PLC、变频器在恒压供水系统中的应用

变频调速在恒压供水系统的应用PLC、变频器在恒压供水系统中的应用变频调速在恒压供水系统的应用1、提高供水的质量用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水压力上，即用水多而供水少则压力低；用水少而供水多则压力大。一、恒压供水的意义所谓恒压供水是指通过闭环控制，使供水的压力自动地保持恒定。2、节约能源用变频调速与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分明显。变频调速在恒压供水系统的应用3、起动平稳起动电流可以限制在额定电流以内，从而避免起动时对电网的冲击，对于比较大的电机，可省去降压起动装置。4、可以消除起动和停机时的水锤效应电机在全压下起动时，在很短的起动时间里，管道内的流量从零增大到额定流量，液体流量十分急剧的变化将在管道内产生压强过高或过低的冲击力，压力冲击管壁将产生噪声，犹如锤子敲击管子一般，故称水锤效应。采用了变频调速后，可以根据需要，设定升速时间和降速时间，使管道系统内的流量变化率减小到允许范围内，从而达到完全彻底地消除水锤效应的目的。变频调速在恒压供水系统的应用二、恒压供水的主电路通常在同一路供水系统中，设置两台常用泵，供水量大时开2台，供水量少时开1台。在采用变频调速进行恒压供水时，为节省设备投资，一般采用1台变频器控制2台电机，主电路如图1所示，图中没有画出用于过载保护的热继电器。图1恒压供水系统主电路图变频调速在恒压供水系统的应用控制过程为：用水少时，由变频器控制电动机M1进行恒压供水控制，当用水量逐渐增加时，M1的工作频率亦增加，当M1的工作频率达到最高工作频率50Hz，而供水压力仍达不到要求时，将M1切换到工频电源供电。同时将变频器切换到电动机M2上，由M2进行补充供水。当用水量逐渐减小，即使M2的工作频率已降为0Hz，而供水压力仍偏大时，则关掉由工频电源供电的M1，同时迅速升高M2的工作频率，进行恒压控制。如果用水量恰巧在一台泵全速运行的上下波动时，将会出现供水系统频繁切换的状态，这对于变频器控制元器件及电机都是不利的。为了避免这种现象的发生，可设置压力控制的“切换死区”。变频调速在恒压供水系统的应用如所需压力为0.3Mpa，则可设定切换死区范围为0.3～0.35Mpa。控制方式是当M1的工作频率上升到50Hz时，如压力低于0.3Mpa，则进行切换，使M1全速运行，M2进行补充。当用水量减少，M2已完全停止，但压力仍超过0.3Mpa时，暂不切换，直至压力超过0.35Mpa时再行切换。另外，两台电动机可以用两台变频器分别控制，也可以用一台容量较大的变频器同时控制。前者机动性好，但设备费用较贵，后者控制较为简单。变频调速在恒压供水系统的应用变频调速在恒压供水系统的应用SA1图2恒压供水系统控制线路示意图KM1可编程控制器PID调节器远传压力表变频器控制端子KM2KM3KM4KM2KM1KM3KM4L1NSA2SB1SB2SB3SB4管道自动手动变频调速在恒压供水系统的应用△x为“+”，说明供水压力低于给定值，水泵应升速。△x越大，说明供水压力低得越多，应加快水泵的升速。△x为“－”，说明供水压力高于给定值，水泵应减速。│△x│越大说明供水压力高出越多，应加快水泵的减速。图5.2.3a所示是用水量从Q1增大至Q2的情况，图5.2.3b所示，是PID调节器中得到偏差信号的情形。用水量Q增大了，引起供水不足，供水压力下降，于是出现了偏差信号△x。图中，供水压力用与之对应的压力信号xp来表示。xp的大小与供水压力成比例，但具体数值因压力变换器型号的不同而各异。仅仅依靠△x的变化来进行上述控制，虽然也基本可行，但在△x值很小时，反应不够灵敏，不可能使△x减小为0，而存在静差ε。变频调速在恒压供水系统的应用2、P（比例）功能简略地说，P功能就是将△x值按比例放大。这样，△x值即使很小，也被放大得足够大，使水泵的转速得到迅速的调整，从而减小了静差ε。但是，另一方面，P值设定得大，则灵敏度高，供水压力xp到达给定值xp1的速度快。但由于拖动系统有惯性的原因，很容易发生超调（供水压力超过了给定值）。于是又必须向相反方向回调，回调也容易发生超调，……。结果，使供水流量Q在新的用水流量值处振荡，如图5.2.3c所示；而供水压力xp则在给定值xp1处振荡，如图5.2.3d所示。变频调速在恒压供水系统的应用Q0ta)xp0tb)ΔxQ0tc)xp0td)Q1Q2xp1Q0te)0tf)Q0tg)0th)xpxpa)用水压力增大b)供水压力下降c)P调节后的供水流量d)P调节后的供水压力e)PI调节后的供水流量f)PI调节后的供水压力g)PID调节后的供水流量h)PID调节后的供水压力图5.2.3PID功能示意图变频调速在恒压供水系统的应用3、I（积分）功能振荡现象之所以发生，主要是水泵的升速过程和降速过程都太快的缘故。I（积分）功能就是用来减缓升速和降速的功能，以缓解因P功能设定过大而引起的超调。I功能和P功能相结合，即为PI功能。图5.2.3e所示为经PI调节后的供水流量Q的变化情形；而图5.2.3f所示则是经PI调节后供水压力xp的变化情形。但是，I值设定过大，会拖延供水流量重新满足用水流量（供水压力重新达到给定值）的时间。4、D（微分）功能为了克服因I值设定过大而带来的缺陷，又增加了D（微分）功能。D功能是将x的变化率（dx/dt）作为自己的输出信号。变频调速在恒压供水系统的应用当用水流量刚刚增大、供水压力xp刚下降的瞬间，dx/dt最大；随着水泵转速的逐渐上升，供水压力xp的逐渐恢复dx/dt将逐渐衰减。D功能和PI功能相结合，便得到PID调节功能。D功能加入的结果是，水泵的转速将首先猛升一下，然后又逐渐回复到只有PI的状态，从而大大缩短了供水压力xp回复到给定值的时间。图5.2.3g所示是经PID调节后的供水流量Q的变化情形，图5.2.3h所示则是经PID调节后供水压力xp的变化情形。水泵电机M1和M2的工作状态由可编程控制器（PLC）控制与切换。为了使变频器发生故障时不影响正常供水，系统增加了手动功能，只要将转换开关拨到“手动”，M1与M2就转换到工频电源供电，且开停完全由手动控制。变频调速在恒压供水系统的应用综合作业PLC、变频器在恒压供水系统中的应用目录：引言（恒压供水的意义）设计思路工艺流程硬件电路设计程序设计变频调速在恒压供水系统的应用内容与控制要求用PLC、变频器设计一个有7段速度的恒压供水系统。主要内容：控制要求：①有3台水泵，要求2台运行，1台备用，运行与备用10天轮换一次。②用水高峰时，1台工频全速运行，1台变频运行；用水低谷时，只需1台变频运行。③3台水泵分别由电动机M1、M2、M3驱动，而3台电动机又分别由变频接触器KM1、KM3、KM5和工频接触器KM2、KM4、KM6控制。