CN203878671U - Plc智能控制多台变频器调压给水设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种同时兼容无负压给水和直接变频加压供水两种供水方式的PLC智能控制多台变频器调压给水设备，包括PLC，每台加压水泵由独立的变频器控制运转，设置气压水罐，罐内止气阀的设置有效的防止了在设备停电、缓冲罐的设置避免了生活供水的二次污染，控制了气压水罐内的恒定气压比，保证水罐内的调节水量。

Description

PLC智能控制多台变频器调压给水设备

技术领域

    本实用新型涉及一种自来水加压给水设备，特别涉及一种PLC智能控制多台变频器调压给水设备。

背景技术

目前，大部分的二次加压供水设备为无负压给水设备和直接变频加压供水的方式，无负压供水设备固然优点很多，但是受到市政供水量的束缚局限性很大，不能完全适合所有的供水场所。而直接变频加压供水的方式往往运转周期长，耗电量较大，特别是夜间生活用水量较低，浪费电能就更为突出。同时，上述的供水方式均为一个变频器、一个微机给水控制器控制多台加压水泵，大大增加了设备的瘫痪率，一旦变频器或控制器损坏，全套设备就瘫痪，影响正常的供水，进而增加了用户的投诉率，同时存在维修不便、管理匮乏、单调等问题。

发明内容

针对现有二次加压供水设备的缺点，本实用新型提供了一种同时兼容无负压给水和直接变频加压供水两种供水方式的PLC智能控制多台变频器调压给水设备。

解决上述技术问题所采取的具体技术措施是：

一种PLC智能控制多台变频器调压给水设备，包括止气阀8，其特征在于：A加压水泵2、B加压水泵3和C加压水泵4分别与共用吸水管道28连通，C加压水泵4与缓冲补气罐5连通，缓冲补气罐5上设有吸气阀组12，补水补气管22的一端与缓冲补气罐5连通，补水补气管22的另一端与气压水罐6连通，在补水补气管22与气压水罐6之间设有补水补气管止回阀13，气压水罐6上设有电接点压力表9、液位浮球阀10和液位显示玻璃管11，在气压水罐6的底部设有止气阀8，止气阀8、A加压水泵2和B加压水泵3分别与供水主管路15连通，在供水主管路15设有出口压力变送器14，供水主管路15的末端与出水口控制阀门29连通，在市政水源24为水箱1供水的管路上设有水箱浮球阀23，在市政水源24与共用吸水管道28的连接处设置市政水源控制阀门25，在水箱1与共用吸水管道28之间设置水箱水源控制阀门26，在水泵PLC智能控制柜7中装有触摸屏30、PLC31、A加压水泵变频器32、B加压水泵变频器33和C加压水泵变频器 34，出口压力变送器14通过出口压力变送器控制电缆19与水泵PLC智能控制柜7连接，电接点压力表9通过电接点压力表控制电缆20与水泵PLC智能控制柜7连接，液位浮球开关10通过液位浮球开关控制电缆21与水泵PLC智能控制柜7连接，吸气阀组12通过吸气阀组控制电缆27与水泵PLC智能控制柜7连接，A加压水泵2通过A加压水泵电机负荷电缆16与水泵PLC智能控制柜7连接，B加压水泵3通过B加压水泵电机负荷电缆17与水泵PLC智能控制柜7连接，C加压水泵4通过C加压水泵电机负荷电缆18与水泵PLC智能控制柜7连接；所述的水泵PLC智能控制柜7由断路器、开关电源、PLC、触摸屏、变频器、中间继电器、声光报警器、指示灯及开关构成，其中：电源经断路器QF接到开关电源，开关电源输出DC24V直流电供给PLC、触摸屏及中间继电器，PLC31输入端子的连接关系是：面板自动开关拨到自动位置时，自动开关上的常开触点K1连接到PLC31的端子X0上，A加压水泵变频器32故障检测的常开触点K2连接到PLC31的端子X1上，B加压水泵变频器33故障检测的常开触点K3连接到PLC31的端子X2上，C加压水泵变频器 34故障检测的常开触点K4连接到PLC31的端子X3上，电接点压力表9的下限常开触点K5连接到PLC31的端子X4上，电接点压力表9的上限常开触点K6连接到PLC31的端子X5上，出口压力变送器14的输出信号连接到PLC31的端子AI0I和PLC31的端子AI0G上；PLC31输出端子的连接关系是：中间继电器KA1连接到PLC31的端子Y0上，中间继电器KA2连接到PLC31的端子Y1上，中间继电器KA3连接到PLC31的端子Y2上，PLC31的端子Y3连接到面板上的A加压水泵2的故障声光灯L1上，PLC31的端子Y4连接到面板上的B加压水泵3的故障声光灯L2上，PLC31的端子Y5连接到面板上的C加压水泵4的故障声光灯L3上，PLC31的端子Y6连接到面板上的低水位故障声光灯L4上，PLC31的端子AQ0V连接到A加压水泵变频器32的端子VS1上，PLC31的端子AQ1V连接到B加压水泵变频器33的端子VS2上，PLC31的端子AQ2V连接到C加压水泵变频器 34的端子VS3上，触摸屏30通过串口通讯线连接至PLC31的通讯端口上，液位浮球阀10内的触点开关K7与吸气阀组12中的磁通线圈KF1串联与电源连接，吸气阀组12中的电磁阀KF1通过中间继电器KA4接到断路器QF上，中间继电器KA4通过液位浮球开关K7与中间继电器KA3的常闭点串联后接到断路器QF上。

本实用新型的积极效果：本实用新型突破传统的微机给水控制器的控制方式，采用每台加压水泵由独立的变频器控制运转，可有效的防止由于变频器的损坏造成的整套设备的瘫痪，同时也避免了由于接触器吸合粘连造成反送电而引起的变频器烧毁的问题发生，减少了维修率和维修费用。通过设置气压水罐，利用波义耳定律，严格控制水罐内的气压比，缺气补气，加大了调节水量，大大缩短了在用水量少的时候水泵的运转时间及启动次数，明显达到了节能、节电的效果，同时也防止了压力管道中局部区域由于水流速度突然变化而产生的压力波沿管系迅速传播、交替升降的现象的发生。罐内止气阀的设置有效的防止了在设备停电、停水期间罐内的压缩气体进入管网引起的水泵气塞以及气体所产生的噪音，影响设备的正常运转。同时，由于采用多台小功率水泵代替一台大功率水泵的供水方式，可以避免因用水量浮动大，大功率水泵频繁启动的无功损耗。缓冲补气罐的设置避免了生活供水的二次污染的可能性，同时也可控制气压水罐内的恒定的气压比，保证水罐内的调节水量。整套设备通过PLC集中控制，每台加压水泵设置独立的变频器，避免了由于变频器事故而引起的设备瘫痪，在触摸屏上显示及设置相应的供水参数和查询供水记录，控制稳定、管理便捷，节约能源，增强了设备的适用性、广泛性。采用PLC以及触摸屏，使控制更加智能、标准、规范化，运行清晰、故障率低、管理现代化，达到运转数据存档、可查。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是本实用新型中水泵PLC智能控制柜的电气原理图；

图3是本实用新型中触摸屏的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

一种PLC智能控制多台变频器调压给水设备，如图1所示，由互为备用型或阶梯型（大中小、大小）功率的水泵构成多用一备，通常的有二用一备和三用一备。这两种供水方式其控制原理一致，只是在用水量波动大小上有区分，在用水量波动大的时候适用阶梯型（大中小或大小的功率水泵）的供水方式，用水量波动小的时候适用互为备用型水泵供水方式。其具体结构是：A加压水泵2、B加压水泵3和C加压水泵4分别与共用吸水管道28连通，C加压水泵4与缓冲补气罐5连通，缓冲补气罐5上设有吸气阀组12，补水补气管22的一端与缓冲补气罐5连通，补水补气管22的另一端与气压水罐6连通，在补水补气管22与气压水罐6之间设有补水补气管止回阀13，气压水罐6上设有电接点压力表9、液位浮球阀10和液位显示玻璃管11，在气压水罐6的底部设有止气阀8，止气阀8、A加压水泵2和B加压水泵3分别与供水主管路15连通，在供水主管路15设有出口压力变送器14，供水主管路15的末端与出水口控制阀门29连通，在市政水源24为水箱1供水的管路上设有水箱浮球阀23，在市政水源24与共用吸水管道28的连接处设置市政水源控制阀门25，在水箱1与共用吸水管道28之间设置水箱水源控制阀门26，在水泵PLC智能控制柜7中装有触摸屏30、PLC31、A加压水泵变频器32、B加压水泵变频器33和C加压水泵变频器 34，出口压力变送器14通过出口压力变送器控制电缆19与水泵PLC智能控制柜7连接，电接点压力表9通过电接点压力表控制电缆20与水泵PLC智能控制柜7连接，液位浮球开关10通过液位浮球开关控制电缆21与水泵PLC智能控制柜7连接，吸气阀组12通过吸气阀组控制电缆27与水泵PLC智能控制柜7连接，A加压水泵2通过A加压水泵电机负荷电缆16与水泵PLC智能控制柜7连接，B加压水泵3通过B加压水泵电机负荷电缆17与水泵PLC智能控制柜7连接，C加压水泵4通过C加压水泵电机负荷电缆18与水泵PLC智能控制柜7连接。A加压水泵2、B加压水泵3从水箱1吸水为系统变频供水，C加压水泵4为气压水罐6及系统变频供水；当设置在气压水罐6上的液位浮球阀10检测到气压水罐6中水位高于液位浮球阀10的设置高度时，则液位浮球阀10中的液位浮球开关K7闭合，中间继电器KA4吸合，中间继电器KA4的触点触发常闭型的吸气阀组12通电动作开启，由于设置的缓冲补气罐5与水箱1的高差，此时缓冲补气罐5中的水就顺着C加压水泵4流回水箱1中，同时外部空气就会从吸气阀组12吸入气体，当C加压水泵4再次启动时，C加压水泵4就会将缓冲补气罐5吸入的气体输送到气压水罐6中，提供气压压力；如若气压水罐6中的水位没有触动液位浮球开关10，则吸气阀组12处于关闭状态，缓冲补气罐5此时无气体进入，当再次启动水泵时也就没有气体进入到气压水罐6中。设置在补水补气管22上的补水补气管止回阀13是为了防止气罐的压力泄露，而设置在气压水罐6底部的止气阀8可有效防止在气压水罐6中的水由于停电或外网停水而全部排出之后气体进入管网，容易造成水泵的气塞。止气阀8的生产单位为丹东川宇消防工程有限公司，具体结构见专利号为201420078005.1的实用新型专利。电接点压力表9检测气压水罐内6的压力情况，在设定的压力范围内控制补水；液位浮球开关10检测气压水罐6内的水位情况，与吸气阀组12形成联动控制。

如图1所示： C加压水泵4依次通过补水补气管22、缓冲补气罐5、补水补气管止回阀13、气压水罐6、止气阀8和出水口控制阀门29连接到供水主管路15上为系统供水，其设置的目的是给气压水罐6提供必要的压缩气体，其中设置在缓冲补气罐3上的吸气阀组12与气压水罐6中的液位浮球阀10形成联动控制，吸气阀组12中的电磁阀为常闭型，当水位触动液位浮球阀10动作，液位浮球阀10中的液位浮球开关K7闭合，吸气阀组12中的电磁阀触点接通，随即开启，形成缓冲补气罐5吸气；当水位再次低时，液位浮球开关K7断开，吸气阀组12中的电磁阀触点复位，开关复原，用于控制气压水罐6的恒定气压比，通过精确控制罐内气压比，保证了水罐内的调节水量，这样就大大减少了夜间水泵的频繁运行，大部分的供水量由气压水罐6提供，同时，气压水罐6的设置也有效的防止了压力管道中局部区域由于水流速度突然变化而产生的压力波沿管系迅速传播、交替升降的现象的发生。而A加压水泵2、B加压水泵3则直接从水箱1吸水为系统提供水量及水压。液位显示玻璃管11可更直观查看气压水罐6中的水位情况。安装在出口处的出水口控制阀门29起检修作用，同时与用户连接。市政水源控制阀门25和水箱水源控制阀门26用于不同的用水场合，适用不同的供水方式，当市政水源24供水量充足时，可关闭水箱水源控制阀门26，开启市政水源控制阀门25，形成无负压供水的方式，当市政水源24供水量不足时，可开启水箱水源控制阀门26，关闭市政水源控制阀门25，形成直接变频加压供水的方式，当市政水源24为水箱1补水到达水箱浮球阀23的高度时，水箱浮球阀23自动关闭，防止市政水源24为水箱1充满水后继续补水，造成浪费。

图2所示是本实用新型中水泵PLC智能控制柜的电气原理图。水泵PLC智能控制柜7由断路器、开关电源、PLC、触摸屏、变频器、中间继电器、声光报警器、指示灯及开关构成。其中，PLC31采用的型号为HW-S20ZA024R，由厦门海为科技有限公司生产。图中：电源经断路器QF接到开关电源，开关电源输出DC24V直流电供给PLC、触摸屏和中间继电器。PLC31输入端子的连接关系是：面板自动开关拨到自动位置时，自动开关上的常开触点K1连接到PLC31的端子X0上，用于控制水泵PLC智能控制柜7进入自动状态； A加压水泵变频器32故障检测的常开触点K2连接到PLC31的端子X1上，用于A加压水泵变频器32的故障检测；B加压水泵变频器33故障检测的常开触点K3连接到PLC31的端子X2上，用于B加压水泵变频器33的故障检测；C加压水泵变频器34故障检测的常开触点K4连接到PLC31的端子X3上，用于C加压水泵变频器34的故障检测;电接点压力表9的下限常开触点K5连接到PLC31的端子X4上，电接点压力表9的上限常开触点K6连接到PLC31的端子X5上，用于控制夜间时段加压水泵的自动启停；出口压力变送器14的输出信号连接到PLC31的端子AI0I上，用于控制白天时段加压水泵的自动启停；PLC输出端子的连接关系是：中间继电器KA1连至PLC31的端子Y0上，用于控制A加压水泵2的启停；中间继电器KA2连至PLC31的端子Y1上，用于控制B加压水泵3的启停；中间继电器KA3连至PLC31的端子Y2上，用于控制C加压水泵4的启停；PLC31的端子Y3连接到面板上的A加压水泵的故障声光灯L1上，用于指示A加压水泵2的故障报警；PLC31的端子Y4连接到面板上的B加压水泵3的故障声光灯L2上，用于指示B加压水泵3的故障报警；PLC31的端子Y5连接到面板上的C加压水泵4的故障声光灯L3上，用于指示C加压水泵4的故障报警；PLC31的端子Y6连接到面板上的低水位故障声光灯L4上，用于指示低水位的故障报警；PLC31的端子AQ0V连接到A加压水泵变频器32 的端子VS1上，用于控制A加压水泵变频器32的输出频率；PLC31的端子AQ1V连接到B加压水泵变频器33的端子VS2上，用于控制B加压水泵变频器33的输出频率；PLC31的端子AQ2V连接到C加压水泵变频器 34的端子VS1上，用于控制C加压水泵变频器34的输出频率；触摸屏30通过串口通讯线连接至PLC31的通讯端口上，用于显示设备的运行状态以及控制设备的运行参数；吸气阀组12中的电磁阀KF1通过中间继电器KA4接到断路器QF上，中间继电器KA4通过液位浮球开关K7与中间继电器KA3的常闭点串联后接到断路器QF上，用于控制气压水罐6的补气。

每台水泵有独立的变频器控制运转，由PLC集中控制，由于供水用户在一天的用水周期内的用水量随时间段波动较大，所以，PLC根据不同时间段分为白天控制和夜间控制两种控制模式，且可根据不同用户的用水情况可调整这两种控制模式的控制时间段，达到节能目的，同时记录着设备整个运转过程中的压力记录、启停泵时间、水泵运转的频率、故障情况，均可在触摸屏上查看。

白天控制模式：是根据用户的不同需求，在触摸屏上设定白天控制模式的时间段，PLC31通过出口压力变送器控制电缆19检测安装在供水管路上的出口压力变送器14的压力信号，控制三台加压水泵补充供水，其具体的实施过程为：在触摸屏30上设定恒定的供水压力，由出口压力变送器14采集压力信号，通过压力变送器控制电缆19的输出信号连接到PLC31的端子AI0I和PLC31的端子AI0G上，由PID调节控制加压水泵的转数、启停。当采集到的压力信号低于设定的恒定供水压力时，则任意一台的加压水泵启动，若这台加压水泵的转数到50Hz时还达不到供水要求时，则B加压水泵3启动，因为所选的二台供水加压水泵的流量是满足供水用户需求的，所以一般由任意二台加压水泵同时启动且转数均达到50Hz时便达到供水量的需求，除非供水系统出现泄漏，这时C加压水泵4也会启动。当系统的压力逐渐达到设定的供水压力，最先启动的加压水泵的频率会逐渐下降至0Hz，最后启动的加压水泵的频率也会逐渐下降，当检测的管路压力高于设定的供水压力是时，最后启动的加压水泵频率会逐渐下降至0Hz。PLC会自动记忆上次运转过程中最后一个启动的加压水泵，当下次采集到的压力信号低于设定的恒定供水压力时，则由上次运转过程中最后一个启动的加压水泵最先启动，这样就达到了切换运转的效果。

夜间控制模式：除去白天控制模式的时间段，全天剩下的时间段即为夜间控制模式的时间段，PLC通过电接点压力表控制电缆20检测安装在气压水罐6上的电接点压力表9的压力信号，控制三台加压水泵补充供水，其具体的实施过程为：当设置在气压水罐6上的电接点压力表9触动了控压区间的下限时，电接点压力表9的下限常开触点K5连接在PLC31的端子X4上，则PLC控制启动三台加压水泵其中的一台加压水泵，由于夜间控制模式的时间段用户的用水量比较少，所以，每次启动一台加压水泵，不存在同时运转多台加压水泵。当电接点压力表9触动了控压区间的上限时，电接点压力表9的上限常开触点K6连接在PLC31的端子X5上，则PLC31控制加压水泵停止运行，此运行区间任意一台加压水泵均为全频率工作，当再检测到电接点压力表9触动了控压区间的下限时，则切换成另外一台加压水泵运转，即三台加压水泵顺序切换运转。其中：中间继电器KA1连至PLC31的端子Y0上，用于控制A加压水泵2的启停；中间继电器KA2连至PLC31的端子Y1上，用于控制B加压水泵3的启停；中间继电器KA3连至PLC31的端子Y2上，用于控制C加压水泵4的启停。

设置的每台加压水泵由独立的变频器控制运转，这样避免了原本由一台变频器控制多台加压水泵运转的单一性，同时避免了由于接触器的故障引起的反送电的情况，大大减少了设备的故障率，增强了设备的稳定性。同时，本设备设置了手动控制功能，用于在安装调试与检修阶段保证正常的供水。水泵PLC智能控制柜起动后，按设定的供水水压值判断管路是否欠压，如果管道是处于欠压状态，则一台加压水泵投入运行，如果持续欠压，则在一台加压水泵运行的基础上，另外再投入一台加压水泵运行，如果超压，延时停止一台加压水泵运行。

图3所示为本实用新型中触摸屏的程序流程图，触摸屏程序在购置设备时已按常规方式安装控制程序。其具体程序是：触摸屏的程序初始化以后，循环执行各个程序，故障出现时在屏幕上给出故障提出，然后存储故障信息，然后进入下一个子程序，或则无故障时直接进入下一个子程序，当用户进行工作记录查询时，则在触摸屏上显示相关数据，用户退出查询之后进入下一个子程序，如果用户无查询操作时直接进入下一个子程序。当用户进入修改操作时，程序弹出验证用户密码窗口，如果密码验证正确，此时用户可修改系统参数，否则不能修改系统参数，程序进入下一个子程序，如果用户没有参数修改直接进入下一个子程序。工作数据的定时存储，时间到数据的自动存储，则在触摸屏上显示相关数据，然后返回到初始步。

Claims (1)

1.一种PLC智能控制多台变频器调压给水设备，包括止气阀（8），其特征在于：A加压水泵（2）、B加压水泵（3）和C加压水泵（4）分别与共用吸水管道（28）连通，C加压水泵（4）与缓冲补气罐（5）连通，缓冲补气罐（5）上设有吸气阀组（12），补水补气管（22）的一端与缓冲补气罐（5）连通，补水补气管（22）的另一端与气压水罐（6）连通，在补水补气管（22）与气压水罐（6）之间设有补水补气管止回阀（13），气压水罐（6）上设有电接点压力表（9）、液位浮球阀（10）和液位显示玻璃管（11），在气压水罐（6）的底部设有止气阀（8），止气阀（8）、A加压水泵（2）和B加压水泵（3）分别与供水主管路（15）连通，在供水主管路（15）设有出口压力变送器（14），供水主管路（15）的末端与出水口控制阀门（29）连通，在市政水源（24）为水箱（1）供水的管路上设有水箱浮球阀（23），在市政水源（24）与共用吸水管道（28）的连接处设置市政水源控制阀门（25），在水箱（1）与共用吸水管道（28）之间设置水箱水源控制阀门（26），在水泵PLC智能控制柜（7）中装有触摸屏(30)、PLC(31)、A加压水泵变频器(32)、B加压水泵变频器(33)和C加压水泵变频器 (34)，出口压力变送器（14）通过出口压力变送器控制电缆（19）与水泵PLC智能控制柜（7）连接，电接点压力表（9）通过电接点压力表控制电缆（20）与水泵PLC智能控制柜（7）连接，液位浮球开关（10）通过液位浮球开关控制电缆（21）与水泵PLC智能控制柜（7）连接，吸气阀组（12）通过吸气阀组控制电缆（27）与水泵PLC智能控制柜（7）连接，A加压水泵（2）通过A加压水泵电机负荷电缆（16）与水泵PLC智能控制柜（7）连接，B加压水泵（3）通过B加压水泵电机负荷电缆（17）与水泵PLC智能控制柜（7）连接，C加压水泵（4）通过C加压水泵电机负荷电缆（18）与水泵PLC智能控制柜（7）连接；所述的水泵PLC智能控制柜（7）由断路器、开关电源、PLC、触摸屏、变频器、中间继电器、声光报警器、指示灯及开关构成，其中：电源经断路器QF接到开关电源，开关电源输出DC24V直流电供给PLC、触摸屏及中间继电器，PLC(31)输入端子的连接关系是：面板自动开关拨到自动位置时，自动开关上的常开触点K1连接到PLC(31)的端子X0上，A加压水泵变频器(32)故障检测的常开触点K2连接到PLC(31)的端子X1上，B加压水泵变频器(33)故障检测的常开触点K3连接到PLC(31)的端子X2上，C加压水泵变频器 (34)故障检测的常开触点K4连接到PLC(31)的端子X3上，电接点压力表（9）的下限常开触点K5连接到PLC(31)的端子X4上，电接点压力表（9）的上限常开触点K6连接到PLC(31)的端子X5上，出口压力变送器（14）的输出信号连接到PLC(31)的端子AI0I和PLC(31)的端子AI0G上；PLC(31)输出端子的连接关系是：中间继电器KA1连接到PLC(31)的端子Y0上，中间继电器KA2连接到PLC(31)的端子Y1上，中间继电器KA3连接到PLC(31)的端子Y2上，PLC(31)的端子Y3连接到面板上的A加压水泵（2）的故障声光灯L1上，PLC(31)的端子Y4连接到面板上的B加压水泵（3）的故障声光灯L2上，PLC(31)的端子Y5连接到面板上的C加压水泵（4）的故障声光灯L3上，PLC(31)的端子Y6连接到面板上的低水位故障声光灯L4上，PLC(31)的端子AQ0V连接到A加压水泵变频器(32)的端子VS1上，PLC(31)的端子AQ1V连接到B加压水泵变频器(33)的端子VS2上，PLC(31)的端子AQ2V连接到C加压水泵变频器 (34)的端子VS3上，触摸屏(30)通过串口通讯线连接至PLC(31)的通讯端口上，液位浮球阀（10）内的触点开关K7与吸气阀组（12）中的磁通线圈KF1串联与电源连接，吸气阀组（12）中的电磁阀KF1通过中间继电器KA4接到断路器QF上，中间继电器KA4通过液位浮球开关K7与中间继电器KA3的常闭点串联后接到断路器QF上。