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隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,“節(jié)能、環(huán)?！钡纫殉蔀楦餍袠I(yè)研究的重要內(nèi)容。水泵電機(jī)作為以“電能”為能源,以輸出力矩驅(qū)動(dòng)水資源的分配、調(diào)度的動(dòng)力載體,在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各行業(yè)中發(fā)揮著非常重要的作用。但由于常規(guī)的“閥門靜態(tài)”調(diào)節(jié)方式下,水泵電機(jī)始終工作在額定工況下,不僅能源消耗較高、能源損耗較嚴(yán)重,且電機(jī)長期屬于大電流運(yùn)行狀態(tài),發(fā)熱量長期積累,降低了電機(jī)的絕緣性能,影響其綜合使用壽命。而水泵變頻器能夠很好的解決這一難題，幫助水泵更好的節(jié)能延長水泵使用壽命。
在現(xiàn)代“節(jié)能、環(huán)?！钡墓I(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展背景下,如何充分結(jié)合現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)和集成控制技術(shù),提高供水管網(wǎng)的供水控制安全性、可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性,已成為工程師探討的重要內(nèi)容。
而PLC+變頻器的變頻節(jié)能調(diào)速控制技術(shù),能夠充分結(jié)合了PLC集控控制功能和變頻器的動(dòng)態(tài)變頻調(diào)節(jié)功能,能夠動(dòng)態(tài)采集供水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)波動(dòng)壓力數(shù)據(jù)對(duì)水泵電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控,自動(dòng)化供水調(diào)節(jié)水平較高且節(jié)能效果也十分明顯,非常具有工程實(shí)踐應(yīng)用研究意義。
由于使用一般繼電器的水泵電機(jī)會(huì)對(duì)電和水能產(chǎn)生的浪費(fèi)、且工作效能不穩(wěn)定、系統(tǒng)兼容性較差等問題,通過變頻器的調(diào)速達(dá)到節(jié)能減耗調(diào)控性能的效果,開發(fā)出一種通過PLC與變頻器相組合的變頻調(diào)速節(jié)能調(diào)控的水泵電機(jī)控制系統(tǒng)。
實(shí)踐應(yīng)用效果表明：利用變頻器和PLC相組合,可以根據(jù)管網(wǎng)供水的實(shí)時(shí)波動(dòng)壓力數(shù)據(jù),利用變頻器的PID頻率單元調(diào)節(jié)電機(jī)實(shí)時(shí)電源頻率及輸出力矩,來達(dá)到對(duì)供水管網(wǎng)給水量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),具有良好的節(jié)能降耗和智能調(diào)控性能。
一、供水系統(tǒng)通過變頻調(diào)速控制節(jié)能的原理PLC+變頻器的變頻調(diào)速控制系統(tǒng),在水泵電機(jī)控制應(yīng)用中取得了非常好的調(diào)控和節(jié)能效果,其主要利用供水管網(wǎng)輸出口的壓力傳感器(信號(hào)器),實(shí)時(shí)采集供水管網(wǎng)的運(yùn)行壓力,并經(jīng)控制回路將信號(hào)傳輸?shù)阶冾l器中,經(jīng)DSP單元運(yùn)算分析后與系統(tǒng)預(yù)設(shè)定的壓力信號(hào)進(jìn)行“偏差對(duì)比”,
當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在壓力偏差時(shí),就會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的輸入端電源頻率,增大或減小水泵的輸出力矩,使整個(gè)供水管道中的水壓始終保持預(yù)設(shè)壓力值或處于較小波動(dòng)范圍。其主要控制流程為：管網(wǎng)供水實(shí)時(shí)壓力信號(hào)(s)→變頻器DSP運(yùn)算(與預(yù)設(shè)壓力值進(jìn)行比差計(jì)算)→形成壓力偏差(ΔP)→水泵電機(jī)電源頻率調(diào)節(jié)(f)→水泵輸出力矩調(diào)節(jié)(轉(zhuǎn)速)(v)→供水管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)(ΔQ)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)循環(huán)調(diào)節(jié),最終實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)壓力始終保持在節(jié)能運(yùn)行工況,達(dá)到節(jié)能動(dòng)態(tài)調(diào)控目的。
二、依據(jù)可編程控制器件和變頻器的恒壓給水系統(tǒng)總體方案。
在供水管網(wǎng)壓力波動(dòng)時(shí),為了能夠通過PLC+變頻器控制系統(tǒng)內(nèi)部自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)供需間的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定調(diào)節(jié)平衡,確保水泵電機(jī)始終運(yùn)行在高效穩(wěn)定的運(yùn)行工況區(qū)域,就需要利用安裝在供水管網(wǎng)輸入端的水壓傳感器(信號(hào)器)實(shí)時(shí)采集供水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)波動(dòng)的水壓信號(hào),并經(jīng)內(nèi)部閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)將供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)的水壓偏差信號(hào)(ΔP)經(jīng)控制回路傳輸給變頻器和PLC控制器,利用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)/關(guān)閉,利用變頻器內(nèi)部DSP
數(shù)據(jù)處理單元與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的壓力信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,獲得對(duì)應(yīng)的壓力偏差信號(hào)的電源頻率值,動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的輸出力矩完成供水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)。
通過SAI670變頻器、PLC、水泵電機(jī)、供電電源開關(guān)、供水管網(wǎng)水壓傳感器等電氣設(shè)備單元共同組成閉環(huán)反饋的循環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
為了充分運(yùn)用所選的電氣設(shè)備,降低系統(tǒng)成本,此處采用1臺(tái)變頻器同時(shí)控制M1和M2兩個(gè)水泵電機(jī),實(shí)現(xiàn)變頻系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),,M1和M2兩個(gè)水泵電機(jī)按照“明備用”方式進(jìn)行相互備用,即當(dāng)“工作水泵M1”存在故障時(shí),“備用水泵M2”自動(dòng)啟動(dòng)完成供水,確保供水具有較高的安全性。
電路中KH1~KH2為熱繼電器、QF1~QF4為真空開關(guān),通過熱繼電器、真空開關(guān)等電氣設(shè)備的相互組合,可以在電機(jī)存在故障或事故時(shí)動(dòng)作保護(hù)。
當(dāng)要啟動(dòng)水泵電機(jī)向供水管網(wǎng)供水時(shí),運(yùn)行人員只需通過控制面板上的“啟動(dòng)”按鈕,啟動(dòng)PLC控制系統(tǒng),然后經(jīng)信號(hào)回路動(dòng)態(tài)采集供水管網(wǎng)輸入端的水壓傳感器(信號(hào)器)信號(hào),并經(jīng)A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換單元獲得變頻器可以識(shí)別的4~20MA數(shù)字信號(hào),然后將所獲得的水壓信號(hào)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)定的“目標(biāo)壓力”信號(hào)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)運(yùn)行分析,形成對(duì)應(yīng)的壓力偏差電源頻率信號(hào),輸出作用在電機(jī)電源轉(zhuǎn)換為力矩變化完成水量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)恒壓節(jié)能供水。
為了提高控制系統(tǒng)調(diào)控的靈活性和可靠性,當(dāng)供水管網(wǎng)的供水壓力長期處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),PLC控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)“工作水泵M1”的運(yùn)行工況,將其從“變頻調(diào)速控制”切換到“工頻運(yùn)行工況”,讓其處于工頻狀態(tài)下運(yùn)行。
如果工作水泵切換到工頻運(yùn)行工況下,依然不能滿足供水管網(wǎng)供水壓力需求時(shí),則系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)定的控制流程,自動(dòng)啟動(dòng)“備用水泵M2”,通過兩個(gè)水泵的相互備用和運(yùn)行工況的切換,提高供水管網(wǎng)的供水安全可靠性。
另外,為了確?？刂葡到y(tǒng)具有較高的安全可靠性,充分利用PLC和變頻器設(shè)備的自檢功能,自動(dòng)運(yùn)算分析控制系統(tǒng)內(nèi)部功能單元是否存在安全隱患或故障,如果存在則及時(shí)通過聲、光等信號(hào)形式提供運(yùn)行人員及時(shí)查看相關(guān)單元,合理采取有效的處理措施快速排除故障。另外,工作人員還需要按照相關(guān)的檢修維護(hù)計(jì)劃,及時(shí)查看控制系統(tǒng)各功能單元的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況狀態(tài),如果存在安全隱患或故障,應(yīng)及時(shí)處理,確保供水具有較高的安全可靠性和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平。
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