工業生産における給水設備が水ポンプの回転速度と出力を自動的に調整し、給水システムが常に一定の水圧を維持できるようにするために、PLCに基づく可変周波数定圧給水設備が設計されました。この設備は、可変周波数技術と定圧制御戦略を採用し、安定した水圧供給を実現します。システム全体は、水ポンプ、膨張タンク、インテリジェント電子制御システムで構成されています。その優れた利点は、給水塔の建設を必要とせず、投資額が少なく、設置面積が小さく、レイアウトが柔軟で、自動給水・ガス調節機能を備えていることです。同時に、水道ネットワークに自動的に接続され、停電後も給水が可能で、デバッグ後の監視も不要です。
画像：給水ブースターシステム概略図
1. 概要
可変周波数定圧給水設備は、新型省エネ給水設備です。マイコン制御技術を採用し、可変周波数調速機とモーター水ポンプを組み合わせます。可変周波数定圧給水設備は、水ポンプ出口の水圧（またはユーザーの水流量）を設定パラメータとし、マイコンを介して周波数変換器の出力周波数を自動制御し、水ポンプモーターの回転速度を調整することで、ユーザーの配管網水圧の閉ループ制御を実現し、給水システムが自動的に設定圧力値で一定圧力を維持します。これにより、給水システム全体が常に高効率で省エネな最良の状態を維持します。
本装置の給水方式は空気圧給水方式です。給水網水圧が水使用要件を満たすと、バイパスチェックバルブを介して給水網に直接給水します。給水ネットワークの圧力が水使用要件を満たせない場合、圧力センサーによってシステム圧力信号が制御キャビネットにフィードバックされ、水ポンプは可変周波数で動作し、使用される水の量に応じて速度を自動的に調整して、システム内の正常な給水を維持します。
2. システム構成と動作モード
2.1 装備構成
可変周波数定圧給水装置は、操作表示装置、入力モジュール、出力モジュール、周波数変換器、電源ユニットで構成されています。各ユニットはPLCホストによって制御され、定圧給水を実現します。
- 入力モジュール: 入力モジュールは、外部センサーやスイッチからの信号を受信し、PLCホストで処理できるデジタル信号に変換するために使用されます。例えば、圧力センサーを入力モジュールの一部として使用することで、給水管の圧力を検出できます。
- 出力モジュール: 出力モジュールは、PLCホストからの出力信号を外部アクチュエータを制御できる信号に変換するために使用されます。例えば、出力モジュールは周波数変換器を制御して水ポンプの動作周波数を調整し、一定の給水圧力を実現できます。
- 周波数変換器: 周波数変換器は、モーターの回転速度と出力を制御するために使用される電子機器です。可変周波数定圧給水装置では、周波数変換器は給水ポンプの回転速度を調整し、一定の給水圧力を実現します。PLCホストからの出力信号を受信し、必要に応じて給水ポンプの動作周波数を調整します。
- 操作・表示部: 操作表示装置は、ユーザーが可変周波数定圧給水設備制御システムを操作するインターフェースです。通常、タッチスクリーンまたはキーパネルで構成され、システムの状態を表示し、ユーザーからの入力コマンドを受信し、アラームや故障診断情報を提供します。
- 電源ユニット: 電源ユニットは、制御システム全体に安定した電源電圧を供給し、システムの正常な動作を保証します。
上記のコンポーネントはケーブルまたはバスで接続され、PLCベースの完全な可変周波数定圧給水設備制御システムを形成します。PLCプログラミングとパラメータ設定を通じて、システムは自動制御、監視、故障診断などの機能を実現し、給水システムの安定性と効率を向上させます。図1に示すように。
図1: システムコンポーネント図
2.2 制御システムのハードウェア構造
可変周波数定圧給水設備は、先進的な閉ループ制御システムを採用しています。出口配管網の圧力コントローラは水圧をサンプリングし、対応する電気信号に変換して周波数変換器のインテリジェント中央処理装置に送信し、制御します。周波数変換器は、配管網の実際の圧力信号を受信し、ユーザーが設定した圧力値と比較します。周波数変換器の出力周波数は偏差値によって制御され、モーターの出力電力を変化させます。同時に、配管網の水消費量の変化に応じて、ポンプ速度が自動的に調整されたり、給水ポンプが起動・停止したりします。水消費量が増加すると、出力電圧と周波数が増加し、ポンプ速度が上昇して水出力が増加します。水消費量が減少すると、ポンプ速度が低下し、水出力が減少し、給水圧力は一定に保たれます。制御システムのハードウェア構造を図2に示します。
図2: ハードウェアシステム構造図
2.3 作業モード
定圧可変周波数給水システムの運転中、水圧センサーとインバータは、損失や外部環境の影響により故障する可能性があります。故障を防ぐため、さまざまなニーズに応じて異なる動作モードを設定する必要があります。具体的に利用可能な動作モードは次のとおりです。
- 定圧モード: 定圧モードでは、設定された目標圧力に応じてポンプ速度を自動調整し、一定の給水圧力を維持します。給水圧力が設定された目標圧力より低い場合はポンプ速度を上げ、高い場合はポンプ速度を下げます。このモードは、住宅や商業ビルなど、安定した給水圧力が必要な用途に適しています。
- 定流量モード: 定流量モードでは、装置はポンプの速度を自動調整し、一定の給水流量を維持します。このモードでは、装置は設定された目標流量に応じてポンプの運転速度を調整し、特定の流量要件を満たします。このモードは、冷却システムや工業生産など、安定した流量を維持する必要があるアプリケーションに適しています。
- 省エネモード: 省エネモードでは、実際の需要と給水管の圧力変化に応じて、水ポンプの回転速度を調整し、最適なエネルギー効率を実現します。このモードでは、負荷の変化に応じて水ポンプの出力が自動的に調整され、エネルギー消費を最小限に抑え、給水システムの正常な動作を確保します。省エネモードは通常、定圧モードまたは定流量モードの機能と組み合わせて使用され、より効率的な給水システムを実現します。
- バランスモード: バランスモードでは、複数の給水ポンプの運転状態とニーズに応じて、各ポンプの速度を自動調整し、バランスの取れた給水を実現します。異なるポンプの出力を動的にバランスさせることで、システムの信頼性を向上させ、負荷を分散し、給水ポンプの寿命を延ばすことができます。
3. システムソフトウェア
3.1 システムソフトウェアフロー
ソフトウェアシステムは、ユーザーインターフェース、コントローラー、センサー、可変周波数ドライブ、通信モジュール、データの保存と処理で構成されています。ソフトウェアプロセスには、起動と初期化、ユーザーインターフェースの操作、データの取得とセンサーへのフィードバック、可変周波数ドライブの制御、データの記録とアラームなどが含まれます。
- 起動と初期化: システムが起動すると、各コンポーネントが初期化されます。コントローラが起動してデフォルトパラメータを読み込み、通信モジュールが外部システムとの接続を確立し、センサーがセルフテストとキャリブレーションを実行します。
- ユーザーインターフェースのインタラクション: ユーザーはユーザーインターフェースを介してデバイスと対話します。目標圧力の設定、リアルタイムの圧力と流量の監視、アラーム情報の表示などが可能です。ユーザーインターフェースは、ユーザー入力をコントローラに送信します。
- データ収集とセンサーフィードバック: センサーは給水管の圧力や流量などのデータをリアルタイムで収集し、コントローラーにフィードバックします。コントローラーはセンサーからのデータを受信し、現在の給水状態を監視します。
- 可変周波数ドライブ制御: コントローラは可変周波数ドライブに制御信号を送信し、モーターの速度と出力を調整します。可変周波数ドライブは、制御信号に応じてモーターの動作状態を変化させ、設定された目標圧力を満たします。
- データ記録とアラーム: システムは、リアルタイムの圧力、流量、ポンプの動作状態などの重要なデータを記録します。圧力変動範囲の超過、ポンプの故障などの異常な状況が検出されると、システムはアラームをトリガーし、ユーザーインターフェイスにアラーム情報を表示します。
3.2 パラメータ設定
設定された目標圧力とセンサーからフィードバックされたデータに基づいてコントローラが制御アルゴリズムを確実に実行できるように、可変周波数ドライブの出力を調整し、一定圧力の水供給を実現します。パラメータは事前に設定する必要があります。主なパラメータは以下のとおりです。
圧力を設定する: 必要な給水圧力を設定します。具体的な用途シナリオと要件に応じて、適切な目標圧力値を設定します。
圧力選択: 許容圧力変動範囲を設定します。実際の給水圧力がこの範囲内で変動した場合、可変周波数定圧給水装置は自動的に動作状態を調整します。
最小始動圧力: 水ポンプを起動するために必要な最小圧力を設定します。実際の給水圧力がこの値を下回ると、装置は自動的に水ポンプを起動し、必要な水圧を供給します。
圧力センサーの感度: 圧力センサーの感度を調整して、デバイスの圧力変化の検出精度を確保します。
フィードバックタイム: 圧力変化に対するデバイスの検出および応答時間を設定します。フィードバック時間を短くすると、ウォーターポンプの動作状態をより迅速に調整できます。
次の表は、いくつかのパラメータの詳細なリストです。
表1: パラメータ設定表
4. システムデバッグ
装置の起動準備が完了したら、入口バルブを全開にし、排出管のバルブを閉じます。電源を入れ、プログラムを起動し、以下に示すようにシステムのメインインターフェースに入ります。
画像3: システムホームページ
5. 結論
本論文では、安定した信頼性の高い可変周波数定圧給水を実現し、給水管の圧力が設定範囲内で変動することを保証し、ユーザーのニーズや異常事態にタイムリーに対応できる可変周波数定圧給水設備を設計する。同時に、ユーザーの設定とリアルタイムフィードバックに基づいて動作モードを調整・切り替えることができる。
