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PLC+變頻器的小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)控制應用實例

 

引言 

      本文是針對某生活小區(qū)實際情況，結合用戶生活 / 消防雙恒壓供水控制的要求，我們進行改造的一些心得。現(xiàn)將其中的改造情況介紹如下。 

      眾所周知，恒壓供水系統(tǒng)對于生活小區(qū)是非常重要的，例如在生活小區(qū)供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響居民生活。又如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區(qū)采用生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。 

      基于上述情況，我公司對某生活小區(qū)供水系統(tǒng)進行改造，采用西門子 PLC 作為主控單元。利用風光供水變頻器，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調整供水系統(tǒng)的工作壓力，達到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。 

 

2 用戶現(xiàn)場情況 

      市網(wǎng)自來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 YV1 ，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動向水箱注水。水池的高低水位信號也直接送給 PLC ，作為水位報警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。生活用水和消防用水共用二臺泵，平時電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關閉消防管網(wǎng)，二臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當有火災發(fā)生時，電磁閥 YV2 得電，關閉生活用水管網(wǎng)，二臺泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。火災結束后，二臺泵改為生活供水使用。 

現(xiàn)場設備參數(shù)如下 : 

型號 65-315（I）A 

流量 56m 3 /h 

揚程 110m 

效率 56% 

轉速 2900r/min 

電機功率 37KW 

 

3 系統(tǒng)控制要求 

用戶對二泵生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： 

⑴ 生活供水時，系統(tǒng)低恒壓運行，消防供水時高恒壓值運行。 

⑵ 二臺泵根據(jù)恒壓的需要，采取先開先停的原則接入和退出。 

⑶ 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過 1 天，則要切換下一臺泵，系統(tǒng)具有倒泵功能，避免一臺泵工作時間過長。 

⑷ 二臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。 

⑸ 要有完善的報警功能。 

⑹ 對泵的操作要有手動控制功能；手動只在應急或檢修時使用。 

 

4 設備選型 

（ 1 ）供水變頻器 

      長沙中贏供水設備有限公司推出的專用于供水變頻器，使用空間電壓矢量控制技術適用于各類自控場合。在恒壓供水中可以采用這類變頻器。 變頻器除具有變頻器的一般特性外，還具有以下特性：水壓高、水壓低輸出接口，變頻器運行上限、下限頻率（可以任意設定），可以方便地進行雙壓力控制，內(nèi)置智能 PI 控制，以上功能非常適用于供水控制要求。在本例中選用 供水變頻器拖動用戶水泵。 

 

（ 2 ） PLC 選型 

① 控制系統(tǒng)的 IO 點及地址分配 

      根據(jù)圖 1 所示及控制要求 , 統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱 ， 代碼及地址編號如下表 1 所示。水位上 、 下限信號分別為 I0.1 、 I0.2。 

 

② PLC 系統(tǒng)選型 

      變頻恒壓供水系統(tǒng)共有開關量輸入點 8 個，開關量輸出點 10 個 , 選用西門子主機 CPU222 （ 8 入繼電器出） 1 臺，加上擴展模塊 EM222 （ 8 繼電器輸出） 1 臺。即可滿足用戶供水控制要求 

 

（ 3 ）壓力傳感器 

      在供水系統(tǒng)中，壓力傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠傳壓力表。在本例中采用遠傳壓力表，壓力表相應接線端子接到變頻器主控板 3 腳、 4 腳、 5 腳即可。 

 

5 電氣控制系統(tǒng)原理

      電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及 PLC 外圍接線圖三部分。 

 

（ 1 ）主電路圖 

      如圖 2 所示為電控系統(tǒng)主電路。二臺電機分別為 M1 、 M2 。接觸器 KM1 、 KM3 ，分別控制 M1 、 M2 的工頻運行；接觸器 KM2 、 KM4 ，分別控制 M1 、 M2 的變頻運行； FR1 、 FR2 分別為二臺水泵電機過載保護用的熱繼電器； QS1 、 QS2 和 QS3 分別為變頻器和二臺泵電機主電路的隔離開關； FU1 、 FU2 為主電路的熔斷器； BPQ 為風光供水專用變頻器。 

 

（ 2 ）控制電路圖 

      如圖 3 所 示為電控系統(tǒng)電路。圖中 SA 為手動 / 自動轉換開關， SA 打在 1 的位置為手動控制狀態(tài)，打在 2 的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕 SB1～SB6 控制二臺泵的起 / 停和電磁閥 YV2 的通 / 斷；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。 

 

圖中的 HL8 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。 

圖 3 電控系統(tǒng)控制電路圖 

 

（ 3 ） PLC 接線圖 

下圖 4 所示為 PLC 及擴展模塊外圍接線圖。火災時，火災信號 SA1 被觸動， I0.0 為 1 。 

圖 4 雙恒壓供水控制系統(tǒng)及擴展模塊的外圍接線圖 

 

6 小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)程序設計 

（ 1 ）程序中使用的 PLC 內(nèi)部器件及功能，如下表 2 所示： 

生活 / 消防雙恒壓的兩個恒壓值是我公司生產(chǎn)的風光供水專用變頻器直接設定的。在本實例中，根據(jù)用戶要求，生活壓力設定為 0.35MPa, 消防壓力設定為 0.60MPa 。 

壓力低、壓力高信號分別由變頻器內(nèi)部主控板 14 腳、 15 腳給出。 

供水運行下限頻率、供水運行上限頻率由變頻器程序設定。在本系統(tǒng)中，運行下限頻率設為 20Hz, 運行上限頻率設為 50Hz 。  

 

7 結束語 

      隨著變頻調速技術的飛速發(fā)展，變頻調速恒壓供水技術在小區(qū)已普遍使用。用變頻器來實現(xiàn)恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點是非常明顯的。節(jié)能效果十分顯著，啟動平穩(wěn)，啟動電流小，避免了電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊，延長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動和停機時的水錘效應。供水控制系統(tǒng)提高了小區(qū)的供水質量。各項控制指標達到了用戶的要求。風光變頻器在小區(qū)恒壓供水改造效果是明顯的，改造是成功的。