变频调速给水设备厂家对PLC与变频器控制系统的设计方案

变频调速给水设备系统简介

    为改善生产环境，中赢公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。

    鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的。

变频调速给水设备系统方案

    系统主要由公司的PLC控制器、ABB公司的变频器、施耐德公司的软启动器、电机保护器、数据采集及其辅助设备组成（见图1）。

    2.1 抽水泵系统

    整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作在50HZ，管网压力仍然低于系统设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。一次主电路接线示意图见图2所示。

    系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好使用条件，达到延长电机的使用寿命的目的。

    系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机制正常运转工况。

    系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。

    2.2 公司内不同压力供水需求的解决

    为稳定可靠地满足公司内部分区域供水太力（0.4~0.45Mpa）低于主管网水压力（0.8~0.9Mpa）的要求，配备稳压减压阀来调节，可调范围为0.1~0.8Mpa。

    2.3 加压泵系统

    由于抽水泵房距离高位水池较远，直接供水到高位水池抽水泵的扬程不足，为此在距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房，配备立式离心泵两台（一用一备）电机功率为75KW，扬程36米。该加压泵的控制系统需考虑以下条件：

    （1）若高位水池水位低和主管有水，则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水；

    （2）若高位水池水位满且主管有水，则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀；

    （3）若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水， 须开启出水电动蝶阀由高位水池向主管补充不。

    像抽水泵一样，我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器，确保加压泵长期可靠地运转，同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。

    为保证整个主水管网的恒压供不，当高位水池满且主水管有水时，加压泵停止，此时主管压力将“憋压”， 终导致主管压力上升，并将此压力传递到抽水泵房，抽水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制，进而达到整个主管网的恒压供水，这是整个控制系统设计的关键。

变频调速给水设备系统实现功能

    3.1 全自动平稳切换，恒压控制

    主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。

    当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在 低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到  后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。控制系统图见图3。

    3.2 半自动运行

    当PLC系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。

    3.3 手动

    当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以手动工频方式运行。

    4 实施效果

    实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的自动控制的 经济结构，在软件设计中充分考虎变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击，每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限频率及数字PID控制的上下限控制点的设定对系统的误差范围也有不可忽视的作用。

    ①采用变频恒压供水，消除了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。

    ②用稳压减压阀经济地解决了不同用水压力的问题。

    ③拓宽运用变频恒压控制原理，较好地解决了加压泵房与抽水泵房的远程通讯总是并达到异地连锁控制的目的。

    ④在抽水泵房设置连续液位显示，并将信号传与PLC，防止泵缺水烧坏电机，设定的取水位置，确保水的质量。

    ⑤电机既有电机保护器，又有软起动器，克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命。

    ⑥由于采用PLC控制的压力自动控制，可以实现无人远程操作，系统的PLC预留有RS485接口，可与公司总调度室计算机网络进行连接。

    ⑦由于系统采用闭环恒压控制，电机在满足主水很容易网的压力的前提下，节能效果显著，年节电61万度，折合为人民币36万元。

    ⑧通过采用变频器控制，可在不同季节、节假日、日夜及上下班等全面调控水量，按日节水100吨计，则年可节水36500吨。

变频调速给水设备简介

     水泵调速是目前较有效、较理想的水泵节能措施。20世纪自80年代以来，水泵调速技术迅速发展，采用较多的有可控硅串级调速，液力耦合调速、电磁调速和变频调速等技术。变频调速给水设备目前应用较广。在应用中应合理选用，使其在高度有效区工作，因地制宜，发挥其应有的节能效果

变频调速给水设备特点及适用范围

     变频调速给水设备时单设水泵给水的方式之一，不同点在于水泵是调速的。（变频调速）在一般情况下，设备没有水量调节和储存功能，因此电源 须可靠，可采用双电源或双回路供电。水泵的选型应按设计秒流量及所需供水扬程确定。根据系统实际用水量的变化即通过系统压力的变化改变水泵的供电频率，从而改变水泵的转速达到自动调节水泵的出水量。

变频调速给水设备适用范围：凡需要增压的给水系统及热水系统均可选用变频调速给水设备。水泵运行宜采用自灌式启动。 生活、生产给水系统的变频调速给水设备可不设水箱。

变频调速给水设备特点

1）变频调速给水设备优点

      （1）可调节水泵出水量，适用水量的变化通过压力、流量的信号，经变频器适用变频率变化进而改变水泵转数，达到调节水泵出水量的目的。

      （2）节约电能，水泵的供水曲线可以和管网的用水曲线相吻合，水泵机组实行软启动，电流冲击小可达到节电目的。

      （3）变频调速恒压变量给水设备，供水压力一直被控制在设定的压力下，不会出现用水小时管网压力超过设定压力的现象。

      （4）节约材料，节省占地面积，较其他增压给水设备减少了气压水罐，高位水箱或水塔等，节省了材料和相应的建筑面积。

      （5）管理方便、维修简单。

2）变频调速给水设备缺点

      （1）变频调速价格较贵，因而整机价格高于一般同等供水能力的其他给水设备。

      （2）目前变频器大部分还要依赖进口。

      （3）变频器、控制器对环境条件和使用条件要求较高，易损坏不易维修。

      （4）当供水范围较小，用水变化幅度过大时，节能效果不明显，甚至不节能。

      （5）对电源要求较高， 须可靠，保护功能要求齐全。

变频调速给水设备分类

1）按供水方式分

      （1）恒压变量供水，供水压力始终保持一个恒定值。

      （2）变压变量供水，供水压力随流量变化而变化。

2）按结构形式分

      （1）整体式。

      （2）分散式。

3）按控制方式分

      （1）微机控制型，控制核心由单片机组成。

      （2）PC控制型，控制核心由可编程控制器组成。

4）按系统分

      （1）生活给水系统。

      （2）产给给水系统。

      （3）生活、生产合用给水系统。

5）按水泵台数分

      （1）单台式，控制一台水泵调速运行。

      （2）多台式，控制一台水泵变频调速，多台工频（以不超过四台为宜）水泵并联运行。

1.5行业标准

《微机控制变频调速给水设备》JG/T3009-1993。

变频调速给水设备选用及设计要点

      1）水泵的工作点应选在水泵的高度有效工作区内。

      2）水泵的工作点不得选在水泵流量—扬程曲线的延长线上。

      3）水泵的出水量宜选在水泵特性曲线的右侧，适实际工作点向左推移。

      4）当用水量小于调速泵1/4流量时，变频调速泵应自动停止运行。

      5）当变频调速给水设备配有气压水罐供水时，当用水量小于一台调速泵1/4流量时，宜自动转入小泵与气压水罐供水，当用水量大于一台调速泵1/4流量时，再自动转入调速泵供水。

      6）水泵调速的范围选择不应出现水流阻塞和低频端出现气蚀现象。

      7）调速泵与恒速泵配合时，可选用一台为调速泵，其余为恒速泵。

      8）根据系统用水的特点（用水曲线）来选择变频调速给水设备的类型。

（1）当高峰用水量大，低谷用水量小，且时间持续较长，应配备适合低谷用水量的水泵。

（2）当低谷用水量小且断续出现，应配备气压给水设备。

（3）当市政给水管网供水不足时，设备应配有无水停机装置。

（4）在非用水高峰期，市政给水网能直接供水时，变频调速给水设备应有相当措施（如射流泵辅助）。

      9）要选用符合行业标准的产品。

      10）要选择整机经过鉴定（评估）型式检验的产品。

变频调速给水设备的技术条件

1）设备输入电压和控制器输入电压的波动不超过额定电压±10%时，应能正常工作。

2）设备应具有自动调节水泵转速和软启动的功能。恒压给水时，设定压力与实际压力之差，不得超过0.01Mpa；变压给水时，给水系统工作压力应按管道工作特性曲线改变。

3）设备应具有水池水位“报警”及水泵控制功能，超过 高水位时“报警”，降至 低水位时“报警”及停机，恢复到起泵水位时，自动启动。

4）设备应有观察设定压力和实际压力显示的窗口。

5）设备应有观察水泵供电频率显示的窗口。显示范围为0~50Hz。

6）设备应有观察故障的显示窗口。

7）设备应有对各类故障进行自检、报警，对可恢复的故障应能自动或手动消警，恢复正常运行。

8）设备应有过载、短路、过压、缺相、欠压、过热等的保护功能。

变频调速给水设备的环境要求：

（1）温度5~40℃。

（2）相对湿度：温度20℃时，不大于90%。

（3）海拔高度：不超过1000m。

（4）设备安装的地点，应无导电和爆炸性尘埃，无腐蚀金属或破坏绝缘的气体或蒸汽。

变频调速给水设备电控柜的设置要求：

（1）柜底应高出地面0.1m。

（2）柜顶距屋顶（板顶）的距离不小于0.1m。

（3）柜台壁距墙面应有0.8m的通道。

11）管路系统应在 低处设泄水装置。