PLC變頻器在恒壓供水系統中的應用

戴世榮

摘要： 水泵為二次方率負載，實施變頻調速節能效果十分可觀。本文介紹了PLC控制變頻器實現調速恒壓供水的系統。

關鍵詞： PLC變頻器變頻恒壓供水系統

1.引言

由于傳統水塔供水系統存在線路復雜、故障率高、自動化程度低、二次污染等問題，其已不能適合現在生產生活的要求，對傳統供水系統的現代化改造勢不可擋。變頻恒壓供水系統具有諸多優點，無疑是最為理想的改造目標。

（1）水泵為二次方率負載，實施變頻供水，其節能效果十分可觀，為20%—40%。

（2）采用變頻調速，可以徹底消除水錘效應。

（3）采用變頻調速，水泵的工作壽命將大大延長。

2.工作原理

總之，保持供水系統中某處壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所需要達到的目的。

3.一控三的實施方案

該方案探討的是基于PLC、變頻器（一控三）為核心的恒壓供水系統。PLC作為整個系統的控制部分，將接收到的壓力傳感器反饋信號與預設值作比較、數據處理，并發出邏輯控制命令，控制變頻器輸出頻率的高低，改變水泵快慢轉速，從而實現管網的恒壓供水。圖1是變頻恒壓供水的系統框圖。

首先確定一個壓力值p，該壓力值為正常情況下保證相對泵站垂直距離最大的用戶能正常用水的管網壓力值。設3臺水泵分別為1#泵、2#泵、3#泵，正常供水時只需2臺水泵，其工作過程如下：

先由變頻器起動1#泵變頻運行，如管網水壓大于p，則PLC輸出指令控制變頻器減小輸出頻率，降低水泵轉速，最終保證管網水壓等于p；如管網水壓小于p，則變頻器增大頻率輸出，水泵轉速升高，保證管網水壓等于p。若此時，1#泵頻率為50Hz，而管網水壓仍小于p，則系統自動延時1分鐘，之后將1#泵轉換為工頻運行，起動2#泵變頻運行，頻率不斷上升直至管網水壓達到，此時供水系統處于“1工1變”的運行狀態。當用水量減小，管網水壓升高時（大于p），變頻器輸出頻率降低，2#泵轉速降低，保證管網水壓恒定。當頻率降到下限值時，管網水壓仍高于p時，系統延時1分鐘后則自動停掉2#泵，并將1#泵由工頻運行轉換為變頻運行，繼續保持水壓為p。如此循環。

4.電路圖

圖2為變頻恒壓供水系統的主電路圖。電源開關可以實現人工手動控制和PLC、變頻器智能控制的轉換。任意時刻，水泵只能處于變頻控制和工頻運行的一種狀況，KM2/KM3、KM4/KM5、KM6/KM7接觸器需要連鎖控制。此連鎖既能在硬件電路中實現，又可由PLC軟件編程實現。電機變頻運行時，無過載現象；當PLC處于工頻運行時，為防止電機過載，需將熱繼電器串聯電路中。

5. PLC變頻器選型

PLC變頻器的選擇要根據現場要求選擇。

5.1PLC選擇

采用西門子S7-200型。S7-200可編程序控制器是模塊化中小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用；大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應自動控制任務，各種單獨的模塊之泛組合以用于擴展；簡單實用的分散式結構和多界面網絡能力，使得應用十分靈活；方便用戶和簡易的無風扇設計；當控制任務增加時，可以自由擴展；大范圍的集成功能使得它的功能非常強勁。多種性能遞增的CPU和豐富且帶有許多方便功能的I/O擴展模塊，使用戶可以完全根據實際應用選擇合適的模塊。當任務規模擴大，可隨時使用附加模塊對PLC進行擴展。整個PLC系統的配置如圖3。

5.2變頻器選擇

根據工藝要求和方便調試等要求，選用ABBACS800系列變頻器。ACS800系列變頻器是ABB公司采用直接轉矩控制的變頻器，結合諸多先進的生產制造工藝推出的高性能變頻器。它具有很寬的功率范圍，優良的速度控制和轉矩控制，完整的保護功能，靈活的編程功能，以及較高的可靠性和較小的體積，等等。ABB變頻器獨特的直接轉矩控制（DTC）功能是目前最佳的電機控制方式，它可以對所有交流電機的核心變量進行直接控制，無需速度反饋就可以實現電機速度和轉速的精確控制。ACS800系列內置五個標準宏程序和兩個用戶宏程序，只需選擇需要的應用宏啟動，做出修改并且將結果存儲到用戶宏程序中。這些預設的應用宏配置大大節約了調試時間，減少了出錯的概率。

6.結語

該系統采用PLC控制變頻器實現調速恒壓供水，使用方便、工作可靠、系統壓力恒定，具有較好的控制效果。系統采用閉環控制，參數超調波動范圍小，偏差能及時進行控制。綜上所述，采用PLC和變頻器為核心部件構成的變頻恒壓供水系統，具有很強的實用性，為供水領域的技術革新開辟了切實有效的途徑。

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