吴江学校维修电工技师班1101.docx
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吴江学校维修电工技师班1101
维修电工技师论文
吴江学校维修电工技师班
苏州深龙城物业有限公司
蒋建翔
高层变频恒压供水控制系统
摘要
随着高楼大厦的日夜增多,而用水时段流量差异很大,使整个高层供水管路的压力忽高忽地,特别给管路带来极大的隐患。
,为了达到节能和管路压力平稳的要求,因此对管网设计有了新的要求。
本文利用PLC设计了一套供高层大厦的变频调速恒压供水系统,实现两台水泵自动变频调节切换、自动恒压变量、失水欠压自动保护、自动关闭阀门,从而实现整个管网系统压力平稳,并保持高效节能的最佳状态。
关键词:
PLC,变频调速,恒压供水
1.课题的提出
本工程为吴江人社大厦,总高21层,原设计采用了压力开关控制水泵进行直供水,管路压力设置为1Mpa,采用多级减压阀减压。
其中13层至21层为地下室泵房直供水,7层至12层通过减压阀减压供水,6层至3层通过7层二次减压阀减压供水,地下室至2层为市政直供水。
这样供水造成问题是3层、7层、13层压力最高。
经常把卫生间水管软管、开水炉的过滤器等冲爆,给大厦留下不可预估的隐患,同时给保安巡视增加了太大的工作量,所以本公司工程部研究对泵房供水系统进行改造。
首先改造前对各种供水方式进行优缺点分析:
作为高楼大厦或办公大楼,上班初期为用水高峰,中午休息时段或下班时段常用水量很低,传统的高层供水方式有:
恒速加压供水,气压罐供水,水塔高位水箱供水等,其优缺点如下:
恒压供水方式无法对管网做出及时的反应,水泵的开启和关闭主要依赖压力开关控制,自动化比较低,上限和下限的压差比较大,用水量增大时水压下降快,用水量小时,管网长期处于超压状态,而且电机是硬启动,破坏性比较大。
气压罐供水具有体积小,技术简单、不受高度限制,但此方法调节量小,硬启动频繁,比较容易损坏设备。
水塔高位水箱供水对供水压力的要求比较严格,供水的压力随供水的流量的变化而变化,甚至少量的水消耗都需要一定的管道压力。
一般情况下,供水系统的水流量受到水消耗量的控制,而水流量又是通过供水水泵的输出来提供的。
2.以变频器为主体构成的恒压供水系统不仅能够最大程度满足需要,也提高整个系统的工作效率,延长系统寿命、节约能源、而且能够构成复杂的功能,强大的供水系统。
恒压供水调速系统实现水泵电动机无级调速,依据用水量的变化(实际上为供水管网的压力变化)自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定,以满足用水要求是当今先进、合理的节能型供水系统。
在实际应用中如何充分利用变频器内置的各种功能,对合理设计变频器调速恒压供水设备,降低成本、保证供水质量。
该设备能根据用户的实际用水量和使用压力自动检测,调节电动机的转速(耗电量),使设备始终处于高效率的工作状态
3.变频恒压供水系统的组成及原理图
恒压供水一拖二系统由变频器、PLC和两台水泵构成。
利用了变频器控制电路的PID等相关功能,和PLC配合实施变频一拖二自动恒压力供水。
具有自动/手动切换功能。
变频故障时,可切换到手动控制水泵运行。
控制过程:
水路管网压力低时,变频器启动1#泵,至全速运行一段时间后,由远传压力表来的压力信号仍未到达设定值时,PLC控制1#泵由变频切换到工运行,然后变频启动2#泵运行,据管网压力情况随机调整2#泵的转速,来达到恒压供水的目的。
当用水量变小,管网压力变高时,2#泵降为零速时,管网压力仍高,则PLC控制停掉1#工频泵,由2#泵实施恒压供水。
至管网压力又低时,将2#泵由变频切为工频运行,变频器启动1#泵,调整1#泵的转速,维修恒压供水。
如此循环不已。
信号检测机构:
在系统控制过程中,需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和报警信号。
管网水压信号反映的是用户管网的水压值,它是恒压供水控制的主要反馈信号。
此信号是输入变频器,用来控制变频器的频率和电压,从而来达到控制水泵转速,以满足恒定水压的作用。
另外为加强系统的可靠性,还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测,检测结果可以送给PLC;水池水位信号反映水泵的进水水源是否充足。
信号有效时,控制系统要对系统实施保护控制,以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。
此信号来自安装于水池中的液位传感器;报警信号反映系统是否正常运行,水泵电机是否过载、变频器是否有异常。
控制机构:
供水控制系统安装在供水控制柜中,包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。
供水控制器是整个变频恒压供水控制系统的核心。
供水控制器直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集,通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵机组)进行控制;变频器是对水泵进行转速控制的单元,其跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率,完成对调速泵的转速控制。
作为一个控制系统,报警是必不可少的重要组成部分。
由于本系统由于考虑到市政供水存在不稳定,所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行,防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断造成故障,因此系统必须要对各种报警量进行监测,由PLC判断报警类别,进行显示和保护动作控制,以免造成不必要的损失。
本系统的工作原理如下:
图2控制原理框图
根据系统用水量的变化,控制系统控制2台水泵按1—2—3—4—1的顺序运行,以保证正常供水。
开始工作时,系统用水量不多,只有1号泵在变频器控制下运行,2号泵处于停止状态,控制系统处于状态1。
当用水量增加,变频器输出频率增加,则1号泵电机的转速也增加,当变频器增加到最高输出频率时,表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求,此时,通过控制系统,1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源,而变频器电源启动2号泵电机,控制系统处于状态2。
当系统用水高峰过后,用水量减少时,变频器输出频率减少,若减至设定频率时,表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求,此时,通过控制系统,可将1号泵电机停运,2号泵电机仍由变频器电源供电,这时控制系统处于状态3。
当用水量再次增加,变频器输出频率增加,则2号泵电机的转速也增加,当变频器增加到最高输出频率时,表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求,此时,通过控制系统的控制,2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源,而变频器电源启动1号泵电机,控制系统处于状态4。
当控制系统处于状态4时,用水量减少,变频器输出频率减少,若减至设定频率时,表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求,此时,通过控制系统的控制,2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源,而变频器启动1号泵电机,控制系统处于状态4。
当控制系统处于状态4时,用水量又减少,变频器输出频率减少,若减至设定频率时,表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求,此时,通过控制系统的控制,可将2号泵电机停运,1号泵电机仍由变频器供电,这时,控制系统又回到了状态1。
如此循环往复的工作,以满足系统用水的需要。
4.主电路图见3,1M和2M分别为1#和2#水泵,QF1为变频器短路器,2QF,3QF,为1#和2#水泵断路器。
1KM,3KM为变频接触器,由PLC控制,2KM,3KM为工频接触器,由手动控制.
图3主电路图
硬件的选定:
1#水泵和2#水泵电机选用相同的型号:
型号:
Y2-132S2-4转速:
1440r/min电压38050HZ额定电流:
15.6A功率:
7.5KW制造厂家:
上海上力防爆电机有限公司
1#水泵和2#水泵选用相同的型号:
型号:
40SCDTP9-12X12流量15立方米/H扬程118m上海山川泵业制造有限公司
变频器:
ABBACS510端子功能表
图4变频器:
ABBACS510端子功能表
远程压力表:
0——1.6Mpa制造厂家:
上海自动化仪表股份有限公司
电触点压力表:
0——0.6Mpa型号:
YX150电触点功率:
10VA
PLC选DVP32ESAC电压220v输入电压24v
I/O分配表
输入点
元件
作用
XO
变频器继电器输出
变频器故障报警
X1
变频器继电器输出
变频器故障报警
X2
1KM常开触点
1#变频运行
X3
3KM常开触点
2#变频运行
X4
液位开关(无水)
无水停机
X5
液位开关(溢流)
溢流报警
X6
1FR
1#泵过载保护
X7
2FR
1#泵过载保护
X10
触点压力表
负压停机
X11
触点压力表
负压解除
输出点
元件
作用
Y0
KA
变频运行
Y1
1KM
1#泵变频运行
Y2
2KM
1#泵工频运行
Y3
3KM
2#泵变频运行
Y4
4KM
2#泵工频运行
Y5
2KA
负压指示
Y6
指示灯
水泵故障
Y7
指示灯
变频器故障
Y10
3KA
溢流指示
Y11
指示灯
无水指示
图5变频器接线电
5.手动运行
本设备手动/自动是由SAC切换的,当SAC在手动状态下,可按下1SA和2SA,分别使1M泵和2M泵在工频运行,该手动方式仅供在故障下运行。
动变频器。
当系
6.自动运行
由PLC分别控制某台电机工频和变频继电器,在条件成立时,进行增泵升压和减泵降压控制.
升压控制:
系统工作时,每台水泵处于三种状态之一,即工频电网拖动状态、变频器拖动调速状态和停止状态.系统开始工作时,供水管道内水压力为零,在控制系统作用下,变频器开始运行,第一台水泵1M,启动且转速逐渐升高,当输出压力达到设定值,其供水量与用水量相平衡时,转速才稳定到某一定值,这期间1M处在调速运行状态.当用水量增加水压减小时,通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一个稳定转速;反之用水量减少水压增加时,水泵按设定的速率减速到新的稳定转速.当用水量继续增加,变频器输出频率增加至工频时,水压仍低于设定值,由PLC控制切换至工频电网后恒速运行;同时,使第二台水泵2M投入变频器并变速运行,系统恢复对水压的闭环调节,直到水压达到设定值为止。
如果用水量继续增加,每当加速运行的变频器输出频率达到工频时,将继续发生如上转换,并有新的水泵投人并联运行.降压控制:
当用水量下降水压升高,变频器输出频率降至起动频率时,水压仍高于设定值,系统将工频运行时间最长的一台水泵关掉,恢复对水压的闭环调节,使压力重新达到设定值.当用水量继续下降,每当减速运行的变频器输出频率降至起动频率时,将继续发生如上转换,直到剩下最后一台变频泵运行为止。
7.部分PLC编程
8.安装现场实物图
结束语
本论文研究的是变频恒压供水系统。
恒压供水系统以PLC和变频器为核心进行设计,借助于PLC强大而灵活的控制功能和内置PID的变频器优良的变频调速性能,实现了恒压供水的控制。
该系统采用PCL控制变频器进行PID调节,按实际需要随意设定压力给定值,根据压差调整水泵的工作情况,实现恒压供水,使给水泵始终在高效率下运行,在启动时压力波动小,可控制在给定值的5%范围内。
恒压供水在日常生活中非常重要,基于PLC和变频器技术设计的生活恒压供水控制系统可靠性高、效率高、节能效果显著、动态响应速度快。
因实现了恒压自动控制,不需要操作人员频繁操作,节省了人力,提高了供水质量,减轻了劳动强度,可实现无人值班,节约管理费用。
对整个供水过程来说,系统的可扩展性好,管理人员可根据每个季节的用水情况,选择不同的压力设定范围,不但节约了用水,而且节约了电能,达到了更优的节能方式,实现供水的最优化控制和稳定性控制。
目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中,对于能适应不同的用水场合,结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)的变频但压供水系统的水压闭环控制的研究还是不够的。
因此,有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能,使其能被更好的应用于生活、生产实践中。
参考文献
[1]陶宇君.PLC在变频恒压供水技术中的应用.工业控制计算机
[2]卢建勤.PLC及变频器在恒压变量供水系统中的应用.机床电器张梦欣,
[3]张梦欣.可编程控制器及其应用。
中国劳动社会保障出版商
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