PLC-變頻器和軟啟動器在節電型疊壓給水設備中的應用
PLC-變頻器和軟啟動器在節電型疊壓給水設備中的應用
隨著我國經濟的高速發展，城市規模的不斷擴大，穩定的水壓、優良的水質成了現代人們生活的必需要求。但工業發展對水資源的污染讓現代水廠 須遠離污染源，都設在了水源的上游，從而導致供水管網過長，在管網的末端水壓過低，使得該區域的用戶生活受到了影響，于是，設在城市中心或管網末端的節電型疊壓給水設備在城市供水系統中就顯得極其重要。另一方面，由于城市人口密集，用水量隨機性、變化幅度大，因此，供水加壓站的設計即要滿足較大負荷（用水量）運行，又要避免負荷變化引起的管網壓力驟然增大或減小而破裂的問題。傳統控制系統采用頻繁地對水泵、電機啟停的方法，不但縮短了它們的機械壽命，而且增加了維護和維修的費用，而且造成了電能的浪費。這里介紹一種由PLC-變頻器和軟啟動器的節電型疊壓給水設備系統的應用，它能很好地解決了上述的問題。
PLC-變頻器和軟啟動器控制系統由1個PLC控制站、2臺變頻器、2臺軟啟動器、壓力變送器、綜合保護器、液位計及4臺潛水泵等組成，如圖1。4臺水泵中2臺大泵的流量是5000m3/h，電機為150kW；2臺小泵流量3000m3/h；電機為85kW。兩臺變頻器控制1大1小的水泵，兩臺軟啟動器控制另外兩臺水泵。在出水總管上安裝有壓力變送器探測管網的壓力，在清水蓄水池裝有液位計，檢測水池的液位并將信號送至PLC。每臺潛水泵機都配有1臺的綜合保護器（安裝在變頻器或軟啟動機柜內），它收集機組的軸承溫度、繞組溫度、漏水報警信號、絕緣信號等。
每臺變頻器柜和軟啟動柜在面板上都有手動/自動轉換按鈕，當打在“手動”檔時，可通過柜面的控制按鈕進行控制，工作人員可以根據實際情況現場決定開/停水泵，并設為較優先控制級，不受PLC或控制室的控制，以保證檢修或出現故障時的安全使用。
根據區域供水條件的要求，節電型疊壓給水設備的常規供水流量按一大一小運行流量設計，即1臺大的變頻器加1臺小軟啟動器或1臺小的變頻器加1臺大的軟啟動器，保證有1臺的變頻器工作。當用水處于高峰時，用水量增時，管網的壓力就會降低，安裝在出口處的壓力變送器就把壓力信號傳送到變頻器，變頻器與給定的壓力（可通過電位器或PLC給定）相比較，通過內部PID運算，經過一定時間的延時，如壓力繼續降低，則變頻器調節輸出頻率，提高水泵的轉速，直至壓力升高到給定值，然后繼續穩定工作。如在延時時間內，管網的壓力恢復，則輸出頻率不變。如用水量小，壓力上升，同樣變頻自動調節輸出頻率，直至達到壓力穩定為止。這樣，給定壓力—變頻器—反饋壓力—給定壓力就形成了單循環閉環控制系統，通過調節變頻器輸出頻率的來調節水泵的轉速，達到恒壓供水的目的。
2.2節電型疊壓給水設備多泵或單泵運行方式
當節電型疊壓給水設備系統在一大一小運行達到滿負荷時，即變頻器工作在工頻50Hz時，PLC即可對其進行計時，若在一定的時間段內，壓力仍小于給定的壓力，PLC就自動啟動另處一臺變頻器或軟啟動器，變頻器再自動調節輸出頻率，直到壓力達到給定值，如運行的變頻器輸出頻率已在50Hz，壓力還達不到要求，則要啟動末后一臺水泵，直至壓力上升到給定值。
而當節電型疊壓給水設備系統在一大一小的方式運行，而變頻器的輸出頻率低于某一值（一般為30Hz左右）時，管網的壓力仍高于給定的壓力，PLC也自動啟動計時器，在一定的時間段內，如果壓力仍高于給定值，PLC就自動停止軟啟動器的運行，由單臺的變頻器運行，直至壓力降低為止。
2.3PLC的工作
PLC在本節電型疊壓給水設備系統中主要通過RS485通信接口讀取變頻器、軟啟動器上傳的頻??開/停進行控制，同時記錄每臺水泵的運行時間，對高低壓配電系統如絕緣、過壓、過流等監測。
2.4故障的處理
節電型疊壓給水設備不多，所以較主要的故障來源于潛水泵和變頻器或軟啟動器本身。由于每臺的潛水泵都由配有單獨的綜合保護器，當潛水泵發生故障如軸承溫度、繞組溫度、漏水、絕緣報警時，綜合保護器就會根據故障的類型、或輕重程度決定是否先停止運行該潛水泵，同時將故障信號傳到變頻器或軟啟動器，再通過變頻器或軟啟動器RS485接口報知PLC，在PLC系統發出停止信號和發出聲光報警，以通知工作人員及時處理。而變頻器或軟啟動器本身故障時，也通過RS485的接口上傳故障信號至PLC，PCL發出報警信號并自動發出停止信號。
三、節電型疊壓給水設備系統主要設備的配置及PLC軟件設計
（1）變頻器和軟啟動器的配置
在一般的控制系統中變頻器的輸出頻率是通過PLC來控制，即由PLC采集壓力信號，并進行PID運算，然后再輸出頻率信號，變頻器根據此信號來決定輸出。在本節電型疊壓給水設備系統中采用了變頻器自身控制的方法，變頻器用的是CFC-1000系列產品，軟啟動器用的也是施耐德CMC-S系列產品，這種型號的變頻器內部自帶PID調節器采用了優化算法，它可以接受現場壓力傳感器的4-20mA的標準模擬信號，與給定的壓力參數比較，調節輸出，平穩地控制了管網的壓力。由于PID運算在變頻器內部，就可省去了對PLC存儲容量和PID算法的編程，降低了成本，提高了生產效率。
（2）PLC控制系統的配置
由于PLC在本節電型疊壓給水設備系統中只承擔“總監總控”的角色，而且PLC與變頻器和軟啟動器的通信是通過RS485接口進行，所以配置較為簡單，除CPU模塊、通信模塊、電源模塊外，只配置了16點的開關量輸入模塊1塊，8點模擬量輸入模塊1塊，主要的輸入信號來源于配電系統中的開閘合閘、手動/自動、電流、電壓、有功功功率、無功功率等，所以對PLC的配置要求不高。
（3）PLC軟件的設計
3.1開停泵的程序
根據出水管壓力和水池的水位高低來確定開泵臺數，實現恒壓控制。即當出水管壓力低于設定壓力時，增加開泵的臺數；當出水管壓力高于設定壓力時，減少開泵的臺數。
3.2系統控制和報警記錄程序
節電型疊壓給水設備系統的總控制由PLC來完成，記錄每一臺機組的運行時間，當達到一定時間段時，按“先投先切”和“先切先投”的方式，自動輪流切換。PLC還接受變頻器、軟啟動器和潛水泵的報警信號，并按情況決定是否停止該機組的運行，并把報警時間、類型等信息記錄，以便日后的查詢。
四、節電型疊壓給水設備系統的優點
本系統由于采用了PLC+2變頻器+2軟啟動器的控制方式，與相應的PLC+4臺變頻器控制的系統相比，用戶節省了給每臺水泵配置變頻器大成本（ 變頻器比軟啟動器貴好多），而且PLC配置低，程序簡單，也同樣也達到由單臺運行到多臺運行采用變頻控制的多種運行方式，達到恒壓供水的目的。
由于變頻器的運用，也沒有了因為電氣設備頻繁的啟停操作而導致的壽命減短的問題。因此，該系統具有了節資、節能、節水的目的。
五、結束語
在節電型疊壓給水設備系統中目前廣泛地采用了變頻調速的方法，也有很多的控制方法，但 目的也是只有一個：即恒壓又節資、節能。相信隨著技術的不斷更新和成熟，也不斷有新的方法??應用實例寫出，希望借此能同大家共同交流和探討。
中贏節電型疊壓給水設備介紹特點■
變頻恒壓供水設備可替代高位水箱、水塔，壓力相對穩定，避免水泵頻繁啟動，高效節能，噪音低。滬龍變頻恒壓供水設備按照國家消防標準《高層民用建筑設計防火規范》及公安部消防標準《消防氣壓供水設備的性能要求和試驗方法》進行設計開發。
變頻恒壓供水設備產品采用CAD設計中心、三維模擬制造設計系統進行新產品開發設計，優化產品結構，保證了新產品研發的質量和速度。
供水設備的泵體可采用鑄鐵、球鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料鑄造，另可根據用戶特殊需求定制生產。變頻恒壓供水系統廣泛應用于水利、建筑、消防、電力、環保、石油、化工等各個領域。
中贏節電型疊壓給水設備簡介：
中贏節電型疊壓給水設備普遍設置了消除負壓的功能，以避免干擾市政管網的壓力。但其功能的實現是靠泵前具有斷流功能的調節罐。當用水量大于市政供水量時，調節罐上的真空破壞裝置開啟，空氣進入水箱，使原本封閉的調節罐變為斷流水箱。但是，由于直接供水設備上實現斷流功能的真空破壞裝置是暴露性裝置，用戶可以人為調節，當用戶將其開啟功能取消時，調節罐便失去了斷流功能成為了真空裝置，直接供水設備的消除負壓功能即無法實現，對供水安全構成嚴重威脅。
中贏節電型疊壓給水設備具有斷流功能，它實質上就不可能是全封閉運行，依然存在著空氣進入供水系統污染水質的可能性。
中贏節電型疊壓給水設備產品標準和工程規程的制定。標準的制定會推進技術的發展和技術的輸出，標準也會起到導引市場和技術發展，規范行業發展的作用。
設備初次運行時，先根據當地自來水管網進水壓力較低限值設定壓力保護值；設備通電置于自動工作狀態?；諜C控制系統實時檢測自來水壓力與用戶管網供水壓力。
用水低峰時，當自來水管網供水量足、供水壓力 滿足用戶管網壓力要求，徽機控制系統控制水泵進入睡眠狀態或由穩壓系統進入、保壓狀態，用戶的用水均從設備旁路直通管直接供給用戶，節能99.99999%。
用水高峰時，當自來水管網供水量足、壓力不足時，徽機控制系統根據水泵進水口的自來水進水壓力和用戶所需用水量，變頻軟啟動水泵，疊壓補充不足部分，差多少，補多少，即充分利用自來水管網原有壓力，又確保用戶所需壓力恒定。
當自來水管網供水壓力下降到事先設定的保護壓力值時，徽機控制系統通過限壓保護裝置，保證自來水管網供水壓力不再下降、底層直供水用戶管網壓力不破壞，加壓用戶的水量又能夠滿足。
當自來水管網供水不足、壓力又不足時，設備通過微機控制系統、防負壓裝置和限壓保護裝工協同工作，確保在不對自來水管網產生負壓的前提下向用戶供水。
當系統停電時，恢復自來水管網自然供水；來電時，自動喚醒設備。
當自來水管網 全停水，系統自動停機；來水時，恢復正常運行。
1.采用無負壓控制器時刻監測市政管網及補償罐中的壓力，當自來水壓力不足時，無負壓控制器開始工作，保證市政管網的水壓不受影響。
2.采用能量儲存器開始工作，保證罐中的水能夠較大程度的補償到用戶管網中，抑制負壓產生，保證不對市政管網產生任何影響。
3.采用儲能與釋放調節裝置雙向補償器可自動對自來水管網進行持續水量補償，還可以對用戶管網起壓穩壓補償的作用，確保該設備對自來水管網不產生負壓。
4.特別的三腔分腔補水技術正適應了新的供水模式的發展的需求，能夠保證在用水高峰期較大程度的把無負壓穩壓罐中的水補償給用戶，以保障高區用戶的正常用水。
中贏節電型疊壓給水設備造型說明：
中贏節電型疊壓給水設備造型是根據用戶自來水管線.壓力與流量.用戶實際用水量.用戶實際用水量.建筑物的高度等數據來確定的.設備表用的調節器容積是按照自來水流量滿足要求的情況下估算的.如果自來水管路很細.流量不能滿足用水高峰期的用水要求.需要重新計算調節器的容積.推薦公式如下：
V容積=（Q出-Q進）△t
Q進=一天較高用水高峰期自來水進水量
Q出=一天較高用水高峰期用戶用水量
t=較大用水高峰期持續時間
中贏節電型疊壓給水設備技術指標
1、供水流量 0—1500 M3/H 揚程
2、控制電機功率 0.75---1500KW
3、供水戶數 10—10000戶
4、壓力控制范圍 0.15—1.6MPa
5、平均節電率 30—60%
6、控制原理 正弦波PWM或空間矢量SVPWM
7、運行方式 單泵或多泵自動切換
8、控制方式 可編程和PID控制
9、過載能力 150% 60秒
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