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PLC控制变频调速实现水泵自动调压

时间:2017-5-15 9:03:00   来源:本网   添加人:admin

  1概述我公司生活、生产、消防等用水取自供水公司以300管道直接送到我公司的两个2000m3的储水池,然后以45kW水泵(共三台)供水给生活区(高度为25m)、密炼车间(高度为40m)以及一般厂房的工业循环水等,用水量多且水压变化较大。目前用调节水泵出口阀开启度的形式来控制出口(管网)水的压力,不但水压不稳定,而且在阀门上造成大量的能量消耗(阀门的开度为30%);后采用水泵并联调节运行方法,虽然做到供水与用水的基本吻合,但节电效果不甚理想,也增大了工人的劳动强度,况且采用节流方式供水,不但降低了水泵的运行效果,还因在节流过程中调节阀的阀板两侧压力差过大,极易造成阀门的严重损坏及增加振动和噪音。

  为此,决定采用PLC控制变频器实现水泵自动调压试验,经过半年时间试运行,证明效果良好。下文将对此进行详细描述。

  2控制系统与实施方案控制系统框图如所示。该系统采用三台45kW交流电机(Y225M-4型)配用一台ABB公司的ACS 601-BP3Y型(45kW)变频器。变频器是采用PWM控制的交-直-交型变换器。其控制方式为无速度传感器直接转矩控制,能方便地实现无速度传感器化,内部配有新一代高速微处理器,除具有良好的转矩特性和快速响应外,还具有多种保护功能,如电机的过流、过压、欠压和缺相等保护,并从事变配电设备和动力电气设备的技术、维护管理。

  能在操作面板上显示出故障代码,即具有故障跟踪功能,维修方便,极大地延长了电机的使用寿命。变频器操作简单,可以由两个外部控制地或由本地控制地(控制盘)控制;通过键盘可以任意设定频率,也可由外接电位器来模拟设定,并可从操作面板上查看转速、电压、电流、转矩等参数。

  控制系统框图系统的主控单元采用德国西门子公司的S7-200系列CPU214和扩展模块EM235可编程序控制器(PLC),执行元件为变频运行水泵电机,主控参数为管网压力。当管网负荷发生变化时,装置通过管网压力检测单元(压力/压差传感器HMPH)将测出的压力信号转换为电信号420mA,经A/D转换,送到PLC进行数字滤波、比较、判断并进行PID运算后,由D/A单元输出模拟量信号给变频器,变频器输出不同的电压及频率来控制水泵转速,此时电机既是动力源又是调节执行机构,改变水泵的供水量,实现管网压力自动调节的控制功能,官路内的压力基本保持在给定值。

  本系统米用一用一补一备运行实施方案。当变频运行水泵频率达到最高限(50Hz)时,而管网压力达不到设定值,经PLC多变量检测和计时判断,自动将变频运行水泵电机切换到工频恒速运行,经短暂延时再变频起动另一台水泵进行恒压自动调节。当频率降到最低限时,实际压力仍超过设定值,PLC发出指令逆切换水泵运行,保持管网压力恒定。

  系统还具有变频4频切换运行功能,手动启停运行功能以及声光报警功能,提高了系统可靠性。

  3电路原理及程序设计系统电原理图之2 1变频压力超限3工频2工频1工频3变频2变频变频故障声音报警隔离电源设定值实际值输出值着7变频选择变变变手工123频频频动/频/变变变起停故/白/变频频频动止障动频系统电原理图之3变频器端子接线图手动调频自动/手动转换频率显示起停信号故障复位故障输出直流稳压电源系统电原理图之4QS1QS3隔离开关便于设置变频器状态及PLC自控回路的调试;SA1转换开关选择系统是工频还是变频运行;SA2转换开关选择系统是手动还是自动起动水泵;SA3转换开关选择变频启动的机组;VF是解除变频故障状态的复位按钮;SCR1SCR3是液晶显示仪,分别显示压力和频率参数。

  在系统进入自动变频运行工况后,程序设定如T:当实际压力低于设定压力时,可编程序控制器根据偏差进行PID数据处理,通过D/A转换后发出指令,使变频器输出频率升高,增加水泵转速,提高给水量,使实际压力达到设定压力要求。反之则逆运行。

  经3min延时,如实际压力仍低于设定压力,可编程序控制器自动工频起动2(或3、1)水泵。

  经15s延时后,如实际压力仍高于设定压力,可编程序控制器自动停止3(或1、2)水泵工频运行。

  当按下变频停止按钮SB8,所有水泵停止运行。

  报警信号的程序设定:当变频器发生过流(0C)、过压(0V)、欠压(LV)、过载(0L)等故障跳闸保护时,或当实际压力超限(上限或下限)时装置发出声光报警。声音经15s延时后自动消失。系统程序流程框图如。

  4调试中碰到的主要问题及处理方法监视电流表原采用42L6整流系仪表测量输出电流,结果测量误差很大,模拟表显示与变频器键盘面板的数量输出值的相对误差(在输出频率为950Hz变化时)达65.9%15.8%,并为负偏差(不计入变频器本身测量误差),这是因为整流系仪表对高次谐波频率响应慢的原因,后改使用1T1A电磁系仪表测输出电流,则测量值与变频器面板数显输出值基本符合。

  5经济效果分析⑴PLC控制变频调节代替阀门调节,管网压力可在线上任意设定,进行实时自动控制,控制传递快,工艺参数稳定,保证生产设备的正常运行和消防水备用状态。

  电机软起动,减少了对电网的冲击,可延长机泵的使用寿命,减少维修量。

  采用微机计算机控制,提高了自动化程度,操作控制与生产、工艺需要同步,减轻操作人员的劳动强度,大大缩短了压力调节时间。

  C4)经实测,采用变频装置后,节电率达32.4%,当年投资当年即可收回,投资回报周期短。