Suministro de agua a presión constante

Resumen: Este artículo presenta la composición y principio de funcionamiento de un sistema de suministro de agua a presión constante basado en convertidores de frecuencia y PLC. El sistema adopta una regulación de velocidad de frecuencia variable para ajustar automáticamente la velocidad del motor de la bomba de agua para mantener constante la presión del suministro de agua. El PLC controla la cantidad de bombas de agua en funcionamiento para satisfacer las necesidades del sistema durante el consumo de agua máximo y mínimo. El sistema tiene las ventajas de ahorro de energía, funcionamiento confiable y alto grado de automatización, lo que mejora la calidad del suministro de agua.

1. Introducción

Con el rápido desarrollo de la tecnología de regulación de velocidad por conversión de frecuencia y los controladores programables, así como su amplia gama de aplicaciones, potentes funciones y facilidad de uso, se han convertido El pilar de la automatización industrial contemporánea. Uno de los principales dispositivos, se utiliza ampliamente en el campo de la producción industrial, y su aplicación en otros campos (como la automatización civil y doméstica) también se ha desarrollado rápidamente.

Debido a la aplicación flexible y conveniente de la tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia y el controlador programable, también se utilizan ampliamente en sistemas de suministro de agua a presión constante. Usando PLC como unidad de control central y combinando el convertidor de frecuencia con PID, la presión de trabajo del sistema de suministro de agua se puede ajustar rápidamente de acuerdo con el estado del sistema para lograr el propósito de un suministro de agua a presión constante, mejorar la estabilidad de trabajo del sistema. y obtener buenos efectos de control y un evidente efecto de ahorro de energía.

2. Estructura del sistema

El principio del sistema de suministro de agua a presión constante de frecuencia variable se muestra en la Figura 1 e incluye principalmente PLC, convertidor de frecuencia, transmisor de presión, sensor de nivel de líquido, Circuitos de potencia y control y composición del grupo motobomba. Los usuarios comprenden y controlan el funcionamiento del sistema a través de las luces indicadoras, botones e interruptores en el panel del gabinete de control. A través del transmisor de presión instalado en la red de salida de agua, la señal de presión de salida se convierte en una señal estándar de 4~20 mA y se envía al regulador PID integrado en el convertidor de frecuencia. Después del cálculo del PID y la comparación con los parámetros de presión dados, el 4~. Se obtienen los parámetros de 20 mA. La señal de 4 ~ 20 mA se envía al convertidor de frecuencia. El sistema de control utiliza un convertidor de frecuencia para controlar la velocidad de la bomba de agua para ajustar el suministro de agua. Según el diferente consumo de agua, el convertidor de frecuencia ajusta la velocidad de la bomba de agua y la frecuencia de trabajo es diferente. y una detección de frecuencia límite inferior en la configuración del convertidor de frecuencia. Cuando el consumo de agua es grande, el convertidor de frecuencia aumenta rápidamente a la frecuencia límite superior. En este momento, el convertidor de frecuencia envía una señal de conmutación al PLC cuando el consumo de agua. está en un pico bajo, la salida del convertidor de frecuencia alcanza la frecuencia límite inferior y el convertidor de frecuencia también envía una señal de conmutación al PLC; ambas señales no se generarán al mismo tiempo; Cuando se genera cualquier señal, la señal se devuelve al PLC. El PLC controla la salida del interruptor del puerto de E/S a través del programa interno establecido para cambiar el grupo de contactores de CA, coordinando así la cantidad de motores de la bomba de agua en funcionamiento y completando. El motor arranca y se detiene, cambia entre conversión de frecuencia y frecuencia de potencia. Al ajustar la cantidad de motores en funcionamiento y controlar la velocidad de conversión de frecuencia de un motor en la unidad del motor, la presión de trabajo de la red de tuberías del sistema siempre es estable, logrando así el propósito de un suministro de agua a presión constante.

3. Principio de funcionamiento

El sistema tiene dos modos de funcionamiento: manual y automático. En el modo manual, presione el botón para iniciar y detener la bomba de agua, y podrá controlar el inicio y la parada de las bombas 1#~3# respectivamente según sea necesario. Este método se utiliza principalmente para la depuración, falla automática y mantenimiento del equipo. Durante el funcionamiento automático, la bomba de agua 1# se opera primero con frecuencia variable y la frecuencia de salida del convertidor de frecuencia aumenta desde 0 HZ. Al mismo tiempo, el regulador PID compara la señal recibida con la presión dada y la envía a la frecuencia. Convertidor para control. Si la presión no es suficiente, la frecuencia aumenta a 50 HZ y el convertidor de frecuencia envía una señal de llegada de frecuencia límite superior al PLC. Después de recibir la señal, el PLC se retrasa y la conversión de frecuencia de la bomba 1# cambia rápidamente a la. Si la presión establecida es menor que la presión establecida, la bomba 2# cambiará de frecuencia variable a frecuencia industrial y la bomba 3# arrancará. con frecuencia variable; si el consumo de agua disminuye, el control PLC comenzará desde la primera bomba y, al mismo tiempo, el sistema funcionará sin problemas de acuerdo con los parámetros de ajuste PID y mantendrá siempre la presión de la red de tuberías.

Si hay un corte de energía momentáneo, el sistema se apagará. Después de que el suministro de energía vuelva a la normalidad, el sistema volverá automáticamente al estado inicial y comenzará a funcionar. La función automática de conversión de frecuencia es la función más básica del sistema. El sistema completa automáticamente todo el proceso operativo de arranque, parada y conversión de frecuencia de circulación para múltiples bombas.

4. Convertidor de frecuencia

El convertidor de frecuencia adopta el convertidor de frecuencia de la serie EV2000 producido por Emerson Electric Company. EV2000 adopta un método de control único para lograr un accionamiento de alto par, alta precisión y amplia velocidad, cumpliendo con los requisitos de alto rendimiento de los inversores de uso general. Tiene una función anti-disparo que supera a productos similares y la capacidad de adaptarse. a temperaturas extremas de la red, humedad y polvo. Mejora en gran medida la confiabilidad del producto.

EV2000 tiene PI práctico (Figura 2), PLC simple, terminales de entrada y salida flexibles, frecuencia de pulso dada, opciones de almacenamiento de parámetros de falla de energía y apagado. El canal de frecuencia dada está incluido con el canal de comando operativo y se proporciona control de histéresis de frecuencia cero para proporcionar una solución integrada para el equipo, lo cual es de gran valor para reducir los costos del sistema y mejorar la confiabilidad del sistema. La configuración de los parámetros PI retroalimentará directamente la velocidad de respuesta y la precisión en el control del inversor. La configuración del umbral de operación de frecuencia cero y la histéresis de frecuencia cero puede evitar que el inversor haga funcionar la bomba de agua a baja frecuencia a baja velocidad (cuando el agua. salidas de la bomba por debajo de 15 HZ del inversor) La eficiencia es muy baja), de modo que el convertidor de frecuencia detiene automáticamente la salida cuando es inferior a cierta frecuencia, lo que no afecta el requisito de suministro de agua a presión constante y maximiza la eficiencia.

5. Sistema de control PLC

Este sistema utiliza Mitsubishi FX-1s30MR, con 30 puntos de E/S, salida de relé y programación de PLC mediante programador portátil FX-20P-E. El software de programación especial SWOPC-FX/WIN-C de Mitsubishi PLC, el controlador de programa programable PLC y el software proporcionan un entorno de programación completo, que puede realizar programación fuera de línea, conexión en línea y depuración. Para mejorar el rendimiento de costos de todo el sistema, el sistema utiliza la entrada y salida de conmutación del controlador programable para controlar el arranque y parada del motor, la entrada automática, la conmutación regular, la conversión de frecuencia de la bomba de suministro de agua y la alarma de falla. , etc., mientras que la velocidad del motor, la presión establecida, la frecuencia, la corriente, el voltaje y otras cantidades de señales analógicas y los parámetros operativos reales se muestran y controlan mediante el convertidor de frecuencia y su PID incorporado.

Las instrucciones de programación del PLC Mitsubishi son simples y fáciles de entender y la programación es flexible. El programa principal del PLC de este sistema utiliza instrucciones STL y relé de estado S. Las instrucciones STL pueden compilar procesos de producción y. programas de trabajo que están muy cerca del diagrama de secuencia La secuencia Cada paso en el diagrama de funciones está completamente aislado de otros pasos. Al combinar estos segmentos del programa en un orden determinado de acuerdo con los requisitos de control, la tarea de control se puede completar con éxito. El relé de estado del PLC de la serie FX se utiliza generalmente junto con instrucciones STL al programar programas de control de secuencia.

El diagrama esquemático del cambio del grupo de bombas se muestra en la Figura 3. Cuando se cumplen las condiciones de trabajo, al comenzar a funcionar, la bomba 1# arranca con frecuencia variable. La velocidad de la bomba aumenta gradualmente con el aumento de. la frecuencia de salida del convertidor de frecuencia. Por ejemplo, la frecuencia del convertidor de frecuencia alcanza los 50 HZ. En este momento, la presión del agua no ha alcanzado el valor establecido. El convertidor de frecuencia detecta la frecuencia límite superior y envía una señal de conmutación al PLC. Después de un retraso, la bomba 1# cambia rápidamente a funcionamiento a frecuencia eléctrica y al mismo tiempo libera la señal de operación del convertidor de frecuencia. Reduzca la frecuencia del inversor a 0 HZ y luego arranque la bomba 2# con frecuencia variable. Aún no se ha alcanzado, la bomba 2# cambia a la frecuencia de alimentación y la bomba 3# arranca con frecuencia variable. Durante el funcionamiento, mantenga siempre una bomba funcionando con frecuencia variable. Cuando la presión alcance el valor, la salida del convertidor de frecuencia será. 0HZ. Al mismo tiempo, el convertidor de frecuencia envía una señal de frecuencia de límite inferior al PLC. El PLC decide apagar la bomba de frecuencia eléctrica 1#. En este momento, una bomba de frecuencia eléctrica y una bomba de frecuencia variable están funcionando. la presión en este momento Cuando se alcanza el valor establecido, la salida del convertidor de frecuencia es 0 HZ y, al mismo tiempo, la señal del límite inferior se envía al PLC. El PLC libera la bomba de frecuencia eléctrica 2#, y solo la. La bomba 3# opera a frecuencia variable para mantener la presión de la red de tuberías. Cuando la presión cae, la frecuencia del convertidor de frecuencia aumenta a 50 HZ y emite una señal. Después de un retraso, la bomba 3# cambia a frecuencia industrial y la bomba 1# arranca con frecuencia variable. # la frecuencia variable cambia a la frecuencia industrial 1# y la bomba 2# funciona con frecuencia variable; si aún no se puede alcanzar la presión, el transformador 2# cambia al transformador 2#, enciende el transformador 3# y las tres bombas. trabajar al mismo tiempo para garantizar los requisitos de suministro de agua.

Este proceso de conmutación reduce eficazmente los frecuentes arranques y paradas de la bomba. Al mismo tiempo, antes de que la red de tuberías real responda a las fluctuaciones de la presión del agua, el convertidor de frecuencia ajusta rápidamente la presión del agua para lograr un flujo suave. transición, evitando así eficazmente que los usuarios de edificios de gran altura sufrieran cortes de agua a corto plazo.

En el pasado, el sistema de suministro de agua de presión constante de frecuencia variable generalmente detenía la bomba de frecuencia variable cuando la presión del agua era alta y luego cambiaba el convertidor de frecuencia al modo de funcionamiento de frecuencia eléctrica para que la bomba funcionara a potencia. frecuencia para el ajuste. Este método de conmutación es teóricamente más avanzado que la conmutación directa de la frecuencia eléctrica, pero puede provocar fácilmente arranques y paradas frecuentes de la unidad de bombeo, reduciendo así la vida útil del equipo. En este sistema, se adopta el modo de operación de detener directamente la bomba de frecuencia eléctrica y, al mismo tiempo, el convertidor de frecuencia lo ajusta rápidamente. Siempre que los parámetros estén configurados adecuadamente, se puede realizar una conmutación sin impactos de la unidad de bomba. Se puede lograr, haciendo que la transición de la presión del agua sea suave y evitando efectivamente que la presión del agua cambie. El fenómeno de las fluctuaciones a gran escala y la escasez de agua a corto plazo cuando la presión del agua es demasiado baja mejora la calidad del suministro de agua.

6. Precauciones

Para que el sistema funcione de forma estable, rápida y precisa, debes prestar atención a los siguientes parámetros:

1) Conversión de frecuencia y potencia. tiempo de conmutación de frecuencia T

El tiempo de conmutación T se establece en el programa PLC al configurar T, para garantizar que cuando se agrega la bomba y la bomba se convierte de frecuencia variable a frecuencia industrial, el funcionamiento de frecuencia variable y el funcionamiento de frecuencia industrial de la misma bomba corresponden a los intercambios correspondientes. Los contactores no se cerrarán al mismo tiempo y dañarán el convertidor de frecuencia al mismo tiempo, para evitar el impacto en la red eléctrica debido a. Debido a la gran corriente de arranque durante el arranque a frecuencia eléctrica, el tiempo T debe ser lo más pequeño posible dentro del rango permitido.

2) Duración de la frecuencia límite superior e inferior TH y TL

La frecuencia de funcionamiento del convertidor de frecuencia aumenta con el aumento del consumo de agua en la red de tuberías. ¿Funciona el sistema a una frecuencia determinada? de frecuencia variable? El límite superior (límite inferior) se mantiene durante un cierto período de tiempo para determinar si se debe aumentar o disminuir la bomba. Este tiempo de evaluación es TH (TL). rápidamente a los cambios en el consumo de agua en la red de tuberías. Si el valor de configuración es demasiado pequeño, los cambios en el consumo de agua en la red de tuberías probablemente causarán adiciones y sustracciones frecuentes de la bomba;

7. Conclusión

Este sistema utiliza una combinación de PLC y convertidor de frecuencia. El sistema funciona de manera suave y confiable, realizando una operación de conversión de frecuencia y bomba de circulación completamente automática y desatendida. eficiencia operativa óptima de cada bomba de agua y funcionamiento estable del equipo. Puede arrancar sin problemas y eliminar el impacto de una gran corriente de arranque. Dado que se reduce la velocidad promedio de la bomba, se puede extender la vida útil de la bomba y evitar el golpe de ariete. durante el inicio y el apagado se puede eliminar el efecto. Este sistema de diseño es la solución preferida con un rendimiento y precio relativamente altos para grandes comunidades públicas como universidades y áreas residenciales. Después de casi dos años de uso en la sala de bombas de la primera fase de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao, logró un funcionamiento estable y efectos significativos de ahorro de energía, y recibió elogios unánimes de los usuarios.