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PLC变频恒压供水系统压力振荡故障分析与排除
更新时间:2018-06-28 来源:《电工技术》 作者:李刚

  引言

  当前城镇居民小区和高层住宅的供水,广泛采用PLC变频器控制的恒压供水系统。该系统可按实际需要设定供水压力,并自动调整水泵的工作状态,使给水泵始终处于高效率运行状态。变频器对电机实行软起动控制,可消除起动和停机时的水锤效应,延长水泵、电机设备的使用寿命。工作时,系统管网压力应平稳,若出现压力振荡故障,不仅影响供水质量而且严重时会造成管网中部件的损坏。

  1、变频恒压供水系统组成及原理

  变频恒压供水系统主要由PLC控制单元、变频器、泵组电机、供水管网、储水箱和压力传感器等组成,如图1所示。恒压供水泵站采用多台水泵及电机,可根据用水量投入工作,因此单台水泵电机功率不大,系统中设有备用泵以便不停工维护。水泵运行数量由PLC控制,电机转速由变频器控制,以满足不同用水量的需求。

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  2、恒压供水系统供水调压原理

  恒压供水系统供水调压原理如图2所示。供水压力采用闭环控制,首先在控制面板设定水压给定值,通过安装在管网出水端的压力传感器实测水压的反馈信号;然后由变频器将实测值与给定值进行比较,若给定值大于实测值,说明系统水压低于设定值,则改变水泵电机的供电频率,使水泵电机转速上升,反之则降低水泵电机的转速,使供水量减小。在用水量大时,通过PLC进行工频/变频切换,使水泵处于工频下运行,反之处于变频运行;当用水量超过一台泵的供水量时,PLC控制其它水泵加入。

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  3、PLC变频恒压供水的设定与调节

  (1)对于用户供水压力,可根据实际情况对PLC及变频器进行给定值设定,若有多种供水需求(如消防和居民用水水压不同)则可分别设定。

  (2)为了实现调节的快速性与系统的稳定性,PLC对水压的控制采用比例一积分一微分调节,即PID调节,调节参数可由使用者自行设定。

  (3)PID参数设定与调节原理如图3所示,PID控制就是将供水压力实际值与设定的目标值进行比较,使控制的实际值趋近于目标值,若PID参数选择不合适则会影响控制效果。

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  4、恒压供水系统压力不稳易振荡的故障排除

  以三菱PLC变频恒压供水设备系统为例,导致其压力不稳定的因素可能有以下几种。

  (1)控制器PID参数的没定不正确(见表1),由于PID控制部件为PLC或变频器,因此解决方法是按技术要求重新设定。设定后,若水压在设定值上下剧烈波动,则调节PID指令的微分常数,使设定值适当减小,同时适当增加积分常数值;若调整过于缓慢,水压的上下偏差很大,则说明系统的比例常数设定值过大,应适当减小。

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  (2)控制部件的加减速时间与水泵电机功率不相符(见表2)。电机功率大,转动惯量大,则加减速时间应设置长些,反之应减小。对于此项参数,用户可通过逐渐增减数据进行调试,如15kW一般设置为10~20s。

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  (3)供水压力传感器安装位置不合理。压力采集点离水泵出水太近,出水口的流速变化,使反馈给控制器的压力值不稳定,造成系统的振荡。

  (4)有气压罐的供水系统,可在停电时保持供水压力,但当压力采集点选取在气压罐上时也可能造成系统的振荡,其原因是空气具有可压缩性,而且气体在水中的溶解度随压力而变化,使出水的反馈压力和气体的反馈压力之间有一定的时间差,从而造成系统振荡。

  5、结束语

  PLC变频恒压供水系统可显著降低供水能耗,实现供水系统最优运行,提高运行设备使用寿命,但其故障形式也是多样的,因此需要掌握其结构和工作原理,借助相关技术资料,不断总结经验,才能正确而快速地排除故障。

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