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基于PLC船舶变频恒压供水系统的设计

发布时间:2020-03-30人气:156

  基于PLC船舶变频恒压供水系统的设计 

蒋先平 (广州航海学院船舶与海洋工程学院,广东广州510725) 

摘 要:水是人类世界生活中不可缺少的物质,随着船员及旅客对船舶上的生活水平和居住环境 的不断提高,落后的供水模式已经不能满足目前生活用水需求,所以,船舶供水建设和改革已经成 为了一个重要的课题.设计了一套节能恒压供水系统.实践证明,该系统大约可节能30%~ 50%;且可靠性高、使用灵活,符合实际需要. 关键词:PLC;变频;恒压供水 中图分类号:TP278  文献标志码:A  文章编号:1009—8526(2016)02—0001—03 

  众所周知,我们国家是水资源和电能非常短缺 的国家,而水又是我们生产生活中非常重要的组成 物质,因而节水节能就成为今天我们所面临的重要 课题.人们对长期以来生活供水和工业生产循环供 水等方面技术一直比较落后、自动化程度低的情况 进行了大量的改革,利用PLC和变频器组成变频恒 压供水系统;解决了在用水高峰期和用水低峰期时 水压的恒定并对供水设备实现了保护,而且实现了 节能的目标. 随着我国社会经济的发展,对外贸易也快速增 长,对航运企业而言如何在生产和节能环保二者间 取得平衡也已成为一个重要课题.根据调查,我国 大部分的船舶仍然采用传统的供水方式,部分船舶 在进行系统设计时,容最选择功率偏大,系统匹配 不合理,工作时经常出现“大马拉小车”现象,造成 能源浪费.因此将集现代先进电力电子技术和计算 机技术于一体的变频调速技术引入船舶控制领域, 改造船舶传统供水系统为船用变频恒压供水系统, 具有重大的经济意义和社会意义.本文对变频恒压 供水系统进行设计. 1 PLC变频调速恒压供水原理 编程逻辑控制器.可编程逻辑控制器是基于可编程 的存储器,利用其内部存储程序执行逻辑运算、控 制顺序、定时、计数与算术操作等面向用户的指令, 并通过数字或模拟式输入与输出控制各种类型的 机械或生产过程¨ . PLC具有自身的优点:①抗干扰能力强,可靠性 高;②控制系统结构简单,通用性强;③编程方便, 易于使用;④功能强大,成本低;⑤设计、施工、调试 的周期短;⑥维护方便. 设异步电动机运行时的转速计算公式为: n=60f(1一s)/p.  (1) 其中, 为转速,r/s 为电源频率,Hz;S为异步电动 机的转差率;p为极对数.由式(1)可知,电动机的转 速n同电网频率. 厂成正比,因此改变电动机电源的 频率,便可以实现转速的改变及控制.理论和实践 表明当频率在0~50 Hz之间变化时,异步电动机的 调节范围最佳.综上所述,PLC的变频调是通过改变 电动机电源频率. 厂来实现的. 在船舶供水系统中,通过变频器改变水泵电动机 的转速来实现管路水压恒定,比电机恒速而通过阀门 控制水压降低能耗,提高系率.由流体动力学的知识 可知,供水系统运行时水泵的工作效率计算公式为:叩=K 一K (詈) PLc,全称是Pmgramm bl。L。gi。c。n mll,为可  叩=K 一K (詈) 

 其中,K 、K 为常数项;Q为供水量,n为异步电动机 的转速.由于Q与n成正比,因此效率基本不变,而 在恒速下通过阀门改变供水流量将使效率下降.变 频恒压供水系统的特性如图1所示. 0  ~  Qm 图1 变频恒压供水系统特性曲线 传统供水系统的特性就是水泵“流量大时扬程 低,流量小时扬程高”,而变频恒压供水系统就是无 论供水流量怎么变化,都必须保证水泵运行扬程不 变,即等于图1中设定的扬程HA.采用变频恒压供 水时,因为变频器完全实现了无级调速,因而在图1 中设定的供水范围内,即用水量从Qmin到Qmax 时,自动将转速调到nk;从而实现了供水流量的连 续调节,供水工作始终处于P到  的这条直线上, 实现了变频恒压供水的目的  . 2 恒压供水系统硬件电路的设计 供水系统主电路如图2所示,电动机M1、M2、M3 分别带动各自的水泵向主管道供水,每台电动机都有 工频和变频两种工作模式.由图2可知,KM1、KM2、 KM3分别控制电动机M1、M2、M3的工频运行;KM4、 KM5、KM6分别控制电动机M1、M2、M3的变频运行; QF1为变频器运行的断路器.用来作电机工频运行的 过载保护的分别是热继电器FR1、FR2、FR3. 图2 系统主电路 变频器选用西门子Micromaster 430,MicroMaster 430是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩 负载专家.功率范围7.5~250 kW.它按照专用要求 设计,并使用内部功能互联(BiCo)技术,具有高度 可靠性和灵活性.控制软件可以实现专用功能:多 泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检 测、节能运行方式等.MicroMaster430具有多重保护 功能,如过载能力为140%额定负载电流,持续时间 3 S和110%额定负载电流,持续时间60 S;过电压、 欠电压保护;变频器过温保护;接地故障保护,短路 保护;PTC/KTY电机保护.具有多个模拟量输出 (0~20 mA),复合制动功能改善了制动特性.系统 控制电路及PLC接线如图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 广 SB7 U —‘ ,一  YV YV f指小、搬{ 尊,水位等束删m) 图3 系统控制电路 3 恒压供水系统的软件设计 设计要求:根据船舶种类及运行的特点,系统 能够提供足够的供水并保持水压的恒定,使设备运 行安全可靠并实现节能环保的目的. 3.1 PLC控制程序的设计 在船舶恒压供水系统中以PLC作控制系统的 中心,PLC程序包括主程序、变频运行子程序、工频 运行子程序、水泵的变频/工频切换及增减泵子程 序、火灾判断子程序、PID运算子程序等.水泵的变 频/工频切换及增减泵子程序的流程. 3.2 泵的切换及PID控制流程 控制流程如图4所示. 1)当系统启动时,将图3的SA开关置于1位, 使系统工作在变频恒压供水状态.首先启动变频 器,并由变频器带动水泵电机M1运行,由于开始时 管网实际压力与设定压力的误差较大,因此变频器 输出频率增加,通过PID控制器带动水泵电机M1 加速运行,直至管网实际压力与设定压力相等

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