基于PLC+风光变频器一拖四供水控制系统应用
1引言
本文是针对某生活小区实际情况，结合用户生活/消防双恒压供水控制的要求，我们进行改造的一些心得。现将其中的改造情况介绍如下。作为风光变频器在供水控制应用中的案例系列篇。
2用户现场情况
如图1所示，市网自来水用高低水位控制器EQ来控制注水阀YV1，自动把水注满储水水池，只要水位低于高水位，则自动向水箱注水。水池的高低水位信号也直接送给PLC，作为水位报警。为了保持供水的连续性，水位上、下限传感器高低距离较少。生活用水和消防用水共用四台泵，平时电磁阀YV2处于失电状态，关闭消防管网，四台泵根据生活用水的多少，按一定的控制逻辑运行，维持生活用水低恒压。当有火灾发生时，电磁阀YV2得电，关闭生活用水管网，四台泵供消防用水使用，并维持消防用水的高恒压值。火灾结束后，四台泵改为生活供水使用。
图1 生活/消防双恒压供水系统示意图
现场设备参数如下:
型号 65-315(I)A
流量 50m3/h
扬程 90m
效率 56%
转速 2900r/min
电机功率 22KW
水泵台数 4台
3系统控制要求
用户对四泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：
⑴生活供水时，系统低恒压运行，消防供水时高恒压值运行。
⑵四台泵根据恒压的需要，采取先开先停的原则接入和退出。
⑶在用水量小的情况下，如果一台泵连续运行时间超过1天，则要切换下一台泵，系统具有倒泵功能，避免一台泵工作时间过长。
⑷四台泵在启动时都要有软启动功能。
⑸要有完善的报警功能。
⑹对泵的操作要有手动控制功能；手动只在应急或检修时使用。
4设备选型
（1）风光JD-BP32-XF型供水变频器
JD-BP32-XF型是山东新风光电子公司推出的专用于供水变频器，使用空间电压矢量控制技术适用于各类自控场合。在恒压供水中可以采用这类变频器。JD-BP32-XF型变频器除具有变频器的一般特性外，还具有以下特性：水压高、水压低输出接口，变频器运行上限、下限频率（可以任意设定），可以方便地进行双压力控制，内置智能PI控制，以上功能非常适用于供水控制要求。在本例中选用JD-BP32-22F（22KW）风光供水变频器拖动用户水泵。
（2）PLC选型
①控制系统的I/O点及地址分配
根据图1所示及控制要求,统计控制系统的输入、输出信号的名称，代码及地址编号如下表1所示。水位上、下限信号分别为I0.1、I0.2。
输入输出点/代码及地址编号表1
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名 称 |
代 码 |
地址编码 | |
|
输入信号 |
手动和自动消防信号 |
SA1 |
I0.0 |
|
水池下限信号 |
SLL |
I0.1 | |
|
水池上限信号 |
SLH |
I0.2 | |
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变频器报警信号 |
SU |
I0.3 | |
|
消铃按钮 |
SB7 |
I0.4 | |
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试灯按钮 |
SB8 |
I0.5 | |
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水压低信号 |
SY1 |
I0.6 | |
|
水压高信号 |
SY2 |
I0.7 | |
|
输出信号 |
1#泵工频运行接触器及指示灯 |
KM1,HL1 |
Q0.0 |
|
1#泵变频运行接触器及指示灯 |
KM2,HL2 |
Q0.1 | |
|
2#泵工频运行接触器及指示灯 |
KM3,HL3 |
Q0.2 | |
|
2#泵变频运行接触器及指示灯 |
KM4,HL4 |
Q0.3 | |
|
3#泵工频运行接触器及指示灯 |
KM5,HL5 |
Q0.4 | |
|
3#泵变频运行接触器及指示灯 |
KM6,HL6 |
Q0.5 | |
|
4#泵工频运行接触器及指示灯 |
KM7,HL7 |
Q1.0 | |
|
4#泵变频运行接触器及指示灯 |
KM8,HL8 |
Q1.1 | |
|
输出信号 |
生活/消防供水转换电磁阀、压力转换 |
YV2,KA1 |
Q1.2 |
|
水池水位下限报警指示灯 |
HL5 |
Q1.3 | |
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变频器报警指示灯 |
HL6 |
Q1.4 | |
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火灾报警指示灯 |
HL7 |
Q1.5 | |
|
报警电铃 |
HA |
Q1.6 | |
|
变频器开停机控制 |
KA2 |
Q1.7 |
②PLC系统选型
系统共有开关量输入点8个，开关量输出点10个,选用西门子主机CPU222（8入6继电器出）1台，加上扩展模块EM222（8继电器输出）1台。即可满足用户供水控制要求
（3）压力传感器
在供水系统中，压力传感器既可以采用压力变送器，也可以采用远传压力表。在本例中采用远传压力表，压力表相应接线端子接到变频器主控板3脚、4脚、5脚即可。
5电气控制系统原理图
电气控制系统原理图包括主电路图、控制电路图及PLC外围接线图三部分。
（1）主电路图
如图2所示为电控系统主电路。四台电机分别为M1、M2、M3、M4。接触器KM1、KM3、KM5、KM7，分别控制M1、M2、M3、M4的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6、KM8，分别控制M1、M2、M3、M4的变频运行；FR1、FR2、FR3、FR4分别为四台水泵电机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3、QS4和QS5分别为变频器和四台泵电机主电路的隔离开关；FU1、FU2、FU3和FU4为主电路的熔断器；BPQ为风光供水专用变频器。
图2主电路图
（2）控制电路图
如图3所 示为电控系统电路。图中SA为手动/自动转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态，打在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1~SB10控制四台泵的起/停和电磁阀YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。
图中的HL12为自动运行状态电源指示灯。
图3电控系统控制电路图
（3）PLC接线图
下图4所示为PLC及扩展模块外围接线图。火灾时，火灾信号SA1被触动，I0.0为1。
图4双恒压供水控制系统及扩展模块的外围接线图
6系统程序设计
（1）程序中使用的PLC内部器件及功能，如下表2所示：
|
器件地址 |
功 能 |
|
器件地址 |
功 能 |
|
VB400 |
变频工作泵的泵号 |
|
M0.4 |
复位当前变频泵运行脉冲 |
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VB401 |
工频运行泵的台数 |
|
M0.5 |
当前泵工频运行启动脉冲 |
|
VD410 |
倒泵时间存储器 |
|
M0.6 |
新泵变频启动脉冲 |
|
T33 |
工/变频转换逻辑控制 |
|
M2.0 |
泵工/变频转换逻辑控制 |
|
T34 |
工/变频转换逻辑控制 |
|
M2.1 |
泵工/变频转换逻辑控制 |
|
T37 |
工频泵增泵判断时间控制 |
|
M2.2 |
泵工/变频转换逻辑控制 |
|
T38 |
工频泵减泵判断时间控制 |
|
M3.0 |
故障信号汇总 |
|
T39 |
工/变频转换逻辑控制 |
|
M3.1 |
水位下限故障逻辑 |
|
M0.0 |
故障结束脉冲信号 |
|
M3.2 |
水位下限故障消铃逻辑 |
|
M0.1 |
泵变频启动脉冲 |
|
M3.3 |
变频器故障消铃逻辑 |
|
M0.2 |
- |
|
M3.4 |
火灾消铃逻辑 |
|
M0.3 |
倒泵变频启动脉冲 |
|
|
|
生活/消防双恒压的两个恒压值是我公司生产的风光供水专用变频器直接设定的。在本实例中，根据用户要求，生活压力设定为0.35MPa,消防压力设定为0.60MPa。
压力低、压力高信号分别由变频器内部主控板14脚、15脚给出。
供水运行下限频率、供水运行上限频率由变频器程序设定。在本系统中，运行下限频率设为22Hz, 运行上限频率设为50Hz。
（2）PLC供水控制系统流程图如下:
图5流程图
（3）该系统PLC控制程序如下：
7结束语
随着变频调速技术的飞速发展，变频调速恒压供水技术在小区已普遍使用。用变频器来实现恒压供水，与其它供水方式相比较而言，其优点是非常明显的。节能效果十分显著，启动平稳，启动电流小，避免了电机启动时对电网的冲击，延长了泵和阀门等的使用寿命，消除了启动和停机时的水锤效应。供水控制系统提高了小区的供水质量。各项控制指标达到了用户的要求。风光变频器在小区恒压供水改造效果是明显的，改造是成功的。
参考文献
[1]山东新风光电子用户使用手册 山东新风光电子科技发展有限公司。
作者简介:孔亮(1975-),工程师, 现在山东新风光电子科技发展有限公司从事低压变频器的研制工作。
公司名称:山东新风光电子科技发展有限公司
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邮编:272500
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