当前位置: 首页 > >

西门子200恒压供水梯形图_变频恒压供水系统设计

发布时间:


胡 ?浩


上海医药集团(本溪)北方药业有限公司

辽宁 本溪 117000



摘 ?要:针对药品研发中试企业用水量具有间断性的特征,设计了一种变频恒压供水系统。该系统利用PLC的逻辑控制与自诊断分析功能,实现了全自动恒压供水,水泵电机根据测量压力均可变频和工频供电,相互备用。实际运行表明,该系统运行稳定性强,控制灵活,安全可靠。


关键词:节能;变频调速;PID应用宏;PLC控制;逻辑控制


0


引言



药品研发中试企业用水量具有间断性特征,有生产需求时用水量大,在药品研发小试阶段用水量较小,因此,离心水泵必须通过调整转速来满足水压稳定性的需求。变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体,可实现对供水系统的集中管理与监控,并具有良好的节能效果。


1


水泵变频调速节能原理



水泵调速的H-Q曲线如图1所示,水泵运行工况点D是泵的特性曲线与管路阻力曲线的交点。当用阀门控制流量时,若要减小流量,则需关小阀门开度,使阀门摩擦阻力变大,阻力曲线从R1移到R2,扬程则从H0上升到H1,流量从QN减小到Q1,运行工况点从D点移到A点。


调速控制时,阻力曲线不变,泵的特性取决于转速,如果将转速由nN变为n1,运行工况点从D点移到C点,扬程从H0降到H3,流量从QN减小到Q1,则泵在A点、C点工况运行时的轴功率分别为:



式中:PA、PC为泵在工况点A、C的轴功率(kW);Q1为工况点流量(m3/s);H1、H3为工况点扬程(m);ρ为输出介质单位体积质量(kg/m3);η为工况点的泵效率(%)。

将PA与PC相减得出使用调速控制时节省的功率:



Q、H、P、n之间的关系为:



水泵采用调速控制方式时,若所需流量为额定流量的80%,则轴功率仅为额定轴功率的51.2%,节能效果相当显著。变频恒压供水系统的优点是节约电能,节能量通常在10%~40%,流量越小,节能效果越明显
[1]

2


控制系统组成



本系统供水泵采用两用一备方式,泵功率15 kW,Q=162 m3/s,H=42 m,泵前装有9.5 m×3 m×2.5 m的生产水箱,企业用水量经常出现间断性、阶梯性特征,且市政供水压力偏高,为保证生产用水的安全性,避免系统管网压力过高,本设计采用变频器一拖三运行方式,每台泵电机均可工作在变频/工频模式下,在主回路控制中,每台电机分别通过接触器与工频电源和变频器输出电源连接,工频回路装有过热继电器,工频和变频控制回路在硬件和软件方面互锁,当任意一台电机出现故障,PLC系统经过逻辑分析自动投入备用供电回路,确保管网供水压力稳定,安全供水。
本系统采用经典的PLC控制的变频调速系统,PLC选用西门子的CPU226CN小型机,本机集成24点DI输入、16点DO输出,PLC的I/O端口分配表如表1所示。变频器选用ABB的ACS510系列,其程序参数集成了恒压供水、冷却风机、地铁和隧道通风等典型应用,ACS510系列端子接线表如表2所示。本系统还包括数显压力变送器、液位计、断路器、接触器、热继电器等常规电气元件,可实现手动状态的开环控制和自动状态下的恒压
闭环控制。
PLC完成水泵的启停、控制点采集、逻辑控制、报警等功能。



ABB变频器具有内置的PID功能模块。变频调速系统限制电机启动电流,避免对电网造成冲击,可消除泵启动和停机时的水锤效应。但变频调速范围应在离心泵特征曲线(H-Q)的最佳工作范围内,即频率下调10%~30%才能体现出较好的节能效益,再往下调节频率,就会出现水泵运转而不出水的工况,即超出了离心泵的极限工作范围
[2]
。ACS510系列变频器能很好地解决恒压供水的PID算法控制问题。

3


恒压控制过程及实现



恒压控制充分利用了ABB的ACS510系列变频器内置的PID宏控制参数,宏是一组预先定义的参数集,且所有宏参数将自动设置成默认值,可减少调试时间,降低出错的可能性,通过必要参数的设置,可以完美地实现恒压供水功

[3]

本系统变频器的主要参数设置如表3所示。


系统在泵出口水*总管道*沧笆匝沽Ρ渌推鳎砍谭段0~2.5 MPa,当水泵自动运行时,压力变送器的4~20 mA信号进入ABB变频器的AI1输入端,变频器根据给定值和测量值的偏差及偏差变化率,经PID运算后,调整变频器输出频率,根据公式n=60f/p(f为频率,p为极对数),改变异步电机定子旋转磁场的频率,直接控制水泵电机的转速,改变水泵的H-Q特征值,从而调整水泵出口压力。
逻辑控制方面,假定1#泵运行,当用水量增大时,管网压力下降,变频器的PID自动调节使其频率输出增大,当频率输出值达到49.5 Hz时,根据变频器参数1401、3201、3203的设置,变频器DO1输出值为“ON”,PLC根据I0.0为“1”发出增泵指令,PLC延时10 s后,该台水泵自动切换至工频运行模式,实现无扰动切换,此时变频器停止工作,自由停车至0频率值,延时5 s后启动2#泵变频运行。
当用水量减少,管网压力升高至0.35 MPa时,根据变频器参数1402、3204、3206的设置,变频器DO2输出值为“ON”,PLC根据I0.1为“1”发出减泵指令,1#工频泵停止运行。
随着用水量减少,变频器工作在低频段,根据变频器参数4023、4024的设置,当频率低于30 Hz时,变频器启动睡眠功能,并延时60 s后变频器停止工作,避免浪费电能。
若用水量增大或持续少量用水,管网压力会持续降低,根据变频器参数4025、4026的设置,当压力下降到0.25 MPa时,经过延时0.5 s后,变频器开始启动重新工作,保证管网压力控制在0.3 MPa左右。
变频泵工作的轮换按1#、2#、3#水泵顺序循环工作,3台泵自动循环运行,互为备用,使泵组设备均衡使用,避免单台泵运行过度损耗。若此时有1台泵组发生故障,表现为开关跳闸、热继电器动作,则第3台泵根据控制策略需要,自动投入运行,若变频器发生故障,系统会发出声光报警,提示岗位人员切换手动状态,水泵将在工频状态下运行,在紧急情况下可打开生产水箱的旁通阀,保证持续供水。
为避免加泵、减泵切换过程中压力出现波动,或用水负荷大幅度波动造成调节震荡,在泵出口连接有稳压罐,能有效保证供水压力的稳定性。

当生产水箱的液位低于0.25 m时,PLC扫描到低水位信号,系统将停机;当液位高于2.3 m时,PLC扫描到高水位信号,系统发出声光报警。


4


系统程序结构



软件采用西门子的STEP 7 MicroWIN V4.0 SP9编程软件,PLC程序主要由MAIN初始化主程序以及运行状态、增减泵程序、逻辑控制、报警等子程序组成,模块化程序设计增强了程序的阅读性、可靠性,便于系统调试和程序移植。

5


结语



变频恒压供水系统保证了生产供水的稳定性和可靠性,具有很强的自诊断能力,降低了故障发生的概率,减轻了工人的劳动强度,节水、节电效果显著,取得了良好的经济效益和社会效益。
END
[参考文献]
[1] 刘宜,方桂笋,李晨晨,等.基于PLC的泵站供水控制系统的设计[J].排灌机械,2007(6):17-20.
[2] 孙小权,秦春节,何喜玲.基于PLC的变频恒压供水控制系统优化设计[J].自动化仪表,2007(1):47-48.
[3] 北京ABB电气传动系统有限公司.ABB变频器ACS 510用户手册[Z].
作者简介
胡浩(1972?),男,辽宁本溪人,自动化工程师,研究方向:自动控制系统、DCS控制系统、PLC控制现场应用。


请高抬贵指点击文中及底部广告,不胜感激!






相关资源:用西门子S7-200编写的恒压供水程序



友情链接: