PLC變頻恒壓供水系統壓力振蕩故障分析與排除

當前城鎮居民小區和高層住宅的供水，廣泛采用PLC變頻器控制的恒壓供水系統。該系統可按實際需要設定供水壓力，并自動調整水泵的工作狀態，使給水泵始終處于率運行狀態。變頻器對電機實行軟起動控制，可消除起動和停機時的水錘效應，延長水泵、電機設備的使用壽命。工作時，系統管網壓力應平穩，若出現壓力振蕩故障，不僅影響供水質量而且嚴重時會造成管網中部件的損壞。
1、變頻恒壓供水系統組成及原理
變頻恒壓供水系統主要由PLC控制單元、變頻器、泵組電機、供水管網、儲水箱和壓力傳感器等組成，如圖1所示。恒壓供水泵站采用多臺水泵及電機， 可根據用水量投入工作，因此單臺水泵電機功率不大，系統中設有備用泵以便不停工維護。水泵運行數量由PLC控制， 電機轉速由變頻器控制，以滿足不同用水量的需求。

圖1 PLC變頻恒壓供水系統組成圖
2、恒壓供水系統供水調壓原理
恒壓供水系統供水調壓原理如圖2所示。供水壓力采用閉環控制，首先在控制面板設定水壓給定值，通過安裝在管網出水端的壓力傳感器實測水壓的反饋信號；然后由變頻器將實測值與給定值進行比較，若給定值大于實測值，說明系統水壓低于設定值，則改變水泵電機的供電頻率，使水泵電機轉速上升，反之則降低水泵電機的轉速，使供水量減小。在用水量大時，通過PLC進行工頻／變頻切換，使水泵處于工頻下運行，反之處于變頻運行；當用水量超過一臺泵的供水量時，PLC控制其它水泵加入。

圖2 恒壓供水系統供水調壓原理圖
3、PLC變頻恒壓供水的設定與調節
(1)對于用戶供水壓力，可根據實際情況對PLC及變頻器進行給定值設定，若有多種供水需求(如消防和居民用水水壓不同)則可分別設定。
(2)為了實現調節的快速性與系統的穩定性，PLC對水壓的控制采用比例一積分一微分調節， 即PID調節，調節參數可由使用者自行設定。
(3)PID參數設定與調節原理如圖3所示，PID控制就是將供水壓力實際值與設定的目標值進行比較，使控制的實際值趨近于目標值，若PID參數選擇不合適則會影響控制效果。

圖3 PID設定在變頻器內的恒壓供水圖力
4、恒壓供水系統壓力不穩易振蕩的故障排除
以三菱PLC變頻恒壓供水設備系統為例，導致其壓力不穩定的因素可能有以下幾種。
(1)控制器PID參數的設定不正確(見表1)，由于PID控制部件為PLC或變頻器， 因此解決方法是按技術要求重新設定。設定后，若水壓在設定值上下劇烈波動，則調節PID指令的微分常數，使設定值適當減小，同時適當增加積分常數值；若調整過于緩慢，水壓的上下偏差很大，則說明系統的比例常數設定值過大，應適當減小。

表1 PID設定參數
(2)控制部件的加減速時間與水泵電機功率不相符(見表2)。電機功率大，轉動慣量大，則加減速時間應設置長些，反之應減小。對于此項參數，用戶可通過逐漸增減數據進行調試，如15kW 一般設置為10～20s。

表2加減速時間參數設定
(3)供水壓力傳感器安裝位置不合理。壓力采集點離水泵出水太近，出水口的流速變化，使反饋給控制器的壓力值不穩定，造成系統的振蕩。
(4)有氣壓罐的供水系統， 可在停電時保持供水壓力，但當壓力采集點選取在氣壓罐上時也可能造成系統的振蕩，其原因是空氣具有可壓縮性，而且氣體在水中的溶解度隨壓力而變化，使出水的反饋壓力和氣體的反饋壓力之間有一定的時間差，從而造成系統振蕩。