第４期（总第１７３期） 机械工程与自动化 ＮＯ．４ ２０１２年８月 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ（）ＭＡＴ１０Ｎ Ａｕｇ． 文章编号：１６７２—６４１３（２０１２）０４—０１２９—０３ 五泵变频循环软启恒压供水系统设计 万 ｉｆ－ （陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 ７１００４３） 摘要：变频恒压供水系统由变频器接收压力信号，输出调制信号，由ＰＬＣ进行逻辑运算与外部输出。当电 机数量较多时程序编写难度很大，增加了前期设计与日后维护的难度。利用ＡＣＳ５１０的ＳＰＦＣ功能，可以简 化程序设计，实现多泵的循环变频软启。 关键词：循环软启动；恒压供水；设计｝变频器 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ ０ 引言 将变得非常复杂，程序编写难度很大，并且增加了前期 由于企业内水泵房及空压站管网的用水量会随着 设计与日后维护的难度。ＡＣＳ５１０变频器中的ＳＰＦＣ控 季节及生产需要的变化而变化，为使供水的水压恒定， 制宏是专门用于泵和风机循环软启控制的，利用其内部 最常见的办法就是采用变频恒压供水系统，即把压力 强大的逻辑功能，可以对程序设计进行简化，减少了 变送器装在主管网上，检测管网压力信号，再将此压力 ＰＬＣ的运算量，既节约成本也便于维护。在ＳＰＦＣ模式 信号送到变频器的模拟信号输入端口，由此构成压力 中，每次启动新电机都是采用变频器来进行变频软启 闭环控制系统，管网压力的恒定依赖变频器的调节控 动，而变频器刚刚拖动过的电机，将投切到工频上运行。 制。变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目 这种方式能保证永远有１台水泵在变频运行，所有水泵 标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设 中的任１台都可能变频运行，并结合外部线路，可实现 定的供水压力。 所有水泵的轮换运行，防止泵体久置生锈。 １变频恒压供水系统结构 本文利用ＡＣＳ５１Ｏ的ＳＰＦＣ功能，参照两泵系统 变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动 控制电路图，设计了一套五泵循环变频软启系统，其 机、管道和阀门等构成；电气部分由断路器、变频器、 ＰＬＣ接线图如图２所示。将变频器继电器输出端口 ＰＬＣ、压力变送器、接触器、继电器等构成。其控制原理 ＲＯ１～Ｒ０５（其中Ｒ０４～Ｒ０６需加装继电器扩展件 如图１所示。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水， ＯＲＥＬ一０１）接入ＰＬＣ，由ＰＬＣ控制切换过程。在外 并且把电机和水泵连成一体，通过变频器调节异步电机 部工／变频线路设计时要注意本泵工／变频互锁及本泵 的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水。 变频与前后泵变频的互锁。结合ＲＯｌ～Ｒ０５的通断逻 辑时序，就可以实现五泵的循环软启与工／变频切换。 Ｌ 考虑到运行中其中１台泵出现故障时，应能手动 切除，从而保证自动系统能继续工作，即当变频器、 ＰＬＣ发生故障时，可以手动轮流启动各泵运行供水， 特专门设计了手动／自动切换控制线路，可以实现每台 图１变频恒压控制原理图 水泵的独立手动／自动控制，其接线图如图３所示。自 ２变频恒压供水系统设计 动位时，由变频器与ＰＬＣ联合控制，实现变频软启与 变频恒压供水系统常用的方法是由变频器接收远 工频切换；手动位时，电机接入星三角启动电路，降压 程压力信号，为ＰＩＤ设定频率的上、下限，通过比较，由 启动，避免直接工频启动对电网造成较大冲击。需要 继电器输出端口输出启停信号，由ＰＬＣ接收启停信号 注意的是，当电机连接星三角启动电路时，变频器必须 并进行内部逻辑运算与外部输出。当电机数量较多，且 在参数８１２２设定ＰＦＣ启动延时，并且启动延时时间设 加入工／变频切换与手动／自动切换功能后，其逻辑关系 置得要比星三角启动时间长一些。每台泵设计故障中 间继电器及故障指示灯，接入自动线路与手动线路中。 收稿日期：２０１２—０３—２５ｉ修回日期：２０１２—０４一ｉｉ 作者简介ｔ万江（１９８２一），男，重庆人，助理工程师，本科，现从事电力技术主管工作。 ・ ｌ３Ｏ ・ 机械工程与自动化 ２０１２年第４期 ３系统工作过程 图４为循环软启控制原理图。 ３．１初始运行 （１）ＤＩ１信号闭合，变频器传动单元启动，Ｒ０１闭 合，接触器Ｋ１也吸合，此时调制被禁止。 （２）传动单元经历一段ＰＦＣ启动延时（参数 ８１２２），此时调制仍被禁止，因为传动单元需要等待所 有接触器稳定。 图２ ＰＬＣ接线图 △ 图３手动／自动切换接线图 （３）允许调制，Ｍ１泵变频启动，调制从零速启动。 ３．２加泵过程 （１）如果实际压力小于给定压力（参数４０１１），则 将Ｍ２投入。当输出频率超过启动频率（参数８１０９） １ Ｈｚ时，辅机启动延时（参数８ｌ１５）。当辅机启动延 时完后，传动单元自由停车，ＲＯｌ打开，Ｋ１也断开。 （２）传动单元闭合ＲＯ２，Ｋ２闭合，传动单元连接 到新的被控制电机Ｍ２上，此时调制仍被禁止，传动单 元等待ＰＦＣ启动延时。然后传动单元闭合ＲＯ１， Ｋ１．１吸合，将Ｍ１直接切换到电网上，此时调制允许， 传动单元从零速启动连接在ＲＯ２的电机Ｍ２。 （３）如果实际压力仍小于给定压力，则将Ｍ３投 入。输出频率超过启动频率（参数８１１０）ｌ Ｈｚ时，辅机 启动延时启动。当辅机启动延时完成后，传动单元自由 停车，ＲＯ２打开，Ｋ２断开。传动单元闭合Ｒ０３，Ｋ３闭 合，传动单元连接到新的被控制电机Ｍ３上，此时调制 仍被禁止。传动单元等待ＰＦＣ启动延时，然后传动单 元闭合Ｒ０２，Ｋ２．１吸合，将Ｍ２直接切换到电网上，此 时调制允许，传动单元从零速启动连接在Ｒ０３的电机 Ｍ３。因为ＲＯ１处于吸合状态，所以Ｋ１．１自保持，Ｍ１ 继续保持工频运行。Ｍ４～Ｍ５逻辑依上述所推。 图４循环软启控制原理图 ３．３减泵过程 （１）如果实际压力高于给定压力，输出频率低于 停止频率（参数８１１２）１ Ｈｚ时，辅机停止延时（参数 ８１１６）启动。当辅机停止延时完成后，ＲＯ１断开，这时 Ｋ１．１掉电，Ｍ１停止工频运行。 （２）此时Ｍ２工频运行，Ｍ３变频运行，如果此时 实际压力仍高于给定压力，输出频率低于停止频率（参 数８１１３）１ Ｈｚ时，辅机停止延时启动。当辅机停止延 ２０１２年第４期 万江：五泵变频循环软启恒压供水系统设计 ・ ｌ３１ ・ 时完成后，ＲＯ２断开，Ｋ２．１掉电，Ｍ２停止工频运行。 ４００１，４００２ 设定ＰＩＤ增益与积分时间，根据管网实际情况现 ３．４ 循环启动 场调试 根据ＳＰＦＣ应用宏继电器输出端口Ｒ０１～ＲＯ５的 ＰＦＣ控制： 开合顺序，在外部接触器逻辑设计时注意本泵工变频 ８１０９￣８１１１ 设定Ｉ～６辅机启动频率 ８１Ｉ２～８１１４ 设定１～６辅机停止频率 互锁及本泵变频对前后级泵变频的互锁，可以实现所 ８１１５～８１１６ 设定辅机启动延时与停止延时 有接人泵的循环启动控制。 ８１１７ ４（辅机数量） 假设变频器已连接至Ｍ５上，此时Ｍ４工频运行， ８１２２ 设定ＰＦＣ启动延时 Ｍ５变频运行。如果实际压力小于给定压力，则准备 ８１２３ ２（循环软起） ８１２７ ５（电机数量） 将Ｍ１投入。当输出频率超过启动频率（参数８ｌ１１）ｌ ８１２８ ２（继电器顺序） Ｈｚ时，辅机启动延时。当辅机启动延时完成后，传动 ８１０３￣８１０５ 设定辅机给定增量，弥补水流量增加引起的管道 单元自由停车，ＲＯ５打开，Ｋ５也断开。传动单元闭合 首末端压力差，根据管网实际情况现场调试 ＲＯＩ，Ｋ１闭合，传动单元连接到Ｍ１上，此时调制被禁 ４．２ Ｓ７—２００型ＰＬＣ程序 止，传动单元等待ＳＰＦＣ启动延时。然后传动单元闭 ＰＬＣ程序如下： 合ＲＯ５，Ｋ５．１吸合，将Ｍ５切换到电网上，此时调制 ＬＤ １０．５ Ａ Ｉ１＿２ 允许，传动单元从零速启动连接在ＲＯｌ的电机Ｍ１。 ＝ Ｍ０．０ ４参数设置与程序 ＬＤ １０．０ ４．１ ＡＣＳ５１Ｏ变频器主要参数设置 ＡＮ Ｍ０．Ｏ 启动数据： ＡＮ Ｍ１＿０ ９９０２ １５（ＳＰＦＣ宏） ＝ Ｑ０．０ ９９０５￣９９０９ 设定电机参数 ＬＤ Ｑ０．０ 输入指令： ＡＮ Ｔ３７ Ｔ０Ｎ Ｔ３７。２１６００ １００２ ６（外部２由ＤＩ６控制） ＬＤ Ｔ３７ 给定选择： ＬＤＮ １０．０ １１０２ ７（外部２） ＣＴＵ ＣＯ．２Ｏ １１０６ １９（外部２给定值源于ＰＩＤ） ＬＤ ＣＯ 继电器输出： ＝ Ｍ１．０ １４０１～１４０３，１４１Ｏ～１４ｌ１ ３１（ＳＰＦＣ） 以上为０．０输出端口即Ｍ１泵程序，引入计时器 模拟输入： Ｔ３７与计数器ＣＯ作为定时器，到达设定时间后，断开 １３０４ ２Ｏ （ＡＩ２低限４ ｍＡ） １３０５ １００％（ＡＩ２高限２０ ｍＡ） Ｏ．Ｏ输出，使Ｍ１泵停机，实现定时停机功能。Ｍ２ 系统控制： 泵～Ｍ５泵程序逻辑关系同理。 １６０１ １（ＤＩ１为运行允许信号） ５ 总结 限幅： 利用ＡＣＳ５１０的ＳＰＦＣ功能，成功设计出一套五 ２００７～２００８ 设定电机最大、最小频率 泵循环变频软启恒压供水系统。由于它内部强大的逻 启动／停止： 辑功能，只需填写简单的ＰＬＣ程序就完成了复杂的输 ２１０８ ０（禁止启动无效） 出，大大降低了用户的工作量。同时手动／自动切换及 ＰＩＤ设置： 变频软启与星三角启动的结合，为用户带来更多选择 ４０１０ １９（内部给定） 与安全运行保障。 ４０１１ 设定恒定压力 ４０１４ １（ＡＣＴ１为反馈信号） ４０１６ ２（取ＡＩ２为ＡＣＴ１） 参考文献： ４０１８￣４０１９ 设定ＡＣＴ１上下限，取值同１３０４ １３０５ ［１］廖常初．ＰＬＣ编程及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社． ４０２２ ０（关闭睡眠功能） ２００３． Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｉｖｅ Ｐｕｍｐ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ Ｓｏｆｔ Ｓｔａｒｔ Ｗａｔｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｓｙｓｔｅｍ ＷＡＮ Ｊｉａｎｇ （Ｓｈａａｎｘｉ Ｈｅａｖｙ Ｄｕｔｙ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ ７１００４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ＰＬＣ．Ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｒｅｃｅｉｖｅｓ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｇｎａｌ。 ｏｕｔｐｕｔｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａ１．Ａｎｄ ＰＬＣ ｉｓ ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｌｏｇｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｏｕｔｐｕｔ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２，ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｂｅｃｏｍｅｓ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｏｆ ｐｒｅ－ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＡＣＳ５１０’Ｓ ｔｈｅ ＳＰＦＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｙｏｕ ｃａｎ ｓｉｍｐｌｉｆｙ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ。ａｎｄ ｍａｋｅ ｍｕｌｔｉ—ｐｕｍｐ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｃｙｃｌｅ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋ ｐｒｏｐｅｒｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｃｌｅ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ；ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ；ｄｅｓｉｇｎ；ｉｎｖｅｒｔｅｒ