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      基于PLC船舶變頻恒壓供水系統的設計

      發布時間:2020-03-30人氣:161

        基于PLC船舶變頻恒壓供水系統的設計 

      蔣先平 (廣州航海學院船舶與海洋工程學院,廣東廣州510725) 

      摘 要:水是人類世界生活中不可缺少的物質,隨著船員及旅客對船舶上的生活水平和居住環境 的不斷提高,落后的供水模式已經不能滿足目前生活用水需求,所以,船舶供水建設和改革已經成 為了一個重要的課題.設計了一套節能恒壓供水系統.實踐證明,該系統大約可節能30%~ 50%;且可靠性高、使用靈活,符合實際需要. 關鍵詞:PLC;變頻;恒壓供水 中圖分類號:TP278  文獻標志碼:A  文章編號:1009—8526(2016)02—0001—03 

        眾所周知,我們國家是水資源和電能非常短缺 的國家,而水又是我們生產生活中非常重要的組成 物質,因而節水節能就成為今天我們所面臨的重要 課題.人們對長期以來生活供水和工業生產循環供 水等方面技術一直比較落后、自動化程度低的情況 進行了大量的改革,利用PLC和變頻器組成變頻恒 壓供水系統;解決了在用水高峰期和用水低峰期時 水壓的恒定并對供水設備實現了保護,而且實現了 節能的目標. 隨著我國社會經濟的發展,對外貿易也快速增 長,對航運企業而言如何在生產和節能環保二者間 取得平衡也已成為一個重要課題.根據調查,我國 大部分的船舶仍然采用傳統的供水方式,部分船舶 在進行系統設計時,容最選擇功率偏大,系統匹配 不合理,工作時經常出現“大馬拉小車”現象,造成 能源浪費.因此將集現代先進電力電子技術和計算 機技術于一體的變頻調速技術引入船舶控制領域, 改造船舶傳統供水系統為船用變頻恒壓供水系統, 具有重大的經濟意義和社會意義.本文對變頻恒壓 供水系統進行設計. 1 PLC變頻調速恒壓供水原理 編程邏輯控制器.可編程邏輯控制器是基于可編程 的存儲器,利用其內部存儲程序執行邏輯運算、控 制順序、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令, 并通過數字或模擬式輸入與輸出控制各種類型的 機械或生產過程¨ . PLC具有自身的優點:①抗干擾能力強,可靠性 高;②控制系統結構簡單,通用性強;③編程方便, 易于使用;④功能強大,成本低;⑤設計、施工、調試 的周期短;⑥維護方便. 設異步電動機運行時的轉速計算公式為: n=60f(1一s)/p.  (1) 其中, 為轉速,r/s 為電源頻率,Hz;S為異步電動 機的轉差率;p為極對數.由式(1)可知,電動機的轉 速n同電網頻率. 廠成正比,因此改變電動機電源的 頻率,便可以實現轉速的改變及控制.理論和實踐 表明當頻率在0~50 Hz之間變化時,異步電動機的 調節范圍最佳.綜上所述,PLC的變頻調是通過改變 電動機電源頻率. 廠來實現的. 在船舶供水系統中,通過變頻器改變水泵電動機 的轉速來實現管路水壓恒定,比電機恒速而通過閥門 控制水壓降低能耗,提高系率.由流體動力學的知識 可知,供水系統運行時水泵的工作效率計算公式為:叩=K 一K (詈) PLc,全稱是Pmgramm bl。L。gi。c。n mll,為可  叩=K 一K (詈) 

       其中,K 、K 為常數項;Q為供水量,n為異步電動機 的轉速.由于Q與n成正比,因此效率基本不變,而 在恒速下通過閥門改變供水流量將使效率下降.變 頻恒壓供水系統的特性如圖1所示. 0  ~  Qm 圖1 變頻恒壓供水系統特性曲線 傳統供水系統的特性就是水泵“流量大時揚程 低,流量小時揚程高”,而變頻恒壓供水系統就是無 論供水流量怎么變化,都必須保證水泵運行揚程不 變,即等于圖1中設定的揚程HA.采用變頻恒壓供 水時,因為變頻器完全實現了無級調速,因而在圖1 中設定的供水范圍內,即用水量從Qmin到Qmax 時,自動將轉速調到nk;從而實現了供水流量的連 續調節,供水工作始終處于P到  的這條直線上, 實現了變頻恒壓供水的目的  . 2 恒壓供水系統硬件電路的設計 供水系統主電路如圖2所示,電動機M1、M2、M3 分別帶動各自的水泵向主管道供水,每臺電動機都有 工頻和變頻兩種工作模式.由圖2可知,KM1、KM2、 KM3分別控制電動機M1、M2、M3的工頻運行;KM4、 KM5、KM6分別控制電動機M1、M2、M3的變頻運行; QF1為變頻器運行的斷路器.用來作電機工頻運行的 過載保護的分別是熱繼電器FR1、FR2、FR3. 圖2 系統主電路 變頻器選用西門子Micromaster 430,MicroMaster 430是全新一代標準變頻器中的風機和泵類變轉矩 負載專家.功率范圍7.5~250 kW.它按照專用要求 設計,并使用內部功能互聯(BiCo)技術,具有高度 可靠性和靈活性.控制軟件可以實現專用功能:多 泵切換、手動/自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢 測、節能運行方式等.MicroMaster430具有多重保護 功能,如過載能力為140%額定負載電流,持續時間 3 S和110%額定負載電流,持續時間60 S;過電壓、 欠電壓保護;變頻器過溫保護;接地故障保護,短路 保護;PTC/KTY電機保護.具有多個模擬量輸出 (0~20 mA),復合制動功能改善了制動特性.系統 控制電路及PLC接線如圖3所示. FU l  0 0 U l M4  KM1  蛐2 K M I  一 — T :  ———— 、—_一L L  sB  Q  l  u I KM2 。 卜 KM  1.  :: SB5 Q  I  u l — /一  r_]l  KM3 廣 SB7 U —‘ ,一  YV YV f指小、搬{ 尊,水位等束刪m) 圖3 系統控制電路 3 恒壓供水系統的軟件設計 設計要求:根據船舶種類及運行的特點,系統 能夠提供足夠的供水并保持水壓的恒定,使設備運 行安全可靠并實現節能環保的目的. 3.1 PLC控制程序的設計 在船舶恒壓供水系統中以PLC作控制系統的 中心,PLC程序包括主程序、變頻運行子程序、工頻 運行子程序、水泵的變頻/工頻切換及增減泵子程 序、火災判斷子程序、PID運算子程序等.水泵的變 頻/工頻切換及增減泵子程序的流程. 3.2 泵的切換及PID控制流程 控制流程如圖4所示. 1)當系統啟動時,將圖3的SA開關置于1位, 使系統工作在變頻恒壓供水狀態.首先啟動變頻 器,并由變頻器帶動水泵電機M1運行,由于開始時 管網實際壓力與設定壓力的誤差較大,因此變頻器 輸出頻率增加,通過PID控制器帶動水泵電機M1 加速運行,直至管網實際壓力與設定壓力相等

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