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基于臺達自動化技術(shù)的建筑供熱系統(tǒng)

中達電通股份有限公司
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摘  要:本文在討論PLC技術(shù)的建筑恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計的過程中,論述了變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計原理,較詳細地分析一拖多變頻供水工程實際問題,給出了基于臺達PLC的恒壓供水主控電氣設(shè)計。
關(guān)鍵詞:建筑恒壓供水  PLC  觸摸屏
1 引言
    系統(tǒng)用于酒店,小區(qū)高層供采暖/生活熱水。系統(tǒng)采用循環(huán)控制自動調(diào)節(jié),保證恒定溫度和壓力。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度和設(shè)定的供水溫度循環(huán)控制供熱流量,根據(jù)管道回水壓力波動,控制供水泵組中單臺電機的轉(zhuǎn)速或多臺電機的投入及退出,使管網(wǎng)主干出口端壓力始終保持恒定,以滿足用戶對高性能、高質(zhì)量供水的要求,并使整個系統(tǒng)始終保持在高效節(jié)能的最佳運行狀態(tài)。
2 基于PLC技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計
1.1供熱機組自動控制技術(shù)要求
    (1)供熱機組自動顯示功能:一次供水流量,壓力和溫度;一次回水壓力和溫度;二次供水壓力和溫度;二次回水壓力和溫度;水箱水位;循環(huán)泵,補水泵故障警報;二次供水壓力和溫度過高和過低報警;二次回水壓力和溫度過高和過低報警;水箱水位過高和過低報警。
    (2)供熱機組自動控制功能。根據(jù)二次供水溫度和室外補償溫度調(diào)節(jié),一次供水流量達到二次供水溫度恒定;停電自動關(guān)閉一次供水;二次回水恒壓運行;自動上水;系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生過壓,過溫,欠壓,過流。超載,過熱,短路等故障可遠程報警。
1.2生活熱水機組自動控制
    (1)運行功能。自動變頻:用于水泵正常供水的工作狀態(tài);手動變頻:用于系統(tǒng)調(diào)試,手動控制變頻;手動工頻:自動控制失靈。切換到手動,工頻控制水泵;故障報警:系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生過壓,過溫,欠壓,過流。超載,過熱,短路等故障可報警;顯示:數(shù)碼顯示器可顯示頻率,壓力,電流,電壓等數(shù)字信號。變頻運行定時切換:當(dāng)一臺水泵連續(xù)運行達到一定時間,自動變頻啟動另一臺水泵,前一臺水泵自動停機,保障每臺水泵的磨損系數(shù)。如果系統(tǒng)主泵數(shù)大于2臺,則此過程依次輪換。切換泵時候需要一定的延時,保證電氣安全,防止電流沖擊。
    (2)恒壓供水控制。循環(huán)方式控制水泵恒壓運行;變頻,工頻自動轉(zhuǎn)換:系統(tǒng)用水量超過水泵的額定供水量時,水泵自動轉(zhuǎn)為工頻運行,同時自動變頻啟動另一臺水泵運行,共同向系統(tǒng)供水。若用水量又趨于下降到單臺水泵的額定供水量時,原工頻運行的水泵停止工作,變頻工作的水泵在新的頻率下單獨向系統(tǒng)供水。如果系統(tǒng)主泵數(shù)小于2臺,則此過程依次輪換。當(dāng)變頻器控制的電機滿足不了設(shè)定流量要求,此時變頻器輸出頻率逐漸上升,直到工作在設(shè)定的上限頻率,如壓力仍達不到設(shè)定值,由可編程控制器,通過PID運算得到輸出量給發(fā)出速度控制指令。如系統(tǒng)用水量超過水泵的額定供水量時,水泵自動轉(zhuǎn)為工頻運行,同時自動變頻啟動另一臺水泵運行,共同向系統(tǒng)供水。若用水量又趨于下降到單臺水泵的額定供水量時,原工頻運行的水泵停止工作,變頻工作的水泵在新的頻率下單獨向系統(tǒng)供水。如果系統(tǒng)主泵數(shù)小于2臺,則此過程依次輪換。
    供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見圖1。二次供水溫度PID控制比例閥的開口(熱水流量閥)回饋二次溫度。二次回水壓力,控制回水壓力(變頻器)回饋回水壓力。


圖1 生活熱水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    (3)系統(tǒng)特點。自動化控制避免用水高峰壓力不足,用水量少時恒壓防止管網(wǎng)壓力過高爆管,實現(xiàn)無人看守;可以利用變頻技術(shù)顯著節(jié)約電能,節(jié)能量通常在10-40%。從單臺水泵的節(jié)能來看,流量越小,節(jié)能量越大;安全衛(wèi)生。系統(tǒng)實行循環(huán)供水后,用戶的水全部由管道直接供給,取消了水塔、天面水池、氣壓罐等設(shè)施,避免了用水的“二次污染”,取消了水池定期清理的工作。
2系統(tǒng)電氣設(shè)計
    主控制器選用PLC,自動化程度高,簡化了線路。開關(guān)量(包括啟動停止按紐,限位,故障,頻率檢測等)輸入24點;輸出10點;模擬量檢測11路(壓力.溫度,水位);模擬量輸出2路.分別控制變頻器和比例閥,控制系統(tǒng)壓力和流量。主控制電路如圖2所示。
2.1 PLC控制電路設(shè)計
    (1)配置設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)控制需求分析, 電氣系統(tǒng)配置如圖3所示。
    (2)CPU單元設(shè)計。PLC選取臺達CPU單元DVP48EH:24 IN/24 OUT,CPU單元控制電路如圖4所示。
    (3)擴展單元設(shè)計。1個4通道AD輸入2通道AO輸出模擬量擴展單元06XA-H,2個4通道AD模擬量擴展單元04AD-H ,模擬量控制電路如圖5所示。


圖2主控制電路


  圖3 電氣系統(tǒng)配置


圖4  CPU單元控制電路

 
圖5模擬量控制電路


2.2 人機界面設(shè)計 
   人機界面選取臺達7.5”彩色觸摸屏。人機界面(HMI)可顯示工藝流程、工藝參數(shù)和設(shè)備狀態(tài),HMI圖形接口友好,只需直接對圖示進行手動點觸操作,因此操作簡便靈活。
具體畫面規(guī)劃如下:
    (1)開機畫面說明:系統(tǒng)上電后,在人機界面上顯示如圖6所示畫面,按畫面提示進入各個子畫面界面。


圖6 開機畫面


   (2)參數(shù)設(shè)定畫面說明。可以設(shè)定二次供水溫度,3位加一位小數(shù);二次供水壓力,1位加2位小數(shù),單位MPA;同時可以設(shè)置溫度和壓力的高限和低限。 
   (3)控制畫面說明。1#循環(huán)泵啟動和停止,2#循環(huán)泵啟動和停止;手動變頻可以直接設(shè)速度,同時也可以用增加按鈕和減小按鈕來手動調(diào)節(jié)速度;校表功能可以調(diào)節(jié)各種表的系數(shù);PID參數(shù)可以來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的PID參數(shù)比例/積分/微分,積分飽和限制等。
    其它畫面包括:當(dāng)前警報;歷史警報;歷史趨勢;系統(tǒng)數(shù)據(jù)說明(圖7)等。


圖7系統(tǒng)數(shù)據(jù)說明


3  結(jié)束語
    系統(tǒng)均采用臺達系列自動化技術(shù)控制,操作方便簡單,實時檢測,多種保護.該系統(tǒng)主要應(yīng)用在設(shè)備檔次及自動化要求比較高、智慧化比較高供水場合,系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的最佳替代產(chǎn)品,代表未來恒壓供水發(fā)展方向。


 
 
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