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变频器和PLC在供⽔控制系统中的应⽤
来源:来源互联⽹，侵删 | 作者:降魔神兵 | 发布时间: 2019-12-31 | 1554 次浏览 | 分享到:
变频器和PLC在供⽔控制系统中的应⽤
本⽂分析了恒压供⽔的⼯作原理和系统设计，对变频器和PLC在供⽔控制系统中应⽤状况提出了改进措施。

恒压⽔控的⼯作原理
1 恒压⽔控系统概述
恒压供⽔是指⽤⼾在任何时候，不管⽤⽔量的⼤⼩，总能保持管⽹中⽔压的基本恒定。在⾼层建筑中，通常采⽤恒定管⽹的压⼒来维持对⾼层的供⽔。
恒压供⽔系统的基本控制策略是:采⽤可编程控制器也就是我们所说的PLC与变频调速装置构成控制系统，进⾏优化控制泵组的调速运⾏。并⾃动调整泵组的运⾏台数，完成供⽔压⼒的闭环控制，以保证供⽔管⽹的压⼒保持在设定值。运⽤了恒压⽔控技术以后，既可以满⾜⽣产供⽔要求，还可节约电能，使系统处于可靠⼯作状态，为居⺠供⽔提供便利。

2 PLC、变频器在现代⽔控系统中的运⽤
⾃来⽔⼚的⾃动控制系统⼀般分为两⼤部分，⼀是⽔源地深⽔泵的⼯作控制，⽽另外⼀种则是⽔⼚区变频恒压供⽔控制。⽔⼚区变频恒压供⽔控制运⽤⼗分⼴泛，⽔⼚在运⽤变频恒压供⽔控制时，⽔源通过⽔⼚区对⽔池的⽔进⾏消毒处理后，使得加压泵向管路进⾏恒压供⽔，其间，就需要选⽤PLC和上位机组成实时数据采集和监控系统。对深⽔泵进⾏远程控制，并且对供⽔泵采⽤变频器进⾏恒压控制，通过PLC、变频器在现代⽔控系统中的运⽤，可以保证整个⽔⼚的⼯作电机安全，可靠地运⾏

3 运⽤PLC、变频器⽔控系统的特性
运⽤了变频器和PLC的恒压供⽔系统，变频器可以为电机提供可变频率的电源，实现电机的⽆级调速。从⽽使管⽹⽔压连续变化。此外压⼒变送器还具有检测管⽹⽔压的作⽤。PLC则是泵组管理的执⾏设备，同时还是变频器的驱动控制，根据⽤⽔量的实际变化，实现⾃动化运⾏。变频器和PLC的应⽤为⽔泵转速的平滑性连续调节提供了⽅便，对于消除了对电⽹、电⽓设备和机械设备的冲击，延⻓机电设备的使⽤寿命具有很⼤的作⽤。

变频器、PLC在⽔控系统中的运⽤设计
利⽤变频器与PLC设计⽔控系统，需要根据供⽔管道的压⼒值控制⽔泵电机转速，将压⼒维持在所需的压⼒值上，将平时不必消耗的能量节省下来，从⽽达到节电的⽬的。设计主要的流程分为以下⼏个步骤：

1 恒压供⽔系统主电路设计
在现代⼯业运⽤中，恒压⽔控系统⼀般包括3台⽔泵电动机M1、M2、M3， 通过模拟设定，其中Ml 的功率为45kW，M2为22kW，M3为22kW。设计电路时，为该系统设计⼀台变频器依次控制每台⽔泵，来实现恒压控制。为了使得系统具有变频和⼯频两种运⾏状态，当变频泵达到⽔泵额定转速后，如⽔压在所设定的判断时间内还不能满⾜恒压值时，系统⾃动将当前变频泵状态切换为⼯频状态，并指⽰下⼀台泵为变频泵。
可以设计其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运⾏，KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M 3⼯频运⾏， FU为主电路的熔断器，变频器是⻛机⽔泵负载专⽤变频器MM430，通过合理的分析，可以得到的恒压供⽔系统主电路设计图如图1所⽰。


2变频器、PLC恒压供⽔系统的组成设计

变频器、PLC恒压供⽔系统的组成设计主要包括四个⼤的板块：
⼀是压⼒传感器，是⽔控系统的控制输⼊量，能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。
⼆是PLC控制器,是整个控制系统的核⼼，通过对外界输⼊状态进⾏检测，对外界输⼊的数据进⾏运算处理后，输出相应的控制量。
三是变频器，作为核⼼控制器的后续控制单元，对终端设备进⾏控制，最终达到控制要求。例如多段调速、变频器调速等。
最后还有⽔泵组成，供⽔系统的执⾏机构，通过变频器控制电动机的转速，最后达到控制⽔泵流量⼤⼩的。



据城市供⽔电⽓控制系统的功能要求，从经济性、可靠性等⽅⾯来考虑，由于城市供⽔电⽓控制系统的输⼊/输出端⼝较多，⽽其控制过程相对复杂，结合变频器、PLC恒压供⽔系统的组成设计，可以规划出变频器、PLC恒压供⽔系统的组成如图3所⽰。


PLC和变频器在⽔控系统中的运⽤改进


现代⽔控系统运⽤PLC与变频器还存在着⼀定的局限性。主要体现在主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭⽽不是开放的：如专⽤总线、专家通信⽹络及协议，I/O模板不通⽤，甚⾄连机柜、电源模板亦各不相同。编程语⾔虽多数是梯形图，但组态、寻址、语⾔结构均不⼀致，因此各公司的 PLC互不兼容。
使⽤变频器时也存在着⼀些缺点：如使⽤变频器会产⽣⼲扰电波，影响到同⼀电⽹的敏感元件。在⼯业实践中，常常产⽣⼀些问题困扰着⽔控系统的⼯作⼈员，对此，通过分析，可以总结出⼏条对于运⽤变频器和PLC的常⻅应急措施：
1 变频泵过压跳闸问题
以某⽔务局的⽔控系统为例，⼀台100KW⼯频泵和⼀台160KW变频泵并联为市区供⽔为例，当100KW⼯频泵拉闸停机时，变频泵报过压跳闸。某⽔务局⽔控设计图如图4。



通过这⼀具体的案例分析可以知道⼯频泵⼯作时，⽔流在管道中⾼速流动，形成很⼤的惯性。当⼯频泵突然停⽌，管道中产⽣负压，形成空化现象，负压将⽔从变频泵中吸⼊，推动叶轮转动，使电动机的转速⾼于变频器的输出转速，电动机产⽣发电效应。为此，可以通过在变频器上加装制动电阻来解决变频泵过压跳闸这⼀问题。

2 电动机过流现象
在鄂尔多斯某⽔务局⼀台变频⽔泵，当变频器输出频率达到16Hz时，总是会出现变频器过流跳闸的现象。通过分析，可以知道因为变频器驱动的是⽔泵，⽔泵按平⽅率特性曲线输出，不会在某频率出现过载情况。那么变频器过流另有原因。
断开电动机，空载运⾏正常，再接⼊电动机，仍然在16Hz左右出现过流跳闸。换⼀台电动机，运⾏正常，说明过流是电动机故障。
对此，为了处理电动机的过流问题，可以分解电动机，发现电动机绕组有短路现象。原来变频器的输出频率上升时，电压也在上升，当电压上升到匝间击穿电压时，变频器过流跳闸。

3 ⽔泵变频器过载
某供⽔单位使⽤艾默⽣TD2000-4T0300P (30KW)变频器拖动⽔泵负载，如图5所⽰。使⽤过程中变频器经常报E013过载，检查故障电流记录58A，经查说明书：⻛机、⽔泵变频器过载能⼒为：110％ 额定电流1分钟，通过研究发现：变频器的过载保护按反时限曲线不同分为G型和P型。
本例机型为P型机，当变频器输出电流达到95％持续时间达 到 1 ⼩ 时 时 ， 即 报 “E013” 。 当 变 频 器 输 出 电 流 达 到110％、持续时间达到1分钟也同样报E013。


图5 艾默⽣TD2000-4T0300P (30KW)变频器拖动⽔泵运⾏图

经现场了解和查看，发现⽔泵负载⻓期⼯作在48Hz，电流⻓期在58A左右，报E013的原因为变频器带载能⼒不够，需要更换更⾼⼀级的变频器，即更换为TD2000-4T0370P或EV2000-4T0370P（37KW）。

4 PLC与变频器在⽔控系统运⽤的改进措施
为了提⾼⽔控系统的恒压稳定性与安全性，对于PLC与变频器的使⽤有着⼀些注意事项以及改进措施。
为了实现对设备的分散控制和集中管理，⽔控系统应当采⽤了三层⽹络进⾏控制，主电路中变频与⼯频中使⽤的接触器应采⽤带有机械联锁的接触器，并且应当严禁将⼯频电源引⼊到变频器中。
变频器的供电部分除了加装空⽓开关外，最好加装快速保险，以保证由于过电流造成的损坏PLC编程要考虑的问题。⽽作为最重要的⼈机操作界⾯的变频器操作⾯板，它不仅能够实现参数的输⼊功能，还能实现频率、输出功率、输出转矩、端⼦状态、闭环参数、⻓度等物理量的监控，以及对这些物理量进⾏存储与修改。
于是，适当的通过变频器的故障报警显⽰，对上述物理量进⾏适当修改，来排除变频器的有关故障也显得⼗分必要。

多点⽹络控制技术是是通信技术、计算机技术、控制技术发展的结合点，它既能独⽴运⾏，也可连成⽹络，实现集散⾃动化系统的复杂控制功能，应⽤领域覆盖所有与⾃动检测、⾃动化控制有关的⼯业领域，⽤这种技术设计的⾃来⽔⼚分布式监控系统，经多年的实际运⾏证明，系统性能稳定，运⾏可靠，报警及时，且对于变频器以及PLC的稳定性具有可靠地保障。运⽤这种控制技术对结合了变频器以及PLC的⽔控系统，具有较⼤的推⼴价值。

结论:
运⽤了变频器和PLC的⽔控系统，不仅性能稳定可靠，⽽且能够⾮常好地控制可编程序控制器及其有关设备，⽔控系统与⼯业控制系统联成⼀个整体，对于恒压⽔控系统的功能扩充和设计创新，实为重要。