变频器和PLC在生活水泵房的应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 27 日 作者简介：王大寨（1972），男，汉族，陕西合阳人，学历大专，研究方向为建筑机电安装管理。-9-变频器和 PLC 在生活水泵房的应用研究 王大寨 上海秦御新能源科技有限公司，上海 201315 摘要：摘要：生活水泵房是供水系统的重要组成部分，其中的控制系统更是担负着安全监测和自动控制的重要任务。为充分发挥变频器和 PLC 在生活水泵房中的应用优势，本文分析了生活水泵房系统架构，重点从控制系统原理、硬件组成、系统设计、调试和运行以及应用效果几方面详细研究了变频器和 PLC 在生活水泵房的应用，希望能够对相关工作提供一定帮助。关键词：关键词：变频器；PLC；生活水泵房 中图分类号：中图分类号：TM921 随着社会经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，对用水质量提出了更高的要求。而老式生活水泵房在实际运行过程中，常出现供水水压不稳等不良问题，容易引起压力不足而导致的断水等现象，影响居民的供水质量和正常生活。为保障生活用水质量，需进一步提高供水系统的稳定性和可靠性，提高其节能效果，这就需要对生活水泵房的控制系统加以优化，合理运用变频器和 PLC，在生活水泵房中应用。1 生活水泵房系统架构 生活水泵房中主要包括生活水池、生活水泵几大部分，装有缓冲罐、进水电磁阀、潜污泵、液压浮球阀、变频控制柜、配套管线和阀门等设施。在生活水泵房中，在水泵机组的出水口处设置压力传感器，使其作为恒压供水系统的测量元件，形成闭环式控制系统。利用变频器对系统进行调整控制，在变频器内部设有 PID，对比分析供水压力和设定压力值，通过计算科学调整，使得输出信号转变为频率调节信号，发送至变频器当中，调整压力值，直到其达到供水压力设定值。通过控制系统的作用，无论系统的供水流量在各阶段内如何变化，都能够保持供水压力值在设定压力值附近，实现恒压供水效果。2 变频器和 PLC 在生活水泵房中的应用优势 根据相关统计分析，生活水泵的能源消耗在全国总发电量比重较大，耗能明显，且以往控制技术下，生活水泵在运行过程中，容易出现故障问题，影响生活供水效果。基于此，在生活水泵房中应用变频器和PLC，能够有效实现自动化控制，提高对生活水泵房系统运行的控制效率，保证生活供水的智能化和稳定性。同时，应用变频器和 PLC，能够有效实现自动化调控效果，对生活水泵房系统的运行情况进行自动调速，通过对管道系统的控制和对出口阀的调节，控制水泵的流量，在运行期间，保证水泵不受管路阻力和阀门的影响，可结合实际用水需要，控制水泵运行，以此达到节能降耗的效果。除此之外，在生活水泵房中应用变频器和 PLC，还具有以下明显优势：1）减少占地面积，减少成本投入，可有效提高经济效益。2）减少水泵房污染，可有效避免水源二次污染问题，实现绿色环保效果。3）系统使用期限较长，可连续运行较长周期，且水箱也不会出现漏水等不良现象。4）可真正实现全自动化控制和操作，提高系统运行稳定性和可靠性，减轻人力负担。由此可见，在生活水泵房中，合理应用变频器和 PLC，具有突出优势。3 变频器和 PLC 在生活水泵房的应用策略 3.1 控制系统原理 基于变频器和 PLC 应用下的全自动变频调压控制系统，在计算机技术基础上，形成分布式集散系统，根据供水需求，对生活水泵房进行工作压力调整，保持恒压供水效果。控制系统通过 PLC 实时采样管道压力数据，将其对比压力设定值，根据二者出现的偏差，通过 PID 闭环控制算法，确定调节参数，由变频器控制并输出频率，调节水泵电机的转速，并按照压力差情况，自动选择合适的工作机泵种类，确定合适的机泵数量，确保管网压力符合设定压力大小。该系统当中，包括自动和手动功能操作，按照不同需要，可选中国科技期刊数据库 工业 A-10-择不同操控方式。若选择手动操作，则通过变频器操作器设置输出频率；若选择自动操作，则通过 PLC，按照管道压力大小，自动调节输出频率。根据离心泵原理，在应用环境相类似的条件下，水泵扬程、流量和功率都分别与其转速存在正比关系。若用水变化频繁的应用场所，使用变频调速泵进行供水，还可有效减少能量损耗，达到显著的节能效果。在生活给水系统当中，利用变频泵的调速功能，可有效达到调节供水压力和节能的效果。三相电动机使用过程中，调节转速的方式有多种，包括调整电动机极数、交流电频率和电动机转差率等1。在电力电子技术不断发展的环节下，通过调节频率来调节转速的方式逐渐广泛应用，且变频控制技术越来越成熟，利用调节频率的方式调整转速，过程更加便捷，且能够达到更好的调节效果。生活水泵房运行期间，考虑到用户用水量在不同时间段的动态变化情况，对出水流量进行调节，可主要采用节流阀或控制阀的方式进行节流操作，达到连续调节的控制效果。通过节流操作，可有效改变出水流量。或者，通过控制水泵的调速，以此控制水泵的转速，也可有效改变出水流量。在控制阀门过程中，流量若要减小到要求流量值时，需将阀门开度调低，此时的阀门有更大的摩擦阻力，扬程也会产生一定变化。根据离心泵特性曲线公式，可计算水泵轴功率。水泵的轴功率，与转速之间成正比关系，若降低阀门开度或降低电机转速，都能够保证流量相同的条件下，减少原本阀门阻力功率的消耗，以此达到节能效果。3.2 控制系统硬件 在控制系统当中，硬件组成主要包括电源柜、变频控制柜、压力传感器、液压浮球阀、液位开关、进水电磁阀等几部分。变频控制柜中又包括 PLC、变频器、触摸屏、接触器、微型断路器等低压电气设备，同时还配备端子排、导线等设施。3.3 控制系统设计 电气控制系统当中，系统设计包括生活水泵房控制电路设计、生活水泵房控制电气主电路设计、生活水泵房变频器控制电路设计工作。首先，生活水泵房控制系统电气主电路的设计中，共包含三台水泵电机，由三台接触器分别控制其运行工作2。同时，三台接触器分别控制三台变频器运行，三台热继电器分别由三台水泵电机过载保护。其次，生活水泵房控制电路中，包括三台变频器、变频控制柜和对应的切换开关。配备设置变频器故障、变频器启动、水池缺水继电器线圈和水泵电机接触器线圈。3.4 系统调试和运行 生活水泵房控制系统当中，在 PLC 和变频器部分设计完成后，进行系统的调试工作。先将系统启动，将 PLC 正常运行动作停止，在启动后，PLC 输出信号将变频器启动，对变频器程序加以调试，进而向 PLC 发出减泵、加泵等不同信号，控制 PLC 操作过程，模拟信号系统。在系统未启动前，任意选择一个水泵，当做变频泵，其余两个泵则无效选择信号。在系统启动后，其余未选择的两台泵操作开关系统或作为变频泵，则系统立刻停机。在系统各部分全部安装完成后，在此基础上进行整体调试工作。按照供水需要，调节水泵的出口压力，将压力传感器设定在标准范围内。一旦压力达到标准设定值，变频器就逐渐减小转速，调节变频器，控制泵低速运行，保持供水系统恒压运行。在延时 10 分钟后，变频器低速运转至停机状态。将水泵出水阀手动关闭，让出水大量流进水库当中，以模拟用水量增加过程，变频器在接受到此信息后，确定了用水量减少，增加输出电源的频率，并增加泵速度，然后发送加泵的信息。当 PLC 在接受到加泵信息后，自动重新添加一个水泵的运行，将该泵的热继电器值降低，使之模仿泵过流保护的故障动作，由 PLC 自动将其切入至下一个泵，使之顺利工作3。此为基础，再通过手动加泵出水闸，加大水压，变频器先控制变频泵减速，至设定值，发出减泵信号，PLC 接收信号后，将工频泵切开，停止运行过程，以此达到水泵房压力调节效果。3.5 应用效果 3.5.1 提高运行可靠性 基于变频器和 PLC 的生活水泵房控制系统，能够有效通过触摸屏和 PLC，定时切换三台水泵运行，提高水泵运行的灵活性和可靠性。通过系统的科学设置和调试，可实现实时全天候自动运转，出现故障后自动开启保护功能，实现全自动稳定运行，保持压力稳定，与设定值差不超过 0.01MPa，即便出现压力波动，也可在 2S 内迅速恢复。3.5.2 延长运行期限 中国科技期刊数据库 工业 A-11-利用触摸屏，可操作 PLC 自动化选择备用泵，保证生活水泵房运行期间，各水泵的交替性工作，避免水泵过分磨损，延长水泵工作期限。在变频器的作用下，生活水泵电机能够进行平滑切换，切换过程无剧烈抖动，能够保证在控制转换过程中，不产生冲击电流，提高水泵电机的运行稳定性，延长其使用寿命。3.5.3 减少能源消耗 在 PLC 作用下，还可控制系统的恒压定时供水功能。在水泵运行过程中，利用控制柜上所设置的液位控制器，可有效操控进水电磁阀开关，自动化调节生活水池的液位，进而调控生活水泵的运行。通过变频器和 PLC 的控制，可最大程度地减少系统的能耗，控制耗电量，避免不必要的资源浪费，达到节能效果。3.5.4 保证用水卫生 利用变频器和 PLC，能够有效在生活水泵房中设置管网压力，使其契合实际用水情况，工作水泵的出水量，避免在水泵运行过程中，产生水资源外漏等问题。同时，基于控制系统，可实现闭环供水，减少了其他设施的使用，以此有效避免了水资源二次污染等不良问题，保证用水卫生。3.5.5 投资回报率高 若在新型小区内的生活水泵房中，利用变频器和PLC，安装变频恒压供水系统，只需要在水池直接安装立式泵，在控制间内部安装控制柜等方式进行，系统占地面积相对较小，可有效减少成本投入。并且，在生活水泵房系统建设过程中，不需再额外增加水塔等设施，不需过多的专业管理人员或设施维修人员，能够有效保证运行效率，减少运行管理和投资，加之节能降耗的优势特点，可有效缩短投资回报周期，提高回报率。3.6 注意事项 3.6.1 合理配置变频器 在生活水泵房中，选择合适的变频器，注意搭配的合理性至关重要。只有保证变频器功率与生活水泵房运行功率的匹配性，才能确保水泵房稳定工作，防止出现资源浪费等不良问题。若水泵的功率远超过变频器的功率，那么在实际运行过程中，变频器就无法真正发挥其调节功能，不能对水泵房系统的电压流量进行有效控制；若水泵的功率远低于变频器的功率，那么生活水泵房的正常运行状态将直接受到影响，无法正常进行供水工作。所以，在选择变频器时，应结合生活水泵房实际功率，选择与之相适应的变频器。首先，应明确控制对象。变频系统当中，主要包含调控器、变速器等，控制对象为变频器主要作用对象，对于生活水泵房而言，其作用对象主要为水泵电机，其变频调速功能至关重要。因此，在选择变频器时，可利用压力测试，掌握控制对象特点，了解水泵运行功率等信息，进而选择合适的变频器。3.6.2 注意变频器保养维护 生活水泵房中，变频器和 PLC 的应用，需注意对变频器的定期保养维修，保证其平稳运行，避免对水泵房造成影响。由于目前变频器技术不断提升，变频器更新换代速度越来越快，性能也在不断优化，更多功能齐全、使用寿命长的产品出现。由于在生活水泵房中，变频器容易受温度、湿度、腐蚀性气体等因素的影响，影响其性能的正常发挥，所以，做好变频器的定期保养维护工作，是需要注意的主要问题，可有效减小变频器故障发生的概率，保证其稳定运行。通常情况下，对于不同种类、不同型号的变频器，在保养维护过程中，采取的手段基本一致。相关工作人员应定期检查变频器工作温度，保证其在25摄氏度以下。检查变频器系统散热情况，判断其是否存在异味、是否有散热不通常问题。定期检查相关仪表运行情况，观察显示数据信息是否准确，做好断电检查等相关工作。另外，还应定期观察变频器显示界面相关数据信息，如频率、电压电流等，判断其是否正确，若出现异常问题，要及时采取维护措施，维修或更换变频器，保证其运行效果，确保生活水泵房的控制成效。4 结论 综上所述，科学技术的发展，促进社会的进步。在生活水泵房中，变频技术发挥巨大作用，在各小区中，已普遍性使用变频调速恒压供水系统。将变频器与 PLC 相结合，形成更高效的控制系统，可有效实现恒压供水效果。相较于其他供水方式，基于变频器和PLC 的生活水泵房系统，具有更明显的节能效果，能够保证系统的稳定运行，保持稳定启动功能，减少电流损耗，有效降低启动过程对电网的冲击，延长水泵系统的使用期限，并有效提高供水质量，满足生活需求。中国科技期刊数据库 工业 A-12-参考文献 1董晓鹏.PLC 自动监测控制排水系统在采区水泵房的应用J.自动化应用,2023,64(11):57-58,61.2蔡先振,汤伟军.基于 KJ531 煤矿排水监控系统在水泵房自动化当中的应用研究 J.新型工业化,2022,12(04):241-244,249.3王瑞彬.变频器在高层民用建筑给水泵房中的运用J.现代物业(中旬刊),2018(08):32.