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應(yīng)用設(shè)計

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基于S7-200的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

基于S7-200的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)

2004/12/19 14:22:00
一 概述 中南林學(xué)院株洲校區(qū)長期采用定量泵定壓供水,這樣既浪費(fèi)水電資源,又不能滿足我校師生對生活,教學(xué)用水質(zhì)量要求的不斷提高,目前變頻恒壓供水系統(tǒng)已大量的被應(yīng)用于生產(chǎn),生活。本文應(yīng)用變頻與自動控制技術(shù)改造現(xiàn)有設(shè)備(如水泵,蓄水池,管網(wǎng)),對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。系統(tǒng)采用變頻調(diào)速方式自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速和加、減泵。改變以往定量泵定壓供水的方式,自動完成泵組軟啟動及無沖擊切換,使水壓平穩(wěn)過渡。系統(tǒng)故障時仍可運(yùn)行,保證不間斷供水,短暫停水時自動調(diào)節(jié)供水量,系統(tǒng)斷電恢復(fù)后可自啟動。采用硬件/軟件備用及鐘控功能,使各泵進(jìn)行輪休,延長了設(shè)備的機(jī)械使用壽命。 本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng), 根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的,該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題,既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢,同時有效的節(jié)省了資金。 二 系統(tǒng)介紹 變頻恒壓供水系統(tǒng)原構(gòu)成如圖1所示,它主要是由PLC、變頻器、壓力傳感器、液位傳感器、配電裝置以及水泵等組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。 該系統(tǒng)有手動和自動兩種功能和停水模式 ⑴. 手動運(yùn)行   按下按鈕啟動或停止水泵,可根據(jù)需要分別控制1#-4#泵的啟停。該方式主要供檢修及變頻器故障時用。 ⑵. 自動運(yùn)行   合上自動開關(guān)后,1#泵電機(jī)通電,變頻器輸出頻率從0Hz上升,同時PID調(diào)節(jié)程序?qū)⒔邮盏阶詨毫鞲衅鞯臉?biāo)準(zhǔn)信號,經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,將調(diào)節(jié)參數(shù)送給變頻器,如壓力不夠,則頻率上升到50Hz,1#泵由變頻切換為工頻,對2#泵進(jìn)行變頻,變頻器逐漸上升頻率至給定值,加泵依次類推;如用水量減小,從先啟的泵開始減,同時根據(jù)PID調(diào)節(jié)器給的調(diào)節(jié)參數(shù)使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。若有電源瞬時停電的情況,則系統(tǒng)停機(jī);待電源恢復(fù)正常后,系統(tǒng)自動恢復(fù)運(yùn)行,然后按自動運(yùn)行方式啟動1#泵變頻,直至在給定水壓值上穩(wěn)定運(yùn)行。變頻自動功能是該系統(tǒng)最基本的功能,系統(tǒng)自動完成對多臺泵軟起動、停止、循環(huán)變頻的全部操作過程。
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(3)停水模式 為解決短暫停水時的供水問題,利用現(xiàn)有水池,進(jìn)行分時段的供水,并采取低壓小流量供水的方式保證我校師生的基本用水。 (4)其他,利用液位傳感器時時測定水池內(nèi)的蓄水量,控制進(jìn)水閥的啟閉,以保持水量恒定。在系統(tǒng)檢修,水池清洗時可自由切換到手動控制方式。 三 控制原理; 通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力傳感器,把出口壓力信號變成4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC的端口進(jìn)行PID調(diào)節(jié),經(jīng)運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較,得出一調(diào)節(jié)參數(shù),送給變頻器,由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定壓力上;當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時,通過PLC控制切換器進(jìn)行加減泵。根據(jù)用水量的大小由PLC控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速,實(shí)現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時,輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化,這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。。此外,系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)功能,尤其是硬件/軟件備用水泵功能,充分保證了水泵的及時維修和系統(tǒng)的正常供水。.原理框圖如下 四 PLC控制系統(tǒng)   該系統(tǒng)采用的是西門子可編程序控制器S7-200系列,I/O點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn),PLC編程采用STEP7-Micro/WIN它是SIMATIC PLC的視窗軟件支持工具,提供完整的編程環(huán)境,可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試,并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個系統(tǒng)的性價比,系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機(jī)的啟停、定時切換、軟起動、循環(huán)變頻及故障的報警等,而電機(jī)轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由PLC D的PID調(diào)節(jié)和變頻器來控制。 其硬件配置如下 (1)PS307電源模塊,輸入120/230VAC輸出24VDC電源 (2)CPU226,32KB工作存儲器集成64KBRAM MPI接口可與OP7/DP操作面板進(jìn)行通訊 (3)SM221模擬量輸入模塊8通道隔離輸入 (4)SM222模擬量輸出模塊 (5)CP通訊處理模塊可實(shí)現(xiàn)PPI通訊 (6)RS485接口用以PLC與計算機(jī)連接   五 傳感器選用 采用湖南飛騰機(jī)電新技術(shù)實(shí)業(yè)有限公司的FT-1壓力傳感器,F(xiàn)T-1E液位傳感器,均輸出4-20mA的電流信號經(jīng)光偶輸出給PLC 取得壓力和流量信息。 六 變頻器選用 變頻器采用時代集團(tuán)的TVF7-750-P-T3系列水泵專用變頻器,該產(chǎn)品具有矢量控制,過流, 過壓, 欠壓, 變頻器過熱, 變頻器熱保護(hù), 電機(jī)熱保護(hù) 電機(jī)過熱, 失速, 瞬間IGBT關(guān)斷(BX)保護(hù), 保險絲斷, 外部故障, 脈沖編碼器故障, 電子熱保護(hù) 電機(jī)堵轉(zhuǎn) (V/F), 電機(jī)過載(V/F), 變頻器過載保護(hù)等功能。 。 七 注意事項 (1)安全問題,在軟件方面設(shè)置多個保護(hù)環(huán)節(jié),時時檢測系統(tǒng)狀態(tài),安全報警等。硬件方面設(shè)置安全鏈機(jī)械保護(hù),經(jīng)多個閉合觸點(diǎn)組成,包括緊急停車,壓力超上下限開關(guān),水位超上下限開關(guān),電機(jī)過熱保護(hù)繼電器,空載保護(hù)等。安全鏈多個觸點(diǎn)均為常閉觸點(diǎn),其中任一觸點(diǎn)斷開,安全鏈即失效,系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。須排除故障,系統(tǒng)才能進(jìn)行正常工作。 (2)為了飲水衛(wèi)生,蓄水池必須定期清洗消毒 八 結(jié)束語 在供水系統(tǒng)中采用變頻調(diào)速運(yùn)行方式,系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際設(shè)定水壓自動調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加減泵,使供水系統(tǒng)管網(wǎng)中的壓力保持在給定值,以求最大限度的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)資,并使系統(tǒng)處于可靠運(yùn)行的狀態(tài),實(shí)現(xiàn)恒壓供水;減泵時采用“先啟先?!钡那袚Q方式,相對于“先啟后?!狈绞?,更能確保各泵使用平均以延長設(shè)備的使用壽命;同時針對所用三臺泵均已使用多年、需要定期進(jìn)行檢修的實(shí)際情況,增加了硬件/軟件備用功能,有效延長了設(shè)備的使用壽命;壓力閉環(huán)控制,系統(tǒng)用水量任何變化均能使供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力保持給定,大大提高了供水品質(zhì);變頻器故障后仍能保障不間斷供水,同時實(shí)現(xiàn)故障消除后自啟動,具有一定的先進(jìn)性。如果我校采用該系統(tǒng)代替原先的供水方式將在節(jié)電,節(jié)水,節(jié)資方面取得效果明顯。 九 參考文獻(xiàn) 1 陳立定編電器控制與可編程控制器 華南理工大學(xué)出版社2001 2西門子公司 S7-200可編程控制器手冊 2000 3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2000
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