風(fēng)光變頻器的小區(qū)恒壓供水控制應(yīng)用實例
發(fā)布時間：2019-08-02 16:21:01來源：
1 引言
本文是針對某生活小區(qū)實際情況，結(jié)合用戶生活 / 消防雙恒壓供水控制的要求，我們進(jìn)行改造的一些心得。現(xiàn)將其中的改造情況介紹如下。
眾所周知，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(jì)和社會意義。
基于上述情況，我公司對某生活小區(qū)供水系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用西門子 PLC 作為主控單元。利用風(fēng)光供水變頻器，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(dá)到恒壓供水的目的。改造提高了系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，得到了良好的控制效果。
2 用戶現(xiàn)場情況
如圖 1 所示，市網(wǎng)自來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 YV1 ，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動向水箱注水。水池的高低水位信號也直接送給 PLC ，作為水位報警。為了保持供水的連續(xù)性，水位上、下限傳感器高低距離較少。生活用水和消防用水共用二臺泵，平時電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，二臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，二臺泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。火災(zāi)結(jié)束后，二臺泵改為生活供水使用。
圖 1 生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)示意圖
現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)如下 :
型號 65-315(I)A
流量 56m 3 /h
揚程 110m
效率 56%
轉(zhuǎn)速 2900r/min
電機(jī)功率 37KW
3 系統(tǒng)控制要求
用戶對二泵生活 / 消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：
⑴ 生活供水時，系統(tǒng)低恒壓運行，消防供水時高恒壓值運行。
⑵ 二臺泵根據(jù)恒壓的需要，采取先開先停的原則接入和退出。
⑶ 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過 1 天，則要切換下一臺泵，系統(tǒng)具有倒泵功能，避免一臺泵工作時間過長。
⑷ 二臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。
⑸ 要有完善的報警功能。
⑹ 對泵的操作要有手動控制功能；手動只在應(yīng)急或檢修時使用。
4 設(shè)備選型
（ 1 ）風(fēng)光 JD-BP32-XF 型供水變頻器
JD-BP32-XF 型是山東新風(fēng)光電子公司推出的專用于供水變頻器，使用空間電壓矢量控制技術(shù)適用于各類自控場合。在恒壓供水中可以采用這類變頻器。 JD-BP32-XF 型變頻器除具有變頻器的一般特性外，還具有以下特性：水壓高、水壓低輸出接口，變頻器運行上限、下限頻率（可以任意設(shè)定），可以方便地進(jìn)行雙壓力控制，內(nèi)置智能 PI 控制，以上功能非常適用于供水控制要求。在本例中選用 JD-BP32-37F （ 37KW ）風(fēng)光供水變頻器拖動用戶水泵。
（ 2 ） PLC 選型
① 控制系統(tǒng)的 IO 點及地址分配
根據(jù)圖 1 所示及控制要求 , 統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的名稱 ， 代碼及地址編號如下表 1 所示。水位上 、 下限信號分別為 I0.1 、 I0.2 。
輸入輸出點 / 代碼及地址編號表 1
名 稱 | 代 碼 | 地址編碼 | |
輸入信號 | 手動和自動消防信號 | SA1 | I0.0 |
水池下限信號 | SLL | I0.1 | |
水池上限信號 | SLH | I0.2 | |
變頻器報警信號 | SU | I0.3 | |
消鈴按鈕 | SB7 | I0.4 | |
試燈按鈕 | SB8 | I0.5 | |
水壓低信號 | SY1 | I0.6 | |
水壓高信號 | SY2 | I0.7 | |
輸出信號 | 1# 泵工頻運行接觸器及指示燈 | KM1,HL1 | Q0.0 |
1# 泵變頻運行接觸器及指示燈 | KM2,HL2 | Q0.1 | |
2# 泵工頻運行接觸器及指示燈 | KM3,HL3 | Q0.2 | |
2# 泵變頻運行接觸器及指示燈 | KM4,HL4 | Q0.3 | |
變頻器開停機(jī)控制 | KA2 | Q0.5 | |
生活 / 消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥、壓力轉(zhuǎn)換 | YV2 KA1 | Q1.0 | |
水池水位下限報警指示燈 | HL5 | Q1.1 | |
變頻器報警指示燈 | HL6 | Q1.2 | |
火災(zāi)報警指示燈 | HL7 | Q1.3 | |
報警電鈴 | HA | Q1.4 | |
② PLC 系統(tǒng)選型
系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點 8 個，開關(guān)量輸出點 10 個 , 選用西門子主機(jī) CPU222 （ 8 入繼電器出） 1 臺，加上擴(kuò)展模塊 EM222 （ 8 繼電器輸出） 1 臺。即可滿足用戶供水控制要求
（ 3 ）壓力傳感器
在供水系統(tǒng)中，壓力傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠(yuǎn)傳壓力表。在本例中采用遠(yuǎn)傳壓力表，壓力表相應(yīng)接線端子接到變頻器主控板 3 腳、 4 腳、 5 腳即可。
5 電氣控制系統(tǒng)原理圖
電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及 PLC 外圍接線圖三部分。
（ 1 ）主電路圖
如圖 2 所示為電控系統(tǒng)主電路。二臺電機(jī)分別為 M1 、 M2 。接觸器 KM1 、 KM3 ，分別控制 M1 、 M2 的工頻運行；接觸器 KM2 、 KM4 ，分別控制 M1 、 M2 的變頻運行； FR1 、 FR2 分別為二臺水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器； QS1 、 QS2 和 QS3 分別為變頻器和二臺泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)； FU1 、 FU2 為主電路的熔斷器； BPQ 為風(fēng)光供水專用變頻器。
圖 2 主電路圖
（ 2 ）控制電路圖
如圖 3 所 示為電控系統(tǒng)電路。圖中 SA 為手動 / 自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA 打在 1 的位置為手動控制狀態(tài)，打在 2 的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕 SB1~SB6 控制二臺泵的起 / 停和電磁閥 YV2 的通 / 斷；自動運行時，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運行。
圖中的 HL8 為自動運行狀態(tài)電源指示燈。
圖 3 電控系統(tǒng)控制電路圖
（ 3 ） PLC 接線圖
下圖 4 所示為 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖。火災(zāi)時，火災(zāi)信號 SA1 被觸動， I0.0 為 1 。
圖 4 雙恒壓供水控制系統(tǒng)及擴(kuò)展模塊的外圍接線圖
6 系統(tǒng)程序設(shè)計
（ 1 ）程序中使用的 PLC 內(nèi)部器件及功能，如下表 2 所示：
表 2
器件地址 | 功 能 | 器件地址 | 功 能 | |
VB400 | 變頻工作泵的泵號 | M0.4 | 復(fù)位當(dāng)前變頻泵運行脈沖 | |
VB401 | 工頻運行泵的臺數(shù) | M0.5 | 當(dāng)前泵工頻運行啟動脈沖 | |
VD410 | 倒泵時間存儲器 | M0.6 | 新泵變頻啟動脈沖 | |
T33 | 工 / 變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 | M2.0 | 泵工 / 變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 | |
T34 | 工 / 變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 | M2.1 | 泵工 / 變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 | |
T37 | 工頻泵增泵判斷時間控制 | M2.2 | 泵工 / 變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 | |
T38 | 工頻泵減泵判斷時間控制 | M3.0 | 故障信號匯總 | |
T39 | 工 / 變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 | M3.1 | 水位下限故障邏輯 | |
M0.0 | 故障結(jié)束脈沖信號 | M3.2 | 水位下限故障消鈴邏輯 | |
M0.1 | 泵變頻啟動脈沖 | M3.3 | 變頻器故障消鈴邏輯 | |
M0.2 | - | M3.4 | 火災(zāi)消鈴邏輯 | |
M0.3 | 倒泵變頻啟動脈沖 |
生活 / 消防雙恒壓的兩個恒壓值是我公司生產(chǎn)的風(fēng)光供水專用變頻器直接設(shè)定的。在本實例中，根據(jù)用戶要求，生活壓力設(shè)定為 0.35MPa, 消防壓力設(shè)定為 0.60MPa 。
壓力低、壓力高信號分別由變頻器內(nèi)部主控板 14 腳、 15 腳給出。
供水運行下限頻率、供水運行上限頻率由變頻器程序設(shè)定。在本系統(tǒng)中，運行下限頻率設(shè)為 20Hz, 運行上限頻率設(shè)為 50Hz 。
（ 2 ）系統(tǒng) PLC 控制程序如下：
7 結(jié)束語
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)在小區(qū)已普遍使用。用變頻器來實現(xiàn)恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點是非常明顯的。節(jié)能效果十分顯著，啟動平穩(wěn)，啟動電流小，避免了電機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，延長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動和停機(jī)時的水錘效應(yīng)。供水控制系統(tǒng)提高了小區(qū)的供水質(zhì)量。各項控制指標(biāo)達(dá)到了用戶的要求。風(fēng)光變頻器在小區(qū)恒壓供水改造效果是明顯的，改造是成功的。
參考文獻(xiàn)
[1] 山東新風(fēng)光電子用戶使用手冊 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。
作者簡介
楊國奎 (1978-) 男 畢業(yè)于山東大學(xué)自動化專業(yè) , 現(xiàn)在山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司從事低壓變頻器的研制工作。