水泵機組全自動變頻調(diào)壓PLC控制系統(tǒng)設(shè)計運行總結(jié)
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汕頭市澄海區(qū)第一水廠送水泵房共有六臺送水機泵，包括55kW、75kW、110kW三種不同功率的機泵各兩臺。由于用戶用水量具有一定的隨機性，如果只靠啟動和停止機泵來保持供水壓力，這樣很難滿足隨時變化的供水要求。據(jù)統(tǒng)計分析，在水廠的生產(chǎn)成本中，送水機泵運行用電成本占了很大的比例。為降低電耗，保證供水質(zhì)量，受用戶委托對送水泵房水泵機組實施全自動變頻調(diào)壓PLC控制。全自動變頻調(diào)壓PLC控制系統(tǒng)主要采用變頻調(diào)速技術(shù)，它具有恒定水壓，降低能耗等顯著優(yōu)點，是一項集現(xiàn)代先進電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)于一體的高效節(jié)能技術(shù)。
2 系統(tǒng)介紹
全自動變頻調(diào)壓PLC控制系統(tǒng)主要由一套可編程控制器PLC和一臺變頻器組成。PLC對管道壓力進行實時采樣，并與壓力設(shè)定值進行比較，根據(jù)壓力偏差值由PID閉環(huán)控制算法得出一調(diào)節(jié)參量，控制變頻器輸出頻率從而控制水泵電機轉(zhuǎn)速，以及根據(jù)壓力差值的大小等條件自動選定工作機泵的類型和數(shù)量，使管網(wǎng)壓力與設(shè)定壓力一致。
根據(jù)工藝要求，為達到既降低電耗，又避免頻繁啟停機泵，選擇110kW的機泵與變頻器組成調(diào)速泵，其余機泵作為定速泵。在一臺變頻器下的兩臺110kW的機泵加裝電氣互鎖控制，防止兩水泵同時運轉(zhuǎn)。
系統(tǒng)兼有手動和自動操作功能，可根據(jù)不同的需要，選擇不同的工作方式。手動時，頻率輸出由變頻器的操作器設(shè)置，自動時，頻率輸出由PLC根據(jù)管道壓力自動調(diào)節(jié)。
3 系統(tǒng)特點
(1)自動控制水泵轉(zhuǎn)速
實時讀入管網(wǎng)壓力值，與設(shè)定值比較，由PID控制算法得出一調(diào)節(jié)參量，控制變頻器輸出頻率，從而控制調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。
(2)自動運行泵的類型和臺數(shù)
當用水量較少時，調(diào)速泵調(diào)頻變速工作，保持干管水壓恒定。當用水量超過調(diào)速泵的工頻流量，水壓降低時，變頻器先把頻率降低到70％，控制調(diào)速泵運轉(zhuǎn)，同時PLC增開定速泵，泵的類型和數(shù)量可以根據(jù)當前的壓力差和用水量的歷史曲線決定，增開定速泵后，調(diào)速泵的運行頻率則根據(jù)壓力差進行調(diào)整，使干管壓力接近設(shè)定值。如當用水量減少時，變頻器降低調(diào)速泵的運行頻率，當頻率降低到40%時，相應(yīng)地關(guān)閉定速泵，然后調(diào)整調(diào)速泵的頻率，使干管壓力接近設(shè)定值；停泵時，根據(jù)當前的壓力差和用水量的歷史曲線決定所停的泵的類型和數(shù)量。當水壓達不到要求，系統(tǒng)在開停泵時都應(yīng)采取延時處理，避免出現(xiàn)在短時間內(nèi)頻繁切換機泵的情況。
(3)最大限度利用原有設(shè)備，減低投資成本。
4 變頻調(diào)壓的節(jié)能原理
為適應(yīng)用戶用水量的變化，調(diào)節(jié)出水流量，現(xiàn)通常采用兩種方法來完成流量的連續(xù)調(diào)節(jié)。一種是利用控制閥或節(jié)流閥進行節(jié)流，以改變出水流量；另一種是泵的調(diào)速控制，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速來改變出水流量。圖l為水泵調(diào)速時的全揚程特性(H―Q)曲線。
用閥門控制時，當流量要求從Q0減小到Q1，必須降低閥門開度。這時閥門的磨擦阻力變大，阻力曲線從R移到R’，揚程則從H0上升到Hl，運行工況點從A點移到B點。
用調(diào)速控制時，當流量要求從Q0減小到Q1，由于阻力曲線R不變，泵的特性取決于轉(zhuǎn)速。如果把速度從N100降到N80，運行工況點則從A點移到C點，揚程從H0下降到H2。
根據(jù)離心泵特性曲線公式：
P=QHr／102η (1)
式中：P――水泵使用工況軸功率(kW)；Q――使用工況點的水壓或流量(m3／s)；H――使用工況點的揚程(m)；r――輸出介質(zhì)單位體積重量(kg/m3)；η――使用工況點的泵效率(％)可得出運行在B點泵的軸功率和C點泵的軸功率分別為：
由(4)式看出，用閥門控制流量時，有△P功率被損耗浪費掉了，且隨著閥門不斷關(guān)小，這個損耗還要增加。而用轉(zhuǎn)速控制流量時，根據(jù)流量Q、揚程H、功率P和轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系，有：
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