探析基于PLC的恒壓供水系統

烏海職業技術學院 張巨洲

1.引言

通常我們使用的水泵在絕大部分時間是通過額定負荷來運行，對于現在用水要求不斷提高，同時全天24h的用水量大，負荷變化大，白天與夜間的用水變化不同，基于PLC的現代技術設備來完成恒定水壓供水，有效地解決了在夜間少量用水，能夠依據根據用水量的大小不同，做到自動調節水泵轉速，同時確保供水壓力恒定，變頻恒壓供水系統以其有效的實用性和經濟性，調速系統的價值突出。

2.控制系統運行的工作原理

2.1 s7-2OO的變頻恒壓供水系統的工作原理

本文研究分析的是在s7-2OO的變頻恒壓供水系統的工作原理基礎上，自行設計的一套系統。通過系統的控制核心可編程控制器和變頻器PLC作為中間樞紐，對供水管網的壓力與系統壓力設定值的偏差變化情況做即時的跟蹤和分析，變頻器是用于獲取實際的水壓值，通過比較系統的設定值和實際水壓值之間的大小差異，變頻器也作為調節器通過其內部的PID規律來做運算，再利用PLC輸出的數據做到有效的控制變頻與工頻切換作用，來達到自動控制水泵電機投入臺數和水泵電機的轉速，實現閉環自動調整恒壓供水，在保持恒壓下達到控制流量的目的。同時，,泵站的其他控制邏輯也是通過PLC的控制來運行，例如：手動操作轉換與自動操作轉換，泵站的工作狀態指示,泵站的工作異常報警,系統的自檢等。若將PLC連于工業以太網上,操作員可以在上位機上改變需要保持的壓力或隨現場設備的運行情況自動控制水壓。

本研究的變頻恒壓供水系統結構（見圖1），變頻恒壓供水系統整體上主要由二個部分組成：清水泵恒壓控制和循環水泵恒壓控制。生活用水是通過清水泵來實現，工業用水是循環水泵來實現，兩個系統都是由s7-2OO的變頻恒壓供水系統來控制運行，而循環水泵控制系統作為本次分析的重點。

2.2 循環水泵控制系統的控制要素

循環水泵控制系統的功能主要有手動與自動控制功能、PID自動恒壓功能、倒泵功能、定時輪休功能、循環軟啟動功能和系統保護功能。

（l）系統采用手動和自動兩種控制方式,手動用于設備調試、檢修及其特殊情況下的供水。在自動控制方式失效的情況下,手動控制系統可以保證系統的可靠運行。正常情況下，設備置于中控自動位，實現自動運行。當工作方式轉換開關處于手動時，由人工在柜面上通過電位器調節各水泵轉速。

（2）PID自動恒壓功能是當工作方式轉換開關處于自動時，可以根據設定壓力自動進行控制，由壓力傳感器轉換成電流量或電壓量,反饋到P1D調節器，在通過變頻器的控制來保證恒壓供水。

（3）系統通過定時器來記錄水泵的累計工作時間,在于設定值比較來自動控制控制系統的中斷與運行。表現出了具有自動轉為備用并重新計時,下臺泵自動切換運行,依次循環,達到定時切換功效。

（4）泵組執行“先啟先停”的運行原則,循環運行，提高了設備的使用時間和節能效果。清水泵的要求是一臺用而另一臺備用，兩臺水泵互為備用；循環泵的要求是兩臺用而一臺備用，三臺水泵互為備用，自動啟停是通過PLC來執行控制。

（5）系統是通過信號的反饋來實現有效運行的，包括了運行、報警、故障等信號，系統保護功能完善，均為無源常開點。

圖1 系統控制結構圖

3.系統的硬件

根據本系統要求，本次的PLC可編程控制器采用了S7-2OOCN（CPU224）系，本機集成14輸入/1O輸出共24個數字量I/O點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。16K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的3OkHz高速計數器，2路獨立的2OkHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排易地整體拆卸。具有較強控制能力。

變頻器選用ABB/ACS4OO變頻器，該變頻器作為Comp-AC家族的一員，在2.2～37KW的功率范圍，本次選用的是內型7.skw變頻器產品，通過該設備中的基本配置具有的PID功能，變頻器具有通過給定頻率來設定既定的壓力值，整個系統根據壓力傳感器來獲取反饋過來的壓力信號（4-2OmA），依據變頻器的輔助來完成壓力反饋的機制，再通過給定的壓力值與實測壓力值進行比較，反饋后自動調節輸出的頻率，水泵轉速獲得有效調節，供水管網的壓力將保持在給定值上。變頻器的極限輸出頻率的檢測輸出信號端到PLC核心控制系統中，成為控制信號在泵變頻與工頻切換系統中進入，變頻器的極限輸出頻率經過在面板的設定來完成，通常為5OHz。變頻器的故障輸出端進PLC可編程控制器，也進入故障指示燈，PLC控制系統將運行狀況反饋出來，作停止或者報故障的提示要求進一步檢查的運行情況。變頻器面板的故障復位按鍵，來處理系統運行中出現的一般故障來復位，也可以重新啟動變頻器;變頻器的運行與停止進入到PLC可編程控制器的輸出端；變頻器的輸出端通過并聯的方式將3個接觸器分別接到3個泵，來完成整個路線的有效運行。

4.運行效果與注意事項

4.1 應用效果

基于PLC控制變頻器來實現恒壓調速供水，具有以下特點：使用方便，運行可靠，系統自動調節壓力且恒定性好，控制效果良好。經濟效益上的表現為恒壓供水系統節能效率可達4O%左右，對于資源的利用更加清潔和高效，水質的二次污染減少。整個系統的運行對電機實行軟起動，設備損耗小，水泵、電機設備的使用效果更加凸顯。系統帶來的經濟效益和改善生活質量的作用顯著提高。在實際應用中，恒定供水具有一個穩壓值，是可以依據用戶的需求來自行定制，即可以實現的O～1 MPa范圍的調整,通過改變壓力給定,進行任意設定,在系統進行增泵或減泵過程中,水壓波動在O.4±O.O1 MPa范圍內,一旦增泵或減泵過程結束,壓力立即穩定到O.4 MPa,這個過程前后不到3Os時間,很好地滿足了用戶用水要求。

4.2 注意事項

在實際運行中，要注意T設置是變頻轉工頻開關切換時間，在加泵時注意同一臺泵的變頻運行和工頻運行各自對應的交流接觸器不會同時吸合而損壞變頻器，時間要設置的合理，太小空氣開關易出現跳閘情況，利用PLC上面的電位器來根據實際情況來調整。上下限頻率持續時間TH和TL變頻器運行的頻率隨管網用水量增大而升高，定值不宜過大過小，利用PLc的電位器來根據實際情況做調節。

5.結束語

基于PLC控制變頻器來實現恒壓調速供水，具有以下特點：使用方便，運行可靠，系統自動調節壓力且恒定性好，控制效果良好。運行結果表明，采用PLC和變頻器為核心部件構成的變頻恒壓供水系統，即實現了經濟效益，又不斷為用戶的需求而改變，技術帶來的革新價值巨大。

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