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1、化工自動(dòng)化及儀表第39卷凈水廠恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用曹玉波8楊瑩6高維平“(吉林化工學(xué)院a．信息與控制工程學(xué)院；b．化工與材料工程學(xué)院，吉林吉林132022)摘要針對(duì)凈水廠送水泵房控制系統(tǒng)提出的要求，設(shè)計(jì)基于變頻一拖三的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用$7-300PLC控制器，編制了恒壓供水和倒泵控制程序?？紤]到變頻器和供電系統(tǒng)的安全，在電氣控制回路和程序中設(shè)置了互鎖保護(hù)邏輯，為系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供了雙重保證。關(guān)鍵詞控制系統(tǒng)恒壓供水PLC互鎖保護(hù)邏輯中圖分類(lèi)號(hào)TH862+6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1000—3932(2012)11-1482-04水作為人類(lèi)
2、生活、生產(chǎn)中不可或缺的資源，是居民生活、企業(yè)生產(chǎn)、城市綠化以及消防等工作正常進(jìn)行的重要保證。受城市生活中三餐一宿的影響，居民用水量在不同時(shí)間段差別很大。夜間為用水低峰期，耗水量大幅下降，此時(shí)水壓升高，既造成能源浪費(fèi)，又可能出現(xiàn)水管爆裂及用水設(shè)備損壞等現(xiàn)象；而三餐或者火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)為用水高峰期，耗水量急劇增加，時(shí)有水壓過(guò)低、供應(yīng)不足的現(xiàn)象發(fā)生。因而供水的恒壓?jiǎn)栴}便成為城市供水系統(tǒng)的重要課題之一¨“1。針對(duì)這一問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了基于變頻一拖三的恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)，并在電氣控制回路和程序中設(shè)置了互鎖保護(hù)邏輯，為系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供了雙重保證。1多泵恒壓供水
3、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)近年來(lái)，隨著變頻技術(shù)的成熟和發(fā)展，城市供水系統(tǒng)中越來(lái)越多地使用基于變頻器的多泵供水方式實(shí)現(xiàn)對(duì)供水壓力的控制。在基于變頻器的多泵供水方案中(圖1)，一般有變頻泵加直啟備用泵和變頻泵加軟啟備用泵兩種方式。在方案a中，M1泵由變頻器控制，利用變頻器可控制其轉(zhuǎn)速連續(xù)變化以適應(yīng)供水壓力的變化，用水負(fù)荷超過(guò)變頻器所能調(diào)節(jié)的范圍時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)或停止M2、M3泵來(lái)適應(yīng)用水量的變化，由于M2、M3泵采用直接(或星一三角)啟動(dòng)方式，因而成本低廉、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且操作維護(hù)也較方便，但hi2或M3泵啟動(dòng)或停止時(shí)，可能對(duì)供水管網(wǎng)造成沖擊和引a．變頻泵加直肩備用泵b．變頻泵
4、加軟啟備用泵圖1常用的變頻加多泵供水方案收稿日期：2012-05-17第11期曹玉波等．凈水廠恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用1483起水錘效應(yīng)，不利于供水系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行；另外泵的直啟、直停會(huì)造成嚴(yán)重的電能浪費(fèi)，同時(shí)頻繁啟、停對(duì)泵的使用壽命也有影響，該方案適用于供水規(guī)模不大的小型水廠。方案b在M2、M3泵主回路中增加了軟啟動(dòng)器，由于是軟啟／軟停方式，可以最大限度保持供水管網(wǎng)的平穩(wěn)工作，而且電機(jī)軸上的平均扭矩和磨損減小，減少了維修量和維修費(fèi)用，水泵的壽命也將大大提高，該方案彌補(bǔ)了方案a的缺點(diǎn)，能夠做到水泵的平穩(wěn)啟停和切換，但增加的兩臺(tái)軟啟動(dòng)器也使系統(tǒng)成本有所
5、增加‘5
6、。基于以上分析，本系統(tǒng)采用變頻一拖二技術(shù)，設(shè)計(jì)了通過(guò)一臺(tái)變頻器對(duì)3臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟、軟停的控制方案，系統(tǒng)主回路如圖2a所示。3臺(tái)泵分別各有變頻和工頻旁路兩種驅(qū)動(dòng)方式，具有直啟、直停和變頻軟啟、軟停功能。為滿足系統(tǒng)安全a．主回路可靠運(yùn)行，電氣控制回路應(yīng)滿足兩個(gè)條件：為保證變頻器運(yùn)行安全，直接啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)具有互斥關(guān)系；變頻器輸出同一時(shí)刻只能對(duì)同一臺(tái)電機(jī)供電，以避免變頻器超負(fù)荷運(yùn)行。基于以上兩點(diǎn)設(shè)計(jì)了1號(hào)泵的控制回路(圖2b)，其聯(lián)鎖與互鎖關(guān)系亦適用于2、3號(hào)泵。手動(dòng)／自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在手動(dòng)位置時(shí)，按下SBlB、SB2B按鈕可直接啟動(dòng)或停止1號(hào)泵，按
7、下SBlA、SB2A按鈕可通過(guò)變頻器方式啟動(dòng)1號(hào)泵，回路中利用KMlA和KMlB的動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn)形成直接啟動(dòng)和變頻啟動(dòng)兩種方式的互鎖保護(hù)，另外在變頻啟動(dòng)回路中通過(guò)串連KM2A、KM3A的動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn)，形成1、2、3號(hào)泵的互鎖保護(hù)，以避免變頻器輸出同時(shí)對(duì)3臺(tái)泵供電造成變頻器超負(fù)荷運(yùn)行。手動(dòng)／自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在自動(dòng)位置時(shí)，PLC通過(guò)控制KAlB和KAlA繼電器同樣可以實(shí)現(xiàn)上述控制，其互鎖保護(hù)關(guān)系相同。圖2電氣回路原理2恒壓供水控制流程設(shè)計(jì)恒壓供水系統(tǒng)控制流程主要包含正常供水時(shí)的PID恒壓控制、用水量波動(dòng)幅度較大時(shí)的加泵減泵控制和為避免某一臺(tái)泵長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)或閑置的倒泵控制3
8、個(gè)部分。2．1PID控制管網(wǎng)耗水量較為平穩(wěn)時(shí)，一般通過(guò)變頻器自身的變頻調(diào)節(jié)能力即可實(shí)現(xiàn)恒壓供水。PID控制器是基于偏差的控制算法，即被控值偏離設(shè)定值后，PID控制算法才通過(guò)修正其輸出值以校正被控變量，其調(diào)節(jié)能力僅限于使供水壓力保持在設(shè)b．控制回路手動(dòng)直接啟動(dòng)PI．C控制手動(dòng)變頻啟動(dòng)PLC控制定值附近，控制效果的好壞和PID參數(shù)的設(shè)置有很大關(guān)系。變頻PID閉環(huán)控制框圖如圖3所示。圖3變頻PID閉環(huán)控制框圖JsP——壓力設(shè)定；p——供水壓力；e——偏差；^——頻率信號(hào)；n--水泵轉(zhuǎn)速供水壓力信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)后由PLC模擬量模塊采集進(jìn)入PLC，
9、在PLC內(nèi)部將該值與壓力設(shè)定值做減法運(yùn)算得到偏差e，PID控-篙忡¨№二二愕二二忡化工自動(dòng)化及儀表第39卷制
