三菱FX2NPLC在高層建筑變頻調速恒壓供水控制系統中的應用

摘要：本文結合高層住宅小區供水系統改造的控制要求，詳細介紹了基于三菱FX2NPLC控制系統的總體方案、硬件選型和軟件流程的實現過程。

關鍵詞：恒壓供水；三菱FX2NPLC

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-6675（2013）15-

一、引言

隨著城市化進程的加快，供水系統作為現代住宅小區的配套設施與人們生活質量密不可分。傳統的供水方式也不能滿足人們的需要，本文就以阿克蘇市某住宅小區高層建筑的供水系統改造為例，詳細介紹基于三菱FX2NPLC在高層建筑變頻調速恒壓供水控制系統中的實現過程。

二、供水系統總體方案的確定

該住宅小區有三棟17層住宅樓，6棟多層住宅，市政供水壓力為0.28Mpa左右。小區內有1個二次加壓泵房，1個蓄水池，內有四臺并聯運行的水泵（其中一臺為備用）。改造前的供水方式為水泵直接加壓。

針對小區的規模本系統采用一臺PLC控制3臺水泵按“先啟先停”、“備用自投”的原則循環工作。當無液位浮力開關信號（為OFF）時，此系統水泵電機處于停機狀態。當液位浮力開關有信號（為ON）時，先啟動變頻水泵電機；如果供水不足時，再啟動1臺主泵，變頻水泵電機起著對流量調節；如果還是供水不足時，啟動2臺主泵，變頻水泵電機起著對流量調節；如果還是供水不足時，3臺主泵都啟動，變頻水泵電機起著對流量調節。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后1臺泵變頻恒壓。整個系統總體結構如圖1。

圖1 系統構成方案圖

三、控制系統的硬件設計

（一）系統主要配置的選型

1.變頻器的選型

根據控制功能不同，通用變頻器分為三種類型。普通功能型u/f控制變頻器，具有轉矩控制功的高功能型u/f控制變頻器，矢量控制高功能型變頻器。供水系統屬泵類負載，低速運行時的轉矩小，可選用價格相對便宜的u/f控制變頻器。

綜合以上因素，系統選用專為風機、泵用負載設計的普通功能型u/f控制方式的森蘭變頻器，型號BT12S22KWI，變頻器內置PID控制模塊，可用于閉環控制系統，實現恒壓供水。其主要參數及性能為：額定容量：30KVA；額定電壓：380V；額定電流：45A；額定過載電流：額定電流的120%1分鐘。配用制動電阻：30 。

2.PLC的選型

依據控制任務，從PLC的輸入1輸出點數、存儲器容量、輸入l輸出接口模塊類型等方面等來選擇PLC型號。在供水系統的設計中，我們選擇三菱FX2N-32MR。FX2N系列PLC 是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，采用整體式和模塊式相結合的疊裝式結構，具有較高的性能價格比，應用廣泛，適用于各行各業、各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。FX2N系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。由于它緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格、豐富的功能模塊以及強大的指令系統，使得FX2N可以近乎完美地滿足小規模的控制要求，FX2N可以用模塊上的電位器來改變它對應的特殊寄存器中的數值，可以實現更該程序運行中的一些參數，如定時器/計數器的設定值、過程量的控制參數等。實現時鐘可用于對信息加注時間標記，記錄及其運行時間或對過程進行時間控制[1]。其主要參數及特點：

I/O點數：16/16；用戶程序步數：4K；基本指令：27條；功能指令：298條；基本指令執行時間：0.08微秒；通信功能：強；輸出形式：繼電型；輸出能力：2A/點。

3.壓力變送器及數顯儀的選型

選用普通壓力表Y-100和XMT-1270數顯儀實現壓力的檢測、顯示和變送。壓力表測量范圍0-1MPa，精度1.5；數顯儀輸出一路4-20mA電流信號，送給變頻器作為PID調節的反饋電信號，可設定壓力上下、限，通過兩路繼電器控制輸出壓力超限信號。

（二）PLC I/O分配

根據控制要求統計控制系統的輸入輸出信號的名稱、地址編號如表1所示，水位上下限信號在水淹沒是為0，露出時為1。

四、軟件設計

（一）PLC程序流程

本程序是按照PLC應用的步驟開發完成的。程序控制的目的是實現整個供水系統的恒壓自動運行，因此必須控制3臺水泵的順序投入與切除，使得供水量變化與用戶用水量變化基本同步，以此保證水網壓力恒定，同時要保證系統的安全性和可靠性。

圖2 程序流程圖

（二）PLC程序的運行和模擬調試

PLC程序編制完成后，將PLC和計算機用RS232C電纜連接，將程序傳給PLC，PLC可以單獨運行程序，也可以在計算機上在線運行程序。在線工作方式時，可以在線編輯軟件，方便了調試程序和監控PLC的運行狀況[2]。

在模擬調試中，主要目的是檢查程序的流程是否正確，硬件需要PLC、RS232C電纜、微機、24V直流電源。調試時，輸入各種按鈕輸入信號，檢查PLC的輸出是否和預期的輸出相符，PLC的輸出端子并不需要真正的連接執行單元，只需根據PLC上面的I/O指示燈來判斷正確與否。通過計算機模擬調試后，說明PLC的軟件基本上問題不會太大。

五、經濟效益分析

節能的功率可用下式表示：Δp=p（0.4+0.6x-x3）其中x=Q/Q0=N/N0 ，Q為實時水，Q0為滿負荷的水量，P為滿負荷的功率，N0為可見，采用恒壓供水方式比改造前的直接加壓供水方式節電率可達38%，整個小區每年節約的電能十分可觀。

六、結束語

變頻恒壓給水設備既可以很好的滿足用水要求，又可以節約能源，同時還可以降低設備的運行故障，很好的被用在高層建筑小區供水系統的改造項目中，是今后推廣和大力提倡的方向。

參考文獻：

[1]三菱微型可編程控制器FX2N編程手冊[Z].三菱電機自動化（中國）有限公司，2010.

[2]陳立定.電氣控制與可編程序控制器[M].廣州：華南理工大學，2001.

[作者簡介]

羅彩玉（1980.5-），性別：女，工作單位：新疆阿克蘇職業技術學院，碩士，助教，研究方向：控制理論與控制工程。