風光變頻器的小區恒壓供水控制應用實例
發布時間：2019-08-02 16:21:01來源：
1 引言
本文是針對某生活小區實際情況，結合用戶生活 / 消防雙恒壓供水控制的要求，我們進行改造的一些心得。現將其中的改造情況介紹如下。
眾所周知，恒壓供水系統對于生活小區是非常重要的，例如在生活小區供水過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時斷水，可能影響居民生活。又如當發生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大損失和人員傷亡。所以，生活小區采用生活 / 消防雙恒壓供水系統，具有較大的經濟和社會意義。
基于上述情況，我公司對某生活小區供水系統進行改造，采用西門子 PLC 作為主控單元。利用風光供水變頻器，根據系統狀態可快速調整供水系統的工作壓力，達到恒壓供水的目的。改造提高了系統的工作穩定性，得到了良好的控制效果。
2 用戶現場情況
如圖 1 所示，市網自來水用高低水位控制器 EQ 來控制注水閥 YV1 ，自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動向水箱注水。水池的高低水位信號也直接送給 PLC ，作為水位報警。為了保持供水的連續性，水位上、下限傳感器高低距離較少。生活用水和消防用水共用二臺泵，平時電磁閥 YV2 處于失電狀態，關閉消防管網，二臺泵根據生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，維持生活用水低恒壓。當有火災發生時，電磁閥 YV2 得電，關閉生活用水管網，二臺泵供消防用水使用，并維持消防用水的高恒壓值。火災結束后，二臺泵改為生活供水使用。
圖 1 生活 / 消防雙恒壓供水系統示意圖
現場設備參數如下 :
型號 65-315(I)A
流量 56m 3 /h
揚程 110m
效率 56%
轉速 2900r/min
電機功率 37KW
3 系統控制要求
用戶對二泵生活 / 消防雙恒壓供水系統的基本要求是：
⑴ 生活供水時，系統低恒壓運行，消防供水時高恒壓值運行。
⑵ 二臺泵根據恒壓的需要，采取先開先停的原則接入和退出。
⑶ 在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行時間超過 1 天，則要切換下一臺泵，系統具有倒泵功能，避免一臺泵工作時間過長。
⑷ 二臺泵在啟動時都要有軟啟動功能。
⑸ 要有完善的報警功能。
⑹ 對泵的操作要有手動控制功能；手動只在應急或檢修時使用。
4 設備選型
（ 1 ）風光 JD-BP32-XF 型供水變頻器
JD-BP32-XF 型是山東新風光電子公司推出的專用于供水變頻器，使用空間電壓矢量控制技術適用于各類自控場合。在恒壓供水中可以采用這類變頻器。 JD-BP32-XF 型變頻器除具有變頻器的一般特性外，還具有以下特性：水壓高、水壓低輸出接口，變頻器運行上限、下限頻率（可以任意設定），可以方便地進行雙壓力控制，內置智能 PI 控制，以上功能非常適用于供水控制要求。在本例中選用 JD-BP32-37F （ 37KW ）風光供水變頻器拖動用戶水泵。
（ 2 ） PLC 選型
① 控制系統的 IO 點及地址分配
根據圖 1 所示及控制要求 , 統計控制系統的輸入、輸出信號的名稱 ， 代碼及地址編號如下表 1 所示。水位上 、 下限信號分別為 I0.1 、 I0.2 。
輸入輸出點 / 代碼及地址編號表 1
名 稱 | 代 碼 | 地址編碼 | |
輸入信號 | 手動和自動消防信號 | SA1 | I0.0 |
水池下限信號 | SLL | I0.1 | |
水池上限信號 | SLH | I0.2 | |
變頻器報警信號 | SU | I0.3 | |
消鈴按鈕 | SB7 | I0.4 | |
試燈按鈕 | SB8 | I0.5 | |
水壓低信號 | SY1 | I0.6 | |
水壓高信號 | SY2 | I0.7 | |
輸出信號 | 1# 泵工頻運行接觸器及指示燈 | KM1,HL1 | Q0.0 |
1# 泵變頻運行接觸器及指示燈 | KM2,HL2 | Q0.1 | |
2# 泵工頻運行接觸器及指示燈 | KM3,HL3 | Q0.2 | |
2# 泵變頻運行接觸器及指示燈 | KM4,HL4 | Q0.3 | |
變頻器開停機控制 | KA2 | Q0.5 | |
生活 / 消防供水轉換電磁閥、壓力轉換 | YV2 KA1 | Q1.0 | |
水池水位下限報警指示燈 | HL5 | Q1.1 | |
變頻器報警指示燈 | HL6 | Q1.2 | |
火災報警指示燈 | HL7 | Q1.3 | |
報警電鈴 | HA | Q1.4 | |
② PLC 系統選型
系統共有開關量輸入點 8 個，開關量輸出點 10 個 , 選用西門子主機 CPU222 （ 8 入繼電器出） 1 臺，加上擴展模塊 EM222 （ 8 繼電器輸出） 1 臺。即可滿足用戶供水控制要求
（ 3 ）壓力傳感器
在供水系統中，壓力傳感器既可以采用壓力變送器，也可以采用遠傳壓力表。在本例中采用遠傳壓力表，壓力表相應接線端子接到變頻器主控板 3 腳、 4 腳、 5 腳即可。
5 電氣控制系統原理圖
電氣控制系統原理圖包括主電路圖、控制電路圖及 PLC 外圍接線圖三部分。
（ 1 ）主電路圖
如圖 2 所示為電控系統主電路。二臺電機分別為 M1 、 M2 。接觸器 KM1 、 KM3 ，分別控制 M1 、 M2 的工頻運行；接觸器 KM2 、 KM4 ，分別控制 M1 、 M2 的變頻運行； FR1 、 FR2 分別為二臺水泵電機過載保護用的熱繼電器； QS1 、 QS2 和 QS3 分別為變頻器和二臺泵電機主電路的隔離開關； FU1 、 FU2 為主電路的熔斷器； BPQ 為風光供水專用變頻器。
圖 2 主電路圖
（ 2 ）控制電路圖
如圖 3 所 示為電控系統電路。圖中 SA 為手動 / 自動轉換開關， SA 打在 1 的位置為手動控制狀態，打在 2 的狀態為自動控制狀態。手動運行時，可用按鈕 SB1~SB6 控制二臺泵的起 / 停和電磁閥 YV2 的通 / 斷；自動運行時，系統在 PLC 程序控制下運行。
圖中的 HL8 為自動運行狀態電源指示燈。
圖 3 電控系統控制電路圖
（ 3 ） PLC 接線圖
下圖 4 所示為 PLC 及擴展模塊外圍接線圖。火災時，火災信號 SA1 被觸動， I0.0 為 1 。
圖 4 雙恒壓供水控制系統及擴展模塊的外圍接線圖
6 系統程序設計
（ 1 ）程序中使用的 PLC 內部器件及功能，如下表 2 所示：
表 2
器件地址 | 功 能 | 器件地址 | 功 能 | |
VB400 | 變頻工作泵的泵號 | M0.4 | 復位當前變頻泵運行脈沖 | |
VB401 | 工頻運行泵的臺數 | M0.5 | 當前泵工頻運行啟動脈沖 | |
VD410 | 倒泵時間存儲器 | M0.6 | 新泵變頻啟動脈沖 | |
T33 | 工 / 變頻轉換邏輯控制 | M2.0 | 泵工 / 變頻轉換邏輯控制 | |
T34 | 工 / 變頻轉換邏輯控制 | M2.1 | 泵工 / 變頻轉換邏輯控制 | |
T37 | 工頻泵增泵判斷時間控制 | M2.2 | 泵工 / 變頻轉換邏輯控制 | |
T38 | 工頻泵減泵判斷時間控制 | M3.0 | 故障信號匯總 | |
T39 | 工 / 變頻轉換邏輯控制 | M3.1 | 水位下限故障邏輯 | |
M0.0 | 故障結束脈沖信號 | M3.2 | 水位下限故障消鈴邏輯 | |
M0.1 | 泵變頻啟動脈沖 | M3.3 | 變頻器故障消鈴邏輯 | |
M0.2 | - | M3.4 | 火災消鈴邏輯 | |
M0.3 | 倒泵變頻啟動脈沖 |
生活 / 消防雙恒壓的兩個恒壓值是我公司生產的風光供水專用變頻器直接設定的。在本實例中，根據用戶要求，生活壓力設定為 0.35MPa, 消防壓力設定為 0.60MPa 。
壓力低、壓力高信號分別由變頻器內部主控板 14 腳、 15 腳給出。
供水運行下限頻率、供水運行上限頻率由變頻器程序設定。在本系統中，運行下限頻率設為 20Hz, 運行上限頻率設為 50Hz 。
（ 2 ）系統 PLC 控制程序如下：
7 結束語
隨著變頻調速技術的飛速發展，變頻調速恒壓供水技術在小區已普遍使用。用變頻器來實現恒壓供水，與其它供水方式相比較而言，其優點是非常明顯的。節能效果十分顯著，啟動平穩，啟動電流小，避免了電機啟動時對電網的沖擊，延長了泵和閥門等的使用壽命，消除了啟動和停機時的水錘效應。供水控制系統提高了小區的供水質量。各項控制指標達到了用戶的要求。風光變頻器在小區恒壓供水改造效果是明顯的，改造是成功的。
參考文獻
[1] 山東新風光電子用戶使用手冊 山東新風光電子科技發展有限公司。
作者簡介
楊國奎 (1978-) 男 畢業于山東大學自動化專業 , 現在山東新風光電子科技發展有限公司從事低壓變頻器的研制工作。