关于在生活小区中变频恒压供水控制系统的应用及系统应用分析

一、 前言： 一般规定城市管网的水压只保证六层以下楼房的用水，其余上部各层均须提升水压才能满足用水要求，以前大多采用传统的水塔，高位水箱，或气压罐式增压设备，但它们都必须由水泵以高出实际用水高度的压力来“提升“水量，恒压供水系统实现水泵电机无级调速。依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量的变化时保持水压恒定，以满足用水要求，是当今最先时合理的节能型供水系统，实际应用中得到了很大的发展，随着电力、电子技术的飞速发展，变频器的功能也越来越强，充分利用变频器，PCL控制的各种功能，对应用恒压变频供水系统有着重要意义。 广梅汕铁路职工宿舍生活小区在梅花路18号，是3栋十层楼的老居民楼共有住户一百二十多户，以往是通过传统的楼顶水池提供各户供水，由于楼龄日长，各部分公共设施失修保养，楼顶水池水质劣化，水中“红虫”（一种寄生虫）越来越多，让所有职工住户心中担忧。本人自2000年开始至2006年来一直在广梅汕铁路物业公司工程部，深知该生活小区供水问题的困扰。2003年建议公司实施设备改z造，应用变频恒压供水系统供水，经过一段时间的审批，公司最终采用了以开利泵业有限公司安装变频恒压供水系统，本人一直是该项目的参与者和项目跟进工作。 二、正文 1、 该系统装置采用欧姆龙可编程序控制器和ABB变频器为主要控制器件，PLC通过A/D，转换摸块采集压力传感器的输出信号。从监测供水压力及液面的高度,再由PLC控制变频器和接触器调节水泵的工作状态,使供水压力保持在一个恒定的压力范围,水泵系统由一台1.5KW的恒压泵和四台以变频器控制的5.5KW的水泵组成，根据不同用水量四台水泵循环变频运行，及工频运行等来恒定水压。系统通过设定参数。由触摸屏控制操作，根据变频显示，压力显示，欠压超时，水位报警指示，及上限保持压力，下限运行启动压力等来控制系统的运行，以妪姆龙可编程序控制器和变频器为核心控制输出，在水泵的出水泵管道上安装一个远传压力传感器，用于检测管道压力，并把出口压力变成0～5C或4～20mA的摸拟信号，送到PLC的A/D转换输入端，再经转换成数字信号控制PLC的输出，给定偏差值到变频器，以控制输出频率的大小，从而改变水泵的电机转速，达到控制管道压力恒定的目的。 　　当实际管道压力小于给定压力时，变频器输出频率上升电机转速加快，管道压力开始升高；反之，变频器频率降低，电机转速减少，管道压力降低。如果上下调整多次，直到偏差值为零。这样实际压力围绕设定压力上下波动保持压力恒定。 2、 系统的主线路组成： 3、 恒压供水系统的组成： (1)水泵电机： 型号：Y 160M-4 额定功率：11KW 额定电压：380V 额定电流：22.6A 接法：△ (2) PLC可编程序控制器： 型号：OMRON SYSMAC CPM1A IN: 0CH 00～11　　　　OUT: 10CH 00～07 1CH 00～05　　　　　　　11CH 00～03 (3)气压给水设备： 型号：KLS-122/0.54 –Q3 最高工作压力：0.64MPa 额定给水流量：32L/s 最低工作压力：0.54MPa 额定功率：11KW 水泵扬程：64m　　　有效面积：50L (4)压力容器装置 　隔膜气压罐：　设计压力： 1MPa 最高工作压力：0.95MPa 型号： GB-150-98 测验压力：125MPa (5)变频器：ABB-ACS400 功率: 2.2KW-37KW (6)磁助式电接点压力传感器 　型号：YX-100 AC 380 DC 220 触头功率：30VA (7)供水压力传感器回路线路连接图 　压力传感器和液面传感器都是通过各自的数显表供电，而且都为电流传感器，压力的不同和液位的不同会影响回路中的电流大小，压力传感器回路原理图如下图所示： 三、恒压供水系统的工作原理 1、 恒压供水系统是通过PLC，变频器和继电器，将水泵的供水功率划分出不同的档位，通过压力传感器的偏差信号，根据用户的需求量，给定一个偏差信号值来控制PLC的输出至变频器来运行系统，达到恒压供水的目的。（如下图所示） 2、 整套设备的工作原理为： 供水的压力通过采集传感器系统，再通过变频的A/D 转换摸块将设定值及采集偏差信号值同时经过PID控制进行比较，PID根据变频器的参数设置，进行数据处理，将处理结果以运行频率的形式进行输出。 　PID控制摸块具有比较和差分的功能，供水的压力低于设定压力，变频器就会将运行频率升高，反测将降低，并且根据压力变化的快慢进行差分调节，以负作用为例：如果压力在上升接近设定值的过程中，上升速度过快，PID运算也会自动减少执行量，从而稳定压力。 供水压力经PID调节后的输出量，通过交流接触器组进行，切换后输出给水泵的电动机，在水网中用水量增大时，会出一台“变频泵”效率不够时情况，这时就需要其他的水泵以工频的形式参与供水运行。交流接触器组就负责水泵的切换工作情况。由PLC控制各个接触器，将工频电或是变频器，按需要选择水泵的运行情况，从而使整个管网水压保持恒定。 　整个系统在运行中，当出现缺相，变频器故障，液位下限超压等情况时，统皆能发出声响报警信号，特别是当出现缺相，变频器故障，超压时，系统会自动停机。并发出报警信号，而且及时去维修处理，恢复正常。此外，变频器故障时，系统可切换至手动方式保证系统供水。为维护和抢修水泵，在系统正常供水状态下，在一段时间时隔内使某一台水泵运行，系统设有水泵强制设备用功能，可随便备用某一台水泵，同时不影响其它水泵运行，为了使水泵进行轮休，系统设有软件备用功能。（钟控时序控制）工作泵与备用泵具有周期定时切换，轮换4台泵组运行（循环）。 四、 PLC控制器和变频器的运行状态与设置： 1、恒压供水程序I/O分配图 (1)当主管压力低于正常设置压力时，接通水泵Y0(1#),当压力 仍低时，依次接通Y1、Y2、Y3。 　(2)当主管压力高于正常设置压力时，断开水泵Y0(1#)，当压力仍高时，依次断开Y1、Y2、Y3。 　(3)为延长水泵电机使用寿命，所有水泵依次循环起动运行。 　(4)各水泵能独立起动、停止。 　系统启动时，KM0(Y0)闭合，1#水泵以变频方式运行，当变频器的运行频率超出设定值时，输出一个上限信号，PLC通过这个上限信号后将1#水泵由变频运行转换为工频运行，KM0断开，KM8闭合，同时，KM１闭合，2#水泵变频运行，如果再次接收到变频器上限输出信号，则KM1断开，KM9闭合，2#水泵由变频转工频运行，则3#变频起动，KM2闭合，4台水泵依次循环控制起动运行。 　如果变频器频率偏低，压力过高，输出下限信号使PLC关闭输出，依次停止水泵运行，如果只剩1#水泵变频运行，压力仍过高，则所有水泵都会停止，由恒压泵来恒压管道压力，这段PLC程序还有一个软保护程序防止操作不当，损坏变频器。 2、　PLC程序流程如下图： 3、 变频器的设定： 在PID控制下，使用一个4mA对应0MPa，20mA对应0.5Mpa的传感器调节水泵的供水压力，设定值通过变频器的2和5端子（0～5V）给定的。变频器PID设置流程图如下所示： 五、结束语 以上供水系统中采用PLC可编程序控制器和变频器调速运行方式，可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速或加速加减泵，使供水系统管网中的压力保持在给定的值。以求最大限度的节能、节水，并且系统能处于可靠运行状态，实现恒压供水，系统用水量任何变化均能使供水管网中的压力保持恒定。大大提高了供水质量，同时解决了天面水池二次污染问题。变频器故障后仍能保障不间断供水，同时实现故障消除后自动启动，具有一定的先进性，目前该系统运行使用稳定，效果明显，住户拍手称快！ 本人自通过学习培训维修电工高级技师课程后，对PLC可编程序控制和变频器技术有了全新的认识，学习了解，对恒压供水系统有了初步了解和学习。以上论文撰写，是本人通过学习了解恒压供水系统后对公司生活小区改造恒压供水系统设备，有了全新的认识和理解，从而在今后恒压供水系统设备运行中更好的操作，更好地维护，更好地使用变频技术。PLC控制技术，最大限度发挥其使用功能，为整个生活小区供水系统的自动运行、优化管理达到最佳效果。 本人撰写本论文过程中，水平有限，对恒压供水系统认识、学习了解不够深切，刚刚有个基础的认识和学习。还参考和引用了好多专家和教授发表的论文和文献。在此本人一并致谢！同时所写论文中存在许多不足和不妥，以及对恒压供水系统的可编程序控制器中PLC编程还不是很清楚。希望各位考评员、工程师、高级技师、教授给予批评指正，提出宝贵意见。在此，本人深表感谢！ 朱双良 2006 年 12 月 12 日 参考文献： 1、《广梅汕铁路生活小区恒压供水系统操作说明书》 开利泵业有限公司。 2、刘美俊著《通用变频器应用技术》 福建科学技术出版社 2004年9月 3、刘守操等著