PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)壓力振蕩故障分析與排除

當(dāng)前城鎮(zhèn)居民小區(qū)和高層住宅的供水，廣泛采用PLC變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)。該系統(tǒng)可按實(shí)際需要設(shè)定供水壓力，并自動(dòng)調(diào)整水泵的工作狀態(tài)，使給水泵始終處于率運(yùn)行狀態(tài)。變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)行軟起動(dòng)控制，可消除起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效應(yīng)，延長(zhǎng)水泵、電機(jī)設(shè)備的使用壽命。工作時(shí)，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力應(yīng)平穩(wěn)，若出現(xiàn)壓力振蕩故障，不僅影響供水質(zhì)量而且嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管網(wǎng)中部件的損壞。
1、變頻恒壓供水系統(tǒng)組成及原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由PLC控制單元、變頻器、泵組電機(jī)、供水管網(wǎng)、儲(chǔ)水箱和壓力傳感器等組成，如圖1所示。恒壓供水泵站采用多臺(tái)水泵及電機(jī)， 可根據(jù)用水量投入工作，因此單臺(tái)水泵電機(jī)功率不大，系統(tǒng)中設(shè)有備用泵以便不停工維護(hù)。水泵運(yùn)行數(shù)量由PLC控制， 電機(jī)轉(zhuǎn)速由變頻器控制，以滿足不同用水量的需求。

圖1 PLC變頻恒壓供水系統(tǒng)組成圖
2、恒壓供水系統(tǒng)供水調(diào)壓原理
恒壓供水系統(tǒng)供水調(diào)壓原理如圖2所示。供水壓力采用閉環(huán)控制，首先在控制面板設(shè)定水壓給定值，通過(guò)安裝在管網(wǎng)出水端的壓力傳感器實(shí)測(cè)水壓的反饋信號(hào)；然后由變頻器將實(shí)測(cè)值與給定值進(jìn)行比較，若給定值大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于設(shè)定值，則改變水泵電機(jī)的供電頻率，使水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，反之則降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使供水量減小。在用水量大時(shí)，通過(guò)PLC進(jìn)行工頻／變頻切換，使水泵處于工頻下運(yùn)行，反之處于變頻運(yùn)行；當(dāng)用水量超過(guò)一臺(tái)泵的供水量時(shí)，PLC控制其它水泵加入。

圖2 恒壓供水系統(tǒng)供水調(diào)壓原理圖
3、PLC變頻恒壓供水的設(shè)定與調(diào)節(jié)
(1)對(duì)于用戶(hù)供水壓力，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)PLC及變頻器進(jìn)行給定值設(shè)定，若有多種供水需求(如消防和居民用水水壓不同)則可分別設(shè)定。
(2)為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，PLC對(duì)水壓的控制采用比例一積分一微分調(diào)節(jié)， 即PID調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)參數(shù)可由使用者自行設(shè)定。
(3)PID參數(shù)設(shè)定與調(diào)節(jié)原理如圖3所示，PID控制就是將供水壓力實(shí)際值與設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，使控制的實(shí)際值趨近于目標(biāo)值，若PID參數(shù)選擇不合適則會(huì)影響控制效果。

圖3 PID設(shè)定在變頻器內(nèi)的恒壓供水圖力
4、恒壓供水系統(tǒng)壓力不穩(wěn)易振蕩的故障排除
以三菱PLC變頻恒壓供水設(shè)備系統(tǒng)為例，導(dǎo)致其壓力不穩(wěn)定的因素可能有以下幾種。
(1)控制器PID參數(shù)的設(shè)定不正確(見(jiàn)表1)，由于PID控制部件為PLC或變頻器， 因此解決方法是按技術(shù)要求重新設(shè)定。設(shè)定后，若水壓在設(shè)定值上下劇烈波動(dòng)，則調(diào)節(jié)PID指令的微分常數(shù)，使設(shè)定值適當(dāng)減小，同時(shí)適當(dāng)增加積分常數(shù)值；若調(diào)整過(guò)于緩慢，水壓的上下偏差很大，則說(shuō)明系統(tǒng)的比例常數(shù)設(shè)定值過(guò)大，應(yīng)適當(dāng)減小。

表1 PID設(shè)定參數(shù)
(2)控制部件的加減速時(shí)間與水泵電機(jī)功率不相符(見(jiàn)表2)。電機(jī)功率大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，則加減速時(shí)間應(yīng)設(shè)置長(zhǎng)些，反之應(yīng)減小。對(duì)于此項(xiàng)參數(shù)，用戶(hù)可通過(guò)逐漸增減數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試，如15kW 一般設(shè)置為10～20s。

表2加減速時(shí)間參數(shù)設(shè)定
(3)供水壓力傳感器安裝位置不合理。壓力采集點(diǎn)離水泵出水太近，出水口的流速變化，使反饋給控制器的壓力值不穩(wěn)定，造成系統(tǒng)的振蕩。
(4)有氣壓罐的供水系統(tǒng)， 可在停電時(shí)保持供水壓力，但當(dāng)壓力采集點(diǎn)選取在氣壓罐上時(shí)也可能造成系統(tǒng)的振蕩，其原因是空氣具有可壓縮性，而且氣體在水中的溶解度隨壓力而變化，使出水的反饋壓力和氣體的反饋壓力之間有一定的時(shí)間差，從而造成系統(tǒng)振蕩。