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摘 要: 本文介紹了台達PLC和變頻器在飲料廠供水係統的自動恒壓控製，設計了供水係統的自動恒壓控製方法。分析了控製係統的組成結構、工作過程和PLC梯形圖控製流程及觸摸屏人機界麵設計。該係統性、能可靠、操作方便、自動化程度高、人機界麵直觀，有較高應用價值。
關鍵詞：PLC 觸摸屏 供水係統
1 前言
常規的供水係統采用水泵定速控製，通過改變閥門的大小的方法調節流量和壓力，以達水壓恒定。這種方式在運行中存在以下問題。
（1）人工操作存在調節滯後，整個係統穩定性差，自動化程度低，使得溢水管經常排水造成資源浪費；
（2）水泵定速運行，不僅造成電能的浪費，而且由於泵長期高速運行，易使軸承損壞，影響泵的使用壽命，且備用水泵出現過鏽死的現象；
（3）每年夏天用水高峰時段水壓不能得到保證，當出現了突發性電網故障時，由於水量不足給企業生產造成不便；
為了提供恒壓供水，因而對飲料公司供水係統進行改造就顯得非常重要。可編程序控製器（簡稱PLC）shiyizhongzhuanmenweizaigongyehuanjingxiayingyongershejideshuziyunsuancaozuodedianzizhuangzhi。juyoutongyongxinghao，kekaoxinggao，anzhuanglinghuo，kuozhanfangbian，xingjiabigaodengyixilieyoudian，erqieqizongxianyuwangluonengliyuelaiyueqiang，kefangbiandiyushangweijizuchengkongzhixitong，shixianxitongdegaoxingjiabihegaoxiaonengyunzuo。
本文采用台達公司的PLChebianpinqichanpinyanzhikaifaleyizhongzidonghengyagongshuikongzhixitong，keyouxiaojianqinggongzuorenyuandefudan，tigaogongshuixitongdeyouhuayunxingchengdu，zengqiangxitongkangganraoxing，bimianyingjianlaohuasunshi。
2 係統簡介
為改善生產環境，某大型飲料公司投資清潔水技改工程並建成一座日產水5萬頓的供水係統，分別建設了抽水泵係統、加(jia)壓(ya)泵(beng)係(xi)統(tong)和(he)高(gao)位(wei)水(shui)池(chi)。根(gen)據(ju)公(gong)司(si)用(yong)水(shui)需(xu)求(qiu)特(te)點(dian)，從(cong)抽(chou)水(shui)泵(beng)係(xi)統(tong)過(guo)來(lai)的(de)水(shui)一(yi)部(bu)分(fen)直(zhi)接(jie)供(gong)給(gei)生(sheng)產(chan)用(yong)水(shui)部(bu)門(men)，一(yi)部(bu)分(fen)則(ze)需(xu)通(tong)過(guo)加(jia)壓(ya)泵(beng)輸(shu)送(song)到(dao)高(gao)位(wei)水(shui)池(chi)，而(er)供(gong)給(gei)生(sheng)產(chan)用(yong)水(shui)部(bu)門(men)的(de)水(shui)壓(ya)與(yu)供(gong)給(gei)高(gao)位(wei)水(shui)池(chi)的(de)水(shui)壓(ya)相(xiang)差(cha)較(jiao)大(da)。同(tong)時(shi)高(gao)位(wei)水(shui)池(chi)距(ju)抽(chou)水(shui)泵(beng)房(fang)較(jiao)遠(yuan)達(da)十(shi)多(duo)公(gong)裏(li)，高(gao)位(wei)水(shui)池(chi)的(de)液(ye)位(wei)高(gao)低(di)和(he)加(jia)壓(ya)泵(beng)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)以(yi)及(ji)如(ru)何(he)與(yu)抽(chou)水(shui)泵(beng)係(xi)統(tong)“聯動”也是較難解決的。
鑒於以上特點，從技術可靠和經濟實用角度綜合考慮，我們設計了用PLC控製與變頻器控製相結合的自動恒壓控製供水係統，同時通過主水管線壓力傳遞較經濟地實現了加壓泵係統與抽水泵係統“遠程聯動”的控製目的。
3 係統方案
係統的控製以台達的DVP-EH型DVP64EH00R PLC為技術平台，DOP-A57CST觸摸屏為操作界麵，VFD110B43A變頻器作為執行構件。觸摸屏通過COM2口與DVPEH PLC 的COM口相連，采用MODBUS協議。PLC通過RS485口控製變頻器（便於擴充），支持MODBUS協議。另外還包括施耐德公司的軟啟動器、電機保護器、數據采集及其輔助設備組成（見圖1）。
3.1 抽水泵係統
整個抽水泵係統有150KW深井泵電機四台，90KW深井泵電機兩台，采用變頻器循環工作方式，六台電機均可設置在變頻方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的軟起動150KW和90KW的電機。當變頻器工作在50HZ，管網壓力仍然低於係統設定的下限時，軟起動器便自動起動一台電機投入到工頻運行，當壓力達到高限時，自動停掉工頻運行電機。
係統為每台電機配備電機保護器，是因為電機功率較大，在過載、欠壓、過壓、過流、相序不平衡、缺相、電機空轉等情況下為確保電機的良好使用條件，達到延長電機的使用壽命的目的。
係統配備水位顯示儀表，可進行高低位報警，同時通過PLC可確保取水在合理水位的水質監控，同時也保護電機製正常運轉工況。
係統配備流量計，既能顯示一段時間的累積流量，又能顯示瞬時流量，可進行出水量的統計和每台泵的出水流量監控。
3.2 公司內不同壓力供水需求的解決
為穩定可靠地滿足公司內部分區域供水太力（0.4~0.45Mpa）低於主管網水壓力（0.8~0.9Mpa）的要求，配備穩壓減壓閥來調節，可調範圍為0.1~0.8Mpa。
3.3 加壓泵係統
由於抽水泵房距離高位水池較遠，直接供水到高位水池抽水泵的揚程不足，為此在距離高位水池落差為36米處設計有一加壓泵房，配備立式離心泵兩台（一用一備）電機功率為75KW，揚程36米。該加壓泵的控製係統需考慮以下條件：
（1）若高位水池水位低和主管有水，則打開進水電動蝶閥和起動加壓泵向高位水池供水；
（2）若高位水池水位滿且主管有水，則給出報警信號並關閉加壓泵和進水電動蝶閥；
（3）若主管無水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必須開啟出水電動蝶閥由高位水池向主管補充不。
像(xiang)抽(chou)水(shui)泵(beng)一(yi)樣(yang)，我(wo)們(men)為(wei)加(jia)壓(ya)泵(beng)配(pei)備(bei)了(le)軟(ruan)起(qi)動(dong)器(qi)和(he)電(dian)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)，確(que)保(bao)加(jia)壓(ya)泵(beng)長(chang)期(qi)可(ke)靠(kao)地(di)運(yun)轉(zhuan)，同(tong)時(shi)配(pei)備(bei)了(le)高(gao)位(wei)水(shui)池(chi)的(de)水(shui)位(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)數(shu)顯(xian)儀(yi)和(he)缺(que)水(shui)傳(chuan)感(gan)器(qi)。
為保證整個主水管網的恒壓供不，當高位水池滿且主水管有水時，加壓泵停止，此時主管壓力將“憋壓”，zuizhongdaozhizhuguanyalishangsheng，bingjiangciyalichuandidaochoushuibengfang，choushuibengdekongzhixitongjiancedaociyalijinxinghengyabianpinkongzhi，jinerdadaozhenggezhuguanwangdehengyagongshui，zheshizhenggekongzhixitongshejideguanjian。
4 係統實現功能
4.1 全自動平穩切換，恒壓控製
主水管網壓力傳感器的壓力信號4~20mA送給數字PID控製器，控製器根據壓力設定值與實際檢測值進行PID運算，並給出信號直接控製變頻器的轉速以使管網的壓力穩定。當用水量不是很大時，一台泵在變頻器的控製下穩定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保證管網的壓和穩定時，控製器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被 PLC檢測到，PLCzidongjiangyuangongzuozaibianpinzhuangtaixiabengtourudaogongpinyunxing，yibaochiyalidelianxuxing，tongshijiangyitaibeiyongdebengyongbianpinqiqidonghoutouruyunxing，yijiadaguanwangdegongshuiliangbaozhengyaliwending。ruoliangtaibengyunzhuanreng，zeyicijiangbianpingongzuozhuangtaixiadebengtourudaogongpinyunxing，erjianglingyitaibeiyongbengtourubianpinyunxing。
當用水量減少時，首先表現為變頻器已工作在最低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現，PLC首先將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時，PLC再(zai)停(ting)掉(diao)一(yi)台(tai)工(gong)頻(pin)運(yun)行(xing)的(de)電(dian)機(ji)，直(zhi)到(dao)最(zui)後(hou)一(yi)台(tai)泵(beng)用(yong)主(zhu)頻(pin)器(qi)恒(heng)壓(ya)供(gong)水(shui)。另(ling)外(wai)，控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)六(liu)台(tai)泵(beng)為(wei)兩(liang)組(zu)，每(mei)台(tai)泵(beng)的(de)電(dian)機(ji)累(lei)計(ji)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)可(ke)顯(xian)示(shi)，24小時輪換一次，既保證供水係統有備用泵，又保證係統的泵有相同的運行時間，確保了泵的可靠壽命。控製係統圖見圖2。
4.2 半自動運行
當PLC係(xi)統(tong)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)時(shi)，自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)失(shi)靈(ling)，這(zhe)時(shi)候(hou)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)處(chu)於(yu)半(ban)自(zi)動(dong)狀(zhuang)態(tai)，即(ji)一(yi)台(tai)泵(beng)具(ju)有(you)變(bian)頻(pin)自(zi)動(dong)恒(heng)壓(ya)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，當(dang)用(yong)水(shui)量(liang)不(bu)夠(gou)時(shi)，可(ke)手(shou)動(dong)投(tou)入(ru)另(ling)外(wai)一(yi)台(tai)或(huo)幾(ji)台(tai)工(gong)頻(pin)泵(beng)運(yun)行(xing)。
4.3 手動
當壓力傳感器故障或變頻器故障時，為確保用水，六台泵可分別以手動工頻方式運行。
5 實施效果
shijiyunxingzhengmingbenkongzhixitonggouchengleduotaishenjingbengdezidongkongzhidezuijingjijiegou，zairuanjianshejizhongchongfenkaohubianpinyugongpinzaiqiehuanshideshunjianyaliyudianliuchongji，meitaibengjuncaiyongruanqidongshijiejuegaiwentiguanjian。bianpinqigongzuodeshangxiaxianpinlvjishuziPID控製的上下限控製點的設定對係統的誤差範圍也有不可忽視的作用。
①采用變頻恒壓供水，消除了主管網壓力波動，保證了供水質量，而且節能效果明顯，並延長了主管網及其閥門的使用壽命。
②用穩壓減壓閥經濟地解決了不同用水壓力的問題。
③拓寬運用變頻恒壓控製原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠程通訊總是並達到異地連鎖控製的目的。
④在抽水泵房設置連續液位顯示，並將信號傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機，設定的取水位置，確保水的質量。
⑤電機既有電機保護器，又有軟起動器，克服了起動時的大電流衝擊，相對延長了電機製使用壽命。
⑥由於采用PLC控製的壓力自動控製，可以實現無人遠程操作，係統的PLC預留有RS485接口，可與公司總調度室計算機網絡進行連接。
⑦由於係統采用閉環恒壓控製，電機在滿足主水很容易網的壓力的前提下，節能效果顯著，年節電61萬度，折合為人民幣36萬元。
⑧通過采用變頻器控製，可在不同季節、節假日、日夜及上下班等全麵調控水量，按日節水100噸計，則年可節水36500噸。
總之，采用該PLC控(kong)製(zhi)的(de)恒(heng)壓(ya)變(bian)頻(pin)供(gong)水(shui)係(xi)統(tong)肯(ken)定(ding)能(neng)保(bao)證(zheng)該(gai)大(da)型(xing)飲(yin)料(liao)廠(chang)的(de)足(zu)量(liang)用(yong)水(shui)，同(tong)時(shi)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)降(jiang)低(di)了(le)維(wei)修(xiu)的(de)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)和(he)延(yan)長(chang)了(le)設(she)備(bei)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，實(shi)現(xian)了(le)真(zhen)正(zheng)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)，不(bu)僅(jin)可(ke)解(jie)決(jue)了(le)現(xian)供(gong)水(shui)係(xi)統(tong)存(cun)在(zai)的(de)問(wen)題(ti)，而(er)且(qie)節(jie)能(neng)效(xiao)果(guo)顯(xian)著(zhu)。因(yin)此(ci)，從(cong)節(jie)能(neng)和(he)改(gai)善(shan)供(gong)水(shui)條(tiao)件(jian)上(shang)有(you)著(zhe)重(zhong)大(da)的(de)價(jia)值(zhi)。
【參考文獻】
[1] 台達全係列可編程序控製器 台達內部資料 2009
[2] 郭宗仁等. 可編程序控製器應用係統設計及通信網絡技術. 人民郵電出版社，2002
[3] 宋伯生.可編程序控製器.中國勞動出版社， 1993.
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