象。 2、保持消防水稳高压系统管网压力在稳定值范围。 三、系统控制原理 消防水稳高压系统要求稳压泵运转时,系统管网压力保持为设计稳压值P1,而现场压力传感器检测管网压力信号实际测定为P2,压力信号经变送器处理后输出一个4—20mA电流信号给PLC,PLC接受到管网反馈模拟信号经模数(A/D)转换得到结果,与设定压力进行PID运算比较,根据ΔP(=P2-P1)值大小,由PLC内PID功能模块进行PID运算,然后数模(D/A)转换输出4—20mA电流信号给变频器,由PID运算的结果来确定输出电流量的大小以控制变频器的运转频率,改变电动机转速,从而达到所需求的压力。当ΔP>0时,现场压力偏高,则降低变频器输出频率,使电动机转速减慢,降低管网压力,ΔP减小;当ΔP<0时,现场压力偏低,则提高变频器输出频率,使电动机转速加快,升高管网压力,ΔP减小。这样不断调整,使ΔP趋于0,实现现场实际压力在设定压力附近波动,保障压力稳定。系统结构如图一。 四、系统控制组成 该系统主要由2台日立SJ300-300HFE变频器、1台SIEMENS S7-200型PLC、配套SIEMENS EM235扩展模块、HITACHI A/D转换器以及接触器、操作按钮、1台现场压力变送器等组成。用PLC实现设定压力、维持稳高压系统管网压力、稳压泵变频调速、PID控制以及稳压泵起动、停止、切换等各种电气控制功能;用变频器实现变频调速稳压和节能降耗功能。
五、系统控制实现 1、稳压泵的控制 稳压泵设有自动和手动两种控制方式,手动控制设有控制和现场两地控制启停。 1)手动工作方式:该操作方式是专门为调试水泵或自动工作方式发生故障时,为用户应急设置的一种工作方式。该工作方式完全采用最简单的启动方式,只有在自动失灵的情况下才采用。 2)自动工作方式:自动方式是作为正常状态下的一种工作方式,系统通过调试运行后,一般置于自动状态下在。自动方式工作时,管网压力的不同变动经压力变送器反馈到中央处理器PLC中,整个消防系统都将在控制系统有效的控制下,进行多种功能的适应性工作。 a)管网压力低于0.7MPa时,稳压泵自动启动,保持管网压力恒定在0.60~0.75Mpa之间。 b)正常状态,两台稳压泵自动轮换运转,可更改定时切换时间,管网稳压值可通过电控制柜面板上电位器进行设定更改。 c)当其中一台因维修停机或故障时,根据变频器反馈的停机或故障信号,PLC自动控制启停转换。 d)消防系统中的消防主泵启动,启动消防主泵信号同时输入稳高压系统,稳压泵自动停止。 2、PLC的控制   S7-200系列中CPU224/226具有32位浮点运算指令和内置PID调节运算指令等特殊功能。使用时,只需在PLC内存中填写1张PID控制参数表(表一),再执行指令:PID TABLE,LOOP,即可完成PID运算。其中操作数TABLE使用变量存储器VBx,用来指明控制环的起始地址;操作数LOOP是控制环号(常数,0~7)。编号为2、4、5、6、7的参数固定不变,可在PLC主程序中设定;编号为1、3、8、9的参数具有实时性,须在调用PID指令时填入。
由于S7-200输入和输出为开关量,而变频器、压力变送器和振动变送器的信号为模拟量,因此EM235模块要实现A/D、D/A转换。 六、稳高压系统效果 1、确保供气站消防水稳高压系统优质高效运行,增强作为A类要害部位的供气站安全保障能力,为供气站安全生产打下坚实的基础。 2、稳压泵变频运行功率为额定功率的15%,变频运行成功。 3、变频器是恒功率起动(软起动),它在稳压泵电机起动时不会产生起动电流,因而不会产生起动电流对电机的冲击,停泵时变频器改变停泵过程时间(软降),这样可以在停泵时防止水泵水压突然降落对水泵造成的损坏。 七、结束语 通过PLC和变频技术实现消防水系统稳高压这个项目的成功实现,节能降耗效果明显,证实了该技术的可行可靠,可在需要稳压水系统推广使用。 参 考 文 献 1、付家才主编《工业控制工程实践技术》 化学工业出版社出版 作者介绍: 卢永前,工程师,1972年生,1996年毕业于成都科技大学化工设备与机械专业,现在茂名石化供气站工作。 联系地址: 广东省茂名市茂名石化供气站 525025 电话:0668-2241881 2、赵汝庆 工程师 1971年生,1995年毕业于广东工业大学机电一体化专业 广州昱新自动化设备有限公司 联系地址 广州大道中明月一路六号祈福华厦裙楼212 电话02087359366 13609642645
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