PLC变频恒压供水系统压力振荡故障分析与排除

当前城镇居民小区和高层住宅的供水，广泛采用PLC变频器控制的恒压供水系统。该系统可按实际需要设定供水压力，并自动调整水泵的工作状态，使给水泵始终处于率运行状态。变频器对电机实行软起动控制，可消除起动和停机时的水锤效应，延长水泵、电机设备的使用寿命。工作时，系统管网压力应平稳，若出现压力振荡故障，不仅影响供水质量而且严重时会造成管网中部件的损坏。
1、变频恒压供水系统组成及原理
变频恒压供水系统主要由PLC控制单元、变频器、泵组电机、供水管网、储水箱和压力传感器等组成，如图1所示。恒压供水泵站采用多台水泵及电机， 可根据用水量投入工作，因此单台水泵电机功率不大，系统中设有备用泵以便不停工维护。水泵运行数量由PLC控制， 电机转速由变频器控制，以满足不同用水量的需求。

图1 PLC变频恒压供水系统组成图
2、恒压供水系统供水调压原理
恒压供水系统供水调压原理如图2所示。供水压力采用闭环控制，首先在控制面板设定水压给定值，通过安装在管网出水端的压力传感器实测水压的反馈信号；然后由变频器将实测值与给定值进行比较，若给定值大于实测值，说明系统水压低于设定值，则改变水泵电机的供电频率，使水泵电机转速上升，反之则降低水泵电机的转速，使供水量减小。在用水量大时，通过PLC进行工频／变频切换，使水泵处于工频下运行，反之处于变频运行；当用水量超过一台泵的供水量时，PLC控制其它水泵加入。

图2 恒压供水系统供水调压原理图
3、PLC变频恒压供水的设定与调节
(1)对于用户供水压力，可根据实际情况对PLC及变频器进行给定值设定，若有多种供水需求(如消防和居民用水水压不同)则可分别设定。
(2)为了实现调节的快速性与系统的稳定性，PLC对水压的控制采用比例一积分一微分调节， 即PID调节，调节参数可由使用者自行设定。
(3)PID参数设定与调节原理如图3所示，PID控制就是将供水压力实际值与设定的目标值进行比较，使控制的实际值趋近于目标值，若PID参数选择不合适则会影响控制效果。

图3 PID设定在变频器内的恒压供水图力
4、恒压供水系统压力不稳易振荡的故障排除
以三菱PLC变频恒压供水设备系统为例，导致其压力不稳定的因素可能有以下几种。
(1)控制器PID参数的设定不正确(见表1)，由于PID控制部件为PLC或变频器， 因此解决方法是按技术要求重新设定。设定后，若水压在设定值上下剧烈波动，则调节PID指令的微分常数，使设定值适当减小，同时适当增加积分常数值；若调整过于缓慢，水压的上下偏差很大，则说明系统的比例常数设定值过大，应适当减小。

表1 PID设定参数
(2)控制部件的加减速时间与水泵电机功率不相符(见表2)。电机功率大，转动惯量大，则加减速时间应设置长些，反之应减小。对于此项参数，用户可通过逐渐增减数据进行调试，如15kW 一般设置为10～20s。

表2加减速时间参数设定
(3)供水压力传感器安装位置不合理。压力采集点离水泵出水太近，出水口的流速变化，使反馈给控制器的压力值不稳定，造成系统的振荡。
(4)有气压罐的供水系统， 可在停电时保持供水压力，但当压力采集点选取在气压罐上时也可能造成系统的振荡，其原因是空气具有可压缩性，而且气体在水中的溶解度随压力而变化，使出水的反馈压力和气体的反馈压力之间有一定的时间差，从而造成系统振荡。