PLC系統(tǒng)控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)及其應用
| 1.概述 變頻調速技術是一種新型的、成熟的交流電機無級調速驅動技術，它以其獨特優(yōu)良的控制性被廣泛應用在速度控制領域。特別是在供水行業(yè)中，由于生產(chǎn)安全和供水質量的特殊需要，對恒壓供水壓力有著嚴格要求，變頻調速技術也得到了更加深入的應用。 成都市自來水公司六廠日產(chǎn)水量60萬噸，擔負著成都市區(qū)及周邊地區(qū)70%以上的供水任務。自1996年年底六廠的三期工程投產(chǎn)后開始向郫縣供水，使得我廠的供水方式從單一的重力流供水變?yōu)橹亓α骱蛪毫α鹘Y合供水的方式。自向郫縣供水以來，由于考慮到現(xiàn)階段郫縣的用水量較少，從節(jié)約能耗的角度出發(fā)，我廠使用一臺泵同時向郫縣供水和提供我廠的自用高壓水。為了滿足六廠自用水壓力，保證廠內各個工藝環(huán)節(jié)設備（如消毒環(huán)節(jié)中的水射器）能正常工作，我廠自用水壓力須較恒定的控制在0.3Mpa以上，采用變頻調速控制是保證壓力恒定較為有效的方法。根據(jù)我們對郫縣城區(qū)供水量的了解，發(fā)現(xiàn)郫縣全天各時段用水量變化較大（見后圖5），如果不對供水量進行調節(jié)，管網(wǎng)壓力的波動也會很大，容易出現(xiàn)管網(wǎng)失壓或爆管事故。采用變頻恒壓供水控制后，當郫縣用水量較小時，這時相應管道和泵出口壓力均較大，變頻恒壓控制方式將會降低泵的頻率，減小泵出水量，從而降低管網(wǎng)壓力；反之亦然。這樣，小時用水量變化較大也不會造成管網(wǎng)壓力有較大的波動。經(jīng)過長期運行實踐，證明了變頻調速手段實現(xiàn)恒壓供水不僅保證廠內自用高壓水壓力足夠且穩(wěn)定，而且保證了郫縣供水的安全可靠性。 2.控制系統(tǒng)構成 整個恒壓供水系統(tǒng)有兩組變頻泵，每組均由一臺變頻器和一臺水泵組成；系統(tǒng)以PLC為控制核心，由PLC采集壓力信號和輸出控制變頻泵的運行。控制系統(tǒng)構成如圖1所示。 PLC處理器選用的是Allen-Bradley公司的PLC-5型處理器，變頻泵選用的是ABB公司的SAMISTAR系列的315F660/690型的變頻器和水泵。系統(tǒng)由兩只量程為0~1.0Mpa的壓力變送器分別檢測兩臺水泵后的輸水管道的壓力，壓力變送器將檢測到的壓力信號轉換為4~20mA的電流信號，送到PLC子站的模擬量輸入模板（1771-IFE），通過PLC的PID運算，由模擬量輸出模板（1771-OFE）輸出4~20mA的電流控制變頻泵的運行。 3.控制原理及功能實現(xiàn) 3.1PLC控制系統(tǒng)簡介 我廠采用Allen-Bradley公司的PLC-5型處理器通過DH+通訊方式構建了全廠PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡，通過DH+網(wǎng)絡上的RSView工作站實現(xiàn)人機對話。RSView工作站是指運行人機圖形界面軟件（RSView32）的計算機工作平臺，該工作站建在中心控制室，是實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場無人值守和運行集中管理的調度中心。利用RSView32可以有效地對控制過程進行監(jiān)視和控制，可以實現(xiàn)圖形化的人機對話界面，模擬生產(chǎn)運行的流程，在模擬流程上更加直觀地實現(xiàn)生產(chǎn)流程的全自動運行監(jiān)視、遠程人工直接干預操作（如PID指令運行參數(shù)遠程設定）、控制環(huán)節(jié)報警監(jiān)視等功能?？刂平缑嫒鐖D2。 3.2恒壓供水的控制原理 SAMISTAR變頻器具有REMOTE和LOCAL兩種操作方式。 LOCAL操作方式下，通過LOCALSTART/STOP開關啟停變頻器，通過fREFLOCALINPUT0輸入端口的電位開關人工調節(jié)變頻器工作頻率；通過LOCAL/REMOTE輸入點可以將變頻器切換到REMOTE操作方式下，在REMOTE方式下，通過REMOTESTART/STOP輸入點進行PLC遠程啟停變頻器，通過fREFREMOTEINPUT0端口輸入頻率控制信號（百分比）控制變頻器工作頻率。根據(jù)供水量情況，我們把變頻器的工作頻率上限設定為水泵基頻，即頻率變化范圍控制在0~50Hz，在此范圍內水泵運行頻率和定子相壓成正比（及與變頻器輸入頻率成正比），這使得變頻器輸入、水泵運行頻率和泵的輸出壓力成較好的線形關系，可得到較好的控制效果。SAMISTAR變頻器對用戶開放的I/0接口位于TERMINALBLOCKCARD上，主要使用的有：X11-1（REMOTESTART/STOP）；X11-4（LOCAL/REMOTE）；X11-13/14（fREFREMOTEINPUT0、4~20mA信號輸入）；X11-15/16（輸出4~20mA變頻器運行頻率信號）；X11-17/18（輸出4~20mA變頻泵運行電流信號）。變頻器由PLC遠程控制時，啟動是由PLC向X11-4輸出信號，使變頻器切換到外部設備控制方式（REMOTE方式），再向X11-1輸出信號，啟動變頻器。在恒壓調節(jié)時，PLC處理器把檢測到的壓力信號作為反饋值，與PID運算的壓力設定值（由調度人員根據(jù)情況在REView上設定）進行比較，再經(jīng)過PID運算得到調節(jié)后的修正值，通過模擬量輸出模板（1771-OFE）輸出到X11-13/14，作為REMOTE方式下變頻器的頻率控制信號，由于該信號是相對變頻器工作頻率上限的百分比，所以變頻器將輸入信號進行內部運算后轉為真實工作頻率。為了使三期變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)與全廠自動控制網(wǎng)絡有機地結合起來，全面實現(xiàn)對恒壓供水系統(tǒng)的運行情況和設備運行進行監(jiān)視和遠程控制，更加安全可靠地實現(xiàn)恒壓供水，我們使用PLC進行PID運算和監(jiān)控。PID閉環(huán)反饋控制原理如圖3： PLC的PID運算調節(jié)通過該型處理器專用PID指令完成，通過設置各參數(shù)即可由PLC完成PID運算調節(jié)。PID程序段流程如圖4。PID指令必須以相同的時間間隔周期性地執(zhí)行，可采用計時器，定時中斷或實時采樣的等方法，此處選用了定時方法；PV是PID指令采樣的壓力控制反饋值，SP是PID指令的壓力控制設定值，KP為PID的比例增益，KI為PID的積分增益，KD為PID的微分增益，這五個控制參數(shù)作為主要的PID參數(shù)參與控制，確定PID參數(shù)時要兼顧系統(tǒng)靈敏性和穩(wěn)定性，由于我們恒壓控制要求和設備的性能條件，參數(shù)設定更強調穩(wěn)定性（及KI），由于微分環(huán)節(jié)有放大噪聲的特點，我們將KD盡量設置得較??；SWM為PID指令轉為手動直接調頻的開關，SO設定為PID指令的在手動控制輸出方式時的輸出值，當變頻器從PID自控調節(jié)轉為手動直接調頻時，SO替代PID運算結果作為轉換時的輸出值，將SO設定為控制值就可實現(xiàn)無縫轉換，減小變頻器運行頻率的震蕩。DB為PID指令的死區(qū)設定值，輸出超出死區(qū)時PID指令通過自動運算限制輸出超出限定范圍。 3.3相關控制功能實現(xiàn) 為了防止運行時由于壓力變送器不可預見的故障造成PLC的PID運算調節(jié)失實，從而造成管網(wǎng)壓力失恒引發(fā)失壓或爆管的嚴重事故。我們分別在1#和2#變頻泵后輸水管上安裝壓力變送器，可以同時測到出廠輸水管線上的壓力； |
