1、1PLC 控制的变频器恒压供水系统设计1 引言水泵作为供水工程中的通用机械，消耗着大量的能源，电耗往往占制水成本的 60%以上，在我国，每年水泵的电能消耗占电能总消耗的 21%。为了节约降耗，必须采取调节措施使泵站适应负荷变化的运行。本文介绍一种变频调速恒压供水系统，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入及退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的流量需求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。2 系统主要性能与特点(1) 可实现恒压变量、双恒压变量等控制方式 , 多种启停控制方式, 定压精度1%;(2) 变频器对电机进行软启软停 , 减少设备损
2、耗，延长电机寿命;(3) 具有自动、手动及异地操作功能 ;(4) 智能化控制，可任意修改参数指令 (如压力设定值、控制顺序、控制电机数量、压力上下限、PID 值、加减速时间等 );(5) 具有完善的电气安全保护措施，对过流、过压、欠压、过载、断水等故障均能自行诊断并报警。3 变频恒压供水控制系统设计3.1 变频器恒压供水系统简介恒压供水是指用户端不管用水量大小，总保持管网中水压基本恒定，这样，既可满足各部位的用户对水的需求，又不使电动机空转，造成电能的浪费。为实现上述目标，需要变频器根据给定压力信号和反馈压力信号，调节水泵转速，从而达到控制管网中水压恒定的目的。该系统主要由 3 台水泵、1 台
3、变频器、PLC、PID 及线性压力传感器等组成。其中 PLC、PID 调节器和压力传感器组成闭环反馈控制系统。PLC 控制各台水泵的运行状态(如工频运行、变频运行、停止) ，从而控制水泵的运行台数，在大范围上控制供水的流量;PID 调节器控制变频器对变频泵进行速度调节，在小范围上控制供水的流量。水泵的速度调节采用变频调速技术，利用变频器对水泵进行速度控制，采用“一变多定”的控制方式，并根据 PID 调节器输出电流信号驱动变频水泵。3.2 主电路设计2该系统包括 3 台水泵电动机 M1、M2、M3 ，其中 M1 的功率为 45kW，M2 为 22kW，M3为 22kW。该系统为一台变频器依次控制
4、每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压控制。系统具有变频及工频两种运行状态，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。主电路如图 2 所示。其中接触器 KM2、KM4、KM6 分别控制 M1、M2 、M3 工频运行，KM1、KM3、KM5 分别控制 M1、M2 、M3 变频运行，KM0 控制变频器的工作。选用西门子公司最新的专用变频器 MICROMASTER Eco 型变频器。西门子 MICROMASTER Eco 型变频器的功能有:(1) 优化的输入输出功能;变(2) 优化的调试过程:仅 12
5、个基本参数设定便可满足绝大多数的 HVAC 应用;(3) 长电缆运行:电机与变频器的连接电缆长度可达 150m 而无需加输出电抗器;(4) 通讯功能:内带的 RS485 可简便地与 DDC 从站或楼宇管理系统连接通讯，速率可达19200bps;(5) 可与所有感应电机匹配:通过简单的参数设定即可使 Eco 与各种电机适配，Eco 内带电机保护功能，防止电机过热;(6) 多电机传动功能:MICROMASTER Eco 可控制一组电机以同一频率运行 ;(7) 捕捉再启动:为确保电源故障恢复后的正确自动再启动，即使电机还在运转，控制系统会控制变频器输出与电机同步的频率;(8) 能耗的优化:在达到给定
6、值后，控制系统会自动优化电机的能耗;(9) 高启动转矩:即使在长时间的运行之后，MICROMA- STER Eco 仍可确保各种泵类负载的稳定启动，在加速时，会自动提供附加的启动转矩;(10) 内带 PID 控制模块:PID 功能可与外部的传感器直接连接，可以实现精确的流量、压力或温度控制，可接收 010V，0 20mA 或 420mA 标准反馈信号。闭环系数均可调节以实现不同应用时优化、准确的控制。3.3 控制电路设计控制电路包括继电器控制电路及 PLC 控制电路。继电器控制电路图 其中接触器 KM2、KM4 、KM6 分别控制 M1、M2、M3 工频运行，KM1、KM3、KM5 分别控制
7、M1、M2、M3 变频运行，KM0 控制变频器的工作。 KA0KA6 为中间继电器，它们分别控制 KM0KM6 工作。HL0 HL6 为指示灯，其中 HL0 为电源指示灯，HL1HL3分别指示 M1M3 的工频运行，HL4 HL6 分别指示 M1M3 的变频运行。给出了系统的 PLC 控制电路。图 4 中 SA7 为手动/自动控制转换开关，SA8 为自动起/停控制转换开关，P1 为压力上限， P2 为压力下限，SA1 为 1#水泵手动起动开关，SA32 为 1#水泵手动停止开关，SA3 为 2#水泵手动起动开关，SA4 为 2#水泵手动停止开关，SA5 为 3#水泵手动起动开关，SA6 为 3
8、#水泵手动停止开关，KA0KA6 为中间继电器，它们分别控制 KM0KM6 工作。3.4 PID 调节器电路PID 调节器电路如图 5 所示，PID 调节器的引脚 11、12 为电流输出信号，接图 1中的变频器的引脚 3、4 ，PID 调节器的引脚 18 接图 3 中的 PLC 输入端子 X4，PID 调节器的引脚 19 接图 3 中的 PLC 输入端子 X5。PID 调节器接受压力传感器送来的压力信号，自动调整变频器的频率给定输入，从而控制变频器的输出电压，进而控制变频泵的转速，实现变频泵水流量的稳定控制。4 结束语变频恒压供水在企业及高层生活小区的应用越来越广泛，它可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，不仅节能效果显著，还可以极大地改善系统的工作性能，并能延长系统的使用寿命，具有良好的技术、经济效益。参考文献1 郑 忠. 新编工厂电气设备手册. 北京:兵器工业出版社,19942 MICROMASTER Eco 变频器编程手册3 韩安荣. 通用变频器及其应用(第二版). 北京:机械工业出版社,2000
