變頻技術(shù)和PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用_圖文

1、 儀器儀表用戶4 結(jié)束語通過這次控制系統(tǒng)的改造, 為阜新自來水公司節(jié)能30%左右, 達(dá)到了預(yù)定節(jié)能的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)1張燕賓. SP WM 變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997.應(yīng)用實(shí)例2何立民. M CS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)配置與接口技術(shù). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 1999. 3S I M ENS S I M AT I C S7-200系統(tǒng)手冊(cè)05/2003作者簡介:李曉竹(1955-, 男, 遼寧省阜新市人, 教授, 主要從事電動(dòng)機(jī)的研發(fā)和現(xiàn)代交流電機(jī)調(diào)速的研究。收稿日期:2007-10-11(7693文章編號(hào):1671 1041(2008 02 004

2、7 02變頻技術(shù)和PLC 技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用黃桂梅, 劉永立, 王永生, 徐學(xué)勤(保定電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 保定071051摘要:本文是針對(duì)節(jié)能和提高供水質(zhì)量問題而提出的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的研究, 文中分析了舊系統(tǒng)存在的問題, 介紹了水位自動(dòng)檢測技術(shù)及保護(hù)措施, 闡述了采用變頻技術(shù)、PLC 技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的恒壓供水控制的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)。通過實(shí)踐證明, 該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的功能, 對(duì)供水質(zhì)量、節(jié)約能源和運(yùn)行可靠性具有較好的改善。關(guān)鍵詞:變頻技術(shù); PLC 技術(shù); 恒壓供水; 自啟動(dòng)中圖分類號(hào):TP 202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B2. 1 變頻器的基本構(gòu)成變頻器的基本構(gòu)成

3、如圖1所示, 由主回路(包括整流器、濾波器、逆變器 和控制電路組成。圖1 交 直 交變頻器的基本構(gòu)成The application of change the frequencytechnique&t he PLC technique in t he constant pressure water supply syste mHUANG G ui me, i L I U Yong l, i WANG Yong sheng , XU Xue q i n(Pow er Engineeri ng D epart m ent , Baodi ng Techn i ca land V ocati

4、 onal Coll ege of E l ectric P ower , Baodi ng 071051 Abstrac :t Th i s paper d i s cusses t he study o fdes ign and appli c ati o n o f const ant pressure water supply sy st em , a way i n troduced t o save ener gy and m i prove t he quality of wat er supp l y . It t a l k s about t he proble m s w

5、 ith t he o l d sys t em and off ers an introducti o n t o the tech no l o gy of auto mati c measure m ent of wat er l e ve l and prot ecti o n measures . Ita lso exp l a i n s t he general design proposal and soft w ar e des i g n about t he cons t ant pr essure wat er supply sy st em w hich a dop

6、t s t he co mb i n ation of f requency conversion techno l o gy , PLC t echnology and aut omatic control t echnology. The pr actice pr oves t ha t t he sys t e m func tions we ll and is ab l e t o save energy and greatly i prove t he qualit y ofwater supply and t he operation reli m a bilit y . Key

7、words :frequency chang ing t echni q ue ; PLC t echnique ; cons t ant pressure water supply ; se lf s t arting整流器的作用是把三相交流整流成直流。濾波器是用來緩沖直流環(huán)節(jié)和負(fù)載之間的無功能量。逆變器最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)半導(dǎo)體器件開關(guān)組成的三相橋式逆變電路, 有規(guī)律地控制逆變器中主開關(guān)的通與斷, 可以得到任意頻率的三相交流輸出?？刂齐娐分饕峭瓿蓪?duì)逆變器的開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。2. 2 變頻器基本原理1 引言隨著各住宅小區(qū)的宿舍樓等一座座高樓拔地而起,

8、 相應(yīng)的生活用水量也大幅度增加。人們對(duì)提高供水質(zhì)量的要求越來越高, 另外人們的節(jié)能意識(shí)及對(duì)運(yùn)行的可靠性的要求越來越強(qiáng)。采用變頻器及PLC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無塔恒壓供水系統(tǒng), 不僅能提高供水質(zhì)量, 而且在節(jié)約能源和運(yùn)行可靠性具有較好的改善。其中, 采用變頻調(diào)速的主要目的是通過調(diào)速來恒定用水管道的壓力以達(dá)到節(jié)能的目的, 恒壓供水則是為了滿足用戶對(duì)流量的要求。應(yīng)用PLC 技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng), 減少手動(dòng)操作或撫慰操作, 同時(shí)替代部分繼電器減少機(jī)械觸點(diǎn)的故障, 增強(qiáng)可靠性。下面筆者根據(jù)這方面的工作經(jīng)驗(yàn)談?wù)勗诤銐汗┧到y(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐過程中的一些思路和做法。圖2 與正弦波等效的矩形脈沖列2 變頻器的工作原理

9、在恒壓供水控制系統(tǒng)中, 關(guān)鍵技術(shù)主要是變頻技術(shù)。目前效率最高、性能最好的系統(tǒng)是變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。歡迎訂閱歡迎撰稿變頻器的基本原理是利用逆變器中的開關(guān)元件, 由控制電路按一定的規(guī)律控制開關(guān)元件的通斷, 從而在逆變器的輸出端獲得一系列等幅而不等寬的矩形脈沖波形, 來近似等效于正弦電壓波。圖2所示出正弦波的正半周, 并將其分為n 等分(n =12 。每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的等幅矩形所代替。這樣, 由n 個(gè)等幅而不等寬的矩形脈沖所組成的波形與正弦波的正半周等效。正弦波的負(fù)半周也可以用相同的方法來等效?？刹捎谜也ㄅc三角波相交的方案來確定各分段矩形脈沖的寬度。當(dāng)逆變

10、器輸出端需要升高電壓時(shí), 只要增大正弦波相對(duì)三角波的幅值, 這時(shí)逆變器的輸出的矩形脈沖幅值不變而寬度相應(yīng)增大, 達(dá)到了調(diào)壓的要求。當(dāng)逆變器的輸出端需要變頻時(shí), 只要改變正弦波的頻率就可以了。3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)過去的供水控制系統(tǒng)投資多, 采用的模式為多臺(tái)小功率47 應(yīng)用實(shí)例水泵供水。在運(yùn)行實(shí)踐中暴露出主控電路設(shè)計(jì)不合理和邏輯控制設(shè)計(jì)不合理的現(xiàn)象。新系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖3所示。在該供水系統(tǒng)的控制電路中除采用了變頻器(VVVF , 還采用一些先進(jìn)控制裝置, 如數(shù)字調(diào)節(jié)器(P I D 、可編程控制器(PLC 等, 這些裝置都是以電腦芯片為內(nèi)核完成各自不同的控制功能。為簡化控制電路, 根據(jù)負(fù)荷需要,

11、使用一臺(tái)18. 5KW 大容量水泵供水。為提高使用的安全系數(shù), 選用一臺(tái)日本富士22. 5KW 變頻器進(jìn)行水泵調(diào)速, 該變頻器內(nèi)置P I D 調(diào)節(jié)功能, 但不具備參數(shù)監(jiān)視功能。為能有效監(jiān)視調(diào)節(jié)工況, 特選數(shù)字顯示調(diào)節(jié)器進(jìn)行監(jiān)視和控制, 以備實(shí)現(xiàn)串級(jí)P I D 控制。鑒于外部I/O可控點(diǎn)數(shù)不23多, 可編程控制器PLC 選用20點(diǎn)即可滿足控制要求。儀器儀表用戶泵短時(shí)間內(nèi)的頻繁啟動(dòng)對(duì)泵運(yùn)行不利, 故設(shè)置1分鐘內(nèi)只允許連續(xù)啟動(dòng)兩次, 第三次需延時(shí)3分鐘后進(jìn)行, 以利泵的散熱, 延長設(shè)備使用壽命, 減少功耗。編程時(shí)可采用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器配合來實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)功能在啟停調(diào)試設(shè)備過程中得到檢驗(yàn)。! 自啟動(dòng)概述為了

12、方便運(yùn)行維護(hù)人員, 有兩種情況可以考慮自啟動(dòng):系統(tǒng)斷電一段時(shí)間后恢復(fù)供電的自啟動(dòng)系統(tǒng)在正常運(yùn)行工況下突然停電時(shí), 如果其它檢測無異常則來電后可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng), 這一點(diǎn)在夜間更為重要, 可給維護(hù)人員帶來方便, 此項(xiàng)功能得到了維護(hù)人員的認(rèn)可。#低水位使泵跳閘后水位恢復(fù)時(shí)的自啟動(dòng)管網(wǎng)用水負(fù)荷過大或蓄水水壓過低流量減少造成的低水位, 會(huì)引起供水泵跳閘。在水位恢復(fù)正常后可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。自啟功能的實(shí)現(xiàn)6 系統(tǒng)自啟動(dòng)功能設(shè)計(jì)圖3 18 5K W 無塔恒壓供水系統(tǒng)總體框圖4 水位檢測電路設(shè)計(jì)4. 1 水位檢測開關(guān)考慮到水位檢測裝置要求故障率少, 運(yùn)行可靠, 為簡化檢測環(huán)節(jié), 設(shè)計(jì)中采用結(jié)構(gòu)簡單的浮子式水位檢測開關(guān),

13、 但為防止信號(hào)串?dāng)_, 另外增加了一個(gè)隔離轉(zhuǎn)換裝置。該裝置內(nèi)選用了干簧繼電器用以提高開關(guān)接點(diǎn)的可靠性和使用壽命。4. 2 水位檢測邏輯控制水位檢測邏輯控制功能如前所述完全由可編程控制器PLC 編程實(shí)現(xiàn), 減少了硬件配置, 提高了運(yùn)行的可靠性和應(yīng)用的靈活性。PLC 的I/O地址分配見圖4(a 所示, 簡化梯形圖如圖4(b 所示。4其邏輯電路主要完成如下功能, 見圖4(b 所示。(1 水位信號(hào)保持功能水位開關(guān)檢測分別由PLC 的常開接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。由于水位由干簧管的常開接點(diǎn)來檢測, 只有在水面越過該點(diǎn)時(shí)閉合, 低于該點(diǎn)即斷開, 因此信號(hào)需由PLC 保持。(2 水位信號(hào)顯示、報(bào)警、保護(hù)功能水位正常時(shí)0100

14、2動(dòng)作, 使輸出綠燈亮。水位低時(shí)01003動(dòng)作, 使輸出紅燈亮, 且通過其常閉接點(diǎn)停供水泵。水位高時(shí)20000、01000同時(shí)啟動(dòng), 使輸出黃燈亮(閃光15秒轉(zhuǎn)平光 且無條件停蓄水泵。圖5 自啟動(dòng)邏輯圖如圖5所示。圖中, %自啟動(dòng)條件&有兩個(gè):一是計(jì)數(shù)器C 103接點(diǎn), 二是%水位正常&信號(hào)接點(diǎn)。由于計(jì)數(shù)器C 103具有停電記憶特性, 所以只要水位恢復(fù)正常時(shí)01002閉合就可自啟動(dòng)。其過程是:微分繼電器20006(13 產(chǎn)生的微分信號(hào)由20009繼電器保持, 再經(jīng)時(shí)間繼電器T 020延時(shí)后使其輸出的常開接點(diǎn)T 020(見圖4b 接通啟動(dòng)回路, 則水泵重新運(yùn)轉(zhuǎn)。自啟動(dòng)的預(yù)置自啟動(dòng)

15、功能可根據(jù)用戶需要事先預(yù)置, 否則, 該功能會(huì)被屏蔽。設(shè)計(jì)方案如下:預(yù)置和解除均借用運(yùn)行狀態(tài)下的啟動(dòng)按鈕。預(yù)置時(shí)按動(dòng)啟動(dòng)按鈕三下使計(jì)數(shù)器C 103啟動(dòng), 則其常開接點(diǎn)C 103閉合。解除自啟功能:按住啟動(dòng)按鈕1秒, 使計(jì)數(shù)器C 103復(fù)位或按停止按鈕使泵停運(yùn)的同時(shí)也解除了自啟動(dòng)設(shè)置。#預(yù)置的顯示借用水位正常燈(閃光3秒 , 解除借用高水位報(bào)警燈(閃光3秒 。7 結(jié)束語上述無塔供水控制系統(tǒng)經(jīng)投入使用, 各項(xiàng)設(shè)計(jì)功能運(yùn)行正常, 供水質(zhì)量有了很大提高, 單位大功率設(shè)備用電量也明顯減少。期間, 還經(jīng)歷了系統(tǒng)實(shí)際異常情況自動(dòng)處理的考驗(yàn), 如%儲(chǔ)水罐滿水后的蓄水泵自動(dòng)跳閘&、%電力網(wǎng)停電來電后的供水泵自啟動(dòng)&、%電源缺相報(bào)警&等, 這些功能都得到了很好的驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)1張燕賓主編. 變頻調(diào)速應(yīng)用實(shí)踐. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2001. 2北京四通工控技術(shù)有限公司編. FREN I