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水泵机组全自动变频调压PLC控制系统设计运行总

时间:2018-07-23 10:57来源:未知 作者:saintbox 点击:

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水泵机组全自动变频调压PLC控制系统设计运行总结
 
 
1 引言
      汕头市澄海区第一水厂送水泵(water pump)房共有六台送水机泵,包括(bāo kuò)55k
  W、75k
  W、110kW三种不同功率的机泵各两台。由于用户用水量具有一定的随机性,如果只靠启动(start up)和停止(stop)机泵来保持供水压力,这样很难满足随时变化的供水要求。据统计分析,在水厂的生产成本中,送水机泵运行用电成本占了很大的比例。为降低电耗,保证供水质量,受用户委托对送水泵房水泵机组实施全自动变频调压PLC控制(control)。全自动变频调压PLC控制系统主要采用变频调速技术,它具有恒定水压,降低能耗等显著优点,是一项集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高效节能(Energy saving)技术。
2 全自动变频调压PLC控制系统介绍
      全自动变频调压PLC控制系统(system)主要由一套可编程控制器(Controller)PLC和一台变频器组成。恒压供水设备是一种水利系统的供水方式。供水是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大,水质易污染,基建投资多,而最主要的缺点是水压不能保持恒定,导致部分设备不能正常工作。恒压供水设备能够保持供水压力的恒定,可使供水和用水之间保持平衡,即用水多时供水也多,用水少时供水也少,从而提高了供水的质量。PLC对管道压力进行实时采样,并与压力设定值进行比较,根据压力偏差值由PID闭环控制算法得出一调节(adjust)参量,控制变频器输出频率从而控制水泵(water pump)电机转速,以及根据压力差值的大小等条件自动选定工作机泵的类型和数量,使管网压力与设定压力一致。
      根据工艺要求,为达到既降低电耗,又避免频繁启停机泵,选择110kW的机泵与变频器组成调速泵,其余机泵作为定速泵。在一台变频器下的两台110kW的机泵加装电气互锁控制,防止两水泵同时运转。
      系统兼有手动和自动操作功能,可根据不同的需要,选择(xuanze)不同的工作方式。手动时,频率输出(Output)由变频器(Variable-frequency Drive)的操作器设置,自动时,频率输出由PLC根据管道压力自动调节。
 
3 全自动变频调压PLC控制系统特点

  (1)自动(automatic)控制(control)水泵(water pump)转速
      实时读入管网压力值,与设定值比较,由PID控制算法得出一调节参量,控制变频器输出频率,从而控制调速泵的转速,实现恒压供水。

  (2)自动运行泵的类型和台数
      当用水量较少时,调速泵调频变速工作,保持干管水压恒定。当用水量超过调速泵的工频流量,水压降低时,变频器先把频率降低到70%,控制调速泵运转,同时PLC增开定速泵,泵的类型和数量可以根据当前的压力差和用水量的历史曲线决定,增开定速泵后,调速泵的运行频率则根据压力差进行调整,使干管压力接近设定值。如当用水量减少时,变频器降低调速泵的运行频率,当频率降低到40%时,相应地关闭定速泵,然后调整调速泵的频率,使干管压力接近设定值;停泵时,根据当前的压力差和用水量的历史曲线决定所停的泵的类型和数量。当水压达不到要求,系统在开停泵时都应采取延时处理,避免出现在短时间内频繁切换机泵的情况。

  (3)最大限度利用原有设备,减低投资成本。
 
4 全自动变频调压PLC控制系统(system)变频调压的节能原理
      为适应用户用水量的变化,调节(adjust)出水流量,现通常采用两种方法来完成流量的连续调节。二次供水设备广泛用于企事业单位、住宅区及农村的生产、生活、办公用水。供水户在20-2000户。日供水量在20-50000m3,供水高度达150米,即50层楼房。一种是利用控制阀(Control valve)或节流阀进行节流,以改变出水流量;另一种是泵的调速控制,调节泵的转速来改变出水流量。图l为水泵调速时的全扬程特性(H—Q)曲线。
      用阀门控制时,当流量要求从Q0减小到Q1,必须降低阀门开度。这时阀门的磨擦阻力变大,阻力曲线从R移到R’扬程则从H0上升到Hl,运行工况点从A点移到B点。
      用调速控制时,当流量要求从Q0减小到Q1,由于阻力曲线R不变,泵的特性取决于转速。如果把速度从N100降到N80,运行工况点则从A点移到C点,扬程从H0下降到H2。
根据离心泵特性曲线公式:
P=QHr/102η
  (1)
式中:P——水泵使用工况轴功率(kW);Q——使用工况点的水压或流量(m3/s);H——使用工况点的扬程(m);r——输出介质单位体积重量(kg/m3);η——使用工况点的泵效率(%)可得出运行在B点泵的轴功率和C点泵的轴功率分别为:
      由
  (4)式看出,用阀门控制流量时,有△P功率被损耗浪费掉了,且随着阀门不断关小,这个损耗还要增加。而用转速控制流量时,根据流量
  Q、扬程
  H、功率P和转速N之间的关系,有:
      由
  (5)式可知,流量Q与转速N的一次方成正比;扬程H与转速N的平方成正比;轴功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)P与转速N的立方成正比,即功率与转速成3次方的关系下降。供水设备从根本上解决了水塔供水的问题。据“供水设备推广中心”的资料显示,供水设备不需建造水塔,投资小、占地少,采用水气自动调节、自动运转、节能与自来水自动并网,停电后仍可供水,调试后数年不需看管。如果不是用降低阀门开度的方法,而是把电机转速降下来,那么在同样流量的情况下,原来消耗在阀门阻力的功率就可以避免,从而获得图l中BC区域大小的节能效果。本全自动变频调压PLC控制系统选择的调速泵的功率为P=llOkW,额定转速为n=1450r/m,从表l可以观察所需功率和转速的关系。
      据统计分析,泵大部分工作时间是运行在60%到80%的负载工作点上。由上表可以看出,60%和80%的负载工作点上所需的功率相当于以额定转速工作时功率的51.2%和21.6%。所以采用变频调速控制泵的流量,理论上可以节约(jié yuē)40%的电耗。
 
5 全自动变频调压PLC控制系统投资效果
汕头市澄海区第一水厂送水泵房安装实施了全自动变频调压PLC控制系统后,投资效果非常明显。主要体现在以下几个方面:

  (1)节能效果非常显著,而且生产(Produce)工艺稳定(解释:稳固安定;没有变动),可产生明显的经济效益。
      根据用户(user)统计,月平均节约电能30000kWh,按工业(gōng yè)电价0.67元/kWh计,每月可以产生直接经济效益2万余元,具有明显的经济效益。

  (2)延长设备寿命,降低维修费用。由于电机水泵的转速普遍下降,运行状况明显改善。变频器启动和调速平稳,这减少了对电网的冲击。同时叵压供水对管网不会造成常常性的强烈冲击,对管网起了很好的保护作用。这些都对延长设备的使用寿命,降低设备的维修费用有积极的意义。

  (3)改善工作环境,降低设备故障的可能性。采用变频调速技术后,由于水泵出口阀全开,消除了阀门因节流而产生的噪音,改善了工人的工作环境。同时,克服了平常因调节(adjust)阀故障对生产带来的影响,具有显著的社会效益。

  (4)提高设备(shèbèi)工作(gōng zuò)稳定性。系统采用闭环控制,参数超调波动范围小,偏差能及时进行控制。变频器的加速和减速可根据工艺要求自动(automatic)调节,控制精度高,能保证生产工艺稳定,提高了供水的质量和产量。而且变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能,提高了电机水泵运行的可靠性。
 
6 结语
      汕头市澄海区第一水厂全自动变频调压PLC控制系统投入运行4年来,用户的使用经验表明,系统具有调速性能好、节能(Energy saving)效果(xiàoguǒ)显著、运行工艺安全可靠、改善操作人员操作环境等优点。在大力提倡节约能源的今天,推广使用这种集现代先进电力电子(electronic)技术和计算机技术于一体的高科技节能装置,对于提高水厂生产(Produce)率、降低(reduce)能耗、降低生产成本、提高经济效益具有重大的现实意义。
 
 
 
 

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