Problemas con el sistema de suministro de agua a presión constante sin torre controlado por PLC
1.1 El origen y significado principal del diseño
En los últimos años, las ciudades pequeñas y medianas de mi país se han desarrollado rápidamente y el consumo centralizado de agua ha aumentado considerablemente. Al mismo tiempo, el consumo diario de agua per cápita de los hogares urbanos de mi país también aumenta año tras año. Dado que el consumo de agua de los usuarios cambia constantemente, de vez en cuando se produce un suministro de agua insuficiente o excesivo. El desequilibrio entre el uso del agua y el suministro de agua se refleja en la presión del suministro de agua, es decir, si hay más agua y menos suministro de agua, la presión será baja; si hay menos agua y más suministro de agua, la presión será. alto. Mantener constante la presión del suministro de agua puede mantener el equilibrio entre el suministro y el uso del agua, es decir, se suministrará más agua y menos agua, mejorando así la calidad del suministro de agua.
Además, los sistemas de suministro de agua a presión constante son muy importantes para algunas industrias o usuarios especiales. Por ejemplo, en algunos procesos de producción, si el suministro de agua del grifo está bajo presión o se corta por un corto tiempo, la calidad del producto puede verse afectada y, en casos graves, puede producirse desguace del producto y daños al equipo. Por poner otro ejemplo, cuando se produce un incendio, si la presión del suministro de agua es insuficiente o no hay suministro de agua, el incendio no se puede extinguir rápidamente, lo que puede causar importantes pérdidas económicas y víctimas. Por lo tanto, el uso de sistemas de suministro de agua a presión constante en algunas áreas que utilizan agua tiene una gran importancia económica y social.
Con el desarrollo de la tecnología de energía eléctrica y la mejora de la tecnología de regulación de velocidad de conversión de frecuencia, el sistema inteligente de control de suministro de agua con regulación de velocidad de conversión de frecuencia como núcleo ha reemplazado los equipos de suministro de agua anteriores, como los de alto nivel. tanques de agua y tanques de presión la corriente de arranque se puede limitar a dentro de la corriente nominal, se evita el impacto en la red eléctrica durante el arranque porque se reduce la velocidad promedio de la bomba y se puede extender la vida útil de la bomba y la válvula; ; se puede eliminar el efecto de golpe de ariete durante el arranque y la parada. Su rendimiento operativo estable y seguro, su modo de operación simple y conveniente y sus funciones completas y bien pensadas ahorrarán agua, electricidad y mano de obra en el suministro de agua y, en última instancia, lograrán el propósito de una operación eficiente. [1][2][3]
1.2 Objetivos y requisitos de diseño
1. De acuerdo con la situación actual de regulación de velocidad de frecuencia variable y suministro de agua a presión constante, este diseño requiere que Se puede lograr un suministro de agua a presión constante y completar automática y manualmente el arranque, parada y conmutación de cada bomba, así como la alarma de falla.
2. Diseño del hardware del sistema (circuito principal, circuito de control) y diseño del diagrama de cableado del PLC.
3. Diseño de software (programa PLC) El diseño del programa del sistema de control incluye principalmente el programa de inicialización, el programa de apagado, el programa de arranque del motor de la bomba de agua, el programa de conmutación de frecuencia de potencia/variable del motor y el programa de alarma.
2. Diseño del esquema de regulación de velocidad de frecuencia variable y sistema de control de tensión constante.
2.1 Selección de la solución
Con la creciente demanda de suministro de agua, los contactores de relé por sí solos ya no pueden satisfacer los requisitos. En la actualidad, existen los siguientes métodos de control:
1. Control lógico del circuito electrónico:
Es difícil lograr un arranque suave completo y un ajuste de conversión de frecuencia de flujo completo con este tipo de bucle de control. la unidad de bomba de agua. A menudo, una bomba está fija a frecuencia variable y las otras bombas están a frecuencia industrial. Por lo tanto, la precisión del control es baja, la presión del agua fluctúa mucho cuando se enciende la bomba de agua y la depuración es problemática. Hay impacto cuando se arranca la bomba de frecuencia eléctrica y la capacidad antiinterferencias es baja, pero el costo es bajo. .
2. Control del circuito del microcontrolador:
Este tipo de circuito de control es mejor que el circuito lógico, pero es problemático depurar cuando se trata de diferentes redes de tuberías y diferentes condiciones de suministro de agua. A menudo es necesario modificar el circuito al agregar funciones. Inflexible e inconveniente. La fiabilidad y la capacidad antiinterferente del circuito no son muy altas.
3. Utilice un regulador de bucle PID y/o control PLC:
En este momento, la función del convertidor de frecuencia es proporcionar potencia de frecuencia variable al motor para lograr una regulación continua de la velocidad. , de modo que la red de tuberías La presión del agua cambia constantemente. La tarea del sensor es detectar la presión del agua en la red de tuberías. La unidad de ajuste de presión proporciona el valor de presión de agua requerido al sistema para satisfacer las necesidades. Después de que la señal de ajuste de presión y la señal de retroalimentación de presión ingresan al controlador programable, el programa de control PID dentro del controlador programable las calcula y las envía al convertidor de frecuencia como una señal de control de velocidad. Otra forma es enviar la señal de ajuste de presión y la señal de retroalimentación de presión al regulador de bucle PID y luego ingresarlas en el convertidor de frecuencia como señal de regulación de velocidad después del cálculo interno del regulador de bucle PID. [4][5]
2.2 Plan de diseño
Después de comparar varios planes de control, se seleccionó el método de control PLC.
A través del sensor de presión instalado en la red de tuberías de salida de agua, la señal de presión de salida se convierte en una señal estándar de 4-20 mA y se envía al regulador PID. Después del cálculo, se compara con la presión dada para obtener los parámetros de comparación y enviarlos al convertidor de frecuencia. El convertidor de frecuencia controla la velocidad del motor y ajusta el volumen de suministro de agua del sistema para mantener la presión de la red de tuberías de suministro de agua a una presión determinada. Cuando el consumo de agua excede el suministro de agua de una bomba, el PLC controla el interruptor para aumentar la bomba. Según la cantidad de consumo de agua, el PLC controla el aumento o disminución del número de bombas en funcionamiento y la regulación de velocidad de las bombas a través del convertidor de frecuencia para lograr un suministro de agua a presión constante. Cuando cambia la carga del suministro de agua, el voltaje y la frecuencia de entrada al motor también cambian, formando un sistema de control de circuito cerrado basado en la presión establecida. Además, el sistema también tiene una variedad de funciones de protección, lo que garantiza completamente el mantenimiento oportuno de la bomba de agua y el suministro normal de agua del sistema. La Figura 1 muestra el sistema de suministro de agua a presión constante y frecuencia variable. Entre ellos, la función del convertidor de frecuencia es proporcionar potencia de frecuencia variable al motor para lograr una regulación continua de la velocidad del motor, de modo que la presión del agua en la red de tuberías cambie continuamente. La tarea del sensor es detectar la presión del agua en la red de tuberías, y la unidad de ajuste de presión proporciona al sistema el valor esperado de presión del agua para satisfacer las necesidades del usuario. Después de que la señal de ajuste de presión y la señal de retroalimentación de presión ingresan al controlador programable, el programa de control PID dentro del controlador programable las calcula y las envía al convertidor de frecuencia como una señal de control de velocidad. Otro método consiste en enviar la señal de ajuste de presión y la señal de retroalimentación de presión al regulador de bucle PID. El regulador de bucle PID realiza cálculos en el regulador y los envía al convertidor de frecuencia, como se muestra en la línea de puntos en la Figura 1. El equipo de suministro de agua controla de 1 a 3 bombas, de las cuales solo hay una bomba de frecuencia variable. Cuando se inicia el suministro de energía del equipo de suministro de agua, primero se enciende la bomba de conversión de frecuencia. Cuando la presión del agua en la red de tuberías alcanza el valor establecido, la frecuencia de salida del convertidor de frecuencia se estabiliza en este valor. Cuando el consumo de agua aumenta y la presión del agua disminuye, el sensor envía esta señal al controlador programable o regulador de bucle PID. El controlador programable o regulador de bucle PID envía una señal para aumentar el consumo de agua, lo que hace que la frecuencia de salida del convertidor de frecuencia aumente y la bomba de agua. La velocidad aumenta, la presión del agua aumenta. Si el consumo de agua aumenta mucho, provocando que la frecuencia de salida del convertidor de frecuencia alcance el máximo, pero la presión del agua en la red de tuberías aún no alcanza el valor establecido, el controlador programable o el regulador de bucle PID enviará una señal de control para iniciar un bomba de frecuencia eléctrica y las otras bombas en secuencia. Por otro lado, cuando el consumo de agua disminuye y la frecuencia del convertidor de frecuencia alcanza el valor mínimo, se envía una señal para reducir la frecuencia eléctrica de una bomba y las otras bombas hacen lo mismo. En la figura, M1-M3 son motores, P1-P3 son bombas de agua y KM1-KM6 son contactores de CA, que se utilizan para arrancar, detener y cambiar el motor.