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PLC、變頻恒壓樓宇供水系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

更新時(shí)間:2018-05-04      點(diǎn)擊次數(shù):2880

1恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成
恒壓供水泵站一般需要設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī),這比設(shè)單臺(tái)水泵電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)及水泵時(shí),它們的功率必須足夠大,在用水量少時(shí)來(lái)開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)的,電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水量則相應(yīng)的會(huì)不足。而且水泵與電機(jī)維修的時(shí)候,備用泵是必要的。而恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管網(wǎng)水壓的恒定,水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化的,那么這就是要用變頻器為水泵電機(jī)供電。在此這里有兩種配置方案,一種是為每一臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)相應(yīng)的變頻器,從解決問(wèn)題方案這個(gè)比較簡(jiǎn)單和方便,電機(jī)與變頻器間不須切換,但是從經(jīng)費(fèi)的角度來(lái)看的話這樣比較昂貴。另一種方案則是數(shù)臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)變頻器,變頻器與電機(jī)間可以切換的,供水運(yùn)行時(shí),一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行,其余的水泵工頻運(yùn)行,以滿足不同的水量需求。如圖3-1供水系統(tǒng)方案圖。

圖3-1 供水系統(tǒng)方案圖
圖中,水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)速由變頻器控制,實(shí)現(xiàn)變流量恒壓控制。壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l器可接受的模擬量信號(hào)。變頻器接受反饋信號(hào)后,根據(jù)給定信號(hào)和反饋信號(hào)的比值,進(jìn)行PID調(diào)節(jié)來(lái)控制自身的輸出頻率,從而對(duì)水泵進(jìn)行速度控制。控制系統(tǒng)的工作原理:變頻調(diào)速恒壓供水控制zui終是通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的,水泵是供水的執(zhí)行單元。通過(guò)調(diào)速能實(shí)現(xiàn)水壓恒定是由水泵特性決定的。如圖3-2:

圖3-2 供水系統(tǒng)原理框圖
(1)壓力變送器
圖中在管道中裝壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓,常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí),水壓降低;用水量小時(shí),水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o變頻器,壓力變送器輸出信號(hào)是隨著壓力而變的電壓或電流信號(hào)。當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí),應(yīng)取電流信號(hào)以消除因線路壓降而引起的誤差。通常取4~20mA,以利于區(qū)別零信號(hào)(信號(hào)系統(tǒng)工作正常,信號(hào)值為零)和無(wú)信號(hào)(信號(hào)系統(tǒng)因斷路或未工作而沒(méi)有信號(hào))。壓力變送器一般選取在離出水口較遠(yuǎn)的地方,否則容易引起系統(tǒng)振蕩。
(2)遠(yuǎn)傳壓力表
遠(yuǎn)傳壓力表的基本結(jié)構(gòu)是在壓力表的指針軸上附加了一個(gè)能夠帶動(dòng)電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)的裝置。因此,從電路器件的角度看,實(shí)際上是一個(gè)電阻值隨壓力而變的電位器。使用時(shí)可將遠(yuǎn)傳壓力表與變頻器直接連接。圖中P為遠(yuǎn)傳壓力表。
電機(jī)功率較大時(shí),系統(tǒng)可為每臺(tái)電機(jī)配備電機(jī)保護(hù)器,在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行;當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí),控制器的壓力下限信號(hào)與變頻器的高速信號(hào)同時(shí)被 PLC檢測(cè)到,變頻器通過(guò)控制基板自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下泵投入到工頻運(yùn)行,以保持壓力的連續(xù)性,同時(shí)將一臺(tái)泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行,以加大管網(wǎng)的供水量保證壓力穩(wěn)定。若兩臺(tái)泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍不能滿足水壓要求,則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行,而將另一臺(tái)備用泵投入變頻運(yùn)行。
當(dāng)用水量減少時(shí),首先表現(xiàn)為變頻器已工作在zui低速信號(hào)有效,這時(shí)壓力上限信號(hào)如仍出現(xiàn),PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉,以減少供水量。當(dāng)上述兩個(gè)信號(hào)仍存在時(shí),PLC再停掉一臺(tái)工頻運(yùn)行的電機(jī),直到zui后一臺(tái)泵用主頻器恒壓供水。
恒壓供水的原理
變頻器控制1#變量泵與管道壓力變送器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng),當(dāng)變頻器運(yùn)行到全速而反饋壓力仍達(dá)不到設(shè)定值時(shí),變頻器首先降速到頻率設(shè)定值,同時(shí)內(nèi)部1#繼電器動(dòng)作觸發(fā)2#泵軟啟動(dòng)器開(kāi)始運(yùn)行工頻泵,投入2#工頻泵運(yùn)行。這時(shí)變頻提速,尋找恒壓點(diǎn)完成*級(jí)無(wú)擾動(dòng)切換。當(dāng)變頻器運(yùn)行到低速而監(jiān)測(cè)達(dá)到壓力設(shè)定時(shí),在切除工頻泵之前,變頻首先提速后,再將先投入的工頻泵切除。工頻泵的投切分級(jí)循環(huán)方式可定義。
(1)手動(dòng)工頻控制方式
當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)位置時(shí),此時(shí)為工頻運(yùn)行,按下啟動(dòng)按鈕1SB(綠),接觸器KM1閉合,水泵電機(jī)將工頻運(yùn)行,工頻運(yùn)行信號(hào)燈HL0將亮,按下停止按鈕4SB(紅),水泵電機(jī)將停止運(yùn)行。該控制方式一般用于當(dāng)變頻器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)使用。
(2)自動(dòng)變頻控制方式
當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)位置時(shí),此時(shí)將投入自動(dòng)變頻控制方式,變頻器根據(jù)遠(yuǎn)傳壓力表的反饋信號(hào),自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出頻率,從而改變水泵的轉(zhuǎn)速,達(dá)到恒壓供水的目的,當(dāng)壓力增大時(shí),將減小輸出頻率,使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低,減小供水量,當(dāng)壓力減小時(shí),將增大輸出頻率,使電機(jī)轉(zhuǎn)速增高,增大供水量。
系統(tǒng)功能
(1)  PID的調(diào)節(jié)功能
由壓力傳感器反饋的水壓信號(hào)(4-20MA或-5V)直接送入變頻器,設(shè)定給定壓力值,PID參數(shù)值,并通過(guò)計(jì)算比較以切換泵的操作完成系統(tǒng)控制,系統(tǒng)參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)整,使系統(tǒng)控制響應(yīng)趨于完整。
(2) “休眠”功能
系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到用戶用水量較小或不用水(如夜晚)情況,為了節(jié)能,該系統(tǒng)設(shè)置了可以使水泵暫停工作的“休眠”功能,當(dāng)變頻器頻率輸出低于其下*,變頻器停止工作,2#泵不工作,水泵停止(處于休眠狀態(tài))。當(dāng)水壓繼續(xù)升高時(shí)將停止1泵,當(dāng)水壓下降到一定值時(shí)將先啟動(dòng)變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)2#泵,當(dāng)頻率到達(dá)一定值后將啟動(dòng)1#泵調(diào)節(jié)2#泵的轉(zhuǎn)速。
 “休眠值”變頻器輸出的下限頻率參數(shù)設(shè)置。
 “休眠確認(rèn)時(shí)間”用參數(shù)設(shè)置,當(dāng)變頻器的輸出頻率低于休眠值的時(shí)間如小于休眠時(shí)間td時(shí),即td<tn時(shí)變頻器繼續(xù)工作,當(dāng)td>tn時(shí)變頻器將進(jìn)入休眠狀態(tài)。“喚醒值”由供水壓力下限啟動(dòng),當(dāng)供水壓力低于下限值時(shí)由變頻器向PLC發(fā)出喚醒指令。
 經(jīng)測(cè)試“休眠值”為10HZ。
“休眠確認(rèn)時(shí)間”td:20s
“喚醒值”70%
(3) 通訊功能
該系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)的通訊功能,PLC變頻器均提供有RS232或485接口,PLC可選用三菱的FX0n,計(jì)算機(jī)可以與一套或多套系統(tǒng)進(jìn)行通訊.利用計(jì)算機(jī)同時(shí)可以監(jiān)測(cè):電流、電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、壓力等也可以控制變頻器的各類參數(shù)。
恒壓供水系統(tǒng)控制分析
水泵出口壓力恒定控制,它適用于管網(wǎng)系統(tǒng)阻力損失占總揚(yáng)程比例較小的情況。
管網(wǎng)末端壓力恒定控制,適用于小區(qū)管網(wǎng)線路長(zhǎng),流量變化產(chǎn)生的阻力損失占總揚(yáng)程比例較大時(shí),以管網(wǎng)末端不利點(diǎn),所需壓力進(jìn)行恒壓控制,達(dá)到zui節(jié)能的要求。控制方式的選擇,要結(jié)合供水規(guī)模,供水對(duì)象,設(shè)備費(fèi)用,長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)及我國(guó)現(xiàn)有電器產(chǎn)品性能等進(jìn)行綜合考慮比較后確定。水泵出口恒壓控制,由于電控系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單,便于查出故障和維護(hù),故在我國(guó)建筑小區(qū)供水系統(tǒng)采用廣泛。
 水泵轉(zhuǎn)速變化幅度一般調(diào)在(80%~100%)n,n為水泵每分鐘轉(zhuǎn)數(shù),單位r/min,因?yàn)檫@個(gè)范圍內(nèi)機(jī)組和電控設(shè)備的總效率比較高。
當(dāng)啟信號(hào)輸入時(shí)變頻器啟動(dòng)*臺(tái)泵當(dāng)該泵達(dá)到zui高頻率時(shí),變頻器將該泵切換到工頻運(yùn)行,變頻器啟動(dòng)下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行,相反當(dāng)泵停止條件成立時(shí),先停止zui先啟動(dòng)的泵。
4.1 過(guò)程控制
以兩臺(tái)水泵的恒壓供水系統(tǒng)為例,系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行方式下,變頻器控制可編程控制器軟啟動(dòng)1#泵,此時(shí)1#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行狀態(tài),其轉(zhuǎn)速逐漸升高,當(dāng)供水量Q<1/3Qmax時(shí)(Qmax為兩臺(tái)水泵全部工頻運(yùn)行時(shí)的zui大流量),可編程控制器CPU根據(jù)根據(jù)供水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)1#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速,以保證所需的供水壓力。當(dāng)用水量Q在1/3Qmax<Q<Q<Qmax時(shí),可編程控制器發(fā)出指令再將2#泵置于工頻運(yùn)行狀態(tài),同時(shí)軟啟動(dòng)2#泵進(jìn)入變頻運(yùn)行工況,此時(shí)2#泵的運(yùn)行轉(zhuǎn)速由用戶的用水量確定,以保證供水系統(tǒng)zui不利點(diǎn)的供水壓力恒定。
4.2 控制系統(tǒng)保證
(1)工頻/變頻控制方式的轉(zhuǎn)換操作
為保證系統(tǒng)的可靠性,必須提供工頻/變頻兩種操作方式,以減少因變頻器故障或設(shè)備檢修維護(hù)等原因而造成無(wú)法供水的現(xiàn)象,要求控制系統(tǒng)必須設(shè)立手動(dòng)工頻操作方式,一般采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或組合開(kāi)關(guān)作為選擇操作設(shè)備。
(2)自動(dòng)運(yùn)行
即每一臺(tái)泵具有變頻自動(dòng)恒壓控制功能,當(dāng)用水量不夠時(shí),可自動(dòng)投入另外一臺(tái)或幾臺(tái)工頻泵運(yùn)行。
(3)手動(dòng)運(yùn)行
當(dāng)壓力傳感器故障或變頻器故障時(shí),為確保用水,每臺(tái)泵可分別以手動(dòng)工頻方式運(yùn)行。將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到“工頻”檔位,操作人員可以根據(jù)需要自己決定起動(dòng)或停止任意一臺(tái)泵的運(yùn)行。由于在該操作方式下, PID、變頻器等均不參加控制,因此,從技術(shù)角度上來(lái)說(shuō),該方式無(wú)法保障出水管網(wǎng)壓力值的恒定,所以必須有人監(jiān)守。該方式主要供設(shè)備故障檢修時(shí)使用。
5 水泵的轉(zhuǎn)速與其揚(yáng)程H、流量Q及功率的關(guān)系
(揚(yáng)程:是指水泵單位質(zhì)量的液體通過(guò)泵后所獲得的能量,通常稱之為揚(yáng)程。用H表示。
流量:流量是水泵在單位時(shí)間內(nèi)所抽送液體的數(shù)量,常用的流量是體積流量,用Q表示,其單位是m3 /h。
根據(jù)流體力學(xué)原理可知,當(dāng)水泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí),其揚(yáng)程H、流量Q及水泵功率P也隨之變化,他們之間有以下關(guān)系:
Q2/Q1=(n2/n1)
 H2/H1=(n2/n1)2
 P2/P1=(n2/n1)3
即流量Q與轉(zhuǎn)速n的一次方成正比;揚(yáng)程H與轉(zhuǎn)速n的平方成正比;水泵功率P與轉(zhuǎn)速n的立方成正比。下面表3-1可較為直觀的理解。
表3-1離心水泵的參數(shù)


    離心水泵在不同轉(zhuǎn)速(頻率)下的流量、揚(yáng)程及軸功率
頻率f(Hz)轉(zhuǎn)速n%流量Q%揚(yáng)程H%軸功率P%
50100100100100
4590908172.9
4080806451.2
3570704934.3
3060603621.6
2550502512.5
根據(jù)水泵的揚(yáng)程H、流量Q及功率與水泵轉(zhuǎn)速(頻率)的關(guān)系式及表4-2可知改變水泵的轉(zhuǎn)速就可改變水泵的功率。
變頻技術(shù)參數(shù)及調(diào)試參數(shù)
(1)技術(shù)參數(shù)
①主要技術(shù)參數(shù):
主回路電源:三相五線制。380V+10%。
控制回路電壓:220V
②系統(tǒng)性能特點(diǎn):
具備1#/2#泵運(yùn)行方式選擇開(kāi)關(guān):實(shí)現(xiàn)由變頻器聯(lián)動(dòng)控制,或單獨(dú)用手動(dòng)方式軟啟運(yùn)行。
1#泵在變頻器控制下,進(jìn)行軟啟動(dòng),當(dāng)供水壓力不足時(shí)增大轉(zhuǎn)速,達(dá)到工頻時(shí)切換2#變頻啟動(dòng),當(dāng)供水壓力繼續(xù)不足達(dá)到工頻時(shí)切換變頻啟動(dòng)運(yùn)行于自動(dòng)恒壓供水方式下。兩臺(tái)定量泵工作循環(huán)方式通過(guò)變頻器相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行定義。無(wú)擾動(dòng)切換方式使工頻泵投/切過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)水壓沖擊zui小。
(2) 變頻器的主要調(diào)試參數(shù)
變頻器在投入運(yùn)行后的調(diào)試是保證系統(tǒng)達(dá)到*運(yùn)行狀態(tài)的必要手段。變頻器根據(jù)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,在啟動(dòng)和停止電機(jī)時(shí)所需的時(shí)間不相同,設(shè)定時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致變頻器在加速時(shí)過(guò)電流、在減速時(shí)過(guò)電壓保護(hù);設(shè)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致變頻器在調(diào)速運(yùn)行時(shí)使系統(tǒng)變得調(diào)節(jié)緩慢,反應(yīng)遲滯,應(yīng)變能力差,系統(tǒng)易處在短期不穩(wěn)定狀態(tài)中。為了變頻器不跳閘保護(hù),現(xiàn)場(chǎng)使用當(dāng)中的許多變頻器加減速時(shí)間的設(shè)置過(guò)長(zhǎng),它所帶來(lái)的問(wèn)題很容易被設(shè)備外表的正常而掩蓋,但是變頻器達(dá)不到*運(yùn)行狀態(tài)。所以現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載性質(zhì)不同,測(cè)試出負(fù)載的允許zui短加減速時(shí)間,進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于水泵電機(jī),加減速時(shí)間的選擇在 0.2-20 秒之間。如表3-2所示:
表3-2 變頻器的參數(shù)表


序號(hào)功能代碼功能名稱設(shè)置值備注
1071選擇電動(dòng)機(jī)控制模式3內(nèi)置PID調(diào)節(jié)
2160選擇貢稅選購(gòu)件的模式11一控三
3161-167使用電動(dòng)機(jī)的設(shè)定161=1,162=1,163=1根據(jù)系統(tǒng)所帶電動(dòng)機(jī)
4001選擇運(yùn)轉(zhuǎn)指令2停電時(shí)自動(dòng)再啟動(dòng)
5007上限頻率/Hz50 
6008下限頻率/Hz20 
7003U/F圖形2根據(jù)水泵設(shè)定
8175壓力指令0.36根據(jù)實(shí)際需要
9177模擬反饋增益壓力0.6遠(yuǎn)程壓力表量程值
10178上限壓力/MPa0.38根據(jù)實(shí)際
11179下限壓力/MPa0.34根據(jù)實(shí)際
12002選擇1速頻率的設(shè)定方法1使指令與反饋不沖突
13630輸入端子D11定義選擇1正轉(zhuǎn)指令“FR”
14631輸入端子D12定義選擇5空轉(zhuǎn)指令“MBS”
使用說(shuō)明
當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)位置時(shí)候,按下SB1,SB2,SB3水泵開(kāi)始工頻運(yùn)行,按下SB4,SB5,SB6水泵停止運(yùn)行
當(dāng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)運(yùn)行時(shí)候,自動(dòng)運(yùn)行HL6指示燈亮,按下啟動(dòng)按鈕SB7,一號(hào)水泵開(kāi)始變頻運(yùn)行,當(dāng)壓力升高時(shí)一號(hào)泵自動(dòng)切換到工頻,同時(shí)二號(hào)泵變頻啟動(dòng)開(kāi)始運(yùn)行,當(dāng)壓力繼續(xù)升高,二號(hào)泵改為工頻運(yùn)行。
HL0  HL2  HL4和HL1 HL3 HL5分別為兩臺(tái)水泵工頻和變頻運(yùn)行的指示燈,當(dāng)水泵過(guò)載時(shí),熱繼電器能保護(hù)電機(jī)不被燒壞,同時(shí)過(guò)載報(bào)警指示燈亮,水泵停止運(yùn)行,當(dāng)蓄水池的水位低時(shí),浮子開(kāi)關(guān)SB9閉合,同時(shí)缺水信號(hào)指示燈HL7亮,SA3斷開(kāi),水泵停止,當(dāng)水充滿時(shí),系統(tǒng)復(fù)位。同時(shí)電流互感器和電壓表能監(jiān)視出系統(tǒng)電流和電壓。同時(shí)為該系統(tǒng)配備了ABB得電磁流量計(jì),既能檢測(cè)出瞬時(shí)流量,又能檢測(cè)累計(jì)流量,該流量計(jì)還可以與上位機(jī)組態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程抄表。
設(shè)備的選擇
7.1 設(shè)備選擇原則
在恒壓供水設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先選擇水泵和電動(dòng)機(jī),選擇的依據(jù)是供水規(guī)模(供水流量)。而供水規(guī)模和住宅類型以及用戶數(shù)有關(guān)。選擇依據(jù)原則使用如表3-3如下:
表3-3不同住宅類型用水標(biāo)準(zhǔn)


住宅類型給水衛(wèi)生器具用水標(biāo)準(zhǔn)/(m3/人日)小時(shí)變化系數(shù)
1僅有給水0.04~0.082.5~2.0
2有給水衛(wèi)生器具,但無(wú)淋浴設(shè)備0.085~0.132.5~2.0
3有給水衛(wèi)生器具,并有淋浴設(shè)備0.13~0.192.5~1.8
4有給水衛(wèi)生器具,并有淋浴設(shè)備和集中熱水供應(yīng)0.17~0.252.0~1.6
表3-4供水規(guī)模換算表


戶數(shù)用水標(biāo)準(zhǔn)/(m3/人日)
0.100.150.200.25
201.802.603.504.40
302.603.905.306.60
403.505.307.008.80
554.807.209.6012.00
756.609.8013.1016.40
1008.8013.1017.5021.90
15013.1019.7026.3032.80
20017.6026.3035.0043.80
25021.9032.8043.8054.70
35026.3039.4052.5065.60
40035.0052.5070.0087.50
45039.4059.0078.7098.40
50043.8065.6087.50109.40
60052.5078.80105.00131.30
70061.3091.90122.50153.10
80070.00105.00140.00175.00
100087.50131.30175.00218.80
表3-5 水泵、電動(dòng)機(jī)和變頻器選型表


用水量/(m/h)揚(yáng)程/m水泵型號(hào)電動(dòng)機(jī)功率/kW配用變頻器/kW
12 X N2450DL12-12 x 233.7
3040DL12-12 x 22.22.2
3650DL12-12 x 233
4540DL12-12 x 233
6040DL12-12 x 244
24 X N4050DL12-12 x 25.55.5
6050DL12-12 x 27.57.5
8050DL12-12 x 21111
10050DL12-12 x 21111
32 X N3065DL12-12 x 25.55.5
4565DL12-12 x 27.57.5
6065DL12-12 x 21111
7565DL12-12 x 21515
9065DL12-12 x 21515
10565DL12-12 x 218.518.5
36 X N4065DL12-12 x 27.57.5
6065DL12-12 x 21111
8065DL12-12 x 21515
10065DL12-12 x 218.518.5
12065DL12-12 x 22222
50 X N4080DL12-12 x 21111
6080DL12-12 x 21515
8080DL12-12 x 218.518.5
10080DL12-12 x 22222
12080DL12-12 x 23030
100 X N40100DL218.518.5
60100DL33030
80100DL43737
100100DL54545
120100DL65555
設(shè)定供水壓力經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):平房供水壓力p=0.12Pa;樓房供水壓力p=(0.08+0.04x樓層數(shù))MPa
系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循以下原則:
(1)蓄水池容量應(yīng)大于每小時(shí)zui大供水量
(2)水泵揚(yáng)程應(yīng)大于供水高度
(3)水泵流量總和應(yīng)大于實(shí)際zui大供水量
7.2 水泵的選擇
(1)根據(jù)表3-3 確定用水量標(biāo)準(zhǔn)為0.19m3/人日。
(2)根據(jù)表3-4確定沒(méi)小時(shí)zui大用水量為43.8m3/h。
(3)根據(jù)7層樓高度可確定設(shè)置供水壓力值為0.36MPa。
(4)根據(jù)表3-5確定水泵型號(hào)為50LG24-20x2共2臺(tái),水泵自帶電動(dòng)機(jī)功率為5.5KW
7.3 PLC的選擇
當(dāng)輸入信號(hào)電路采用繼電器等感性負(fù)載時(shí),繼電器開(kāi)閉產(chǎn)生的浪涌電流帶來(lái)的噪音有可能引起變頻器的誤動(dòng)作,因此該系統(tǒng)采用的是三菱可編程序控制器FX0n系列,I/O點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn),F(xiàn)X0n系列PLC是一種卡片大小的PLC,適合在小型環(huán)境中進(jìn)行控制。它具有的性能、串行通訊功能以及緊湊的尺寸,這使得它們能用在以前常規(guī)PLC無(wú)法安裝的地方。三菱PLC編程采用FXGPWIN軟件,提供三種編程語(yǔ)言,分別為梯形圖、指令表、SFC狀態(tài)流程圖,提供完整的編程環(huán)境,PLC程序上載,可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試,并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語(yǔ)句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比,系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出來(lái)控制電機(jī)的啟停、軟起動(dòng)、循環(huán)變頻及故障的報(bào)警等,而電機(jī)轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由變頻器來(lái)控制。
其硬件配置如下


型號(hào)I/0點(diǎn)數(shù)基本指令執(zhí)行時(shí)間功能指令模擬模塊量通信
FX0N24~1281.6~3.6μs55較強(qiáng)
7.4 變頻器的選擇
變頻器選用三菱 SAMCO-vm05 系列變頻器。通過(guò)變頻器面板設(shè)定一個(gè)給定頻率作為壓力給定值(14端),壓力傳感器反饋來(lái)的壓力信號(hào)(4~20mA)接至變頻器端子的IRF端,作為壓力反饋,變頻器根據(jù)壓力給定和實(shí)測(cè)壓力,調(diào)節(jié)輸出頻率,改變水泵轉(zhuǎn)速。SWS控制基板,該信號(hào)進(jìn)PLC,作為工頻切換的控制信息,由PLC控制水泵的工頻或變頻運(yùn)行。變頻控制系統(tǒng)主回路如圖二所示。變頻器有2個(gè)作用,一是作為電機(jī)的軟起動(dòng)裝置,限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流;二是改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
7.5 壓力傳感器的選擇
壓力傳感器使用CY-YZ-1001型壓力傳感器。改傳感器采用硅壓阻效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量的力-電轉(zhuǎn)換。傳感器由敏感芯體和信號(hào)調(diào)理電路組成,當(dāng)壓力作用于傳感器時(shí),敏感芯體內(nèi)硅片上的惠斯登電橋的輸出電壓發(fā)生變化,信號(hào)調(diào)理電路將輸出的電壓信號(hào)作放大處理,同時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償、非線性補(bǔ)償,使傳感器的電性能滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。
該傳感器的量程為0~2.5MPa,工作溫度為5℃~60 ℃,供電電源為28±3V(DC)。
7.6 電氣元件表
其他元器件的選擇如表3-6所示:
表3-6 電氣元件表


序號(hào)符號(hào)名稱單位數(shù)量技術(shù)參數(shù)
1QF1、QF2空氣開(kāi)關(guān)個(gè)2 
2RNB變頻器臺(tái)1三菱SAMCO-vm05
3VF交流接觸器個(gè)6 
4FR熱繼電器個(gè)3 
5KA中間繼電器個(gè)2 
6TA電流互感器個(gè)1 
7PA電流表  1 
8PV電壓表1 
9PLCPLC臺(tái)1FX0n-40ER
10SA轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)個(gè)1 
11SB按鈕個(gè)8紅、綠各4
12HR、HW信號(hào)燈個(gè)3紅1,綠6白1
11 電磁流量計(jì)個(gè)1 
14FU熔斷器個(gè)1 
15SP壓力傳感器1 
模擬供水系統(tǒng)擬定
一居民小區(qū)4幢7層樓,居住224戶,住宅類型為3型,保證日夜供水。
要求:
(1)系統(tǒng)采用變頻恒壓供水方案;
(2)變頻器及水泵選擇;
(3)控制電路設(shè)計(jì);
(4)安裝調(diào)試說(shuō)明。
電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9.1 主電路圖的設(shè)計(jì)
在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用一臺(tái)變頻器連接2臺(tái)電動(dòng)機(jī),每臺(tái)水泵電機(jī)都有變頻/工頻兩種工作狀態(tài),每臺(tái)電機(jī)都通過(guò)兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)如圖(3-3)。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān),來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過(guò)流過(guò)載保護(hù)接通,空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù)大機(jī)的額定電流來(lái)確定。對(duì)于有變頻/工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī),還需要在工頻電源下面接入兩個(gè)同樣的自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān),來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過(guò)流過(guò)載保護(hù)接通,空氣開(kāi)關(guān)的容量依據(jù)小機(jī)的額定電流來(lái)確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。

圖 3-3 主電路
電氣控制系統(tǒng)接線原理圖及說(shuō)明
1.端子SD、SE和5為輸出信號(hào)公共端,這些端子不要接地(見(jiàn)圖3-4)。
2.控制回路端子的接線應(yīng)使用屏蔽線或雙絞線,而且必須與主回路,弱電回路(含200V繼電器程序回路)分開(kāi)布線。
3.由于控制回路的頻率信號(hào)是微小信號(hào),所以在接點(diǎn)輸入場(chǎng)合,為了防止接觸不良,微小信號(hào)接點(diǎn)應(yīng)使用兩個(gè)并聯(lián)接點(diǎn)或合用雙生接點(diǎn)。
4.控制回路的接線建議選用0.3mm2-0.75mm2的電纜。

圖3-4  電氣控制系統(tǒng)接線原理圖
9.2 控制電路控制
PLC主要是用于實(shí)現(xiàn)變頻恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制,要完成以下功能:自動(dòng)控制兩臺(tái)水泵的投入運(yùn)行;能在兩臺(tái)水泵之間實(shí)現(xiàn)變頻泵的切換;兩臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能;對(duì)水泵的操作要有手動(dòng)/自動(dòng)控制功能,手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用;系統(tǒng)要有完善的報(bào)警功能并能顯示運(yùn)行狀況。
如圖4-5為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)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~SB6控制兩臺(tái)水泵的啟/停;自動(dòng)運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。
如圖3-5所示:

圖3-5 控制電路圖
9.3 其他設(shè)備的外圍接線圖
(1)PLC外圍接線圖

圖3-6 PLC外圍接線圖
(2)變頻器的外圍接線圖

圖3-7 變頻器接線圖
(3)壓力傳感器接線圖

圖3-8 壓力傳感器的接線圖
10 PLC輸入輸出接線圖及程序
(1)PLC I/O 表
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)列出PLC的輸入輸出表,如表3-7所示:
表3-7 PLC輸入輸出分配表


現(xiàn)場(chǎng)器件與接線端子I/O地址功能備注
輸入變頻器Y2端子X0變頻器輸出頻率極限信號(hào)
遠(yuǎn)傳壓力表壓力上限接點(diǎn)X1壓力下限到達(dá)信號(hào)
遠(yuǎn)傳壓力表壓力下限接點(diǎn)X2壓力上限到達(dá)信號(hào)
中間繼電器KA常開(kāi)觸點(diǎn)X3自動(dòng)/手動(dòng)切換
水池水位下限信號(hào)X4水池缺水信號(hào)
FR1常開(kāi)觸點(diǎn)X51#電機(jī)過(guò)載信號(hào)
FR2常開(kāi)觸點(diǎn)X62#電機(jī)過(guò)載信號(hào)
FR4常開(kāi)觸點(diǎn)X10輔助泵過(guò)載信號(hào)
輸出變頻器的FWD端子Y0實(shí)現(xiàn)變頻運(yùn)行/停止
KA1線圈Y11#電機(jī)變頻運(yùn)行控制和指示
KA2線圈Y21#電機(jī)工頻運(yùn)行控制和指示
KA3線圈Y32#電機(jī)變頻運(yùn)行控制和指示
KA4線圈Y42#電機(jī)工頻運(yùn)行控制和指示
KA5線圈Y5輔助泵工頻運(yùn)行控制和指示
KA6線圈Y6變頻器X1端子功能有效
(2)PLC程序設(shè)計(jì)
根據(jù)PLC輸入輸出分配表和任務(wù)要求寫(xiě)出PLC程序,如圖3-9所示:



圖3-9 PLC 程序設(shè)計(jì)
四、故障處理的程序設(shè)計(jì)
恒壓供水系統(tǒng)的故障主要有欠水位故障和電機(jī)過(guò)載故障。
1.欠水位故障
發(fā)生欠水位故障時(shí),欠水位信號(hào)有效,此時(shí)停止全部水泵的運(yùn)行,防止水泵空轉(zhuǎn)。當(dāng)欠水位信號(hào)解除后,延時(shí)一段時(shí)間,自動(dòng)進(jìn)入S0狀態(tài)。這個(gè)程序可以用常用的報(bào)警處理模塊。
2.電機(jī)過(guò)載故障
用熱繼電器和空氣開(kāi)關(guān)可以進(jìn)行電機(jī)保護(hù)。發(fā)生此類故障時(shí)可以用熱繼電器的常閉觸點(diǎn)停止故障電機(jī)的運(yùn)行。
故障處理程序如圖4-1所示。

圖4-1 故障處理程序

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