CN205475479U - 一种二拖三型智能变频控制柜及含有其的恒压供水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二拖三型智能变频控制柜，包括PLC、两台变频器，所述PLC与两台变频器连接，两台变频器用于连接共同的三个水泵。本实用新型还公开了含有上述变频控制柜及三台水泵的恒压供水系统，所述PLC根据供水系统出水压力情况来控制变频器及水泵的启停。本实用新型通过采用“二拖三”的变频控制方式，具备了“一拖多”型和“全变频”型两者优点的同时克服了二者的不足，另外，本实用新型还进一步实现了变频控制柜及恒压供水系统的网络化和智能化，适于推广应用。

Description

一种二拖三型智能变频控制柜及含有其的恒压供水系统

技术领域

本实用新型涉及变频控制柜领域，具体地，涉及一种二拖三型智能变频控制柜及含有其的恒压供水系统。

背景技术

随着社会发展以及人们意识的提高，节能减排越来越受到人们的重视，尤其是供水方面，如何在保证系统恒压稳定供水的同时节约能源成为当前研究的重点。

目前，市场上大部分泵房恒压供水系统使用的变频控制柜都是“一拖多”型变频控制柜，所谓“一拖多”指的是一台变频器单独拖动多台水泵中的任意一台，每次保证一台水泵在变频运行状态。在供水量增加的时候，可以依次增加工频运行水泵的台数，反之，在供水量减少的时候，依次减少工频运行水泵的台数。这样的控制模式有一个明显的缺点，就是容易出现水泵频繁启动，水压控制不稳甚至波动很大、变频水泵低效率运行等情况，特别在较大功率水泵控制的时候尤为明显。这种情况往往发生在供水量临界点上，比如在供水需求量刚超过一台水泵的供水能力，系统就会判断再增加一台工频运行的水泵，供水压力此时会发生突变(冲击管道)；而后系统自动减少变频运行的水泵的频率，当降到二十赫兹的时候，此水泵就已经严重偏离高效区，失去节能降耗的作用，我们一般将此频率设为休眠频率；当变频器频率降到休眠频率，系统则让变频器休眠停转，或让工频水泵停止运行；而后因一台水泵供水能力不足，系统又会唤醒变频器运行或启动工频水泵，这样就会出现水泵频繁启动，水压严重波动的情况。

“全变频”是解决“一拖多”型变频技术固有缺点的变频技术，所谓“全变频”型指的是每台水泵都由一台变频器控制。工频对于变频来讲，相当于50HZ定频，在上述“一拖多”型变频模式下，在供水量临界点时，就出现了一台在满负荷50HZ运行，而另一台只能在低频低效区运行的情况。假如那台工频运行的水泵也改由变频器控制，那它运行的频率也可以下调，另一台水泵的频率就可以上调，直至完全一样，这样每台水泵都不至于偏离高效区或偏离太多，水量调节范围也将变的很宽，几乎没有死角，水压可以控制的很稳。但是“全变频”技术造价高、所需安装空间大，在许多二次供水泵房往往不具备“全变频”型控制系统的安装条件。

另外市场上大部分变频控制柜及恒压供水系统还存在以下几个方面的缺陷：

其一，现在市场上的变频控制柜及恒压供水系统中的设备多采用硬接线方式，系统内部接线繁复，一旦发生故障维修成本高昂。另外，现场设备的运行情况和相关参数的设置只能通过电脑连接PLC进行，这样就十分不利于现场操作人员及时掌握设备运行情况，也不利于维修人员的检修。

其二，市场上的变频控制柜及恒压供水系统大多没有考虑水泵或变频器出现故障时如何能够实现容错控制，一旦水泵或变频器其中一个出现故障，整个系统将直接不工作，影响区域内的供水任务。另外，市场上的变频控制柜通常是给整个系统设置了一个自动\手动控制模式选择，没法实现精确到某台水泵的自控\手动\停用模式选择,这样一台水泵出现问题或维修时，无法将其独立脱离自动运行，从而影响整个系统的自动运行。

由此可见，上述现有的变频控制柜及恒压供水系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种既能克服上述“一拖多”和“全变频”式的缺点、又能在水泵或变频器出现问题的情况下也不会影响区域内的供水、且方便操作及维修的变频控制柜及恒压供水系统，成为当前业界极需改进的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种变频控制柜及恒压供水系统，使其无需频繁启动水泵、水压控制稳定、变频水泵运行效率高、安装空间小、造价低、方便操作和维修。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种二拖三型智能变频控制柜，包括PLC、两台变频器；所述PLC与两台变频器连接，且两台变频器用于连接共同的三个水泵。

进一步地，所述PLC通过网线与两台变频器连接。

进一步地，还包括与所述PLC通过网线连接的电力监控仪。

进一步地，还包括与所述PLC通过网线连接的触摸屏。

进一步地，所述电力监控仪和两台变频器通过一根网线与PLC的RS485接口相连接，采用ModBus通信协议；所述触摸屏通过网线连接到PLC的RS232接口上。

进一步地，包括与PLC连接的、负责每台水泵变频启停的接触器；与PLC连接的触摸屏上设置有每台水泵的手动运行、停用、自动运行选择按钮，通过所述选择按钮控制PLC进而控制接触器。

进一步地，包括与PLC连接的、负责每台变频器启停的接触器。

进一步地，所述接触器为交流接触器。

一种二拖三型智能恒压供水系统，包括上述的变频控制柜，还包括三台水泵，所述每台变频器均与三台水泵连接；所述PLC根据供水系统出水压力情况来控制变频器及水泵的启停。

进一步地，还包括：与所述PLC连接的、用于检测供水系统水箱液位的液位传感器；与所述PLC连接的、用于控制供水系统水箱进水的进水电动阀门及与所述PLC连接的、用于检测供水系统出水管压力情况的压力传感器。

通过采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下有益效果：

1、本实用新型采用“二拖三”的变频控制方式，相对于“全变频”的供水系统减少了一台变频器，使用的仍是“全变频”技术，但最多允许两台水泵同时处于变频运行状态，这样，就在具备了“一拖多”型和“全变频”型两种恒压供水系统的优点的同时克服了二者的不足，尤其适用于二次供水泵房；其次，由于多设置有一台水泵，在一台水泵出现故障时，不会影响整个系统的区域内供水任务；再次，由于存在多个水泵，可以根据运行情况轮换均匀使用各台水泵，不但增强了水泵的使用寿命，而且增加了系统的灵活性。

2、本实用新型实现了变频控制柜及恒压供水系统的“网络化”，将PLC与系统中的智能设备全部联网，PLC通过网络全面获取这些设备的运行数据并对其进行控制。由于网络纯属弱电内容，无机械损耗，使用寿命长，稳定可靠，从而保证整个系统具备高稳定性和可靠性。另外，网络是整个系统的主动脉，PLC通过一根网络通讯线就可以获取各设备仪表的所有数据，可以有效的对各设备进行全面监测与控制，从而达到恒压供水，节能降耗的控制要求。通过网络化的设置，减少了部分硬接线方式，系统内部接线简单，易于维修且维修成本低。

3、本实用新型的变频控制柜及恒压供水系统中引入了触摸屏技术，进一步简化了硬件电路，提高了系统可靠性、易维修性和易操作性，变频器的现场调试再也无需自控专业人员的参与。现场设备的运行情况可以直观地体现在触摸屏上，操作人员也可根据现场实际情况直接设置工艺参数，从而达到现场操作的“傻瓜化”。

4、本实用新型在触摸屏上设置每台水泵的手动运行、停用、自动运行选择按钮，通过选择按钮控制PLC进而控制接触器，可自由的选择每台水泵处于自动运行方式还是手动运行方式或停用，当某水泵出现故障时或需对该水泵进行单独检修时，通过停用模式可方便的使该水泵从系统上彻底切除并释放其占用的网络资源和系统资源，不会影响到整个系统的性能。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的二拖三型恒压供水系统的结构示意图；

图2为本实用新型的二拖三型变频控制柜及恒压供水系统内部的网络通信示意图；

图3为本实用新型的二拖三型恒压供水系统的电气原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实施例的一种二拖三型智能恒压供水系统，运用在小区二次供水泵房，包括二拖三型智能变频控制柜及三台水泵(1#水泵M1、2#水泵M2、3#水泵M3)。二拖三型智能变频控制柜包括PLC、两台变频器(1#变频器ABB1、2#变频器ABB2)，PLC与两台变频器连接，每台变频器上均设置有三个水泵连接端口；上述智能变频控制柜中的每台变频器均与三台水泵连接。其中，PLC在整个系统中起着“神经中枢”的作用，其可根据供水系统出水压力情况来控制变频器及水泵的启停(如可控制三台水泵的启停优先权以及两台变频器的启停优先权)，变频器和水泵在系统中起执行机构作用，接受PLC的指令完成恒压供水的目的。

如图1所示，上述恒压供水系统还包括与PLC连接的液位传感器、进水电动阀门(图中未示出)、压力传感器。液位传感器检测供水系统水箱的水位，将水箱的液位信息转换为4～20ma电流模拟信号，接入PLC。压力传感器安装于出水管道上，检测管道出水压力，并将其转换为4～20ma电流模拟信号，接入PLC。PLC根据液位反馈值，控制供水系统水箱进水电动阀门的启闭，确保水箱水位不会漫池，也不会枯水，满足正常供水需要。PLC根据出水管道上的压力反馈值控制变频器的频率输出从而实现恒压供水的目的。

结合图1、图2所示，上述二拖三型智能变频控制柜还包括电力监控仪及触摸屏，电力监控仪和两台变频器通过一根网线与PLC的RS485接口相连接，采用ModBus通信协议；这样使用PLC就可以读取到这些智能设备详细的状态信号、运行参数、故障信息等，使得PLC更好的控制和保护设备。触摸屏通过网线连接到PLC的RS232接口上，使用触摸屏可建立友善的人机界面，在触摸屏上可直接观察到相关设备的运行状态和运行参数，手动切换设备运行方式及控制各设备运行等，并且设置相关参数等，方便操作人员的现场操作。

结合图1、图3所示，上述恒压供水系统中的变频控制柜还包括交流接触器，4组共8个，分别为KM1～KM8，其中，交流接触器KM1和KM2的作用是在现场电网出现“重合闸”或人为操作造成的变频器断电后短时间内上电时，防止变频器在没有完全断电的情况下突然上电造成变频器故障；交流接触器KM3～KM8负责水泵的启停控制，设置在变频器与水泵之间，使每台变频器与每台水泵之间均设置有一个交流接触器，触摸屏上设置有每台水泵的手动运行、停用、自动运行选择按钮，通过选择按钮控制PLC进而控制交流接触器KM3～KM8。由于每台水泵都具有手动运行方式和自动运行方式以及停用方式，通过触摸屏上的每台水泵的“手动运行/停用/自动”选择按钮，可自由的选择每台水泵处于自动运行方式还是手动运行方式或停用。如某水泵出现故障时或需对该水泵进行单独检修时，通过停用模式可方便的使该水泵从系统上彻底切除并释放其占用的网络资源和系统资源，不会影响到整个系统的性能。

上述恒压供水系统未工作时，KM1～KM8均处于断开状态，水泵M1、M2和M3都处于停机状态。当系统上电的时候，PLC发出指令延时控制接触器KM1和KM2触点闭合，从而变频器延时上电。此时管道里的压力为零，假如此时正好是用户用水高峰，压力传感器检测到水压后，将此信号发送到PLC后，PLC根据这个反馈压力值分析出输出信号，使KM3触点吸合，通过通信控制变频器运行并给出运行的频率，继而水泵M1按给定速度运转，系统进入单台水泵变频工作状态，运转速度由低到高逐步增加。随着水泵M1的运行，管道上的压力逐步上升，压力传感器实时将此压力值反馈给PLC，PLC根据这一反馈值实时调整变频器频率的输出从而改变电机转速，直至达到系统设定的压力值并稳定。

当电机转速升到最高，如果依然没有达到系统设定的管道压力，则PLC发出指令，接触器KM6触点吸合，从而水泵M2得电运行，这样就同时有两台水泵处于变频运行状态，并且两台变频器都处于高效运行频率状态下，直至达到系统设定的压力值。

反之，如果到了晚上，用户用水量减少，管道反馈压力超过系统设定值，PLC就会降低变频器的频率输出直至减少到只有一台水泵处于变频运行状态。如果用水量很小的时候，变频器处于连续低频运转的时候，系统将进入“休眠”状态，直至用户用水量增大，“唤醒”系统重新启动运行。

当变频出现故障时，PLC会自动判断故障类型，确定该故障是由水泵异常引起的变频故障还是变频器本身故障，如是前者记录变频器故障信息后自动清除变频器故障，并变频启动另一台水泵。

水泵在正常运行的情况下，控制系统具有过载、空载、三相不平衡、电压不正常等基本保护功能，该保护功能由变频器保护，并将具体的故障类型上传给PLC。

以上所述是以水泵M1电机开始为例的一个完整的加水泵\减水泵循环，实际工作中，所有水泵都处于平等地位，循环顺序不固定，完全由PLC计算出的启动优先权和停止优先权，优先权的计算主要取决于水泵的累计运行时间，这样不但增强了系统灵活性，更使得各水泵能够均匀使用，增强水泵的使用寿命。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，包括PLC、两台变频器；

所述PLC与两台变频器连接，且两台变频器用于连接共同的三个水泵。

2.根据权利要求1所述的二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，所述PLC通过网线与两台变频器连接。

3.根据权利要求1所述的二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，还包括与所述PLC通过网线连接的电力监控仪。

4.根据权利要求1所述的二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，还包括与所述PLC通过网线连接的触摸屏。

5.根据权利要求1所述的二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，还包括电力监控仪及触摸屏，所述电力监控仪和两台变频器通过一根网线与PLC的RS485接口相连接，采用ModBus通信协议；所述触摸屏通过网线连接到PLC的RS232接口上。

6.根据权利要求4所述的二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，包括与PLC连接的、负责每台水泵变频启停的接触器；

与PLC连接的触摸屏上设置有每台水泵的手动运行、停用、自动运行选择按钮，通过所述选择按钮控制PLC进而控制接触器。

7.根据权利要求1所述的二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，包括与PLC连接的、负责每台变频器启停的接触器。

8.根据权利要求6或7所述的二拖三型智能变频控制柜，其特征在于，所述接触器为交流接触器。

9.一种二拖三型智能恒压供水系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的变频控制柜，还包括三台水泵，所述每台变频器均与三台水泵连接；

所述PLC根据供水系统出水压力情况来控制变频器及水泵的启停。

10.根据权利要求9所述的二拖三型智能恒压供水系统，其特征在于，还包括：

与所述PLC连接的、用于检测供水系统水箱液位的液位传感器；

与所述PLC连接的、用于控制供水系统水箱进水的进水电动阀门及

与所述PLC连接的、用于检测供水系统出水管压力情况的压力传感器。