水泵機組全自動(dòng)變頻調壓PLC控制系統設計運行總結

2 系統介紹
全自動(dòng)變頻調壓PLC控制系統主要由一套可編程控制器PLC和一臺變頻器組成。PLC對管道壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并與壓力設定值進(jìn)行比較，根據壓力偏差值由PID閉環(huán)控制算法得出一調節參量，控制變頻器輸出頻率從而控制水泵電機轉速，以及根據壓力差值的大小等條件自動(dòng)選定工作機泵的類(lèi)型和數量，使管網(wǎng)壓力與設定壓力一致。
根據工藝要求，為達到既降低電耗，又避免頻繁啟停機泵，選擇110kW的機泵與變頻器組成調速泵，其余機泵作為定速泵。在一臺變頻器下的兩臺110kW的機泵加裝電氣互鎖控制，防止兩水泵同時(shí)運轉。
系統兼有手動(dòng)和自動(dòng)操作功能，可根據不同的需要，選擇不同的工作方式。手動(dòng)時(shí)，頻率輸出由變頻器的操作器設置，自動(dòng)時(shí)，頻率輸出由PLC根據管道壓力自動(dòng)調節。

3 系統特點(diǎn)
(1)自動(dòng)控制水泵轉速
實(shí)時(shí)讀入管網(wǎng)壓力值，與設定值比較，由PID控制算法得出一調節參量，控制變頻器輸出頻率，從而控制調速泵的轉速，實(shí)現恒壓供水。
(2)自動(dòng)運行泵的類(lèi)型和臺數
當用水量較少時(shí)，調速泵調頻變速工作，保持干管水壓恒定。當用水量超過(guò)調速泵的工頻流量，水壓降低時(shí)，變頻器先把頻率降低到70％，控制調速泵運轉，同時(shí)PLC增開(kāi)定速泵，泵的類(lèi)型和數量可以根據當前的壓力差和用水量的歷史曲線(xiàn)決定，增開(kāi)定速泵后，調速泵的運行頻率則根據壓力差進(jìn)行調整，使干管壓力接近設定值。如當用水量減少時(shí)，變頻器降低調速泵的運行頻率，當頻率降低到40%時(shí)，相應地關(guān)閉定速泵，然后調整調速泵的頻率，使干管壓力接近設定值；停泵時(shí)，根據當前的壓力差和用水量的歷史曲線(xiàn)決定所停的泵的類(lèi)型和數量。當水壓達不到要求，系統在開(kāi)停泵時(shí)都應采取延時(shí)處理，避免出現在短時(shí)間內頻繁切換機泵的情況。
(3)最大限度利用原有設備，減低投資成本。

4 變頻調壓的節能原理
為適應用戶(hù)用水量的變化，調節出水流量，現通常采用兩種方法來(lái)完成流量的連續調節。一種是利用控制閥或節流閥進(jìn)行節流，以改變出水流量；另一種是泵的調速控制，調節泵的轉速來(lái)改變出水流量。圖l為水泵調速時(shí)的全揚程特性(H―Q)曲線(xiàn)。

用閥門(mén)控制時(shí)，當流量要求從Q0減小到Q1，必須降低閥門(mén)開(kāi)度。這時(shí)閥門(mén)的磨擦阻力變大，阻力曲線(xiàn)從R移到R’，揚程則從H0上升到Hl，運行工況點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)。
用調速控制時(shí)，當流量要求從Q0減小到Q1，由于阻力曲線(xiàn)R不變，泵的特性取決于轉速。如果把速度從N100降到N80，運行工況點(diǎn)則從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚程從H0下降到H2。
根據離心泵特性曲線(xiàn)公式：
P=QHr／102η (1)
式中：P――水泵使用工況軸功率(kW)；Q――使用工況點(diǎn)的水壓或流量(m3／s)；H――使用工況點(diǎn)的揚程(m)；r――輸出介質(zhì)單位體積重量(kg/m3)；η――使用工況點(diǎn)的泵效率(％)可得出運行在B點(diǎn)泵的軸功率和C點(diǎn)泵的軸功率分別為：

由(4)式看出，用閥門(mén)控制流量時(shí)，有△P功率被損耗浪費掉了，且隨著(zhù)閥門(mén)不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉速控制流量時(shí)，根據流量Q、揚程H、功率P和轉速N之間的關(guān)系，有：