산업 생산 용수 공급 장비가 펌프의 속도와 출력을 자동으로 조절하고 용수 공급 시스템이 항상 일정한 수압을 유지하도록 하기 위해 PLC 기반 가변 주파수 정압 용수 공급 장비가 설계되었습니다. 이 장비는 가변 주파수 기술과 정압 제어 전략을 사용하여 안정적인 수압 공급을 실현합니다. 전체 시스템은 용수 펌프, 팽창 탱크, 그리고 지능형 전자 제어 시스템으로 구성됩니다. 이 장비의 뛰어난 장점은 급수탑 건설이 필요 없고, 투자 비용이 적으며, 설치 면적이 작고, 레이아웃이 유연하며, 자동 급수 및 가스 조절 기능을 사용한다는 것입니다. 또한, 상수도망에 자동으로 연결되어 정전 후에도 용수를 공급할 수 있으며, 디버깅 후 별도의 관리 감독이 필요하지 않습니다.
이미지: 급수 부스터 시스템 구성도
1. 개요
가변 주파수 정압 급수 장치는 새로운 유형의 에너지 절약형 급수 장치입니다. 마이크로컴퓨터 제어 기술을 사용하여 가변 주파수 속도 조절기와 모터 워터 펌프를 결합합니다. 가변 주파수 정압 급수 장치는 워터 펌프 출구의 수압(또는 사용자의 물 흐름)을 설정 매개변수로 사용하고, 마이크로컴퓨터를 통해 주파수 변환기의 출력 주파수를 자동으로 제어하여 워터 펌프 모터의 속도를 조절합니다. 이를 통해 사용자 배관망의 수압을 폐쇄 루프 방식으로 조절하여 급수 시스템이 자동으로 설정 압력 값으로 일정한 압력을 유지하도록 합니다. 이를 통해 전체 급수 시스템은 항상 최상의 고효율 및 에너지 절약 상태를 유지합니다.
본 문서에서 설명하는 장비의 급수 방식은 공압식 급수 방식을 채택합니다. 급수망 압력이 용수 사용량에 도달하면 시스템은 바이패스 체크 밸브를 통해 급수망에 직접 물을 공급합니다. 급수망 압력이 물 사용 요구 사항을 충족하지 못할 경우, 압력 센서를 통해 시스템 압력 신호가 제어 캐비닛으로 피드백되고, 급수 펌프는 가변 주파수로 작동하며, 사용되는 물의 양에 따라 속도를 자동으로 조절하여 시스템의 정상적인 물 공급을 유지합니다.
2. 시스템 구성 및 작업 모드
2.1 장비 구성
가변 주파수 정압 급수 장치는 조작 표시부, 입력 모듈, 출력 모듈, 주파수 변환기, 그리고 전원 공급 장치로 구성됩니다. 각 장치는 PLC 호스트에 의해 제어되어 정압 급수를 구현합니다.
- 입력 모듈: 입력 모듈은 외부 센서나 스위치로부터 신호를 수신하여 PLC 호스트에서 처리할 수 있도록 디지털 신호로 변환하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 압력 센서는 입력 모듈의 일부로 사용되어 급수관의 압력을 감지할 수 있습니다.
- 출력 모듈: 출력 모듈은 PLC 호스트의 출력 신호를 외부 액추에이터를 제어할 수 있는 신호로 변환하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 출력 모듈은 주파수 변환기를 제어하여 워터 펌프의 작동 주파수를 조정하여 일정한 급수 압력을 유지할 수 있습니다.
- 주파수 변환기: 주파수 변환기는 모터의 속도와 출력을 제어하는 데 사용되는 전자 장치입니다. 가변 주파수 정압 급수 장치에서 주파수 변환기는 급수 펌프의 속도를 조절하여 일정한 급수 압력을 얻는 데 사용됩니다. 주파수 변환기는 PLC 호스트의 출력 신호를 수신하여 필요에 따라 급수 펌프의 작동 주파수를 조절합니다.
- 작동 및 디스플레이 장치: 조작 및 표시 장치는 사용자가 가변 주파수 정압 급수 장비 제어 시스템과 상호 작용할 수 있는 인터페이스입니다. 일반적으로 터치스크린이나 키 패널로 구성되며, 시스템 상태를 표시하고, 사용자 입력 명령을 수신하며, 경보 및 고장 진단 정보를 제공합니다.
- 전원 공급 장치: 전원 공급 장치는 전체 제어 시스템에 안정적인 전원 공급 전압을 제공하여 시스템의 정상적인 작동을 보장합니다.
위의 구성 요소들은 케이블이나 버스로 연결되어 PLC 기반의 완전한 가변 주파수 정압 급수 장비 제어 시스템을 구성합니다. PLC 프로그래밍 및 파라미터 설정을 통해 시스템은 자동 제어, 모니터링, 고장 진단 등의 기능을 구현하고 급수 시스템의 안정성과 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그림 1과 같습니다.
그림 1: 시스템 구성 요소 다이어그램
2.2 제어 시스템 하드웨어 구조
가변 주파수 정압 급수 장비는 첨단 폐루프 제어 시스템을 채택했습니다. 배출관망의 압력 제어기는 수압을 샘플링하여 해당 전기 신호로 변환한 후 주파수 변환기의 지능형 중앙 프로세서로 전송하여 제어합니다. 주파수 변환기는 관망의 실제 압력 신호를 수신하여 사용자가 설정한 압력 값과 비교합니다. 주파수 변환기의 출력 주파수는 편차값에 따라 제어되어 모터의 출력 전력을 변경합니다. 동시에, 관망의 물 소비량 변화에 따라 펌프 속도가 자동으로 조정되거나 급수 펌프가 기동 및 정지됩니다. 물 소비량이 증가하면 출력 전압과 주파수가 증가하고, 펌프 속도가 증가하여 급수량이 증가합니다. 물 소비량이 감소하면 펌프 속도가 감소하고 급수량이 감소하여 급수 압력이 일정하게 유지됩니다. 제어 시스템의 하드웨어 구조는 그림 2와 같습니다.
그림 2: 하드웨어 시스템 구조도
2.3 작업 모드
정압 가변 주파수 급수 시스템의 수압 센서와 인버터는 작동 중 손실 및 외부 환경의 영향으로 고장날 수 있습니다. 고장을 방지하려면 필요에 따라 다양한 모드를 설정해야 합니다. 사용 가능한 구체적인 작동 모드는 다음과 같습니다.
- 일정 압력 모드: 정압 모드에서는 설정된 목표 압력에 따라 펌프 속도가 자동으로 조절되어 일정한 급수 압력을 유지합니다. 급수 압력이 목표 압력보다 낮으면 펌프 속도가 증가하고, 목표 압력보다 높으면 펌프 속도가 감소합니다. 이 모드는 주거 및 상업 건물과 같이 안정적인 급수 압력이 필요한 환경에 적합합니다.
- 일정 흐름 모드: 일정 유량 모드에서는 장치가 펌프 속도를 자동으로 조절하여 일정한 급수 유량을 유지합니다. 이 모드에서 장치는 설정된 목표 유량에 따라 펌프의 운전 속도를 조절하여 특정 유량 요구 사항을 충족합니다. 이 모드는 냉각 시스템, 산업 생산 등 안정적인 유량 유지가 필요한 분야에 적합합니다.
- 에너지 절약 모드: 에너지 절약 모드에서는 장치가 실제 수요와 급수관의 압력 변화에 따라 최적의 에너지 효율 성능을 제공하기 위해 워터 펌프의 속도를 조절합니다. 이 모드는 부하 변화에 따라 워터 펌프의 출력을 자동으로 조절하여 에너지 소비를 최소화하고 급수 시스템의 정상적인 작동을 보장합니다. 에너지 절약 모드는 일반적으로 정압 또는 정유량 모드 기능과 결합되어 더욱 효율적인 급수 시스템을 구현합니다.
- 균형 모드: 균형 모드에서는 장치가 여러 급수 펌프의 작동 상태와 필요에 따라 각 펌프의 속도를 자동으로 조절하여 균형 있는 급수를 달성합니다. 이 모드는 여러 펌프의 출력을 동적으로 균형 조정함으로써 시스템 신뢰성을 향상시키고, 부하를 균형 있게 조절하며, 급수 펌프의 수명을 연장할 수 있습니다.
3. 시스템 소프트웨어
3.1 시스템 소프트웨어 흐름
소프트웨어 시스템은 사용자 인터페이스, 컨트롤러, 센서, 가변 주파수 드라이브, 통신 모듈, 그리고 데이터 저장 및 처리로 구성됩니다. 소프트웨어 프로세스에는 시동 및 초기화, 사용자 인터페이스 상호작용, 데이터 수집 및 센서 피드백, 가변 주파수 드라이브 제어, 데이터 기록 및 알람 등이 포함됩니다.
- 시작 및 초기화: 시스템이 시작되면 각 구성 요소가 초기화됩니다. 컨트롤러가 시작되어 기본 매개변수를 로드하고, 통신 모듈이 외부 시스템과 연결되며, 센서가 자체 테스트 및 교정을 수행합니다.
- 사용자 인터페이스 상호 작용: 사용자는 사용자 인터페이스를 통해 장치와 상호 작용합니다. 사용자는 목표 압력을 설정하고, 실시간 압력 및 유량을 모니터링하고, 알람 정보를 확인하는 등의 작업을 수행할 수 있습니다. 사용자 인터페이스는 사용자 입력을 컨트롤러로 전송합니다.
- 데이터 수집 및 센서 피드백: 센서는 급수관의 압력, 유량 등의 데이터를 실시간으로 수집하여 제어기로 전달합니다. 제어기는 센서로부터 데이터를 수신하여 현재 급수 상태를 모니터링합니다.
- 가변 주파수 드라이브 제어: 컨트롤러는 가변 주파수 드라이브(VFD)에 제어 신호를 보내 모터 속도와 출력 전력을 조정합니다. 가변 주파수 드라이브는 제어 신호에 따라 모터의 작동 상태를 변경하여 설정된 목표 압력을 충족합니다.
- 데이터 기록 및 알람: 시스템은 실시간 압력, 유량, 펌프 작동 상태 등과 같은 주요 데이터를 기록합니다. 압력 변동 범위 초과, 펌프 고장 등과 같은 이상 상황이 감지되면 시스템은 경보를 발령하고 사용자 인터페이스에 경보 정보를 표시합니다.
3.2 매개변수 설정
컨트롤러가 설정된 목표 압력과 센서에서 피드백된 데이터에 따라 제어 알고리즘을 실행하도록 가변 주파수 드라이브의 출력을 조정하여 일정한 압력의 급수를 확보합니다. 파라미터는 사전에 설정해야 합니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다.
설정 압력: 필요한 급수 압력을 설정하세요. 특정 적용 시나리오 및 요구 사항에 따라 적합한 목표 압력 값을 설정하세요.
압력 선택: 허용 압력 변동 범위를 설정합니다. 실제 급수 압력이 이 범위 내에서 변동하면 가변 주파수 정압 급수 장비가 자동으로 작동 상태를 조정합니다.
최소 시작 압력: 물 펌프를 가동하는 데 필요한 최소 압력을 설정합니다. 실제 물 공급 압력이 이 값보다 낮으면 장비가 자동으로 물 펌프를 가동하여 필요한 수압을 공급합니다.
압력 센서 감도: 압력 센서의 감도를 조정하여 장치가 압력 변화를 정확하게 감지하도록 합니다.
피드백 시간: 장치의 압력 변화 감지 및 반응 시간을 설정하세요. 피드백 시간이 짧을수록 워터 펌프의 작동 상태를 더 빠르게 조정할 수 있습니다.
다음 표는 일부 매개변수의 자세한 목록입니다.
표 1: 매개변수 설정 표
4. 시스템 디버깅
장비 시동 준비를 마친 후, 흡입 밸브를 완전히 열고 배출 밸브를 닫으십시오. 전원을 켜고 프로그램을 실행한 후 아래 그림과 같이 시스템 메인 인터페이스로 들어가십시오.
이미지 3: 시스템 홈페이지
5. 결론
본 논문은 안정적이고 신뢰할 수 있는 가변 주파수 정압 급수 시스템을 설계합니다. 이 시스템은 급수관의 압력 변동을 설정 범위 내에서 보장하고, 사용자 요구 및 이상 상황에 적시에 대응할 수 있습니다. 또한, 사용자 설정 및 실시간 피드백에 따라 작동 모드를 조정하고 전환할 수 있습니다.
