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PLC、变频器在泵站恒压供水中使用

 0 弁言 
  供水体系是百姓消费生存中不行短少的紧张一环。传统供水方法占空中积大,水质易净化,基建投资多,而最次要的缺陷是水压不克不及坚持恒定,招致局部设置装备摆设不克不及正常事情。变频调速技能是一种新型成熟的交换电机无极调速技能,它以其共同优秀的控制功能被普遍使用于速率控制范畴,分外是供水行业中。由于宁静消费和供水质量的特别必要,对恒压供水压力有着严厉的要求,因此变频调速技能失掉了愈加深化的使用。恒压供水方法技能先辈、水压恒定、操纵利便、运转牢靠、浪费电能、主动化水平高,在泵站供水中可完成以下功效:(1)维持水压恒定;(2)控制体系可手动/主动运转;(3)多台泵主动切换运转;(4)体系就寝与叫醒。当外界中止用水时,体系处于就寝形态,直至有效水需求时主动叫醒;(5)在线调解PID参数;(6)泵组及线路掩护检测报警,信号表现等。
  将管网的实践压力经反应后与给定压力举行比力,当管网压力不敷时,变频器增大输入频率,水泵 转速加速,供水量增长,迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢,供水量减小,管网压力降落,坚持恒压供水。
  1 体系硬件组成  
  体系接纳压力传感器、PLC和变频器作为中心控制安装,完成所需功效。
  安置在管网支线上的压力传感器,用于检测管网的水压,将压力转化为4~20 mA的电流信号,提供应PLC与变频器。
  变频器是水泵电机的控制设置装备摆设,能依照水压恒定必要将0~50 Hz的频率信号供应水泵电机,调解其转速。ACS变频器功效壮大,预置了多种使用宏,即事后编置好的参数集,使用宏将利用历程中所需设定的参数数目减小到最小,参数的缺省值依使用宏的选择而差别。体系接纳PID控制的使用宏,举行闭环控制。该宏提供了6个输出信号:启动/中止(DI1、DI5)、模仿量给定(AI1)、实践值(AI2)、控制方法选择(DI2)、恒速(DI3)、容许运转(DI4);3个输入信号:模仿输入(频率)、继电器输入1(妨碍)、继电器输入2(运转);DIP开关选择输出0~10 V电压值或0~20 mA电流值(体系接纳电流值)。变频器依据给定值AI1和实践值AI2,即依据恒压时对应的电压设定值与从压力传感器取得的反应电流信号,使用PID控制宏主动调治,改动频率输入值来调治所控制的水泵电机转速,以包管管网压力恒定要求。
  依据泵站供水实践状况与需求,使用一台变频器控制3台水泵,因而除改动水泵电机转速外,还要经过增减运转泵的台数来维持水压恒定,当运转泵满工频抽水仍达不到恒压要求时,要投入下一台泵运转。反之,当变频器输入频率降至最小,压力仍过高时,要切除一台运转泵。以是不但必要开关量控制,还需数据处置才能,接纳FX-4AD(4模仿量入)取得模仿量信号。它在使用上的一个紧张特性便是由PLC主动采样,随时将模仿量转换为数字量,放在数据存放器中,由数据处置指令挪用,并将盘算后果随时放在指定的数据打仗器中。经过其可将压力传感器电流信号和变频器输入频率信号转换为数字量,提供应PLC[1>,与恒压对应电流值、频率下限、频率上限(思索到水泵电机在低速运转时伤害,必需包管其频率不低于20Hz,因而频率下限设为工频50Hz,上限设为20Hz)举行比力,完成泵的切换与转速的变革。
  体系在设计时应使水泵在变频器和工频电网之间的切换历程尽大概快,以包管供水的一连性,水压动摇尽大概小,从而进步供水质量。但元件举措历程太快,会有回流破坏变频器。为了避免妨碍的产生,硬件上必需设置闭锁掩护,即1Q与4Q,2Q与5Q,3Q与6Q不克不及同时闭合。
2 体系软件设计  
  控制体系软件是指用梯形图言语体例的对3台泵举行控制的步伐。它对3台泵的控制,次要办理 体系的手动及主动切换、各元件和参数的初始化、信号及通讯数据的预处置、3台泵的启动、切换及中止的条件、次序、历程等题目。
  当变频器输入频率到达频率下限,供水压力未到达预设值时,收回加泵信号,投入下1台泵供水。当供水压力到达预设值,变频器输入频率降到频率上限时,收回减泵信号,切除在工频运转方法中的1台泵。体系刚启动时,状况复杂,起首启动一号泵即可。但思索3台泵团结运转时状况庞大,任1台或2台泵大概正在工频主动方法下运转,而其他泵则大概在变频器控制下运转,因而必需事后设定增减水泵的次序。即取得加泵信号后,依照1号泵、2号泵、3号泵的次序优先思索。取得减泵信号后,依照3号泵、2号泵、1号泵的次序优先思索。
  为了避免妨碍的产生,软件上也必需设置掩护步伐,包管1Q与4Q、2Q与5Q、3Q与6Q不克不及同时闭合。在加减泵时必需设置元件举措次序及延时,避免误举措产生。
  思索到体系事情情况对运转形态的影响,在设计中接纳硬件、软件上的双重滤波来消弭搅扰的影响。硬件上变频器提供了滤波工夫常数,当模仿输出信号变革时,63%的变革产生在所界说的工夫常数中;软件上接纳数字滤波的方法,体系接纳均匀值的办法[2>。
  盘算近来10次采样的均匀值,其盘算公式如下:
  3 体系参数确实定  
  体系变频运转次要靠变频器来完成。变频器有一数目很大的参数群,初始状况下,只要所谓的根本参数可以看到。只需设定复杂的几个参数,变频器就可以事情。
  除根本参数外,还必需对完备参数举行设定。  
  完备参数的设定次要是PID参数的整定,它是依照工艺对控制功能的要求,决议调治器的参数Kp,TI,TD。控制表达式为:
  变频器依据偏向调治PID的参数,当运转参数阔别目的参数时,调治幅度加速,随着偏向的渐渐靠近,跟踪的幅度渐渐减小,类似相称时,体系到达一个静态均衡,维持体系的恒压波动形态[3、4>。
  4 实验后果  
  由于体系的表现和通讯功效,可以对体系事情状况举行监测。思索到管网掩盖面积大,泵站海压低度绝对低,远端供水压力需维持3kg,因而泵站出水口压力必需维持5kg。实验条件为管网初始无压 力,电磁阀控制肯定量相反用水状况下启动体系。取得的数据经MATLAB举行插值拟合可得体系在差别条件下跟踪压力变革的曲线[5>。
  实验记载的数据表现,体系在未举行滤波和PID控制时,呼应速率分外慢、偏差大、振荡严峻,见图5。在未举行滤波而引入数字PID控制时,呼应速率分明加速,但振荡题目未能失掉办理,这是由于喘振征象的存在;当管道压力与设定值类似相称时,水锤效应影响分明,压力动摇非常,PID的参数跟踪整定,构成恶性循环,管道中氛围的存在也会招致振荡题目。
  该体系是依照产业消费需求设计的,完成了预定的一系列功效,包管了体系的波动和宁静性,在永劫间运转中获得了精良的结果。只需作响应修正就可推行到相干供水体系中。



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