一種簡單的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計方案

1.引言

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活用水質(zhì)量的提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)，已普遍用于居民用水系統(tǒng)。目前，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)仍使用傳統(tǒng)恒壓泵進(jìn)行切換加壓的供水方式，水壓不穩(wěn)，而且造成能源浪費。所以，開發(fā)可靠性高，價格優(yōu)廉、控制性能好的恒壓供水系統(tǒng)具有很高的實用價值。變頻恒壓供水方式與過去水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投資，運行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無法比擬的優(yōu)勢，而且具有節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種系列化的方向發(fā)展。本文采用PLC和變頻器實現(xiàn)恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計。水壓波動小，運行平穩(wěn)。是當(dāng)今先進(jìn)合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。

2.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

系統(tǒng)采用兩水泵進(jìn)行供水，選用FRENIC5000 G11S變頻器，PLC選用歐姆龍小型PLC,變頻調(diào)速控制是恒壓供水系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)由變頻器控制水泵將水直接加壓或減壓送至管網(wǎng)出口，根據(jù)測得的管網(wǎng)出口處的壓力，由壓力傳感器將壓力信號送入PID調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器根據(jù)壓力設(shè)定值與壓力實際值的偏差，對壓力進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，輸出頻率給定信號IRF(4~20mA)給變頻器，變頻器根據(jù)頻率給定信號IRF控制水泵的轉(zhuǎn)速，并在PID調(diào)節(jié)器上設(shè)定壓力的上下限，PID將此信號送入PLC控制器，從而實現(xiàn)兩臺水泵之間的工頻、變頻的切換。其系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

3.恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計

3.1 主電路設(shè)計

系統(tǒng)采用手動和自動兩種控制方式，PLC首先使主水泵變頻啟動，壓力傳感器將母管壓力反饋給PLC,與預(yù)先設(shè)定的給定壓力比較，通過PID運算，調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，以維持水壓恒定。若用水量大到1臺水泵全速運行也不能達(dá)到給定壓力時，PLC將該水泵由變頻運行投入到工頻運行，同時將另一臺水泵投入到變頻運行，增加管網(wǎng)供水量以保證壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量減少時，PLC首先將工頻運行的泵停掉，減少供水量，整個系統(tǒng)保證變頻運行時只有1臺泵變頻恒壓供水。系統(tǒng)采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開先關(guān)”順序關(guān)泵，既保證了系統(tǒng)有備用泵，又有效的防止備用泵長期不用出現(xiàn)“繡死”現(xiàn)象。系統(tǒng)主電路圖如圖2所示。

3.2 控制電路設(shè)計

控制電路如下圖3所示，SB1控制系統(tǒng)的啟動，SB2控制系統(tǒng)的停止，當(dāng)水泵出現(xiàn)過載時，A5燈亮。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時，A6燈亮。A1、A2分別為泵1的變頻、工頻運行指示燈，A3、A4分別為泵2的變頻、工頻運行指示燈。

其PLC控制器的I/O點數(shù)分配如表1所示。

4.PLC控制流程圖設(shè)計

根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時監(jiān)控自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，PLC控制程序設(shè)計的主要任務(wù)是接收各種外部開關(guān)量信號的輸入，判斷當(dāng)前的供水狀態(tài)、輸出信號去控制繼電器、接觸器、等的動作，進(jìn)而調(diào)整水泵的運行。PLC和變頻器是本系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵取決于PLC程序的合理性和可行性以及變頻器參數(shù)的設(shè)定。本系統(tǒng)采用手動或自動兩種工作方式，系統(tǒng)啟動后，泵1首先進(jìn)人變頻運行，當(dāng)檢測到壓力上限信號時，變頻泵切換為工頻，啟動另一臺泵變頻運行，當(dāng)檢測到壓力下限信號時，工頻泵切除，僅變?yōu)樽冾l泵工作，系統(tǒng)設(shè)計程序流程圖如圖4所示。

5.結(jié)論

本方案由OMRON C系列小型PLC控制器結(jié)合富士FRENIC 5000G11S系列變頻器和壓力傳感器組成的恒壓供水系統(tǒng)，達(dá)到恒壓供水的目的，實現(xiàn)真正意義上的無人值守的起閉、循環(huán)切換水泵。由于變頻器具有軟啟動的功能，消除了啟動大電流對電網(wǎng)的沖擊，從而延長泵的使用壽命。實際運行情況證明了本系統(tǒng)具有可靠性高、自動化程度高、便于維護(hù)和高節(jié)能性等特點，具有很大的應(yīng)用價值，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)供水、生活供水、消防供水、集中供熱等供水系統(tǒng)。