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摘 要 本文介紹了HOLLiAS LM系列小型PLC(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LM)在恒壓變頻供水系統(tǒng)上的應(yīng)用，系統(tǒng)可根據(jù)管網(wǎng)用水需求自動(dòng)實(shí)現(xiàn)3臺(tái)泵的投切轉(zhuǎn)換和工頻/變頻轉(zhuǎn)換，并可根據(jù)儲(chǔ)水罐壓力以PID方式自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行頻率。滿(mǎn)足節(jié)能節(jié)水的環(huán)保理念。

關(guān)鍵詞 PLC;PID;恒壓變頻;供水系統(tǒng)

1 引言

    隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中各類(lèi)小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中重要的一方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到小區(qū)住戶(hù)的正常工作和生活。傳統(tǒng)的供水方式中很多是采用高位水塔方式供水，存在浪費(fèi)水力、電力資源、效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的生活用水。

    本文設(shè)計(jì)一套基于HOLLiAS LM PLC+恒壓頻比變頻器的變頻恒壓供水系統(tǒng)以進(jìn)一步提高變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和節(jié)能性，系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)捷，故障報(bào)警及時(shí)迅速，使得變頻恒壓供水技術(shù)更好的應(yīng)用于小區(qū)的生活用水供給。

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)概述

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    供水系統(tǒng)主要包括的設(shè)備有控制裝置、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器、儲(chǔ)水罐等。

    控制裝置是整個(gè)變頻恒壓供水系統(tǒng)中最重要的組成部分，主要完成各種信號(hào)的采集處理以及結(jié)果的運(yùn)算輸出。通過(guò)變頻器改變交流電的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的控制達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。水泵機(jī)組是水壓的發(fā)生裝置，一般有2到4臺(tái)水泵組成，為供水系統(tǒng)中的用戶(hù)主管網(wǎng)提供壓力。壓力傳感器用于檢測(cè)用戶(hù)主管網(wǎng)的出水壓力，從而控制變頻器的頻率調(diào)節(jié)以及水泵的工作臺(tái)數(shù)。儲(chǔ)水罐主要是對(duì)直接來(lái)自水廠(chǎng)的水起到緩存的作用。

    系統(tǒng)的總體布局圖如圖1所示:

              

                                 圖1 系統(tǒng)的總體布局圖

2.2 變頻工作原理

    圖2是系統(tǒng)的基本框圖，如下：

            


                    圖2 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)框圖

    在工作過(guò)程中，通過(guò)PLC控制取水電動(dòng)閥的啟停將儲(chǔ)水罐的液位保持在一定的范圍內(nèi)。壓力傳感器將用戶(hù)主管網(wǎng)水壓變換為4 20mA的電流信號(hào)，經(jīng)模擬量輸入模塊送入PLC，PLC根據(jù)給定的壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制信號(hào)經(jīng)模擬量輸出模塊至變頻器，調(diào)節(jié)變頻泵的運(yùn)行頻率。當(dāng)用水量大到變頻泵全速運(yùn)行也無(wú)法保證用戶(hù)主管網(wǎng)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生高頻報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下的泵投入工頻運(yùn)行，同時(shí)將下一臺(tái)泵用變頻器起動(dòng)后投入變頻運(yùn)行，以加大供水管網(wǎng)的供水量來(lái)保證恒壓供水的目的。若此時(shí)仍不能滿(mǎn)足要求，則將工作在變頻狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，再將下一臺(tái)泵投入變頻運(yùn)行直至管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量減少時(shí)，產(chǎn)生低頻報(bào)警信號(hào)，PLC則將最先工頻運(yùn)行的泵關(guān)閉以減少供水量，若此時(shí)仍不能滿(mǎn)足要求，則再關(guān)閉下一臺(tái)水泵，乃至只有一臺(tái)水泵工作在變頻狀態(tài)下以達(dá)到恒壓供水的目的。

2.3水泵投切流程

    水泵的投切采取先啟先停、后啟后停、先停先啟、后停后啟的控制原則，從而增加水泵的使用壽命。泵投切的程序流程圖如圖3所示。

          
             圖3 水泵投切流程圖

    通過(guò)對(duì)流程圖的分析，泵的投切控制有三種模式。

    三種模式包括：一臺(tái)泵（變頻泵）、兩臺(tái)泵（一臺(tái)變頻和一臺(tái)工頻）、三臺(tái)泵（一臺(tái)變頻泵和兩臺(tái)工頻泵）。

3 控制系統(tǒng)介紹

3.1 控制系統(tǒng)方案

    系統(tǒng)主要由和利時(shí)LM系列PLC、變頻器MM430、HD2400L可編程文本顯示器、壓力傳感器、液位傳感器、控制接觸器、軟啟動(dòng)器PSS及儲(chǔ)水罐等組成。

    控制系統(tǒng)上位機(jī)采用和利時(shí)HD2000文本顯示器，CPU選用和利時(shí)LM3109 PLC控制器，LM3330采集處理液位和壓力信號(hào)，上、下位機(jī)之間通過(guò)基于MODBUS協(xié)議的RS232串口進(jìn)行通訊。

    下圖4為控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖。
              

                     圖4 控制系統(tǒng)接線(xiàn)圖

3.2控制系統(tǒng)硬件

3.2.1可編程邏輯控制器-PLC

     1）CPU模塊：LM3109模塊的額定工作電壓為AC220V，自帶40點(diǎn)I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出處理。具有1個(gè)RS232和1個(gè)RS485通訊接口，支持專(zhuān)有協(xié)議（僅RS232）/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。

     2）模擬量擴(kuò)展模塊：LM3330提供4通道模擬量輸入和1通道模擬量輸出，輸入范圍0-10V、0-20mA和4-20mA可選，輸出范圍0-10V、0-20mA可選，模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間低于200us，精度可達(dá)0.5%FS。既能完成模擬量信號(hào)輸入處理，也能同時(shí)完成模擬量信號(hào)輸出處理。

     下表1為系統(tǒng)I/O分配表。

     表1 輸入輸出端子分配表

             

3.2.2 人機(jī)界面-HMI

    人機(jī)監(jiān)控部分采用和利時(shí)HD2400L文本顯示器，配以編程軟件來(lái)完成。文本顯示器上可以修改和調(diào)整PID參數(shù)，設(shè)定不同時(shí)段壓力參數(shù)，顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)故障報(bào)警信息。圖5-圖8為上位部分監(jiān)控畫(huà)面。

           

4 結(jié)論

    LM系列PLC豐富的模擬量信號(hào)采集處理能力和自帶的PID運(yùn)算功能保證了變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性。該系統(tǒng)不僅適用于小區(qū)供水，也適用于家庭別墅式的用水需求，節(jié)能環(huán)保，是符合國(guó)家節(jié)能減排環(huán)保理念的一種生活用水控制技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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