水泵機(jī)組全自動(dòng)變頻調(diào)壓PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行總結(jié)-工業(yè)控制
1 引言
汕頭市澄海區(qū)第一水廠送水泵房共有六臺(tái)送水機(jī)泵，包括55kW、75kW、110kW三種不同功率的機(jī)泵各兩臺(tái)。由于用戶用水量具有一定的隨機(jī)性，如果只靠啟動(dòng)和停止機(jī)泵來(lái)保持供水壓力，這樣很難滿足隨時(shí)變化的供水要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在水廠的生產(chǎn)成本中，送水機(jī)泵運(yùn)行用電成本占了很大的比例。為降低電耗，保證供水質(zhì)量，受用戶委托對(duì)送水泵房水泵機(jī)組實(shí)施全自動(dòng)變頻調(diào)壓PLC控制。全自動(dòng)變頻調(diào)壓PLC控制系統(tǒng)主要采用變頻調(diào)速技術(shù)，它具有恒定水壓，降低能耗等顯著優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)集現(xiàn)代先進(jìn)電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高效節(jié)能技術(shù)。
2 系統(tǒng)介紹
全自動(dòng)變頻調(diào)壓PLC控制系統(tǒng)主要由一套可編程控制器PLC和一臺(tái)變頻器組成。PLC對(duì)管道壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)壓力偏差值由PID閉環(huán)控制算法得出一調(diào)節(jié)參量，控制變頻器輸出頻率從而控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，以及根據(jù)壓力差值的大小等條件自動(dòng)選定工作機(jī)泵的類型和數(shù)量，使管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力一致。
根據(jù)工藝要求，為達(dá)到既降低電耗，又避免頻繁啟停機(jī)泵，選擇110kW的機(jī)泵與變頻器組成調(diào)速泵，其余機(jī)泵作為定速泵。在一臺(tái)變頻器下的兩臺(tái)110kW的機(jī)泵加裝電氣互鎖控制，防止兩水泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。
系統(tǒng)兼有手動(dòng)和自動(dòng)操作功能，可根據(jù)不同的需要，選擇不同的工作方式。手動(dòng)時(shí)，頻率輸出由變頻器的操作器設(shè)置，自動(dòng)時(shí)，頻率輸出由PLC根據(jù)管道壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。
3 系統(tǒng)特點(diǎn)
(1)自動(dòng)控制水泵轉(zhuǎn)速
實(shí)時(shí)讀入管網(wǎng)壓力值，與設(shè)定值比較，由PID控制算法得出一調(diào)節(jié)參量，控制變頻器輸出頻率，從而控制調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。
(2)自動(dòng)運(yùn)行泵的類型和臺(tái)數(shù)
當(dāng)用水量較少時(shí)，調(diào)速泵調(diào)頻變速工作，保持干管水壓恒定。當(dāng)用水量超過(guò)調(diào)速泵的工頻流量，水壓降低時(shí)，變頻器先把頻率降低到70％，控制調(diào)速泵運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)PLC增開(kāi)定速泵，泵的類型和數(shù)量可以根據(jù)當(dāng)前的壓力差和用水量的歷史曲線決定，增開(kāi)定速泵后，調(diào)速泵的運(yùn)行頻率則根據(jù)壓力差進(jìn)行調(diào)整，使干管壓力接近設(shè)定值。如當(dāng)用水量減少時(shí)，變頻器降低調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，當(dāng)頻率降低到40%時(shí)，相應(yīng)地關(guān)閉定速泵，然后調(diào)整調(diào)速泵的頻率，使干管壓力接近設(shè)定值；停泵時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的壓力差和用水量的歷史曲線決定所停的泵的類型和數(shù)量。當(dāng)水壓達(dá)不到要求，系統(tǒng)在開(kāi)停泵時(shí)都應(yīng)采取延時(shí)處理，避免出現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)頻繁切換機(jī)泵的情況。
(3)最大限度利用原有設(shè)備，減低投資成本。
4 變頻調(diào)壓的節(jié)能原理
為適應(yīng)用戶用水量的變化，調(diào)節(jié)出水流量，現(xiàn)通常采用兩種方法來(lái)完成流量的連續(xù)調(diào)節(jié)。一種是利用控制閥或節(jié)流閥進(jìn)行節(jié)流，以改變出水流量；另一種是泵的調(diào)速控制，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變出水流量。圖l為水泵調(diào)速時(shí)的全揚(yáng)程特性(H—Q)曲線。
用閥門控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q0減小到Q1，必須降低閥門開(kāi)度。這時(shí)閥門的磨擦阻力變大，阻力曲線從R移到R’，揚(yáng)程則從H0上升到Hl，運(yùn)行工況點(diǎn)從A點(diǎn)移到B點(diǎn)。
用調(diào)速控制時(shí)，當(dāng)流量要求從Q0減小到Q1，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度從N100降到N80，運(yùn)行工況點(diǎn)則從A點(diǎn)移到C點(diǎn)，揚(yáng)程從H0下降到H2。
根據(jù)離心泵特性曲線公式：
P=QHr／102η (1)
式中：P——水泵使用工況軸功率(kW)；Q——使用工況點(diǎn)的水壓或流量(m3／s)；H——使用工況點(diǎn)的揚(yáng)程(m)；r——輸出介質(zhì)單位體積重量(kg/m3)；η——使用工況點(diǎn)的泵效率(％)可得出運(yùn)行在B點(diǎn)泵的軸功率和C點(diǎn)泵的軸功率分別為：
由(4)式看出，用閥門控制流量時(shí)，有△P功率被損耗浪費(fèi)掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個(gè)損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制流量時(shí)，根據(jù)流量Q、揚(yáng)程H、功率P和轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系，有：
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