基于PLC+風(fēng)光變頻器一拖四供水控制系統(tǒng)應(yīng)用
1引言
本文是針對(duì)某生活小區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合用戶生活/消防雙恒壓供水控制的要求，我們進(jìn)行改造的一些心得。現(xiàn)將其中的改造情況介紹如下。作為風(fēng)光變頻器在供水控制應(yīng)用中的案例系列篇。
2用戶現(xiàn)場情況
如圖1所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)向水箱注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為水位報(bào)警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。生活用水和消防用水共用四臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，四臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，四臺(tái)泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。火災(zāi)結(jié)束后，四臺(tái)泵改為生活供水使用。
圖1 生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)示意圖
現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)如下:
型號(hào) 65-315(I)A
流量 50m3/h
揚(yáng)程 90m
效率 56%
轉(zhuǎn)速 2900r/min
電機(jī)功率 22KW
水泵臺(tái)數(shù) 4臺(tái)
3系統(tǒng)控制要求
用戶對(duì)四泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：
⑴生活供水時(shí)，系統(tǒng)低恒壓運(yùn)行，消防供水時(shí)高恒壓值運(yùn)行。
⑵四臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取先開先停的原則接入和退出。
⑶在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過1天，則要切換下一臺(tái)泵，系統(tǒng)具有倒泵功能，避免一臺(tái)泵工作時(shí)間過長。
⑷四臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)都要有軟啟動(dòng)功能。
⑸要有完善的報(bào)警功能。
⑹對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能；手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)使用。
4設(shè)備選型
（1）風(fēng)光JD-BP32-XF型供水變頻器
JD-BP32-XF型是山東新風(fēng)光電子公司推出的專用于供水變頻器，使用空間電壓矢量控制技術(shù)適用于各類自控場合。在恒壓供水中可以采用這類變頻器。JD-BP32-XF型變頻器除具有變頻器的一般特性外，還具有以下特性：水壓高、水壓低輸出接口，變頻器運(yùn)行上限、下限頻率（可以任意設(shè)定），可以方便地進(jìn)行雙壓力控制，內(nèi)置智能PI控制，以上功能非常適用于供水控制要求。在本例中選用JD-BP32-22F（22KW）風(fēng)光供水變頻器拖動(dòng)用戶水泵。
（2）PLC選型
①控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配
根據(jù)圖1所示及控制要求,統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)的名稱，代碼及地址編號(hào)如下表1所示。水位上、下限信號(hào)分別為I0.1、I0.2。
輸入輸出點(diǎn)/代碼及地址編號(hào)表1
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名 稱 |
代 碼 |
地址編碼 | |
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輸入信號(hào) |
手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) |
SA1 |
I0.0 |
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水池下限信號(hào) |
SLL |
I0.1 | |
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水池上限信號(hào) |
SLH |
I0.2 | |
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變頻器報(bào)警信號(hào) |
SU |
I0.3 | |
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消鈴按鈕 |
SB7 |
I0.4 | |
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試燈按鈕 |
SB8 |
I0.5 | |
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水壓低信號(hào) |
SY1 |
I0.6 | |
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水壓高信號(hào) |
SY2 |
I0.7 | |
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輸出信號(hào) |
1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM1,HL1 |
Q0.0 |
|
1#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM2,HL2 |
Q0.1 | |
|
2#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM3,HL3 |
Q0.2 | |
|
2#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM4,HL4 |
Q0.3 | |
|
3#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM5,HL5 |
Q0.4 | |
|
3#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM6,HL6 |
Q0.5 | |
|
4#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM7,HL7 |
Q1.0 | |
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4#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 |
KM8,HL8 |
Q1.1 | |
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輸出信號(hào) |
生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥、壓力轉(zhuǎn)換 |
YV2,KA1 |
Q1.2 |
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水池水位下限報(bào)警指示燈 |
HL5 |
Q1.3 | |
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變頻器報(bào)警指示燈 |
HL6 |
Q1.4 | |
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火災(zāi)報(bào)警指示燈 |
HL7 |
Q1.5 | |
|
報(bào)警電鈴 |
HA |
Q1.6 | |
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變頻器開停機(jī)控制 |
KA2 |
Q1.7 |
②PLC系統(tǒng)選型
系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)8個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)10個(gè),選用西門子主機(jī)CPU222（8入6繼電器出）1臺(tái)，加上擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出）1臺(tái)。即可滿足用戶供水控制要求
（3）壓力傳感器
在供水系統(tǒng)中，壓力傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠(yuǎn)傳壓力表。在本例中采用遠(yuǎn)傳壓力表，壓力表相應(yīng)接線端子接到變頻器主控板3腳、4腳、5腳即可。
5電氣控制系統(tǒng)原理圖
電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線圖三部分。
（1）主電路圖
如圖2所示為電控系統(tǒng)主電路。四臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3、M4。接觸器KM1、KM3、KM5、KM7，分別控制M1、M2、M3、M4的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6、KM8，分別控制M1、M2、M3、M4的變頻運(yùn)行；FR1、FR2、FR3、FR4分別為四臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QS1、QS2、QS3、QS4和QS5分別為變頻器和四臺(tái)泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1、FU2、FU3和FU4為主電路的熔斷器；BPQ為風(fēng)光供水專用變頻器。
圖2主電路圖
（2）控制電路圖
如圖3所 示為電控系統(tǒng)電路。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)，打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SB1~SB10控制四臺(tái)泵的起/停和電磁閥YV2的通/斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。
圖中的HL12為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。
圖3電控系統(tǒng)控制電路圖
（3）PLC接線圖
下圖4所示為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖。火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)SA1被觸動(dòng)，I0.0為1。
圖4雙恒壓供水控制系統(tǒng)及擴(kuò)展模塊的外圍接線圖
6系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
（1）程序中使用的PLC內(nèi)部器件及功能，如下表2所示：
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器件地址 |
功 能 |
|
器件地址 |
功 能 |
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VB400 |
變頻工作泵的泵號(hào) |
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M0.4 |
復(fù)位當(dāng)前變頻泵運(yùn)行脈沖 |
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VB401 |
工頻運(yùn)行泵的臺(tái)數(shù) |
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M0.5 |
當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖 |
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VD410 |
倒泵時(shí)間存儲(chǔ)器 |
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M0.6 |
新泵變頻啟動(dòng)脈沖 |
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T33 |
工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 |
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M2.0 |
泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 |
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T34 |
工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 |
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M2.1 |
泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 |
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T37 |
工頻泵增泵判斷時(shí)間控制 |
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M2.2 |
泵工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 |
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T38 |
工頻泵減泵判斷時(shí)間控制 |
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M3.0 |
故障信號(hào)匯總 |
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T39 |
工/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 |
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M3.1 |
水位下限故障邏輯 |
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M0.0 |
故障結(jié)束脈沖信號(hào) |
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M3.2 |
水位下限故障消鈴邏輯 |
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M0.1 |
泵變頻啟動(dòng)脈沖 |
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M3.3 |
變頻器故障消鈴邏輯 |
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M0.2 |
- |
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M3.4 |
火災(zāi)消鈴邏輯 |
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M0.3 |
倒泵變頻啟動(dòng)脈沖 |
|
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|
生活/消防雙恒壓的兩個(gè)恒壓值是我公司生產(chǎn)的風(fēng)光供水專用變頻器直接設(shè)定的。在本實(shí)例中，根據(jù)用戶要求，生活壓力設(shè)定為0.35MPa,消防壓力設(shè)定為0.60MPa。
壓力低、壓力高信號(hào)分別由變頻器內(nèi)部主控板14腳、15腳給出。
供水運(yùn)行下限頻率、供水運(yùn)行上限頻率由變頻器程序設(shè)定。在本系統(tǒng)中，運(yùn)行下限頻率設(shè)為22Hz, 運(yùn)行上限頻率設(shè)為50Hz。
（2）PLC供水控制系統(tǒng)流程圖如下:
圖5流程圖
（3）該系統(tǒng)PLC控制程序如下：
7結(jié)束語
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)在小區(qū)已普遍使用。用變頻器來實(shí)現(xiàn)恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。節(jié)能效果十分顯著，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)。供水控制系統(tǒng)提高了小區(qū)的供水質(zhì)量。各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到了用戶的要求。風(fēng)光變頻器在小區(qū)恒壓供水改造效果是明顯的，改造是成功的。
參考文獻(xiàn)
[1]山東新風(fēng)光電子用戶使用手冊(cè) 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。
作者簡介:孔亮(1975-),工程師, 現(xiàn)在山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司從事低壓變頻器的研制工作。
公司名稱:山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司
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