當前城鎮(zhèn)居民小區(qū)和高層住宅的供水,廣泛采用PLC變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)可按實際需要設定供水壓力,并自動調(diào)整水泵的工作狀態(tài),使給水泵始終處于率運行狀態(tài)。變頻器對電機實行軟起動控制,可消除起動和停機時的水錘效應,延長水泵、電機設備的使用壽命。工作時,系統(tǒng)管網(wǎng)壓力應平穩(wěn),若出現(xiàn)壓力振蕩故障,不僅影響供水質(zhì)量而且嚴重時會造成管網(wǎng)中部件的損壞。
1、變頻恒壓供水系統(tǒng)組成及原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由PLC控制單元、變頻器、泵組電機、供水管網(wǎng)、儲水箱和壓力傳感器等組成,如圖1所示。恒壓供水泵站采用多臺水泵及電機, 可根據(jù)用水量投入工作,因此單臺水泵電機功率不大,系統(tǒng)中設有備用泵以便不停工維護。水泵運行數(shù)量由PLC控制, 電機轉速由變頻器控制,以滿足不同用水量的需求。
圖1 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)組成圖
2、恒壓供水系統(tǒng)供水調(diào)壓原理
恒壓供水系統(tǒng)供水調(diào)壓原理如圖2所示。供水壓力采用閉環(huán)控制,首先在控制面板設定水壓給定值,通過安裝在管網(wǎng)出水端的壓力傳感器實測水壓的反饋信號;然后由變頻器將實測值與給定值進行比較,若給定值大于實測值,說明系統(tǒng)水壓低于設定值,則改變水泵電機的供電頻率,使水泵電機轉速上升,反之則降低水泵電機的轉速,使供水量減小。在用水量大時,通過PLC進行工頻/變頻切換,使水泵處于工頻下運行,反之處于變頻運行;當用水量超過一臺泵的供水量時,PLC控制其它水泵加入。
圖2 恒壓供水系統(tǒng)供水調(diào)壓原理圖
3、PLC變頻恒壓供水的設定與調(diào)節(jié)
(1)對于用戶供水壓力,可根據(jù)實際情況對PLC及變頻器進行給定值設定,若有多種供水需求(如消防和居民用水水壓不同)則可分別設定。
(2)為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性,PLC對水壓的控制采用比例一積分一微分調(diào)節(jié), 即PID調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)參數(shù)可由使用者自行設定。
(3)PID參數(shù)設定與調(diào)節(jié)原理如圖3所示,PID控制就是將供水壓力實際值與設定的目標值進行比較,使控制的實際值趨近于目標值,若PID參數(shù)選擇不合適則會影響控制效果。
圖3 PID設定在變頻器內(nèi)的恒壓供水圖力
4、恒壓供水系統(tǒng)壓力不穩(wěn)易振蕩的故障排除
以三菱PLC變頻恒壓供水設備系統(tǒng)為例,導致其壓力不穩(wěn)定的因素可能有以下幾種。
(1)控制器PID參數(shù)的設定不正確(見表1),由于PID控制部件為PLC或變頻器, 因此解決方法是按技術要求重新設定。設定后,若水壓在設定值上下劇烈波動,則調(diào)節(jié)PID指令的微分常數(shù),使設定值適當減小,同時適當增加積分常數(shù)值;若調(diào)整過于緩慢,水壓的上下偏差很大,則說明系統(tǒng)的比例常數(shù)設定值過大,應適當減小。
表1 PID設定參數(shù)
(2)控制部件的加減速時間與水泵電機功率不相符(見表2)。電機功率大,轉動慣量大,則加減速時間應設置長些,反之應減小。對于此項參數(shù),用戶可通過逐漸增減數(shù)據(jù)進行調(diào)試,如15kW 一般設置為10~20s。
表2加減速時間參數(shù)設定
(3)供水壓力傳感器安裝位置不合理。壓力采集點離水泵出水太近,出水口的流速變化,使反饋給控制器的壓力值不穩(wěn)定,造成系統(tǒng)的振蕩。
(4)有氣壓罐的供水系統(tǒng), 可在停電時保持供水壓力,但當壓力采集點選取在氣壓罐上時也可能造成系統(tǒng)的振蕩,其原因是空氣具有可壓縮性,而且氣體在水中的溶解度隨壓力而變化,使出水的反饋壓力和氣體的反饋壓力之間有一定的時間差,從而造成系統(tǒng)振蕩。
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