(3)综上所说,进行系统整体控制方案设计。硬件设备选择、PLC的选型,所需的I/O点估计, I/O模块的选择,得出系统的硬件连接图:包括硬件配置、I/O连接图, I/O点分布,列出I/O分配表,熟练利用相关软件,设计梯形图控制程序,调试和修正程序并设计监控系统。
2 恒压供水系统控制方案确定
2.1 变频恒压供水系统的理论分析
2.1.1 电动机的调速原理
水泵电机多采用三相异步电动机,而其转速公式为式(2-1): (2-1)
式中:f为电源频率,p为电动机极对数,s为转差率。
从上式可知,三相异步电动机的调速方法有:
(l) 改变电源频率;
(2) 改变电机极对数;
(3) 改变转差率。
根据公式,当转差率变化不大时,异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。持续调节电源频率,就能够连续地改变电动机的转速。
2.1.2 变频恒压供水系统的节能原理
在供水系统中,流量通常作为主要控制目的,阀门控制法和转速控制法是两种常用的控制方法。阀门控制法:在水泵电机恒速的基础上,通过改变阀门开度来改变流量。这种方法是通过改变水路中的阻力来改变流量,因此管网阻力将随阀门开度的变化而变化,但是扬程特性保持不变。而生活用水时,人们对水的需求量是变化的,倘若在一段时间内阀门开度保持不变,必然会出现超压或欠压现象。转速控制法:在阀门开度保持不变的基础上,通过改变水泵电机的转动速度来改变流量。这种方法是通过调节水的动能调节流量。因此,变频调速供水方式选用转速控制法。此方法所需功率比阀门控制法要小得多,节能效果显著。
2.2 变频恒压供水系统的组成
恒压供水系统主要有:PLC、变频器、压力变送器和现场的水泵机组,由这些组成完整的闭环调节系统,该系统的控制结构如图2.1所示。
图2.1 变频恒压供水系统结构图
系统可分为:执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分:
(l) 执行机构:3台水泵作为该设计的执行机构,它们把水送入用户管网,3台水泵中其中有1台变频运行,另外2台工频运行,由变频器控制变频泵的转速,根据用户用水量的变化来调整电机的转速,来保持管网压力恒定;工频泵只有启、停两种 运行状态,在用水量很大的情况下才投入工作。
(2) 信号检测机构:在过程控制系统中的信号检测机制,包括管道水压信号、水池水位信号和报警信号检测信号。管网水压信号作为恒压供水控制的主要反馈信号,它反映的是用户管网的当前水压值,该信号是模拟量,在读入PLC之前,需要进行A/D转换器。同时通过对供水的上、下限压力用电接点压力表进行检测,来加强系统的实用性和可靠性,检测的数字量读入PLC;水池水位信号反映水泵进水的可用性。选用安装在水池中液位传感器输出此信号;报警信号为开关量信号,该信号包括变频器是否有故障、系统是否正常运行和水泵电机是否过载。
(3) 控制机构: PLC、变频器和电控设备组成了该系统的控制机构。PLC作为供水控制系统的核心。PLC系统采集的信号有:压力、液位、报警信号,分析来自人机接口和通讯接口的数据信息、实施控制算法,从而得出如何控制执行机构,经过变频器和接触器控制执行机构;水泵转速控制的单元是变频器,它根据供水控制器送来的信号改变水泵的运行频率,完成对变频泵的转速控制。