一種簡(jiǎn)單的變頻恒壓供水系統的設計方案

1.引言

隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的發(fā)展和人們對生活用水質(zhì)量的提高，變頻恒壓供水系統取代了傳統的供水系統，已普遍用于居民用水系統。目前，國內大多數企業(yè)仍使用傳統恒壓泵進(jìn)行切換加壓的供水方式，水壓不穩，而且造成能源浪費。所以，開(kāi)發(fā)可靠性高，價(jià)格優(yōu)廉、控制性能好的恒壓供水系統具有很高的實(shí)用價(jià)值。變頻恒壓供水方式與過(guò)去水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設備的投資，運行的經(jīng)濟性，還是系統的穩定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢，而且具有節能效果。目前變頻恒壓供水系統正向著(zhù)高可靠性、全數字化微機控制、多品種系列化的方向發(fā)展。本文采用PLC和變頻器實(shí)現恒壓供水控制系統的設計。水壓波動(dòng)小，運行平穩。是當今先進(jìn)合理的節能供水系統。

2.變頻調速恒壓供水系統結構及原理

系統采用兩水泵進(jìn)行供水，選用FRENIC5000 G11S變頻器，PLC選用歐姆龍小型PLC,變頻調速控制是恒壓供水系統的核心，系統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調節器，PID調節器根據壓力設定值與壓力實(shí)際值的偏差，對壓力進(jìn)行PID調節，輸出頻率給定信號IRF(4~20mA)給變頻器，變頻器根據頻率給定信號IRF控制水泵的轉速，并在PID調節器上設定壓力的上下限，PID將此信號送入PLC控制器，從而實(shí)現兩臺水泵之間的工頻、變頻的切換。其系統原理圖如圖1所示。

3.恒壓供水系統設計

3.1 主電路設計

系統采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，PLC首先使主水泵變頻啟動(dòng)，壓力傳感器將母管壓力反饋給PLC,與預先設定的給定壓力比較，通過(guò)PID運算，調節變頻器的輸出頻率，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到給定壓力時(shí)，PLC將該水泵由變頻運行投入到工頻運行，同時(shí)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定。當用水量減少時(shí)，PLC首先將工頻運行的泵停掉，減少供水量，整個(gè)系統保證變頻運行時(shí)只有1臺泵變頻恒壓供水。系統采用變頻泵循環(huán)方式，以“先開(kāi)先關(guān)”順序關(guān)泵，既保證了系統有備用泵，又有效的防止備用泵長(cháng)期不用出現“繡死”現象。系統主電路圖如圖2所示。

3.2 控制電路設計

控制電路如下圖3所示，SB1控制系統的啟動(dòng)，SB2控制系統的停止，當水泵出現過(guò)載時(shí)，A5燈亮。當變頻器出現故障時(shí)，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(diǎn)數分配如表1所示。

4.PLC控制流程圖設計

根據恒壓供水操作要求，PLC控制系統要隨時(shí)監控自來(lái)水以及供水口的情況來(lái)決定是否要起動(dòng)水泵，PLC控制程序設計的主要任務(wù)是接收各種外部開(kāi)關(guān)量信號的輸入，判斷當前的供水狀態(tài)、輸出信號去控制繼電器、接觸器、等的動(dòng)作，進(jìn)而調整水泵的運行。PLC和變頻器是本系統的核心部分，系統穩定運行的關(guān)鍵取決于PLC程序的合理性和可行性以及變頻器參數的設定。本系統采用手動(dòng)或自動(dòng)兩種工作方式，系統啟動(dòng)后，泵1首先進(jìn)人變頻運行，當檢測到壓力上限信號時(shí)，變頻泵切換為工頻，啟動(dòng)另一臺泵變頻運行，當檢測到壓力下限信號時(shí)，工頻泵切除，僅變?yōu)樽冾l泵工作，系統設計程序流程圖如圖4所示。

5.結論

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