基于PLC的變頻調速恒壓供水系統設計

摘 要：為了提高供水質量，保證充足的水量供應和穩定的水壓，恒壓供水控制系統得到越來越廣泛的應用。本文將介紹基于PLC的變頻調速恒壓供水系統設計方法，主要包括恒壓供水控制的工作原理、系統硬件組成和軟件系統設計等。

關鍵詞：PLC；變頻器；恒壓供水

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-01

為了提高供水質量，保證充足的水量供應和穩定的水壓，采用多臺水泵構成恒壓供水控制系統的應用場合越來越多。恒壓供水泵站一般配置多臺水泵電機，這比設單臺水泵電機節能且可靠，如果僅配單臺水泵電機，其功率必須足夠大，但在用水量小時一臺大電機會造成很大浪費。如果水泵電機選小了，水量大時將會導致供水不足。恒壓供水的主要目標是保持管網水壓恒定，水泵電機的轉速隨用水量變化而改變。為此，本文將介紹基于PLC的變頻調速恒壓供水系統的設計方法。

一、恒壓供水系統的工作原理

恒壓供水系統的基本工作原理是用水量大時，增加水泵數量或提高水泵的轉速以保持管網中的水壓不變，用水量小時則做出相反的調節。要想維持供水網的壓力不變，在管網系統的管道上安裝了壓力變送器作為反饋元件，為控制系統提供反饋信號，由于供水系統管道長、管徑大，管網的充壓比較慢，故系統是一個大滯后系統，不宜直接采用PID調節器進行控制，而應采用PLC參與控制的方式來實現對控制系統調節作用。

二、恒壓供水系統的設計

變頻調速恒壓供水系統采用變頻器為水泵電機供電，有兩種配置方案：一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，電機與變頻器之間不需切換，供水時，但購變頻器的費用較高；另一種方案是數臺電機配一臺變頻器，變頻器與電機間可以切換，供水時，一臺水泵電機變頻運行，其余工頻運行，以滿足不同用水量的需求。壓力傳感器用于檢測管網中的水壓，安裝在泵站的出水口。壓力傳感器將水壓轉變為0-5V間變化的電壓信號并作為反饋值，系統正常工作時的恒壓值作為給定值。PLC接收了實測的水壓反饋信號后，與給定值比較后得到給定值與實測值之差。如實測值小于給定值，說明系統水壓低于理想水壓，要加大水泵電機轉速；如實測值大于給定值，則水壓高于理想水壓，要降低水泵電機轉速。

（一）控制器

本系統采用的控制器為FX2N系列PLC，結合模擬量模塊FX0N-3A對恒壓供水系統進行控制。FX0N-3A是具有兩路輸入通道和一路輸出通道，最大分辨率為8位的模擬量I/O模塊，模擬量輸入和輸出方式均可以選擇電壓或電流，取決于用戶接線方式。它將測量變送信號與給定值比較后產生偏差信號，然后按設定的運算規律產生輸出信號給變頻器。

（二）變頻器

在本套恒壓供水系統中，變頻器選用三菱FR-E700系列變頻器中的R-E740-0.75K-CHT型變頻器，該變頻器額定電壓等級為三相400V，它是一種小型、高性能變頻器。FR-E740系列變頻器主電路的接線（如圖1）。

（三）壓力變送器

壓力變送器量程為0-0.6MPa，可以把水壓信號轉變為4-20mA的標準電流信號，并將信號傳送給控制器。

（四）程序設計

本控制系統的控制核心單元PLC根據壓力設定值與現場壓力的反饋信號經過PLC的分析和計算，將控制信號送到PLC的輸出端口，通過開關量切換繼電器組，以此來協調投入工作電機的臺數，并完成電機的起停、變頻與工頻的切換。通過調整電機組中投入的電機的臺數和控制電機組中每臺電機的工作狀態，使供水系統的工作壓力穩定，進而達到恒壓供水的目的。部分梯形圖程序如圖2。

三、結束語

基于PLC控制的變頻調速恒壓供水系統控制性能好，具有現實應用價值。采用FX2N系列可編程控制器為主控制器與變頻器一起實現了智能恒壓供水自動控制系統。該系統具有可靠性高，運行環境要求低，控制精度高的特點。

參考文獻：

[1]周萬珍.PLC分析與設計應用[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2]徐忠國.變頻器在給水泵上的應用[J].變頻器世界，2005.

[作者簡介]王嘯東（1977.08-），男，本科，副教授、高級工程師，南京鐵道職業技術學院教師，主要從事自動化控制方向的研究。