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变频技术应用
在工业现场控制领域,可编程控制器(
PLC
)一直起着重要的作用。随着国
家在供水行业的投资力
度加大,
水厂运行自动化水平不断提高,
PLC
在供水行业
应用逐步增多。触摸屏与
PLC
配套使用,使得
PLC
的应用更加灵活,同时可以
设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程,使得
PL
C
的应用可视化。
变频恒压供水成为供水行业的一个主流,
是保证供水管网在恒压的重要手段。<
/p>
现
代变频器完善的网络通信工程,
威电机
的同步运行,
远距离集中控制和在线监控
等提供了必要的支持。
通过与
PLC
连接的触摸屏,可以使控制更加直观,操作
更加简单、方便。组合应用
PLC
、
触摸屏及变频器,采用通信方式对变频器进行
控制来实现变频恒压供水。
变频恒压供水系统原理如图
1
;它主要由
PLC
、变频器、触摸屏、压力变送
器、
动力及控制线路以及泵组组成
。
用户可以通过触摸屏控制系统的运行,
也可
< br>以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、
转换开关来了解和控制系统的运行。
通过
安装在出水管网上的压力变送器,把出口压力信号变成
4
~
20mA
或
0
~
10V
标
准信号送入
PLC
内置的
PID
调节器,经
PID
运算与给定
压力参数进行比较,输
出运行频率到变频器。
控制系统由变频器
控制水泵的转速以调节供水量,
根据用
水量的不同,
PLC
频率输出给定变频器的运行频率,
从而调节
水泵的转速,
达到
恒压供水。
PLC<
/p>
设定的内部程序驱动
I/O
端口开关量的
输出来实现切换交流接触
器组,
以此协调投入工作的水泵电机台
数,
并完成电机的启停、
变频与工频的切
换。
通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速,
使系统
管网的工作压力始终稳定,进而达到恒压供水的目的。
该系统
有手动和自动两种运行方式。
手动方式时,
通过控制柜上的启动
和停
止按钮控制水泵运行,可根据需要分别控制
1#
~
3#
泵的启停,该方式主要供设
备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时,首先由
1#
< br>水泵变频运行,变
频器输出频率从
0HZ
上升,同时
PID
调节器把接收的信号与给定压力比较
运算
后送给变频器控制。如压力不够,则频率上升到
50HZ<
/p>
,由
PLC
设定的程序驱动
I/O
端口开关量的输出来实现切换交流接触器组,使得
1
#泵变频迅速切换为工
频,
2<
/p>
#泵变频启动,若压力仍达不到设定压力,则
2
< br>#泵由变频切换成工频,
3
#泵变频启动;如用水量减少
,
PLC
控制从先起的泵开始切除,同时根据
< br>PID
调节参数使系统平稳运行,始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况,则系统停机,待电源恢复正常后,
人工启动,系
统自动恢复到初始状态开始运行。
变频自动功能是
该系统最基本的功能,
系统自
动完成对多台泵的启动、停止、循
环变频的全部操作过程。
在进行
通信之前必须对
PLC
、
触摸屏和变频
器的通讯参数进行正确设置。
本
系统定义为
Modbus
协议,波特率为
9600
,数据位为
8
,无校验,停止位为
1
。
变频器除设置通信参数外,还需启用
“
自由停车
”
以保护电机。
PLC
通
讯参数设置
:TWDLCAA24DRF
——
< br>硬件
——
端口
——
端口设置,在
端
口
设
置
中
进
行
端
口
参
数
设
置
;
触
摸
屏
通
讯
参
数
设
置
:<
/p>
IO
管
理
器
p>
——
ModbusRTU01[COM1]
——
Modbus
Equipment
,双击
“Modbus Equipmen
t”
即
可进行通讯参数设置。
该系统采用施耐德的
TWDLCAA
24DRF
,
I/O
点数为
24
点,继电器输出,
PLC
编程采用施耐德
PLC
专用编程软件
Twidosoft
,软件提供完整的编程环境,
可进行离线
编程、
在线连接和调试。
为了提高整个系统的性价比,
该系统采用可
编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、
自动投入、
定期切换,
供水泵
< br>的变频及故障的报警等,
而且通过
PLC
内置的
PID
给定电机的转速、
设定压力、
频率、电流、电压等模拟信号量。
施耐德
PLC
的编程指令简单易懂且程序设计
灵活,步进计数器功能模块(
%SCi
)提供
了一系列的步,这些步可赋值给动作。
从一个步移动到另一个步取决于外部或内部事件。
通过模拟输入和输出模块
TWAMM3HT
以及内置的
PID
运算器,实现如图
2
的顺序切泵。
泵组切
换示意图如图
2
,工作条件满足,开始工作时,
1#
泵变频启动,泵的
转速随变频器输出频率的上升而
逐渐升高,
如变频器的频率达到
50HZ
而此时水
压还未达到设定值,
PLC
内置的程序控制使得切换到下一个工作步,
延时一段时
间后,<
/p>
1
#泵迅速切换至工频运行,同时解除变频器运行信号,使变频器
频率降
为
0HZ
,然后
2
#泵变频启动,
若压力仍未达到,
< br>则
2
#泵切换至工频,
3
#泵变
频启动,
在运行中始终保持一台泵变频
运行,
当压力达到设定值时变频输出将为
0HZ
,
同时
PLC
通过
I/O
端口跳到下一个工步,
由
< br>PLC
决定切除
1
#工频泵,<
/p>
此
时由一台工频泵和一台变频泵运行,
如
果此时压力达到设定值,
变频器的输出为
0HZ
,再切换到下一个工步,
PLC
解除
< br>2
#工频泵,只由
3
#泵变频运
行来维持
管网压力。当压力下降,变频器频率升至
50HZ
p>
输出信号,延时后
3
#泵切换为
工频,
1
#泵变频启动,
若压力仍不满足则
1
#变切换为
1
p>
#工,
2
#泵变频运行,
< br>如果压力仍达不到,
2
#变切换为
2
#工,
启动
3
#变,
三台泵同时工作以保证供
水要求。
< br>
这样的切换过程有效地减少泵的频
繁起停,
同时在实际管网对水压波动做出
反应之前,
由变频器迅速调节,
使水压平稳过渡,
从而有效的
避免了高楼用户短
时间停水的情况发生。
以往的变频恒压供水系统在水压高时,
通常采用停变频泵,
再将变频器以工
频运行方式切换到正在以
工频运行的泵上进行调节。
这种切换的方式理论上要比
直接切换
工频的方式先进,
但其容易引起泵组的频繁起停,
从而减少设备
的使用
寿命。
而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式,
p>
同时由变频器迅速调节,
只
要参数设置合适
,
即可实现泵组的无冲击切换,
使水压过渡平稳,
有效的防止了
水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象,提高了供
水品质。
该系统采用
PLC
和变频器结合,系统运行平稳可靠,实现了真正意义上的
无人职守的全自动循环切泵、
变频运行,
保证了各台水泵运行
效率的最优和设备
的稳定运转启动平稳,
消除了启动大电流冲击
,
由于泵的平均转速降低了,
从而
可延
长泵的使用寿命,
可以消除启动和停机时的水锤效应。
通过触摸
屏上的人机
界面就可进行供水压力的设定,监视设备运行状况同时可以查询设备故障信息
,
大大提高恒压供水系统的自动化水平及对现场设备的监控能力。
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