一拖三變頻調速恒壓供水控制系統的設計

張金紅，石文蘭，張淑艷

（河北工業職業技術學院信息工程與自動化系，河北石家莊 050091）

一拖三變頻調速恒壓供水控制系統的設計

張金紅，石文蘭，張淑艷

（河北工業職業技術學院信息工程與自動化系，河北石家莊 050091）

詳述了一種基于USS通信的一拖三變頻調速恒壓供水系統的實現。該系統根據管網壓力信號由變頻器動態調整泵的運行狀況，實現變頻無級調速。通過PLC與變頻器的通信數據，控制工作泵數量的增減，真正做到用水和供水的動態平衡。

USS通信；PLC；變頻器；恒壓供水

目前居民生活用水和工業用水增長幅度日益加大，再加上目前能源緊缺，傳統的供水方式已經不能滿足要求，所以，PLC與變頻器控制的恒壓供水系統成為供水的主要方式。變頻恒壓供水通過對水泵電機無級調速，根據用水量的變化自動調節系統的運行參數，實現供水量與用水量的匹配，從而保證在用水量發生變化時供水水壓恒定。

1 基于USS的一拖三變頻控制方式簡介

系統共有3臺水泵，1號、2號、3號泵功率均為7.5kW。3臺水泵共用1臺變頻器，變頻器選用西門子MM420系列，PLC選用西門子S7－200系列。同時配備遠傳壓力表 1 塊 （YTZ－150，0～0.6 MPa），用于檢測供水管網壓力。浮球液位控制開關1個（TEK－1型），用于預防水泵抽空。安裝在出水管網上的遠傳壓力表，把出口壓力信號變成（0～10 V）標準電信號送入 MM420的模擬量輸入端，與MM420面板設定的壓力參數進行比較，經PID運算后得出一調節參數，由變頻器輸出，從而控制水泵的轉速，調節系統供水量，這樣就構成了以設定壓力為基準的閉環控制系統。當用水量超過1臺泵的供水量時，通過PLC控制器加泵［1］。

其控制過程是：用水量少時由變頻器控制1號泵，進行恒壓供水控制。當用水量逐漸增加，1號泵的工作頻率達到50Hz并維持一定時間后，供水壓力仍偏小時，將其切換成工頻電源供電方式，同時將變頻器切換到2號泵上，由2號泵進行補充供水；反之，當用水量逐漸減少，且2號泵的工作頻率已降為下限頻率并維持一段時間后，供水壓力仍偏大時，則關掉1號泵，同時迅速升高2號泵的工作頻率進行恒壓控制。工作泵數量的增減由PLC控制，變頻泵的工作頻率由變頻器控制，泵的變頻、工頻工作狀態是MM420通過USS通信由PLC控制實現。

2 系統電路設計

圖1 系統主回路圖Fig.1 System main circuit diagram

2.1 主電路設計

根據系統控制要求，設計的變頻恒壓供水系統的主電路見圖1。

KM1，KM3，KM5分別控制1，2，3號泵的自動工頻運行，KM2，KM4，KM6分別控制1，2，3號泵的自動變頻運行，KM7，KM8，KM9分別控制1，2，3號泵的手動工頻運行。電路設有電流過載保護［2］。

變頻器端子與外部連接見圖2。其中MM420的3＆4端子接管網遠傳壓力表。14＆15端子通過雙絞線與PLC的COM0口連接。

圖2 變頻器接線圖Fig.2 Frenquency converter external wiring diagram

2.2 PLC控制電路設計

根據3臺水泵及一拖三變頻調速恒壓供水的控制要求，PLC的I/O分配見表1，由于設置了自動/手動選擇開關，所以PLC控制部分只需考慮自動的啟動和停止以及故障報警輸出［3］。

每臺泵的變頻和工頻接觸器均考慮了機械和電氣雙重聯鎖。

表1 PLC的I/O分配表Tab.1 I/O table of PLC

3 PLC程序設計

自動運行功能框圖如圖3所示（圖中“工”代表工頻運行，“變”代表變頻運行）。

圖3 程序流程圖Fig.3 Program flow diagram

部分程序代碼如下［4］：

//初始狀態

4 系統調試

調試系統時，關鍵是進行變頻器參數的設置及PLC程序控制增減泵程序的調試。由于管網壓力閉環控制系統采用MM420內置的PI控制器進行調節，因此MM420參數設置及PI控制器參數的調節直接影響系統的控制質量。

變頻器的主要參數設置如下：

1）變頻器USS站地址P2011＝2；

2）MM420 與 S7－200 通 信 波 特 率 為9 600bit/s，P2010＝6；

3）變頻器控制方式為USS通信控制P0700＝5；

4）選擇主設定通道P2253＝2 250；

5）設定目標壓力P2240＝50.0；

6）根據水泵電機銘牌設定電機參數P0304，P0305，P0307，P0310，P0311；

7）根據系統設定 MM420調節速度相關參數P1120，P1121，P2257，P2258，P2261；

8）使能PI閉環控制P2200＝1；

9）選擇PID反饋信號源為模擬輸入1信號P2264＝755；

10）設定閉環控制的反饋類型為負反饋P2271＝0；

11）設定閉環控制的P，I參數P2280＝0.05，P2285＝0.02；

其他參數可使用默認值。在調試時根據系統參數整定方法和系統響應調整P2280和P2285，以達到最佳的控制指標。

5 結 語

通過對基于USS通信的一拖三變頻恒壓供水系統設計與調試，經實際運行證明，本系統具備以下特點：

1）由變頻器內置PI控制器實現管網壓力閉環控制，節省PLC的模擬量處理模塊，節約了成本。

2）系統配有手動/自動切換開關。便于故障檢修和應急處理，可靠性高，保護功能完善。

3）該系統運行穩定，故障率低，而且操作容易，節能效果顯著。

［1］李焦明.單變頻器多泵恒壓供水系統節能設計［J］.電氣傳動，2009，39（11）：64－67.

［2］孫 凱.基于PLC的變頻恒壓供水系統的設計［J］.中國制造業信息化，2010，39（19）：50－52.

［3］田賀紅.基于MODBUS總線的污水處理變頻供水系統設計與實現［J］.給水排水，2010，36（s1）：433－435.

［4］廖常初.PLC編程及應用［M］.北京：機械工業出版社，2008.

Design of constant pressure water－supply system based on one frequency converter dragging three pumps

ZHANG Jin－hong，SHI Wen－lan，ZHANG Shu－yan
（Department of Information Engineering and Automatization，Hebei Institute of Vocation and Technology，Shijiazhuang Hebei 050091，China）

This paper introduces the implementation of constant pressure water－supply system based on one frequency converter dragging three pumps.The system adjusts pumps running condition through freqency converter according to the pipe pressure signal.The PLC controls the number of pumps for the increase or decrease through data communication with frequency converter.

USS communication；PLC；frequency converter；constant pressure water－supply

TP278

A

1008－1534（2011）06－0387－03

2011－09－06

李 穆

河北工業職業技術學院科研資助項目（QZ－1101）

張金紅（1977－），女，河北保定人，講師，主要從事工業自動控制、電子檢測及儀表方面的研究。