喬伊絲W200系列PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計
背景:
隨著控制技術(shù)的發(fā)展與完善,變頻器及PLC在各個行業(yè)的應(yīng)用愈來愈廣,PLC與變頻器的可靠性與靈活性得到了用戶的認(rèn)可。同時傳統(tǒng)的水塔供水方式暴露了很多缺點:水的二次污染,用水高低峰的不平衡,管道閥門易損壞,維修保養(yǎng)費用過高等等。在此條件下各種恒壓供水方式應(yīng)運而生,其中由變頻器、PLC控制的方式尤為普遍,這種方式的特點:系統(tǒng)穩(wěn)定,功能強大,變頻器用于供水更加節(jié)能,所以廣泛應(yīng)用在多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)中,現(xiàn)在好多場合也有應(yīng)用,比如中央空調(diào)系統(tǒng)、供水加壓站、集中供熱等,這種方式經(jīng)受了時間的考驗,已有很多的應(yīng)用實例。
一、引言 恒壓供水系統(tǒng)對于生活小區(qū)是非常重要的,例如在生活小區(qū)供水過程中,若自來水供水因故壓力不足或短時斷水,可能影響居民生活。又如當(dāng)發(fā)生火警時,若供水壓力不足或無水供應(yīng),不能迅速滅火,可能引起重大損失和人員傷亡。所以,生活小區(qū)采用生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng),具有較大的經(jīng)濟和社會意義。 基于上述情況,采用喬伊絲自動化W200系列PLC, 作為主控單元。利用供水變頻器,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)可快速調(diào)整供水系統(tǒng)的工作壓力,達到恒壓供水的目的。
該系統(tǒng)采用PLC作為控制中心,完成PID閉環(huán)運算、多泵上下行切換、顯示、故障診斷等功能,由變頻器調(diào)速方式自動調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速,達到恒壓供水的目的。
二、系統(tǒng)組成:
1、原理框圖:參見圖一所示。
圖一、恒壓供水原理框圖
2、系統(tǒng)概述:
該系統(tǒng)由四臺大泵(22KW)與一臺小泵(5.5KW)組成;PLC采用喬伊絲自動化W200系列可編程控制器CPU226,7寸人機界面HMI0700A,變頻器功率22KW。
用戶所需的生活用水壓力、消防用水壓力、運行方式等參數(shù)在HMI0700人機界面上設(shè)定,壓力傳感器把用戶管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)換為0-10V標(biāo)準(zhǔn)信號送進PLC模擬量模塊EM235,PLC通過采樣程序及PID閉環(huán)程序與用戶設(shè)定壓力構(gòu)成閉環(huán),運算后轉(zhuǎn)換為PLC模擬量輸出信號送給變頻器,調(diào)節(jié)水泵電機轉(zhuǎn)速,達到恒壓供水的目的。
該系統(tǒng)有各個泵的運行時間累計功能,通過PLC的數(shù)據(jù)區(qū)保持可以斷電記憶。每次起動時先起動1#小泵,當(dāng)用水量超過一臺泵的供水能力時,PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時上行切換,切換原則為當(dāng)前未運行的大泵累計運行時間最少的先投入;當(dāng)壓力超過時,PLC通過程序?qū)崿F(xiàn)泵的延時下行切換,切換原則為當(dāng)前正在運行的大泵運行時間最多的先撤出。直到滿足設(shè)定壓力為止。追求的最終目標(biāo)為壓力恒定。
當(dāng)供水負(fù)載變化時,變頻器的輸出電壓與頻率變化自動調(diào)節(jié)泵的電機轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)恒壓供水。
系統(tǒng)還可通過PLC的實時時鐘自動定時供水,用戶在HMI0700A觸摸品上上設(shè)定每天最多6段(段數(shù)也可設(shè)定)定時供水,比如早上6:00到8:30,中午11:20到1:30等。
系統(tǒng)可動態(tài)顯示各種參數(shù),如設(shè)定壓力,運行壓力,水位高度,運行方式,實時時間,日歷,各個泵的運行時間累計(精確到秒),運行狀態(tài),故障信息等等。為了不使系統(tǒng)中HMI0700A畫面顯得死板,在PLC程序中控制HMI0700A中的畫面定時切換,動態(tài)顯示;
系統(tǒng)還有故障自診斷功能,各泵發(fā)生過載、缺相、短路、傳感器斷線、傳感器短路、水位下限、水壓超高、水壓超低、變頻器故障等,都會有聲光報警,HMI0700A上同時顯示故障類型,通知設(shè)備維修人員處理,并可記憶故障發(fā)生時間及班次,以便追查原因及相關(guān)責(zé)任。
3、工作原理:
3.1 自動手動方式
(1)手動運行時,可按下按鈕起動停止水泵在工頻狀態(tài)下運行,完全脫離開PLC及變頻器的控制,該功能主要用在檢修及自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的應(yīng)急供水方式中。
(2)自動運行時,全部泵的運行依程序自動工作。
上行過程:當(dāng)在自動運行方式時,按下HMI0700A上的起動軟健,系統(tǒng)先起動1#小泵,PLC程序控制模擬量模塊EM235給定變頻器一固定頻率輸出,此時若用PID運算輸出直接控制變頻器則(設(shè)定壓力大,運行壓力為零,所以運算輸出最大)變頻器依設(shè)定的上升時間運行,升速太快,系統(tǒng)沖擊很大。等泵運行一會兒,管網(wǎng)壓力積累后,再用PID運算輸出控制變頻器。具體時間和頻率與管網(wǎng)系統(tǒng)有關(guān),在現(xiàn)場調(diào)試時這兩個參數(shù)在HMI0700A上設(shè)定調(diào)整。管網(wǎng)越大,時間越長。
當(dāng) 1#小泵到達50HZ后,系統(tǒng)壓力仍偏低,則延時一段時間后,系統(tǒng)靠PLC程序把1#泵切換到工頻運行,同時由PLC輸出一個開關(guān)量給變頻器的MRS端子,變頻器瞬間禁止輸出,此時PLC把運行時間最少的泵變頻接觸器接通后,撤掉禁止輸出,相應(yīng)的泵變頻起動運行;延時切斷1#小泵,系統(tǒng)中相應(yīng)的一臺大泵變頻運行,壓力自動調(diào)節(jié),若系統(tǒng)壓力平衡,則頻率穩(wěn)定在一個相對的范圍,若頻率到達50HZ后壓力仍然偏低,則再投入一臺大泵,比較剩下的泵的累計運行時間,時間少的先行投入,以此類推。注意,上行中,只要有一臺大泵運行,則1#小泵要斷開,大泵與小泵同時運行時,小泵的效率很低。
下行過程:當(dāng)系統(tǒng)壓力偏高,變頻器運行在18HZ左右(18HZ以下泵的效率很低,經(jīng)驗值)時,PLC程序判斷運行在工頻狀態(tài)的泵累計運行時間(若只有一臺泵不作判斷),運行時間最多的泵延時先行撤出,在撤出的瞬間,PLC控制變頻器運行頻率在50HZ,要不系統(tǒng)沖擊過大,容易有水垂現(xiàn)象,延時一會兒后,再把 PID運算輸出投入即可;以此類推。注意:下行過程中,到最后一臺大泵運行時,頻率在18HZ左右,系統(tǒng)壓力仍然偏高時,則把1#小泵切換到變頻運行。這種情況在夜間可能發(fā)生,當(dāng)供水管網(wǎng)很大時,也許沒有這個可能性。
三、注意事項:
1、該系統(tǒng)中有泵的工頻變頻上行切換,為了系統(tǒng)的快速響應(yīng),切換時間最好越短越好,切換時時間差很小,所以各個泵的變頻接觸器與工頻接觸器最好用可逆接觸器,電氣線路與PLC程序中也要有互鎖功能。以免發(fā)生意外短路事故。對系統(tǒng)或變頻器造成危害。
2、變頻器上行下行切換時間設(shè)定,如果設(shè)定值過大,則系統(tǒng)不能迅速對管網(wǎng)的用水量做出反應(yīng);如果設(shè)定值過小,則可能引起系統(tǒng)頻繁的投入泵,撤出泵的動作;為此,PLC程序中增加判斷設(shè)定壓力與運行壓力在臨界切換狀態(tài)時,只要不超過允許的誤差范圍內(nèi),不做泵的切換。
3、變頻器在上行切換時,必須要有瞬間禁止輸出功能,變頻器沒有此功能可用自由停車功能;所以選擇變頻器時要注意這點。
四:結(jié)論:
本文介紹了PLC控制恒壓供水的一種實現(xiàn)方法,該系統(tǒng)由于采用喬伊絲自動化科技WESLEY-200PLC充分發(fā)揮PLC可靠性高、調(diào)試方便和使用靈活等的優(yōu)點,大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,降低設(shè)計成本,提高產(chǎn)品的可靠性,并且使生產(chǎn)效率增加。由于該系統(tǒng)設(shè)計合理,運行至今,系統(tǒng)穩(wěn)定,性能可靠,得到了用戶的肯定和好評。
提交
喬伊絲自動化觸摸屏人機界面編程軟件
喬伊絲自動化JOYCE-CP243 I工業(yè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器使用手冊
喬伊絲自動化PLC、觸摸屏選型手冊V3.8
喬伊絲自動化科技人機界面選型手冊
喬伊絲自動化300系列PLC擴展模塊選型手冊