PLC技術(shù)下變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與使用,給排水工程論文

PLC技術(shù)下變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與使用,給排水工程論文內(nèi)容摘要：城市用水量在不同時(shí)間段有較大波動(dòng),而供水壓力僅依靠人工操作存在不穩(wěn)定性。為知足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用水需求,提高供水系統(tǒng)穩(wěn)定性,各類(lèi)工業(yè)供水系統(tǒng)中越來(lái)越多的使用可編程控制器(PLC)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)供水系統(tǒng)水壓。文章簡(jiǎn)單介紹了PLC控制技術(shù),并提供了一種新型變頻恒壓供水的系統(tǒng)方案;再結(jié)合本市現(xiàn)有供水系統(tǒng)構(gòu)造,對(duì)PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究,設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)具有低成本、高穩(wěn)定性、寬流量范圍、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：plc;供水系統(tǒng);變頻;恒壓;我們國(guó)家的供水系統(tǒng)尤其是城市供水、建筑供水、工業(yè)循環(huán)供水等領(lǐng)域的建設(shè)一直不完善,由于自動(dòng)化程度普遍較低,致使大量資源浪費(fèi),且供水系統(tǒng)工作中常有不穩(wěn)定、操作煩瑣等缺點(diǎn)[1]。供水系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施中的一大關(guān)鍵組成部分,其變頻恒壓能力決定了城市供水的穩(wěn)定性。為知足城市日益增長(zhǎng)的用水需求,并提高供水系統(tǒng)穩(wěn)定性,實(shí)如今負(fù)荷低峰有效節(jié)約水資源浪費(fèi),急需一種自動(dòng)的變頻恒壓供水系統(tǒng)[2]。PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)作為一種新型供水系統(tǒng),融合自動(dòng)控制、電氣設(shè)計(jì)等技術(shù)于一身,經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用的證明具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與操作優(yōu)勢(shì)。根據(jù)很多學(xué)者對(duì)供水行業(yè)的調(diào)查,城市的供水功耗在采用變頻調(diào)速技術(shù)后明顯降低,并且供水穩(wěn)定性得到了有效提升。尤其在使用幾年之后,能夠使由于冗余設(shè)計(jì)以及用量變化設(shè)計(jì)時(shí)浪費(fèi)的電能都能夠節(jié)省下來(lái)。很多使用案例表示清楚,基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)減少了設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械磨損和噪聲,降低設(shè)備的損耗,提升了設(shè)備的使用壽命。本文基于本市原有供水系統(tǒng)構(gòu)造,結(jié)合PLC技術(shù),對(duì)PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究。1PLC變頻恒壓系統(tǒng)概述PLC即可編程控制器,作為一種工業(yè)控制裝置,由于其工作可靠易編程的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)系統(tǒng)控制領(lǐng)域。當(dāng)前常用的變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由壓力傳感器、水位傳感器、PLC、控制器、若干水泵和若干水閥組成[3]。華而不實(shí),PLC與變頻器組成了PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的控制部分,根據(jù)水壓的高低控制供水,到達(dá)在城市對(duì)供水有不同需求的時(shí)間段穩(wěn)定水流量和節(jié)約電能的目的[4]。PLC與變頻器組成的控制部分一般實(shí)現(xiàn)方式方法為:首先,供水系統(tǒng)出水管上的壓力表產(chǎn)生電壓信號(hào);電壓信號(hào)再經(jīng)過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊后得到數(shù)字量再送入PLC;PLC內(nèi)部使用PID運(yùn)算后,輸出變頻參考量;此變頻參考量經(jīng)過(guò)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后,得出變頻模擬量;最后,將此變頻模擬量傳送到變頻器中,進(jìn)而控制其輸出頻率的變化。PLC變頻恒壓供水設(shè)備的供水方式一般為多泵并聯(lián),相較于傳統(tǒng)供水系統(tǒng),其運(yùn)行的水泵數(shù)量的多少是由用水量的大小決定的。當(dāng)用戶用水量在比擬小的情況下,能夠少量泵通過(guò)變頻工作,當(dāng)用戶用水量在略微增加的情況下,僅自動(dòng)增加泵的頻率而不用開(kāi)啟多余泵。本文基于根據(jù)一種簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了閉環(huán)的水泵頻率控制系統(tǒng)[5],如此圖1所示。外環(huán)為壓力反應(yīng)閉環(huán)控制,內(nèi)環(huán)為水泵轉(zhuǎn)速反應(yīng)閉環(huán)控制作。根據(jù)常規(guī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論,基于多變量預(yù)測(cè)控制理論,配對(duì)恒壓供水系統(tǒng)中的變量以進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中的壓力控制器和轉(zhuǎn)速控制器,當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí),控制系統(tǒng)中所有泵以一樣的趨勢(shì)改變轉(zhuǎn)速,使轉(zhuǎn)速基本保持一致。壓力值知足要求后,壓力控制器輸出不變,轉(zhuǎn)速控制器分別對(duì)各個(gè)泵進(jìn)行控制,即各個(gè)泵分別對(duì)本身的轉(zhuǎn)速變化進(jìn)行測(cè)量,并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的PID調(diào)節(jié)。由于轉(zhuǎn)速副回路包含了電源電壓等大部分?jǐn)_動(dòng),所以,能有效減少進(jìn)入控制環(huán)節(jié)的擾動(dòng),也能優(yōu)化控制經(jīng)過(guò),因而能提高供水系統(tǒng)流量穩(wěn)定性。圖1PCL控制原理圖2恒壓供水系統(tǒng)特性為了更好地設(shè)計(jì)供水系統(tǒng),必須從系統(tǒng)的工作特性出發(fā),考慮幾個(gè)重要因素對(duì)供水系統(tǒng)的影響。供水系統(tǒng)的工作特性主要是揚(yáng)程特性和管阻特性,華而不實(shí)揚(yáng)程特性由供水系統(tǒng)本身決定,管阻特性則取決于供水管道對(duì)流體的阻力[6]。以流量為橫坐標(biāo),以揚(yáng)程為縱坐標(biāo),能夠?qū)P(yáng)程特性和管阻特性以曲線的形式表示在坐標(biāo)系中。對(duì)于揚(yáng)程特性,由于此特性由供水系統(tǒng)本身決定,所以是一種固有特性,對(duì)于使用固定水泵的供水系統(tǒng)來(lái)講其揚(yáng)程特性曲線比擬固定,曲線僅在水泵轉(zhuǎn)速n改變時(shí)會(huì)發(fā)生一定偏移;對(duì)于管阻特性,此特性供水管道是對(duì)流體的阻力,是對(duì)管網(wǎng)的固有特性,對(duì)于鋪設(shè)完畢的供水網(wǎng)絡(luò)其數(shù)值保持固定,即該特性被固化,只要供水網(wǎng)絡(luò)使用的閥門(mén)開(kāi)度改變時(shí)會(huì)使該曲線發(fā)生偏移。對(duì)于某一特定的供水系統(tǒng),其揚(yáng)程特性和管阻特性相對(duì)固定。揚(yáng)程特性即水泵的供水能力,繪制為曲線表現(xiàn)為揚(yáng)程隨流量的增加而減小;管阻特性即用戶的用水能力,繪制為表現(xiàn)為揚(yáng)程隨流量的增加而增加。將兩種特性曲線繪制在同一揚(yáng)程供水流量坐標(biāo)系中,如此圖2所示。供水系統(tǒng)的最優(yōu)工作點(diǎn)即兩特性曲線的交點(diǎn),該點(diǎn)代表了供水系統(tǒng)供水流量和用水流量的平衡點(diǎn)。圖2系統(tǒng)工作點(diǎn)特性曲線3供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)本市當(dāng)前使用的供水系統(tǒng),可簡(jiǎn)化為變頻器控制水泵頻率,增加或減少運(yùn)行水泵的數(shù)量。在原有系統(tǒng)中增加PLC控制后的變頻恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)造如此圖3所示。操作者通過(guò)控制部分的儀表和開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和控制供水系統(tǒng)運(yùn)行[7]。通過(guò)安裝在水管外部的壓力表,將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入壓力傳感器,輸入控制電柜中的,由PLC將接收到的壓力信號(hào)送入PID模塊做運(yùn)算處理,PID模塊比擬初始信號(hào)與運(yùn)算結(jié)果送入PLC的CPU模塊做頻率運(yùn)算,最后將頻率運(yùn)算結(jié)果發(fā)給變頻器,控制電機(jī)調(diào)整水泵功率,實(shí)現(xiàn)一輪系統(tǒng)控制。當(dāng)用戶用水量在增加的情況下,水泵運(yùn)行的頻率會(huì)隨著用水量增加。當(dāng)工作中的泵功率到達(dá)上限且供水壓力沒(méi)有到達(dá)預(yù)設(shè)范圍時(shí),新啟動(dòng)一個(gè)泵,并根據(jù)上述經(jīng)過(guò)調(diào)整水壓。用戶用水量在減少的情況下,水泵運(yùn)行頻率會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié),直到降至下限運(yùn)行頻率和關(guān)閉多余泵。為了合理確定供水系統(tǒng)的上限和下限頻率,需要對(duì)應(yīng)水泵的額定頻率。在傳統(tǒng)供水系統(tǒng)中,水泵上限頻率為額定頻率,但由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的變頻器具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償調(diào)節(jié)能力,所以在恒壓供水系統(tǒng)的實(shí)際使用情況下,水泵在變頻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速要高于工頻運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速,使得水泵和電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加,因而泵的上限頻率應(yīng)當(dāng)略小于額定頻率。而供水系統(tǒng)的下限頻率,取決于泵的性能,當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速過(guò)低,會(huì)出現(xiàn)水泵的揚(yáng)程小于基本揚(yáng)程,水泵出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象即到達(dá)供水系統(tǒng)下限頻率。圖3基于PLC的簡(jiǎn)化供水系統(tǒng)示意圖相比原有系統(tǒng),PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)在用水量高峰時(shí),水泵頻率升高,水泵數(shù)量增加,供水量增大;在用水量低峰時(shí),水泵頻率降低,水泵數(shù)量減少,供水量降低,其水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)減慢,供水量也會(huì)減小。進(jìn)而保證用戶的用水需求,實(shí)現(xiàn)用多少水,供給多少水,在負(fù)荷低峰節(jié)約能源浪費(fèi)。4系統(tǒng)使用要求與效果PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)作為一個(gè)完好的城市供水系統(tǒng),必須保證其供水質(zhì)量和效率。該系統(tǒng)在運(yùn)行經(jīng)過(guò)中實(shí)現(xiàn)功能依靠變頻器。由于變頻器是通過(guò)參數(shù)設(shè)定才能夠展開(kāi)工作,所以,變頻器在選擇經(jīng)過(guò)中需要具有科學(xué)性。變頻器的主要作用是控制水泵電機(jī),必須充分考慮變頻器多臺(tái)泵循環(huán)變頻、固定方式切換、最大電壓、最大頻率等功能,同時(shí)要具有節(jié)能、穩(wěn)定、安全的特點(diǎn)。除了知足基本供水功能,PLC恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含運(yùn)行變頻器的啟動(dòng)控制、工頻轉(zhuǎn)換器、監(jiān)控報(bào)警、熱機(jī)保衛(wèi)、故障復(fù)位等。啟動(dòng)控制部分必須結(jié)合手動(dòng)運(yùn)行控制方式和自動(dòng)運(yùn)行控制方式,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常運(yùn)行時(shí),便需要手動(dòng)運(yùn)行控制方式及時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的異常。監(jiān)控報(bào)警部分能對(duì)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控,如運(yùn)行頻率、運(yùn)行功率、輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流等變頻器的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)必須處于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控下。當(dāng)主要參數(shù)超過(guò)報(bào)警值,系統(tǒng)能根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的信號(hào)來(lái)進(jìn)行分析判定并采取必要的處理結(jié)果,避免事故的發(fā)生。5結(jié)束語(yǔ)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的加速和當(dāng)代工業(yè)設(shè)施的建設(shè),對(duì)我們國(guó)家供水系統(tǒng)提出了更高層次的要求,尤其是城市供水、建筑供水、工業(yè)循環(huán)供水等領(lǐng)域,急需更高層次的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本文基于本市原有供水系統(tǒng)構(gòu)造,結(jié)合PLC技術(shù),對(duì)PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究。相比原有系統(tǒng),PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)在用水量高峰時(shí),水泵頻率升高,水泵數(shù)量增加,供水量增大;在用水量低峰時(shí),水泵頻率降低,水泵數(shù)量減少,供水量降低,其水泵的轉(zhuǎn)速相應(yīng)減慢,供水量也會(huì)減小。通過(guò)使用PLC變頻恒壓供水系統(tǒng),能提高供水穩(wěn)定性同時(shí)節(jié)約能源浪費(fèi),具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與操作優(yōu)勢(shì)。以下為參考文獻(xiàn)[1]楊居源.變頻恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].吉林水利,2022,(2):54-56.[2]袁鈺琪,高健桐.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)家參謀,2022(24):163.[3]王學(xué)林.基于PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2022(17):194-195.[4]