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壓力變送器組成的變頻恒壓供水系統在沙漠油田的應用

來源:上海自儀公司作者:上海自儀公司網址:http://www.treemontresort.com

為滿足生活、供熱、供暖等的用水需求,利用PLC及變頻器對供水系統進行改造。將供水管網壓力變送器的壓力信號傳輸給PLC,進行PID調節改變變頻器的輸出頻率,控制水泵機組的供水流量,實現了自動控制和調節供水。該系統能根據現場實際用水(外輸管線壓力)自動調節水量,維持恒定水壓;同時,還能根據檢測到的清水罐液位,自動啟停水泵,具有系統工作穩定、節能效果明顯、便于維修擴展、性價比高等優點。

石西油田作業區位于古爾班通古特沙漠腹部,生產基地生活給水系統由水源井、水處理裝置、供水控制裝置組成。原供水控制裝置驅動4臺功率為22kW的立式離心給水泵,供水能力2?。矗埃埃恚常?,供水系統的壓力設定值為0.30~0.45MPa,當出水管匯壓力低于設定的下限,2臺清水泵工頻運行;出水管匯壓力處于設定范圍內時,1臺清水泵工頻運行;當壓力高于設定的上限壓力時,2臺清水泵停止運行。其余2臺清水泵作為備用泵。

隨著沙漠油田滾動開發,基地生活區擴大增容,為滿足生活、供熱、供暖等的用水需求,原供水控制裝置啟停運行頻繁,人員管理難度大,電氣故障逐漸增多且耗電量高。為使供水系統具有自動運行、恒壓供水、節約電能的性能,需要對其進行優化改造。

1 改造方案與功能

1.1 改造方案

采用由可編程邏輯控制器(PLC)及變頻器組成的變頻恒壓供水控制系統可以滿足上述改造要求。系統由S7-200PLC、ACS400變頻器、軟啟動器、壓力變送器、液位變送器和水泵機組共同組成完整的閉環控制系統。

1.2 檢測與控制

        1)信號檢測。在系統控制正常工作過程中,需要對供水管網的水壓信號、水池的液位信號進行檢測,以確保系統正常穩定的運行。

        a)供水管網的水壓信號。該信號反映的是用戶管網內部的水壓值,是該系統所有反饋信號中非常重要的信號之一。該信號為模擬量,需PLC擴展模擬量模塊來接收,PLC對該值進行PID處理后,將處理后的數據傳送給變頻器,從而控制水泵轉速,實現供水系統的恒壓供水。

b)清水罐液位信號。該信號主要對水罐液位進行監測,由PLC擴展模擬量模塊來接收。當水位達到PLC設定下限時,PLC停止水泵的工作,從而防止水罐水量不足時水泵電機發生空轉,保護系統及電機的安全穩定工作,同時可對水罐液位高低限進行報警。

2)恒壓控制。恒壓供水系統的控制部分一般包含在供水控制柜中,主要包括PLC,變頻器,軟啟動器和電控設備。PLC通過系統程序匯總來自各部分的信息,并進行分析計算,從而得出對整個系統執行部件的控制方案,通過變頻器、軟啟動器對水泵機組進行相應的控制。恒壓供水系統的控制流程如圖1所示,該系統將供水管網上壓力變送器的壓力信號傳輸給PLC,對輸入值與設定值進行比較,通過PID調節改變變頻器的輸出頻率,控制水泵機組的供水流量,從而達到恒壓供水的目的。

2 恒壓供水工作流程

變頻恒壓供水系統的工作流程分為系統啟動、PID調節、增泵運行、減泵運行四個流程。

1)系統啟動。PLC執行系統內部程序,啟動變頻器,變頻器帶動其中工作時間非常短的水泵運行,系統對供水水壓與壓力設定值進行比較計算,控制變頻器的輸出頻率,從而改變水泵電機的轉速。當檢測到的供水壓力值與系統設定值相等時,系統達到穩定,此時變頻器的輸出頻率和水泵電機的轉速都達到一個固定值,這期間水泵電機工作在調速狀態。

恒壓供水系統控制流程示意

2)PID調節。當用戶端用水量增加時,供水管網壓力降低,PLC根據壓力變化進行PID調節,變頻器輸出頻率增加,水泵電機轉速增大同時流量增大,使供水壓力值與系統設定值相等。反之,當用戶端用水量減小時,系統通過PID運算,非常終控制電機轉速減小,減小系統供水流量,使供水壓力值與系統設定值相等。

3)增泵運行。當用戶用水量增加較多,變頻器的輸出頻率達到頻率設定上限,水泵電機滿負荷運行,系統供水管網的供水壓力仍然低于系統設定值,則滿足增泵條件。變頻器處于變頻固定式工作模式,此時PLC控制軟啟動器帶動4個水泵中運行時間非常短的水泵啟動,使該水泵工頻運行,同時PLC接收來自壓力PID控制器的檢測信號,控制

變頻器的輸出頻率,改變變頻泵的轉速,重新使系統達到穩定的工作狀態。如果用戶的用水量仍然增加,達到增加水泵的條件時,則繼續按上述步驟增加水泵,直到系統達到新的穩定狀態為止。

4)減泵運行。當用戶用水量減小,且變頻器的輸出頻率已經達到變頻器頻率的設定下限時,系統供水管網的水壓仍然高于系統的壓力設定值,則滿足減泵條件。此時,PLC接到信號,關閉工頻運行中運行時間非常長的水泵,同時PLC繼續根據壓力變送器檢測到的信號運行,控制變頻器的輸出頻率,調整水泵電機轉速,使系統達到穩定狀態。如果用戶水量繼續減小,達到減少水泵條件時,則繼續按照上述步驟減少水泵,直到達到平衡為止。

3 應用效果

利用PLC及變頻器對供水系統的外輸水壓、清水罐液位進行信號監測,控制4臺水泵的變頻運行、軟啟動以及工頻運行,實現了自動控制和調節供水。該系統能根據現場實際用水(外輸管線壓力)自動調節水量,維持恒定水壓,滿足生活用水、供熱、供暖的需要;同時,還能根據檢測到的清水罐液位,自動啟停水泵,具有系統工作穩定、節能效果明顯、便于維修擴展、性價比高等優點。