淺談恒壓供水系統(tǒng)中PLC、變頻器的應(yīng)用

劉興　邱利軍

摘 要：THPWSD-1實(shí)訓(xùn)裝置是根據(jù)民用建筑、工業(yè)建筑給排水工程特點(diǎn)設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模型，學(xué)生練習(xí)后可具備安裝與控制給排水設(shè)備的綜合能力，并培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、安全施工意識(shí)以及職業(yè)素養(yǎng)等。

關(guān)鍵詞：變頻器 PLC PID控制

一、實(shí)訓(xùn)裝置簡(jiǎn)介

1.生活給水系統(tǒng)概述

生活給水系統(tǒng)能完成給水系統(tǒng)的恒壓變頻供水控制，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)水泵之間變頻、工頻控制自動(dòng)切換功能。生活給水系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 生活給水系統(tǒng)工藝流程圖

1-給水箱 2-閘閥 3-橡膠軟接頭 4-變頻磁力水泵 5-止回閥 6-壓力變送器 7-脈沖式水表 8-淋浴混合水龍頭 9-角閥 10-淋浴噴頭 11-混合水龍頭

2.滅火噴淋系統(tǒng)概述

滅火噴淋系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴水滅火體系，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，噴頭噴水滅火系統(tǒng)自動(dòng)打開并發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，完成自動(dòng)探測(cè)、噴水滅火以及報(bào)警等功能。

二、生活給水系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)的控制

1.生活給水控制系統(tǒng)工作原理

為了滿足用水終端用水量，供水系統(tǒng)內(nèi)管道壓力必須維持在允許范圍內(nèi)，通常由2臺(tái)以上的變頻磁力泵驅(qū)動(dòng)。本裝置僅由2臺(tái)變頻磁力泵、1只壓力變送器、終端用水系統(tǒng)及附件等構(gòu)成。變頻恒定壓力供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 變頻恒定壓力供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

其中PLC控制器采用西門子公司CPU224XP主機(jī)，變頻器采用西門子公司MM420。

生活給水控制系統(tǒng)有兩種自動(dòng)工作狀態(tài)。

（1）單臺(tái)水泵的自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)管道需要用水量壓力值小于泵Ⅰ提供的供水量時(shí)，給水系統(tǒng)處于泵Ⅰ變頻運(yùn)行工作狀態(tài)。此時(shí)，泵Ⅰ工作的狀態(tài)處于變頻狀態(tài)。

（2）兩泵運(yùn)行。泵Ⅰ處于變頻狀態(tài)時(shí)，管道需要的用水量驟然增加，泵Ⅰ的工作狀態(tài)接近工頻（50Hz），但還是無(wú)法滿足用水量的需求；此時(shí)PLC發(fā)出命令，泵1工頻運(yùn)行，泵Ⅱ開始啟動(dòng)到變頻，來(lái)增大管道壓力值，以滿足實(shí)際用水量。泵Ⅰ、泵Ⅱ的工作狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，受管道實(shí)際用水量影響。

2.消防控制系統(tǒng)給水的工作原理

消防給水控制系統(tǒng)的工作模式有預(yù)備和報(bào)警兩種狀態(tài)。預(yù)備狀態(tài)是指正常調(diào)試噴淋滅火系統(tǒng)后火災(zāi)發(fā)生前的準(zhǔn)備狀態(tài)。每次操作切記都要使系統(tǒng)處于預(yù)備可靠狀態(tài)，閥前壓力表要求約為0.3MPa的壓力，以確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)完成滅火過(guò)程。

3.生活給水和消防給水控制系統(tǒng)操作環(huán)節(jié)

（1）檢查所有電氣元件狀態(tài)、硬件接線無(wú)誤；檢查管路是否暢通、各閥門狀態(tài)是否正確。

（2）將電氣控制開關(guān)柜通電。閉合控制柜上的斷路器，狀態(tài)選擇開關(guān)置為手動(dòng)位置，分別啟、停泵Ⅰ、泵Ⅱ，要保證水泵正轉(zhuǎn)；同時(shí)，確保管路正常；啟動(dòng)噴淋泵，當(dāng)閥前壓力指示數(shù)值≥0.3MPa 時(shí)，立即停止噴淋泵。完成該泵預(yù)備狀態(tài)，系統(tǒng)切換至自動(dòng)狀態(tài)。

（3）開啟計(jì)算機(jī)，打開STEP 7 SP6編程軟件并按要求編寫程序，編譯后用RS-232/PPI智能多主站電纜將CPU224XP主機(jī)連接到PC機(jī)的串口上，下載程序到CPU224XP中運(yùn)行。

（4）打開力控組態(tài)監(jiān)控的畫面，進(jìn)入主畫面，設(shè)置給水管道的壓力設(shè)定值及PID相關(guān)參數(shù)（本實(shí)驗(yàn)參數(shù)推薦：設(shè)定壓力值為80kPa～120kPa，比例系數(shù)為1，微分時(shí)間為0，積分時(shí)間為5min）。

（5）滿足管道壓力設(shè)定值的要求，很快達(dá)到泵Ⅰ工頻（50Hz）運(yùn)行泵Ⅱ變頻運(yùn)行的工作狀態(tài)；此時(shí)，模擬火災(zāi)狀態(tài)，噴淋泵工作；泵Ⅰ、泵Ⅱ都停止工作，保證消防系統(tǒng)給水的壓力，達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果。

此系統(tǒng)利用PLC控制一臺(tái)變頻器實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、調(diào)速，管網(wǎng)的壓力信號(hào)由壓力變送器采樣后送入CPU224XP模擬量輸入端，與管道壓力設(shè)定值相比較；經(jīng)PLC的PID處理后再經(jīng)CPU224XP模擬量輸出端送到變頻器模擬量輸入端，此時(shí)變頻器根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際壓力的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)給水泵Ⅰ、泵Ⅱ轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)水泵的流量，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力的恒定。

（作者單位：北京電子科技職業(yè)學(xué)院）