案例5.4_变频水泵恒压供水装置

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1、案例5.4__变频水泵恒压供水装置1.概况：近年来由于城市建设飞速发展，高层楼宇大量涌现，居民用水矛盾日益突出。如采用水箱供水存在水压不稳、二次污染和耗能等问题。随着PLC控制和变频技术的发展，变频恒压供水逐步为大家认可。变频恒压供水目前国家尚无标准。因此变频恒压供水系统的构成各不相同，一般按用户要求进行生产。通常控制采用PLC,调速采用变频器,用压力变送器作为管网压力采样和反馈信号与压力设定信号进行比较，经过PID调节器运算，它的输出作为变频器频率给定，从而调节电动机的转速，使管网压力维持恒定。一台变频器可以控制二台或多台水泵。在本实例中，因考虑到本系统的使用环境是居民大楼，用水量需根据季节

2、变换和气温变化经常要进行调整。而控制室为无人值守，操作者是一般物业人员，要求系统工作可靠，操作简单。因此对系统的总体设计中采用PLC来对水泵的开、关和切换进行控制及对故障进行处理；使用PID调节器来实现闭环控制，而水泵的驱动则采用变频器，变频器工作在开环运行状态，由PID调节器的输出（4～20mA电流）作为变频器的频率给定信号。供水管网中的压力则通过压力变送器转换为4～20mA的电流信号反馈到PID调节器。压力给定信号在调节器面板中以键盘设置。系统的控制方框图如图4-1所示。水泵房的现场照片和控制柜外形照片分别见图4-2和图4-3，图4-2水泵房现场照片图4-3恒压供水系统电气控制柜外形图本系

3、统在正常工作时只须二台泵，另一台作为备用泵。考虑到三台泵应均衡使用，故不设备用泵，而改为三台泵轮流工作制。如大楼居民用水流量少时，用一号泵作变频运行,电动机低速运行。当用水流量增加造成管网压力降低，压力变送器输出信号减小，使PID调节器输出信号增加，从而使变频器输出频率增加，使电动机升速,管网压力随之增加。PID调节器调节压力的过程如下：PID调节器的给定量Pg恒定，13当用水流量增加时，供水能力QG小于用水流量Qu，则压力降低，压力反馈信号PF↓→偏差信号△P＝(Pg—PF)↑→变频器输出频率f↑→电动机转速n↑→供水能力QG↑→直至压力大小回复到目标值，供水能力与用水流量重新达到平衡(QG

4、=Qu)时为止。如果变频器输出已经达到水泵额定频率，且经过一定时间后管网压力仍小于设定值，说明只用一台水泵供水能力还不够，则通过PLC控制一号泵改为工频运行，接通二号泵并由变频器控制，使管网压力继续上升直到达到压力平衡。当用水流量下降使压力升高时，通过PID调节器的调节作用使变频器输出频率降低，二号泵转速下降。即用水流量减小，使QG＞Qu时，则PF↑→(Pg-PF)↓→f↓→n↓→QG↓→QG=Qu，又达到新的平衡。如果变频器输出频率下降到下限值，管网压力仍大于设定值，说明用不到两台泵同时工作，则通过PLC控制一号工频泵停止工作，剩下二号变频泵低速运行，维持管网压力。当用水流量又增加使压力下降

5、时，变频器输出频率又上升；如果输出频率达到额定，而管网压力仍小于设定值，则二号泵转为工频泵，接通三号泵并由变频器控制，使管网压力上升最终达到压力平衡。根据管网压力的变化，三台泵的工作状况可以轮流切换。本系统的控制电路电气原理图如附图4-4所示。附图4-4变频恒压供水系统控制电路电气原理图电气原理图中所用元器件清单见表4-1表4-1元器件清单序号元件代号元件名称型号规格1PLC可编程控制器三菱FX2N-48MR2FR-F540三菱变频器三菱FR-540-11K3A1数字式压力控制表FUJIPXR54PB-DA-2Y压力变送器HSAPB-DA-2YA输出4-20mA5DC稳压器AC220V/DC2

6、4V6SB1启动按钮7SB2停止按钮8S02手动/自动选择开关9QF1～QF3，QF10断路器10KM1～KM3,KM10～KM13接触器11KA1变频器起停继电器12FR1,FR2,FR3热继电器13FU1～FU4熔断器14HL1,HL2,HL3HL11,HL12,HL13HL17HL18泵1～泵3变频指示灯泵1～泵3工频指示灯变频故障指示灯电机故障指示灯15HA变频故障蜂鸣器16SA1、SA2、SA3检修选择按钮17S01检修开关18DY1,DY2,DY3水泵电动机Y132M-4B,7.5kW/15.4A/380v/1440rpm19离心清水泵65DL4扬程46m/流量30m3/h132.

7、变频器采用三菱公司风机、水泵专用型FR-F540系列变频器，容量11kW。由于采用外围PID调节器，因此对变频器性能要求不高，采用其它型号变频器均可。端子接线图如图4-5所示。参数设置见表4-2所示：表4-2FR-F540系列变频器参数设置功能参数号名称设定范围设定值基本功能1上限频率0-120Hz50HZ2下限频率0-120Hz15HZ3基底频率0-400Hz48Hz7加速时间0-360S10S