变频技术和PLC技术在恒压供水系统中的应用_图文

1、 仪器仪表用户4 结束语通过这次控制系统的改造, 为阜新自来水公司节能30%左右, 达到了预定节能的目标。参考文献1张燕宾. SP WM 变频调速应用技术. 北京:机械工业出版社, 1997.应用实例2何立民. M CS-51系列单片机应用系统设计 系统配置与接口技术. 北京:北京航空航天大学出版社, 1999. 3S I M ENS S I M AT I C S7-200系统手册05/2003作者简介:李晓竹(1955-, 男, 辽宁省阜新市人, 教授, 主要从事电动机的研发和现代交流电机调速的研究。收稿日期:2007-10-11(7693文章编号:1671 1041(2008 02 004

2、7 02变频技术和PLC 技术在恒压供水系统中的应用黄桂梅, 刘永立, 王永生, 徐学勤(保定电力职业技术学院, 保定071051摘要:本文是针对节能和提高供水质量问题而提出的恒压供水系统设计和应用的研究, 文中分析了旧系统存在的问题, 介绍了水位自动检测技术及保护措施, 阐述了采用变频技术、PLC 技术及自动控制技术相结合来实现的恒压供水控制的系统总体设计方案和软件设计。通过实践证明, 该系统具有较强的功能, 对供水质量、节约能源和运行可靠性具有较好的改善。关键词:变频技术; PLC 技术; 恒压供水; 自启动中图分类号:TP 202 文献标识码:B2. 1 变频器的基本构成变频器的基本构成

3、如图1所示, 由主回路(包括整流器、滤波器、逆变器 和控制电路组成。图1 交 直 交变频器的基本构成The application of change the frequencytechnique&t he PLC technique in t he constant pressure water supply syste mHUANG G ui me, i L I U Yong l, i WANG Yong sheng , XU Xue q i n(Pow er Engineeri ng D epart m ent , Baodi ng Techn i ca land V ocati

4、 onal Coll ege of E l ectric P ower , Baodi ng 071051 Abstrac :t Th i s paper d i s cusses t he study o fdes ign and appli c ati o n o f const ant pressure water supply sy st em , a way i n troduced t o save ener gy and m i prove t he quality of wat er supp l y . It t a l k s about t he proble m s w

5、 ith t he o l d sys t em and off ers an introducti o n t o the tech no l o gy of auto mati c measure m ent of wat er l e ve l and prot ecti o n measures . Ita lso exp l a i n s t he general design proposal and soft w ar e des i g n about t he cons t ant pr essure wat er supply sy st em w hich a dop

6、t s t he co mb i n ation of f requency conversion techno l o gy , PLC t echnology and aut omatic control t echnology. The pr actice pr oves t ha t t he sys t e m func tions we ll and is ab l e t o save energy and greatly i prove t he qualit y ofwater supply and t he operation reli m a bilit y . Key

7、words :frequency chang ing t echni q ue ; PLC t echnique ; cons t ant pressure water supply ; se lf s t arting整流器的作用是把三相交流整流成直流。滤波器是用来缓冲直流环节和负载之间的无功能量。逆变器最常见的结构形式是利用六个半导体器件开关组成的三相桥式逆变电路, 有规律地控制逆变器中主开关的通与断, 可以得到任意频率的三相交流输出。控制电路主要是完成对逆变器的开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能等。2. 2 变频器基本原理1 引言随着各住宅小区的宿舍楼等一座座高楼拔地而起,

8、 相应的生活用水量也大幅度增加。人们对提高供水质量的要求越来越高, 另外人们的节能意识及对运行的可靠性的要求越来越强。采用变频器及PLC 技术实现的无塔恒压供水系统, 不仅能提高供水质量, 而且在节约能源和运行可靠性具有较好的改善。其中, 采用变频调速的主要目的是通过调速来恒定用水管道的压力以达到节能的目的, 恒压供水则是为了满足用户对流量的要求。应用PLC 技术是为了实现系统的软启动, 减少手动操作或抚慰操作, 同时替代部分继电器减少机械触点的故障, 增强可靠性。下面笔者根据这方面的工作经验谈谈在恒压供水系统设计和实践过程中的一些思路和做法。图2 与正弦波等效的矩形脉冲列2 变频器的工作原理

9、在恒压供水控制系统中, 关键技术主要是变频技术。目前效率最高、性能最好的系统是变压变频调速控制系统。欢迎订阅欢迎撰稿变频器的基本原理是利用逆变器中的开关元件, 由控制电路按一定的规律控制开关元件的通断, 从而在逆变器的输出端获得一系列等幅而不等宽的矩形脉冲波形, 来近似等效于正弦电压波。图2所示出正弦波的正半周, 并将其分为n 等分(n =12 。每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等幅矩形所代替。这样, 由n 个等幅而不等宽的矩形脉冲所组成的波形与正弦波的正半周等效。正弦波的负半周也可以用相同的方法来等效。可采用正弦波与三角波相交的方案来确定各分段矩形脉冲的宽度。当逆变

10、器输出端需要升高电压时, 只要增大正弦波相对三角波的幅值, 这时逆变器的输出的矩形脉冲幅值不变而宽度相应增大, 达到了调压的要求。当逆变器的输出端需要变频时, 只要改变正弦波的频率就可以了。3 控制系统总体设计过去的供水控制系统投资多, 采用的模式为多台小功率47 应用实例水泵供水。在运行实践中暴露出主控电路设计不合理和逻辑控制设计不合理的现象。新系统总体设计方案如图3所示。在该供水系统的控制电路中除采用了变频器(VVVF , 还采用一些先进控制装置, 如数字调节器(P I D 、可编程控制器(PLC 等, 这些装置都是以电脑芯片为内核完成各自不同的控制功能。为简化控制电路, 根据负荷需要,

11、使用一台18. 5KW 大容量水泵供水。为提高使用的安全系数, 选用一台日本富士22. 5KW 变频器进行水泵调速, 该变频器内置P I D 调节功能, 但不具备参数监视功能。为能有效监视调节工况, 特选数字显示调节器进行监视和控制, 以备实现串级P I D 控制。鉴于外部I/O可控点数不23多, 可编程控制器PLC 选用20点即可满足控制要求。仪器仪表用户泵短时间内的频繁启动对泵运行不利, 故设置1分钟内只允许连续启动两次, 第三次需延时3分钟后进行, 以利泵的散热, 延长设备使用寿命, 减少功耗。编程时可采用定时器和计数器配合来实现。这项功能在启停调试设备过程中得到检验。! 自启动概述为了

12、方便运行维护人员, 有两种情况可以考虑自启动:系统断电一段时间后恢复供电的自启动系统在正常运行工况下突然停电时, 如果其它检测无异常则来电后可实现自启动, 这一点在夜间更为重要, 可给维护人员带来方便, 此项功能得到了维护人员的认可。#低水位使泵跳闸后水位恢复时的自启动管网用水负荷过大或蓄水水压过低流量减少造成的低水位, 会引起供水泵跳闸。在水位恢复正常后可实现自启动。自启功能的实现6 系统自启动功能设计图3 18 5K W 无塔恒压供水系统总体框图4 水位检测电路设计4. 1 水位检测开关考虑到水位检测装置要求故障率少, 运行可靠, 为简化检测环节, 设计中采用结构简单的浮子式水位检测开关,

13、 但为防止信号串扰, 另外增加了一个隔离转换装置。该装置内选用了干簧继电器用以提高开关接点的可靠性和使用寿命。4. 2 水位检测逻辑控制水位检测逻辑控制功能如前所述完全由可编程控制器PLC 编程实现, 减少了硬件配置, 提高了运行的可靠性和应用的灵活性。PLC 的I/O地址分配见图4(a 所示, 简化梯形图如图4(b 所示。4其逻辑电路主要完成如下功能, 见图4(b 所示。(1 水位信号保持功能水位开关检测分别由PLC 的常开接点实现。由于水位由干簧管的常开接点来检测, 只有在水面越过该点时闭合, 低于该点即断开, 因此信号需由PLC 保持。(2 水位信号显示、报警、保护功能水位正常时0100

14、2动作, 使输出绿灯亮。水位低时01003动作, 使输出红灯亮, 且通过其常闭接点停供水泵。水位高时20000、01000同时启动, 使输出黄灯亮(闪光15秒转平光 且无条件停蓄水泵。图5 自启动逻辑图如图5所示。图中, %自启动条件&有两个:一是计数器C 103接点, 二是%水位正常&信号接点。由于计数器C 103具有停电记忆特性, 所以只要水位恢复正常时01002闭合就可自启动。其过程是:微分继电器20006(13 产生的微分信号由20009继电器保持, 再经时间继电器T 020延时后使其输出的常开接点T 020(见图4b 接通启动回路, 则水泵重新运转。自启动的预置自启动

15、功能可根据用户需要事先预置, 否则, 该功能会被屏蔽。设计方案如下:预置和解除均借用运行状态下的启动按钮。预置时按动启动按钮三下使计数器C 103启动, 则其常开接点C 103闭合。解除自启功能:按住启动按钮1秒, 使计数器C 103复位或按停止按钮使泵停运的同时也解除了自启动设置。#预置的显示借用水位正常灯(闪光3秒 , 解除借用高水位报警灯(闪光3秒 。7 结束语上述无塔供水控制系统经投入使用, 各项设计功能运行正常, 供水质量有了很大提高, 单位大功率设备用电量也明显减少。期间, 还经历了系统实际异常情况自动处理的考验, 如%储水罐满水后的蓄水泵自动跳闸&、%电力网停电来电后的供水泵自启动&、%电源缺相报警&等, 这些功能都得到了很好的验证。参考文献1张燕宾主编. 变频调速应用实践. 机械工业出版社, 2001. 2北京四通工控技术有限公司编. FREN I